共晶组织

材料科学术语

一种液相在恒温下同时结晶出两种不同成分和不同晶体结构的反应叫做共晶反应，所生成的两种固相机械地混合物，被统称为共晶组织，简称为共晶体。

共晶反应

材料的性能取决于它的微观组织。对于绝大多数金属(合金)材料，微观组织的变化主要包含在液相一固相以及固相一固相转变过程中。过去人们为了改善金属(或合金)的质量，往往侧重于研究工艺过程等外部因素对微观组织影响。事实上，无论是液一固相变，还是固一固相变，都是极为复杂的非平衡过程随着研究的深入，人们逐步认识到金属(或合金)的相变过程为界面前沿的浓度起伏、结构起伏、能量起伏及界面微观结构等因素所控制。

在一定的温度下，有一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的转变过程，称为共晶转变或共晶反应。

组织形貌

共晶组织的形态很多，按其中两相的分布形态，可将它们分为层片状、棒状（条状或纤维状）、球状（短棒状）、针片状、螺旋状等。

共晶组织的形态受到多种因素的影响。近年来有人提出，共晶组织中两个组成相的本质是其形态的决定性因素。在研究纯金属结晶时已知，晶体的生长形态与固液界面的结构有关。金属的界面为粗糙界面，半金属和非金属为光滑界面。

因此，金属-金属型的两相共晶组织大多为层片状或棒状，金属-非金属型的两相共晶组织通常具有复杂的形态，表现为树枝状、针片状或骨骼状等。

影响因素

元素含量对共晶组织的影响

马涛研究不同Cu含量的Al—Cu合金共晶组织的析出方式及形貌特征，为共晶合金凝固研究提供了参考。采用Al-25%Cu和Al-40%Cu合金为研究对象。通过不同铸型条件下合金的铸态显微组织，来探讨初生a-Al及初生金属间化合物相β-CuAL2。以及共晶Al/CuAL2的凝固行为。利用光学显微镜、扫描电镜等仪器研究了Al-Cu合金中a-Al及β-AlzCu相的生长行为，成分对共晶组织形貌的影响。结果发现，在过共晶组织中，初生肌CuAL2相形貌大部分有明显的拐角，呈现小平面生长特性。

在a-Al与β-CuAL2相共晶耦合生长时，β-CuAL2择优生长特征削弱，与a-Al耦合生长呈现非小平面一非小平面生长。在亚共晶组织中．出现了β-CuAL2包裹着初生a-Al相的晕圈组织。

利用OM和SEM等观察不同铜含量Mg-Cu合金的铸态共晶组织形貌，探讨不同共晶组织的形成机理及2CuMg相的小平面特性。结果表明，Mg-Cu亚共晶合金中共晶组织的数量随铜含量的逐渐增加，初生相数量减少，且在Mg-15%Cu合金中出现了晕圈组织。在Mg-Cu合金系中有2CuMg和Cu2两种金属问化合物相，2CuMg以有棱有角的小平面生长，而MgCu2以非小平面生长。

利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪等设备研究了不同Al含量的Mg-Al合金的铸态共晶组织形貌,分析了不同共晶组织的形成机理及影响因素。结果表明,共晶生长时其领先相为β相；随着Al含量的加，Mg-Al合金的共晶组织由离异共晶向粒状、纤维状和层片状共晶转变。共晶组Al含量直接影响到凝固后期剩余共晶成分的液相率,是影响Mg-Al合金共晶形貌的主要因素。

冷却速度对共晶组织的影响

吴琼研究了在不同冷却速度情况下Mg-Al合金的铸态共晶组织形貌，实验表明随着冷却速度的加快，共晶组织细化，初生a相发达。初生a枝晶显著影响固溶区Mg-Al合金的共晶组织形貌。图1分别Mg-27Al和Mg-32Al合金在砂型和金属型中铸造试样的显微组织，可以看出,随着冷却速度的加快，初生α-Mg相枝晶发达，共晶组织细化。冷却速度对共晶组织形貌的影响有以下几个方面:①改变了初生树枝晶的形态；②冷却速度影响凝固的枝晶前沿液相的溶质浓度分布梯度,进一步影响共晶组织的形核、长大；③快速冷却将增加B相形核时的过冷度，影响共晶β相的形状。

前景

共晶合金是一种重要的铸造合金，其具有密度小、比强度高，同时兼有良好的铸造性能、耐蚀性、可焊性等优点，广泛应用于航空、汽车、仪表及机械等工业。过去的几十年里，人们对共晶合金做了大量的研究与开发，无论在基础理论上，还是生产应用中都取得了较大的成就。

但由于研究方法、实验条件以及探索思路的不同，仍有许多问题值得进一步的探索和研究，以揭示其内在基本规律，这无疑对改善该类合金的性能，挖掘其内在潜能具有重要的意义。随着航空、汽车工业的迅速发展，对铸件可靠性要求越来越高，对合金的综合性能和特种性能的要求也不断提高。因此，在保持优良的铸造性能的同时，进一步提高合金的强韧性，是共晶合金的发展方向。

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