合金過冷至T1溫度時(shí)開始凝固,首先析出的固相成分為a1,液相成分則為L(zhǎng)1。繼續(xù)冷至T2紫銅止水片溫度時(shí),析出的固相成分應(yīng)為a2,與之平衡的液相成分改變?yōu)長(zhǎng)2。a2將覆蓋在先析出的a1上,若能達(dá)到平衡條件,a1的成分也會(huì)逐漸改變成a2,以達(dá)到T2紫銅止水片下的平衡態(tài)。但實(shí)際上,固態(tài)的擴(kuò)散速率遠(yuǎn)小于液態(tài)的擴(kuò)散速率,當(dāng)剩余液相的成分均勻達(dá)到L2時(shí),固相a中的成分仍為不均勻的,它們的平均成分可用a2表示。顯然,a2中的B原子濃度小于a2中B原子濃度。同理,當(dāng)溫度降至T3及T4時(shí),其a相的平均成分可用表示a3及a4。在此圖中a4即表示x合金的成分。說明x合金在非平衡凝固的條件下T4溫度下凝固完畢,較之平衡凝固的固相點(diǎn)溫度降低了T3-T4。a1-a4表示的線稱非平衡的固相線,非平衡固相線相對(duì)于平衡固相線的偏離與凝固時(shí)的冷卻速率有關(guān),冷卻速率愈大,偏離愈大。

由于先后凝固的固相在成分上的差異,不同成分固相受侵蝕程度將不同,因而在我們觀察合金的顯組織時(shí)就會(huì)觀察到典型的枝晶組織,枝晶臂的成分與枝晶同胞間的成分(B組元含量高)不同,因而顯示出不同的顏色。這種因非平衡凝固(結(jié)晶)導(dǎo)致的晶粒內(nèi)成分不均勻的現(xiàn)象稱晶內(nèi)偏析或枝晶偏析。紫銅止水片Cu-Ni合金鑄造后的顯組織,白色枝干含鎳較高,周圍黑色部分含銅較高,但均為銅鎳a固溶體。

不論包晶系還是共晶系合金,在非平衡凝固狀態(tài)下,基體相a固溶體均具有枝晶偏析的特征,而枝晶同胞間將出現(xiàn)非平衡的第二相(B)。在常用銅合金中,CuZn、CuSn、CuSi等富銅側(cè)均為包晶系合金,而CuA,CuP等富銅側(cè)為共晶系合金。

Cu10Zm合金的鑄態(tài)組織,該合金為a單相固溶體,枝晶干富銅,枝晶間富鋅。當(dāng)CuZn合金中鋅含量達(dá)30%-32%時(shí),則因非平衡凝固會(huì)導(dǎo)致枝晶間出現(xiàn)少量B相(包晶反應(yīng)所得)。紫銅止水片Cu7A合金及Cu6.55n0.1P合金鑄態(tài)組織。從圖2-18(a)可知,平衡態(tài)為單相a固溶體的Cu7A合金,在鑄態(tài)下,基體為具有枝晶偏析的a固溶體,枝晶間出現(xiàn)非平衡的少量(a+Y2)共析產(chǎn)物。這種共析體是因非平衡結(jié)晶時(shí)生產(chǎn)了非平衡共晶(a+B),其中的β相再發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所致。Cu6.55m0.1P合金在平衡態(tài)亦應(yīng)為單相的a固溶體,但在鑄錠時(shí)非平衡凝固的條件下,基體a具有較嚴(yán)重的枝晶偏析枝晶間富錫和磷,在一定情況下可能在枝間出現(xiàn)(a+8)共析體及Cu3P化合物(可視為++Cu3P三相低熔共晶)CuAl系合金中,當(dāng)含鋁量超過7%時(shí)會(huì)出現(xiàn)β相。在降至一定溫度時(shí),B相會(huì)發(fā)生共析分解,生成a+y2共析體。含鋁較高的圖2-17Cu-10Zn合金鑄態(tài)組織120合金,凝固時(shí)亦會(huì)首先生成B晶粒,溫度進(jìn)步降低時(shí),將從B相基體中析出具有魏氏組織特征的a相。