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L1。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。

對(duì)于加工材料而言,紫銅止水片鑄錠塑性是至關(guān)重要的。為了保證鑄錠良好的變形塑性,除防止鑄錠中的一些缺陷外,顯然不希望鑄錠組織處于非平衡凝固狀態(tài)。由于產(chǎn)生非平衡狀態(tài)的原因是結(jié)晶過程中擴(kuò)散受阻,因而此種狀態(tài)在熱力學(xué)上是亞穩(wěn)定的,有自動(dòng)向平衡態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢。人們可利用這一趨勢,將鑄態(tài)合金加熱到一定溫度,提高原子擴(kuò)散能力,使其較快完成由非平衡向平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)化過程。這種處理稱為均勻化退火或擴(kuò)散退火。熱軋是紫銅片止水帶生產(chǎn)中鑄錠開坯的主要手段。充分利用紫銅片止水帶在高溫條件下具有優(yōu)異的塑性這一特點(diǎn),從而以較小的軋制力實(shí)現(xiàn)較大程度的變形。熱軋的鑄錠一般由半連續(xù)、連續(xù)鑄造或鐵模鑄造提供。鑄錠規(guī)格的選擇應(yīng)考慮產(chǎn)品的品種、規(guī)格、生產(chǎn)規(guī)模、軋機(jī)設(shè)備條件及鑄造方式等。鑄錠的厚度一般與軋輥的直徑之比為1:(3.5~7),同時(shí)不超過軋機(jī)的開口度;在設(shè)備、工藝條件允許的情況下增大鑄錠的厚度,可以提高生產(chǎn)效率和成品率。鑄錠寬度通常等于或數(shù)倍于成品寬度,并適當(dāng)考慮寬展量及切邊量;一般鑄錠寬度還應(yīng)控制在軋輥長度的80%以內(nèi)。鑄錠的長度在滿足終軋溫度及輥道長度的條件下,盡量增加鑄錠的長度,以提高生產(chǎn)效率和成品率。

 

一包晶系相圖和某合金凝固時(shí)可能的非平衡固相線軌跡。與勻晶系合金類似,a1-a4表示x合金凝固時(shí)固相(a)平均成分的走向,即非平衡固相線。x合金按平衡態(tài)凝固時(shí),固相點(diǎn)溫度應(yīng)為T3,凝固完畢應(yīng)為a單相
固溶體晶粒。但在非平衡凝固的情況下,x合紫銅止水片Cu30Ni合金鑄造顯金冷至T4溫度時(shí),剩余的液相L4將與部分固相a4發(fā)生包晶反應(yīng),即a4+L4→B,完成 的凝固過程,因此該合金的 凝固溫度為T4,并產(chǎn)生了一種通過包晶反應(yīng)而得到的新相B。此種B相為非平衡相,因?yàn)榘雌胶鈶B(tài),該相在x合金中是不存在的。一共晶系相圖和某合金凝固時(shí)可能的非平衡固相線軌跡。x合金凝固過程與上面兩個(gè)系列合金類似,a1-a表示x合金凝固時(shí)固相平均成分的走向。按平衡態(tài)凝固x合金的固相點(diǎn)溫度將為T3,凝固后合金組織為a單相固溶體晶粒。但在實(shí)際的非平衡凝固條件下,紫銅止水片在T溫度時(shí),剩余液相(L。)將發(fā)生共晶反應(yīng)即L?！鷄+,生成平衡態(tài)下不存在的非平衡共晶。