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3.铸态铜合金的性能特征
由于铸态铜合金组织偏离平衡态因此其性能表现如下特征。
①若枝晶偏析使组织中出现非平衡脆性相[如 Cu-Sn-P合金中出现的非平衡(a+8)共析体及Cu3P相]则合金塑性降低明显特别是枝晶网胞间生成连续的粗大脆性化合物。
②枝晶芯部与同胞间化学成分不同可形成浓度差电池降低材料的电化学腐蚀抗网状壳层时合金塑性将急剧下降。
③铸锭加工变形时具有不同化学成分的各显区域拉长并形成带状组织导致材料力。当出现非平衡第二相时一般亦降低抗蚀性。各向异性以及增加晶间断裂的倾向(如层状断口)。
④固相线温度下移使工艺过程的一些参数难以掌握如热变形前的加热温度不能超过因非平衡凝固固相线下移导致的 固相点温度以免造成过烧现象。

由于先后凝固的固相在成分上的差异不同成分固相受侵蚀程度将不同因而在我们观察合金的显组织时就会观察到典型的枝晶组织枝晶臂的成分与枝晶同胞间的成分(B组元含量高)不同因而显示出不同的颜色。这种因非平衡凝固(结晶)导致的晶粒内成分不均匀的现象称晶内偏析或枝晶偏析。紫铜止水片Cu-Ni合金铸造后的显组织白色枝干含镍较高周围黑色部分含铜较高但均为铜镍a固溶体。一包晶系相图和某合金凝固时可能的非平衡固相线轨迹。与匀晶系合金类似a1-a4表示x合金凝固时固相(a)平均成分的走向即非平衡固相线。x合金按平衡态凝固时固相点温度应为T3凝固完毕应为a单相固溶体晶粒。但在非平衡凝固的情况下x合紫铜止水片Cu30Ni合金铸造显金冷至T4温度时剩余的液相L4将与部分固相a4发生包晶反应即a4+L4→B完成 的凝固过程因此该合金的 凝固温度为T4并产生了一种通过包晶反应而得到的新相B。此种B相为非平衡相因为按平衡态该相在x合金中是不存在的。

合金过冷至T1温度时开始凝固首先析出的固相成分为a1液相成分则为L1。继续冷至T2紫铜止水片温度时析出的固相成分应为a2与之平衡的液相成分改变为L2。a2将覆盖在先析出的a1上若能达到平衡条件a1的成分也会逐渐改变成a2以达到T2紫铜止水片下的平衡态。但实际上固态的扩散速率远小于液态的扩散速率当剩余液相的成分均匀达到L2时固相a中的成分仍为不均匀的它们的平均成分可用a2表示。显然a2中的B原子浓度小于a2中B原子浓度。同理当温度降至T3及T4时其a相的平均成分可用表示a3及a4。在此图中a4即表示x合金的成分。说明x合金在非平衡凝固的条件下T4温度下凝固完毕较之平衡凝固的固相点温度降低了T3-T4。a1-a4表示的线称非平衡的固相线非平衡固相线相对于平衡固相线的偏离与凝固时的冷却速率有关冷却速率愈大偏离愈大。

由于先后凝固的固相在成分上的差异不同成分固相受侵蚀程度将不同因而在我们观察合金的显组织时就会观察到典型的枝晶组织枝晶臂的成分与枝晶同胞间的成分(B组元含量高)不同因而显示出不同的颜色。这种因非平衡凝固(结晶)导致的晶粒内成分不均匀的现象称晶内偏析或枝晶偏析。紫铜止水片Cu-Ni合金铸造后的显组织白色枝干含镍较高周围黑色部分含铜较高但均为铜镍a固溶体。

不论包晶系还是共晶系合金在非平衡凝固状态下基体相a固溶体均具有枝晶偏析的特征而枝晶同胞间将出现非平衡的第二相(B)。在常用铜合金中CuZn、CuSn、CuSi等富铜侧均为包晶系合金而CuACuP等富铜侧为共晶系合金。

Cu10Zm合金的铸态组织该合金为a单相固溶体枝晶干富铜枝晶间富锌。当CuZn合金中锌含量达30%-32%时则因非平衡凝固会导致枝晶间出现少量B相(包晶反应所得)。紫铜止水片Cu7A合金及Cu6.55n0.1P合金铸态组织。从图2-18(a)可知平衡态为单相a固溶体的Cu7A合金在铸态下基体为具有枝晶偏析的a固溶体枝晶间出现非平衡的少量(a+Y2)共析产物。这种共析体是因非平衡结晶时生产了非平衡共晶(a+B)其中的β相再发生共析转变所致。Cu6.55m0.1P合金在平衡态亦应为单相的a固溶体但在铸锭时非平衡凝固的条件下基体a具有较严重的枝晶偏析枝晶间富锡和磷在一定情况下可能在枝间出现(a+8)共析体及Cu3P化合物(可视为++Cu3P三相低熔共晶)CuAl系合金中当含铝量超过7%时会出现β相。在降至一定温度时B相会发生共析分解生成a+y2共析体。含铝较高的图2-17Cu-10Zn合金铸态组织120合金凝固时亦会首先生成B晶粒温度进步降低时将从B相基体中析出具有魏氏组织特征的a相。