凝固與鑄造組織

合金凝固時,固液界面上固相與液相的溶質濃度比 k = Cs/CL 稱為平衡分配係數。對於像Al-Cu合金這樣k約為0.17的情形,下列說明何者正確?

  1. A固相比液相吸收更多溶質,因此越先凝固的部分溶質越多,越後凝固的部分溶質越少
  2. B固相只能吸收液相約0.17倍的溶質,因此溶質被排向界面前方的液相,越後凝固的部分溶質越多
  3. C表示固相與液相中溶質擴散係數之比的值,為0.17時固相內的擴散比液相慢,但凝固後成分會自然變均勻
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正確答案:B. 固相只能吸收液相約0.17倍的溶質,因此溶質被排向界面前方的液相,越後凝固的部分溶質越多

k是相圖上同一溫度下固相線與液相線成分的比,在液相線與固相線都朝溶質較多的一側下降的系統中,k < 1。Al-4%Cu合金最先形成的固相只含約0.17 × 4 = 0.68%Cu,多餘的溶質被排向液相,使液相逐漸變濃,因此樹枝狀晶的核心較稀,最後凝固的枝晶間與晶界則較濃。越先凝固的部分溶質越多,是k > 1的情形。k不是擴散係數的比,而且固相內的擴散很慢,濃度差在凝固後也不會自然消失,均質化需要熱處理。k越偏離1,偏析越大,區域精煉就是利用這個性質。

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