凝固與鑄造組織

使Al-4.0 wt%Cu合金凝固。依Scheil公式(平衡分配係數 k = 0.17,為定值),殘留液相的濃度以 CL = C₀(1 − fs)^(k−1) 上升。液相達到共晶成分33.2 wt%Cu時殘留的液相分率(這會成為非平衡的共晶組織)最接近下列何者?另外,在平衡相圖上,此成分位於α相最大固溶限(5.65 wt%)的範圍內。

  1. A0%
  2. B約12%
  3. C約7.8%
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正確答案:C. 約7.8%

設殘留液相分率為 fL = 1 − fs,則 33.2 = 4.0 × fL^(−0.83),因此 fL = (33.2/4.0)^(−1/0.83) = 8.3^(−1.20) ≈ 0.078,約7.8%。若為平衡凝固,4.0 wt%Cu小於α相的固溶限5.65 wt%,凝固結束時只有α相,不會形成共晶。0%是把這個平衡的想法套用到固相內擴散緩慢的實際凝固的錯誤。約12%是以為合金中的銅全部集中到共晶成分的液體中而算成 4.0/33.2 的值,忽略了固相中也殘留銅。實際的鑄件中,即使成分在固溶限內,枝晶間也可看到含Al₂Cu的共晶,因此固溶處理的溫度要選在低於此共晶熔點的溫度。

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