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本帖最后由 Test.Wang 于 2016-9-17 14:44 编辑
合金凝固时晶体长大的微观形态与成分过冷的程度有密切关系。图1~图5是反映了成分过冷条件和晶体长大微观形态关系示意图。
（1）平面结晶
当液相中温度梯度GL很大时，GL不与液相平衡温度曲线TL相截，见图1。这就是说液-固相界面前方，液体的实际温度高于液相线平衡温度，不存在成分过冷区域。此时，凝固时所释放的相变潜热全部通过界面后方的固相散发出去，使界面平缓地向前方推进，所以界面呈平面状态，称为平面结晶。平面结晶形态多见于高纯度的焊缝金属中。
图1（a）平滑界面的形成 图1（b）平滑界面的形成
（2）胞状结晶
当液相中温度梯度GL稍低，GL与液相平衡温度曲线相截时，见图2，就在界面前沿出现了一个很小的成分过冷区。此时，从凝固界面上长出许多小芽胞突入过冷的液体区，这样更有利于凝固时的相变潜热散发掉。这些芽胞的截面呈六角形，故将柱状晶中这种亚晶称为胞状晶。
图2（a）胞状晶的形成 图2（b）胞状晶的形成
（3）胞状树枝状结晶
随着液相内温度梯度降低，成分过冷区和过冷程度逐渐增大，见图3。界面上凸起的小芽胞能够伸入到液体内部较远距离处，并不时向四周排出溶质，这样在四周也产生了成分过冷，从而在主干上萌生了新的短小的二次横枝向横向生长，但由于主干间距很小，二次横枝生长受到限制，因而长得较短。形成了胞状树枝状的结晶形态。
图3（a）胞状树枝晶的形成 图3（b）胞状树枝晶的形成
（4）树枝状结晶
当温度梯度进一步减小，过冷区域变得很宽，见图4。成分过冷度很大，在一颗晶粒内除了主干很长以外，主干四周上长出的二次横枝也可以长到一定长度，形成了树枝状的结晶状态。
图4（a）树枝状晶的形成 图4（b）树枝状晶的形成 （5）等轴状结晶
当温度梯度很小时，在液相中很大区域内都形成了成分过冷，见图5。此时不仅在液-固相界面出能生长出粗长的树枝晶，而且在液相内部也可以直接形成晶核，这些晶核四周都是成分过冷区，又没有其他晶粒阻碍其生长，因而可以同时沿几个结晶有利方向生长，最终形成等轴状结晶。
图5（a）等轴状结晶的形成 图5（b）等轴状结晶的形成
综上所述，影响焊缝凝固组织结晶形态的因素共有3个：液相中的温度梯度G，晶粒长大速度R和液相的溶质浓度C0，这3个因素综合作用的结果产生了上述5中结晶形态。现将它们对结晶形态的影响用图6来做一总结:当R和G不变，随着合金中溶质浓度的升高，成分过冷度增大，从而使结晶形态由平面晶变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝晶、最后称为等轴晶。在成分C0一定时，G越大，结晶形态由等轴晶经树枝晶、胞状晶最后演变到平面晶。实践已证实上述规律对控制和分析焊缝区的结晶形态有重要的指导意义。
图6 G、R及C0对凝固组织的影响
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