共晶、包晶、共析

1、2、二元共晶相圖,當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶,并發(fā)生共晶反應(yīng)時(shí)所構(gòu)成的相圖稱作共晶相圖。 以 Pb-Sn 相圖為例進(jìn)行分析,相圖分析 相：相圖中有L、三種相, 是溶質(zhì)Sn在 Pb中的固溶體， 是溶質(zhì)Pb在Sn中的固溶體。 相區(qū)：相圖中有三個單相區(qū)： L、；三個兩相區(qū)： L+、L+、+ ；一個三相區(qū)：即水平線CED,固溶線: 溶解度點(diǎn)的連線稱固溶線。相圖中的CF、DG線分別為 Sn在 Pb中和 Pb在 Sn中的固溶線。 固溶體的溶解度隨溫度降低而下降,液固相線：液相線AEB，固相線ACEDB。A、B分別為Pb、Sn的熔點(diǎn),在一定溫度下，由一定成分的液相同時(shí)結(jié)晶出兩個成分和結(jié)構(gòu)都不

2、相同的新固相的轉(zhuǎn)變稱作共晶轉(zhuǎn)變或共晶反應(yīng),共晶線：水平線CED叫做共晶線。 在共晶線對應(yīng)的溫度下（183 ），E點(diǎn)成分的合金同時(shí)結(jié)晶出C點(diǎn)成分的 固溶體和D點(diǎn)成分的 固溶體，形成這兩個相的機(jī)械混 合物：LE (C + D,共晶反應(yīng)的產(chǎn)物，即兩相的機(jī)械混合物稱共晶體或共晶組織。發(fā)生共晶反應(yīng)的溫度稱共晶溫度。代表共晶溫度和共晶成分的點(diǎn)稱共晶點(diǎn),具有共晶成分的合金稱共晶合金。在共晶線上，凡成分位于共晶點(diǎn)以左的合金稱亞共晶合金，位于共,晶點(diǎn)以右的合金稱過共晶合金。 凡具有共晶線成分的合金液體冷卻到共晶溫度時(shí)都將發(fā)生共晶反應(yīng),合金的結(jié)晶過程 共晶合金(合金)的結(jié)晶過程 液態(tài)合金冷卻到E 點(diǎn)時(shí)， Pb和S

3、n同時(shí)達(dá)到飽和, 發(fā)生共晶反應(yīng)：LE (C+D),析出過程中兩相相間形核、互相促進(jìn)、共同長大，因而共晶組織較細(xì)，呈片、棒、點(diǎn)球等形狀,共晶組織形態(tài),在共晶轉(zhuǎn)變過程中，L、 、 三相共存, 三個相的量在不斷變化，但它們各自成分是固定的。 共晶組織中的相稱共晶相.共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)， 和 相的相對重量百分比為,共晶結(jié)束后，隨溫度下降， 和 的成分分別沿CF線和DG線變化，并從共晶 中析出 ，從共晶 中析出 ，由于共晶組織細(xì)， 與共晶結(jié)合， 與共晶 結(jié)合，共晶合金的室溫組織仍為 ( + ) 共晶體,室溫下兩相的相對重量百分比是多少,含Sn量小于C點(diǎn)合金(合金)的結(jié)晶過程 在3點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變，結(jié)晶出單相

4、 固溶體，這種直接從液相中結(jié)晶出的固相稱一次相或初生相,溫度降到3點(diǎn)以下， 固溶體被Sn過飽和，由于晶格不穩(wěn)，開始析出（相變過程也稱析出）新相 相。由已有固相析出的新固相稱二次相或次生相。 形成二次相的過程稱二次析出, 是固態(tài)相變的一種,H,由于二次相析出溫度較低，一般十分細(xì)小,室溫下的相對重量百分比為,由 析出的二次 用 表示。 隨溫度下降， 和 相的成分分別沿CF線和DG線變化， 的重量增加,合金室溫組織為 +,成分大于 D點(diǎn)合金結(jié)晶過程與合金相似，室溫組織為 +,亞共晶合金(合金)的結(jié)晶過程 合金液體在2點(diǎn)以前為勻晶轉(zhuǎn)變。冷卻到2點(diǎn)，固相成分變化到C點(diǎn)，液相成分變化到E點(diǎn), 此時(shí)兩相的相

5、對重量為,在2點(diǎn)，具有E點(diǎn)成分的剩余液體發(fā)生共晶反應(yīng)： L ( + ) ，轉(zhuǎn)變?yōu)楣簿ЫM織，共晶體的重量與轉(zhuǎn)變前的液相重量相等, 即QE =QL 反應(yīng)結(jié)束后，在共晶溫度下、 兩相的相對重量百分比為,溫度繼續(xù)下降，將從一次 和共晶 中析出，從共晶 中析出。其室溫組織為+ (+) +,過共晶合金結(jié)晶過程 與亞共晶合金相似，不同的是一次相為 , 二次相為 室溫組織為+(+),組織組成物在相圖上的標(biāo)注 組織組成物是指組成合金顯微組織的獨(dú)立部分,和, 和,共晶體(+)都是組織組成物。 相與相之間的差別主要在結(jié)構(gòu)和成分上,組織組成物之間的差別主要在形態(tài)上。如 、 和共晶 的結(jié)構(gòu)成分相同，屬同一個相，但它們的

6、形態(tài)不同，分屬不同的組織組成物。 將組織組成物標(biāo)注在相圖中，可使所標(biāo)注的組織與顯微鏡下觀察到的組織一致,Pb-Sn亞共晶組織,組織組成物在相圖上的標(biāo)注,3、二元包晶相圖,當(dāng)兩組元在液態(tài)下完全互溶，在固態(tài)下有限互溶，并發(fā)生包晶反應(yīng)時(shí)所構(gòu)成的相圖稱作包晶相圖。 以Pt-Ag相圖為例簡要分析,相圖分析 單相區(qū)：L、 二相區(qū)：L+、 L+、+ 三相區(qū)：L+ （水平線PDC,在一定溫度下，由一個液相包著一個固相生成另一新固相的反應(yīng)稱包晶轉(zhuǎn)變或包晶反應(yīng),水平線PDC稱包晶線，與該線成分對應(yīng)的合金在該溫度下發(fā)生包晶反應(yīng)：LC+P D 。該反應(yīng)是液相L包著固相, 新相 在L與的界面上形核，并向L和兩個方向長大

7、,合金的結(jié)晶過程 包晶成分合金：勻晶包晶二次析出。 室溫組織為 + II,PD成分合金：勻晶包晶二次析出。 室溫組織為 +II+ + II,DC成分合金：勻晶包晶勻晶二次析出 室溫組織為 +II,共析轉(zhuǎn)變也是固態(tài)相變。 最常見的共析轉(zhuǎn)變是鐵碳合金中的珠光體轉(zhuǎn)變: S P+ Fe3C,5、具有共析反應(yīng)的二元相圖,共析反應(yīng)(共析轉(zhuǎn)變)是指在一定溫度下，由一定成分的固相同時(shí)析出兩個成分和結(jié)構(gòu)完全不同的新固相的過程,奧氏體，鐵素體，F(xiàn)e3C滲碳體,共析相圖與共晶相圖相似，對應(yīng)的有共析線(PSK線)、共析點(diǎn)(S點(diǎn))、共析溫度、共析成分、共析合,金(共析成分合金)、亞共析合金(共析線上共析點(diǎn)以左的合金)、

8、過共析合金(共析線上共析點(diǎn)以右的合金,鐵碳合金相圖,共析反應(yīng)的產(chǎn)物是共析體（鐵碳合金中的共析體稱珠光體），也是兩相的機(jī)械混合物（鐵素體+滲碳體,與共晶反應(yīng)不同的是，共析反應(yīng)的母相是固相，而不是液相。 另外，由于固態(tài)轉(zhuǎn)變過冷度大，因而共析組織比共晶組織細(xì),珠光體,6、二元相圖的分析步驟,實(shí)際二元相圖往往比較復(fù)雜，可按下列步驟進(jìn)行分析。 分清相圖中包括哪些基本類型相圖 確定相區(qū) 相區(qū)接觸法則 相鄰兩個相區(qū)的相數(shù)差為1 單相區(qū)的確定 液相線以上為液相區(qū),Fe- Fe3C相圖,靠純組元的封閉 區(qū)是以該組元為單 相固溶體區(qū)； 相圖中每一條水平線必定與三個單相區(qū)點(diǎn)接觸,Fe- Fe3C相圖,兩相區(qū)的確定：

9、兩個單相區(qū)之間夾有一個兩相,區(qū)，該兩相區(qū)的相由兩相鄰單相區(qū)的相組成。 三相區(qū)的確定：二元相圖中的水平線是三相區(qū)，其三個相由與該三相區(qū)點(diǎn)接觸的三個單相區(qū)的相組成,Fe-Fe3C相圖,常見三相等溫水平線上的反應(yīng),作出典型合金冷卻曲線示意圖 二元合金冷卻曲線的特征是: 在單相區(qū)和兩相區(qū)冷卻曲線為一斜線,分析典型合金的結(jié)晶過程,由一個相區(qū)進(jìn)入另一相區(qū)時(shí), 冷卻曲線出現(xiàn)拐點(diǎn): a. 由相數(shù)少的相區(qū)進(jìn)入相數(shù)多的相區(qū)曲線向右拐,b. 由相數(shù)多的相區(qū)進(jìn)入相數(shù)少的相區(qū)曲線向左拐。 發(fā)生三等溫轉(zhuǎn)變時(shí)，冷卻曲線呈一水平臺階,分析合金結(jié)晶過程 畫出組織轉(zhuǎn)變示意圖,計(jì)算各相、各組織組成物相對重量百分比： a. 在單相區(qū)

10、，合金由單相組成，相的成分、重量即合金的成分、重量,b. 在兩相區(qū)，兩相的成分隨溫度沿各自的相線變化，各相和各組織組成物的相對重量可由杠桿定律求出。 合金成分為杠桿的支點(diǎn)，相或組織組成物的成分為杠桿的端點(diǎn)。 c. 在三相區(qū)，三個相成分固定，重量不斷變化，杠桿定律不適用,7、相圖與合金性能之間的關(guān)系,相圖與合金力學(xué)性能、物理性能的關(guān)系 兩相機(jī)械混合物的合金:性能與合金成分呈直線關(guān)系，是兩相性能的算術(shù)平均值，如： 混= Q + Q HB混=HB Q +HBQ (Q 、Q為兩相相對重量,單相固溶體的合金： 性能隨成分呈曲線變化，隨溶質(zhì)含量增加，、HB、增加，塑性下降,相圖與鑄造性能的關(guān)系,固溶體合金液固相線間距越大、偏析傾向大, 樹枝晶發(fā)達(dá), 流動性降低, 補(bǔ)縮能力下降, 分散縮孔增加。 共晶合金結(jié)晶溫度低，流動性好，縮孔集中， 偏析小， 鑄造性能好,一個二元共晶反應(yīng)如下： （1）WB =50%的合金完全凝固時(shí)初晶與共晶（+）的重量百分?jǐn)?shù)，以及共晶體中相與相的重量百分?jǐn)?shù)；（2）若已知顯微組織中初晶與