8.3 二元系相图(4)

第8章相平衡与相图

8.3 二元系相图(4)

2）共晶合金的平衡凝固

    下面讨论各种典型成分合金的平衡凝固及其显微组织。
    （1）成分在C点以左的合金（合金I）
    由图8-9可以看出，合金Ⅰ缓慢冷却到1点时，开始从液相结晶出以A为基体的α固溶体。随着温度的降低，α固溶体的数量不断增多而液相L的数量不断减少，液相L的成分沿着液相线TAE变化，而α固溶体的成分沿着固相线TAC变化。当冷却到2点时，结晶完毕，合金全部凝固成单相α固溶体，其成分与原液态合金的成分相同。这一过程与匀晶系统合金的平衡凝固过程完全相同。

    继续冷却时。在2～3点温度范围内，α固溶体不发生变化。当温度下降到3点以下时，B在α固溶体中呈过饱和状态，因此，多余的B就以β固溶体的形式从α固溶体中析出。随着温度的降低，α固溶体对B的固溶度逐渐减少，所以这一析出过程将不断进行，α和β两相的成分分别沿着固溶线CF和DG变化。冷却至室温时，成分为F的α相与成分为G的β相维持平衡。
    从一种固溶体中析出另一种固溶体的过程称为脱溶。也即过饱和固溶体的分解，又称二次结晶。二次结晶析出的相又称为次生相或二次相，次生的β固溶体以βⅡ表示，以区别于从液相直接结晶出来的β固溶体。βⅡ优先沿着α相晶界析出，其次是从晶粒内的缺陷部位析出。由于固态下原子扩散能力有限，所以析出的次生相不易长大，一般都比较细小。合金Ⅰ冷却到室温后形成以α相为基体的α+βⅡ两相组织。其冷却曲线及结晶过程如图8-10所示，成分位于CF之间的所有合金平衡结晶过程均与上述合金相似，其显微组织也是由α+βⅡ两相所组成，只是两个相的相对含量不同。合金成分越靠近F点，βⅡ的数量也越少。含B量小于F的合金，将无βⅡ析出。
    室温下，合金Ⅰ的α相和βⅡ的含量可用杠杆定律求出，即
           （8-6）

（2）共晶合金（合金Ⅱ）
      合金Ⅱ是共晶合金。该合金自液态缓慢冷至tE温度时，液相LE同时为A和B元素所饱和，所以从液相中同时结晶出α和β两种固溶体，即发生共晶反应：
      （8-7）
这个转变一直在共晶温度下进行，直到液相LE全部凝固完毕为止。在共晶温度得到的是由和两个相组成的混合物，亦即共晶组织。它们的相对含量可由杠杆定律求得，即
          （8-8）
    继续冷却时，共晶组织中的α和β相的固溶度都将随着温度的降低而减少，α相的成分沿CF变化，β相的成分沿DG线变化，各自分别析出次生相βⅡ和αⅡ。共晶组织中的次生相往往与共晶组织中的同类相混在一起，在显微镜下难以分辨，一般不作具体区分。图8-11是共晶合金的冷却曲线及结晶过程的示意图。

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