金属材料液态成形基础解析——合金的结晶与二元合金相图（四） - 标准下载站

(3)发生包晶反应的合金的结晶

1)包晶相图

两组元在液态下无限互溶，在固态下有限溶解，并在结晶时发生包晶转变的相图，称为包晶相图。什么是包晶转变呢？

即由一定成分的液相与一定成分的固相在恒温下转变成另一种一定成分的固相的转变。由于新固相，首先在L相与原固相的相界上形核并包着原固相长大，故称为包晶转变。

铁碳合金相图中的包晶部分如下所示。

动画20 铁碳相图的包晶部

2)相图分析

图19 共析相图

①组元：铁和碳

②相：三种相 Fe和C形成的液相（L）；碳溶于高于δ-Fe中形成的固溶体叫δ相，δ相在1495℃溶碳量最大，为0.09%；还有A体。

③点：A点是什么点？温度为1538℃；B点包晶转变时液态合金的成分，ωc=0.53%;H点碳在δ-Fe中的最大溶解度，1495℃，ωc=0.09%；J点包晶点，在此点发生包晶转变。

1495℃

1495℃

LB+δH

AJ或L0.53%+δ0.09%

A0.17%

④线：ABC为液相线，AHJE为固相线，HJB为包晶线，HN是碳在δ相中的溶解度曲线，JN线δ相向A相转变终了线，JE线液相向A相转变终了线。

⑤相区：三个单相区（L、δ、A）；三个双相区（L+δ，δ+A，L+A），一个三个相共存区（HJB线包晶转变在此线上发生公式没输（N25））

（4）合金的结晶过程

以包晶点的成分为例分析其结晶过程。

液相中结晶出δ，随着温度的降低，液相不断减少，δ相不断增多。同时，δ相和剩余液相的成分分别沿着AH和AB线朝H和B变化，当温度到达包晶线HJB时，δ相和剩余液相的成分分别到达H和B,从而发生包晶转变而生成A。其他成分的结晶过程可用上述方法分析，不再详述。

包晶反应的合金结晶过程如下所示：

动画21 包晶转变

ωc =0.17%的铁碳合金在1点以上为液相, 与1点相交后从液相结晶出δ相，随着温度的下降δ相越来越多，其成分沿着AH线变化，当温度到了1495℃时，δ相的成分到了H点，即δ相的ωc=0.09%；而液相越来越少，其成分沿着AB线变化，当温度到了1495℃时，液相的成分到了B点，即L相的ωc=0.53%,具备了共晶转变的条件,于是合金在2点时发生共晶转变，2点以下组织没有变化。

1495℃

1495℃

LB+δH

AJ或L0.53%+δ0.09%

A0.17%

其他成分的结晶过程可用上述方法分析，不再详细叙述。

(4)发生共析反应的合金的结晶

1)共析相图

共析相图——即在二元合金中，在较高温度时经过液相结晶得到单相固溶体（如通过匀晶转变得到某种单相固溶体组织），在冷却到某一温度时，一定成分的固相同时转变成具有两种一定成分固相的转变，这种转变称为共析转变。具有共析转变的二元合金相图称为共析相图。

2)相图分析

①组元：铁和Fe3C

②三种相：铁素体用“F”表示，是碳溶入α-Fe形成的固溶体。具有什么晶格？奥氏体（A）和渗碳体（Fe3C）

③点：A、C、E点都是什么点？

G点是纯铁的同素异晶转变点。即

912℃

γ-Fe

S点共析点,在该点发生共析转变，即

727℃

A0.77

K’点是Fe3C在727℃时的成分ωc =6.69%。

P点碳在α-Fe中的最大溶解度，727℃时，ωc =0.02189%。

Q点在600℃时碳在α-Fe中溶解度，ωc=0.0057%。

④线：AC为液相线；AE线为固相线；ES线为碳在A体中的溶解度曲线，在E点碳在奥氏体中溶解度最大为2.11%，E点温度为1148℃，GS线是F体转变开始线；GP是F体转变终了线，P S K′线是共析转变线，凡ωc>0.0218%的铁碳合金在结晶过程中,只要与此线相交就会发生共析转变；PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线，在727℃时，碳在F体的溶解度最大为0.0218%，随着温度的下降，溶解度下降，在600℃时为0.0057%，室温下为0.0008%。

⑤区：四个单相区（L、A、Fe3C、F）；五单双相区（L+A；A+Fe3C；F+A；F+Fe3c）一个三相共存区：

727℃

A0.77