2.2 二元相图的基本类型
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Basic two第二级 types of two-component phase diagram 第三级 第四级 第五级
2.2
二元相图的基本类型 二元相图的基本类型
Basic types of two-component phase diagram two•2.2.1 相图的建立( Setting-up of phase diagrams ) Setting•2.2.2 匀 晶 相 图 —— 学 习 二 元 相 图 的 基 础 ( Isomorphous
1
图2.8 C-N合金匀晶相图 C-
3.固溶体合金的平衡结晶过程分析 3.固溶体合金的平衡结晶过程分析
图2.8 C-N合金匀晶相图 C-
•由以上分析可知,I合金的平衡结晶过程,其特点是: 由以上分析可知, 合金的平衡结晶过程,其特点是: 由以上分析可知 平衡结晶过程 •液态金属在无限缓慢冷却条件下,冷却到一定温度范围内进行结晶,而且 液态金属在无限缓慢冷却条件下,冷却到一定温度范围内进行结晶, 液态金属在无限缓慢冷却条件下 固溶体的成分沿着固相线变化( 在结晶过程中固溶体的成分沿着固相线变化 在结晶过程中固溶体的成分沿着固相线变化(即α1→α2→α3→α4),而液相的 成分沿液相线变化( 如图2 所示。 成分沿液相线变化(即l1→l2→l3→l4),如图2-8(a)所示。这就是固溶体 合金的平衡结晶规律。 合金的平衡结晶规律。 用冷却曲线描述K合金的平衡结晶过程, 如图2 用冷却曲线描述K合金的平衡结晶过程,则如图2-8(b)所示。 所示。
分间关系的简明图解, 分间关系的简明图解,它清楚地表明了材料中各种相的存在 范围以及相与相之间的关系。 范围以及相与相之间的关系。 •相图中的相是指平衡相,它不反映时间因素的影响。 相图中的相是指平衡相, 是指平衡相 •材料在一定成分和一定温度下的相状态,以及当成分和温 材料在一定成分和一定温度下的相状态, 材料在一定成分和一定温度下的相状态 度改变时相状态的变化,可用温度— 度改变时相状态的变化,可用温度—成分坐标系的图示明确而 系统地表示出来。 系统地表示出来。
4.杠杆定律及其应用 4.杠杆定律及其应用
•设合金总质量为W(100%即1),液相的质量分数为WL,固相的质量分数为Wα,则 设合金总质量为W(100%即1),液相的质量分数为W 固相的质量分数为W 设合金总质量为W(100% • =W(即 WL+ Wα=W(即1) (2.1) •若已知液相中镍的质量分数为x1,固溶体中镍的质量分数为x2,合金中镍的质量分 若已知液相中镍的质量分数为x 固溶体中镍的质量分数为x 若已知液相中镍的质量分数为 数为x 数为x,则 WL·x1+ Wα x2=W x x Wα·x =W·x (2.2) •解(2.1)和(2.2)组成的方程:WL=(x2-x)/(x2-x1);Wα=(x-x1)/(x2-x1)。将分子 组成的方程: );Wα=( 解(2.1)和(2.2)组成的方程 和分母都换成相图中的线段, Wα的质量分数用百分数表示时 的质量分数用百分数表示时, 和分母都换成相图中的线段,并将 WL和Wα的质量分数用百分数表示时,则 100%, 100%;两相相对质量之比为 两相相对质量之比为: WL=xx2/x1x2×100%,Wα=x1x/x1x2×100%;两相相对质量之比为:WL/ Wα=xx2/x1x。 •由图2-9(b)可以看出,以上所求得的两平衡相相对质量之间的关系与力学中的杠杆 由图2 可以看出, 由图 9(b)可以看出 定律颇为相似,因此称为“杠杆定律” 杠杆定律说明: 定律颇为相似,因此称为“杠杆定律”。杠杆定律说明:某合金两平衡相的质量分数 Wα)之比等于该两相成分点到合金成分点距离的反比 即线段xx 之比等于该两相成分点到合金成分点距离的反比, 之比。 (WL与Wα)之比等于该两相成分点到合金成分点距离的反比,即线段xx2与x1x之比。 •杠杆定律仅适用于两相区,用于求两平衡相的成分及其相对质量。 杠杆定律仅适用于两相区,用于求两平衡相的成分及其相对质量。
reaction)
•2来自百度文库2.7
properties and phase diagrams of binary alloys)
二元合金相图与性能之间的关系(Relationship between
2.2.1 相图的建立 Setting-up of phase diagrams
•相图是表示材料(合金)体系中材料(合金)的状态与温度、成 是表示材料(合金)体系中材料(合金)的状态与温度、
diagramdiagram-the diagram ) fangdation of studying twotwo-component
phase
•2.2.3 共晶相图——学习二元相图的关键( The eutectic phase 共晶相图—— ——学习二元相图的关键
diagramdiagram-the key to study two-component phase diagram ) twodiagram )
用热分析法建立Cu Ni相图 Cu图2-7 用热分析法建立Cu-Ni相图
2.2.2 匀晶相图—学习二元相图的基础 匀晶相图—
( Binary isomorphous diagrams) •1. 匀晶相图与匀晶转变
•两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解,即在固态下形成无限固溶体的 两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解, 两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解 合金相图称为匀晶相图。例如Cu-Ni、Fe-Cr等合金相图均属于此类相图。在这类合 等合金相图均属于此类相图。 合金相图称为匀晶相图。例如 、 等合金相图均属于此类相图 金中,结晶时都是从液相结晶出单相固溶体,这种结晶过程称为匀晶转变。 金中,结晶时都是从液相结晶出单相固溶体,这种结晶过程称为匀晶转变。应该指 几乎所有的二元合金相图都包含有匀晶转变部分, 出,几乎所有的二元合金相图都包含有匀晶转变部分,因此掌握这一类相图是学习 二元合金相图的基础。 二元合金相图的基础。
4.杠杆定律及其应用 4.杠杆定律及其应用
图2.9 杠杆定律的证明
•在合金相图中的两相区(如液相和固相)内,若给定某一温度,就能确定在 在合金相图中的两相区(如液相和固相) 若给定某一温度, 该温度下两平衡相(如液、固两相)的成分,以及在该温度下两平衡相(如液、 该温度下两平衡相(如液、固两相)的成分,以及在该温度下两平衡相(如液、 固两相)的相对质量,这就是杠杆定律的内容。 固两相)的相对质量,这就是杠杆定律的内容。 •分析成分为K的Cu-Ni合金,见图2-9 (a),在tx温度时,液相成分为x1, 分析成分为K Cu-Ni合金 见图2 (a), tx温度时 液相成分为x 合金, 温度时, 分析成分为 固相成分为x 通过tx温度作一水平线,此水平线与液、 tx温度作一水平线 固相成分为x2(通过tx温度作一水平线,此水平线与液、固相线的交点即为 相的成分与α相的成分) 现求在该温度下,已结晶出固溶体α L相的成分与α相的成分)。现求在该温度下,已结晶出固溶体α和剩余液相 的质量分数。 L的质量分数。
•建立相图的方法有实验测定和理论计算两种,但目前所 有实验测定和理论计算两种,
使用的相图大部分都是根据大量实验结果绘制出来的。 使用的相图大部分都是根据大量实验结果绘制出来的。
2.2.1 相图的建立 Setting-up of phase diagrams
•如图2.7所示,首先配制一系列不同成分的合金,测出其从液态到室温的冷 如图2.7所示 首先配制一系列不同成分的合金, 所示, 却曲线,求得各相变点,然后把这些特性点标在温度-成分的坐标图纸上 成分的坐标图纸上, 却曲线,求得各相变点,然后把这些特性点标在温度 成分的坐标图纸上, 把相同意义的特性点联结成线。这些特性线将相图划分出一些区域, 把相同意义的特性点联结成线。这些特性线将相图划分出一些区域,这些 区域称为相区;最后 在各相区内填入相应的“ 最后, 的名称。 区域称为相区 最后,在各相区内填入相应的“相”的名称。 •在二元相图中,有的相图简单 如Cu-Ni相图 ,有的相图很复杂 如Fe-C相 在二元相图中, 相图), 在二元相图中 有的相图简单(如 相图 有的相图很复杂(如 相 图)。但不管多么复杂,任何二元相图都可以看成是由几类基本类型的相图 。但不管多么复杂, 迭加、复合而组成的。 迭加、复合而组成的。
•2.相图分析 2.相图分析
①特性点:纯铜的熔点A为1083℃,纯镍的熔点 为1455℃。 特性点:纯铜的熔点 为 ℃ 纯镍的熔点B为 ℃ 特性线: 固相线。 相区与基本相: ②特性线:液相线 ,固相线。 ③相区与基本相:
3.固溶体合金的平衡结晶过程分析 3.固溶体合金的平衡结晶过程分析
•现以K成分合金为例进行分析。 现以K成分合金为例进行分析。 •当I合金从高温液态缓慢冷却至t1温度时,开始从液相中结晶出固溶体α,此时的α 当 合金从高温液态缓慢冷却至t 温度时,开始从液相中结晶出固溶体α 此时的α l1 t 随温度下降,结晶出来的α → α1 成分为α 其含镍量高于I合金的镍含量) 成分为α1(其含镍量高于I合金的镍含量),即 。随温度下降,结晶出来的α 固溶体量逐渐增多,剩余的液相L量逐渐减少。 温度冷至t 固溶体的成分为α 固溶体量逐渐增多,剩余的液相L量逐渐减少。当温度冷至t2时,固溶体的成分为α2, l2 t2 α 2 → 液相的成分为l 镍含量低于合金的镍含量) 为保持相平衡, t1温度 液相的成分为l2(镍含量低于合金的镍含量),即 。为保持相平衡,在t1温度 结晶出来的α1 α1相 必须改变为与α 相一致的成分,液相成分也必须由l1 l2变 l1向 结晶出来的α1相,必须改变为与α2相一致的成分,液相成分也必须由l1向l2变 ……一直冷到t 温度时, 一直冷到 最后的相平衡, 化。……一直冷到t4温度时,其相平衡关系 。最后的相平衡,必然使从液相 l4 t4 α 4 → 中结晶出来的全部α相都具有α 的成分,并使最后一滴液相的成分达到l 的成分。 中结晶出来的全部α相都具有α4的成分,并使最后一滴液相的成分达到l4的成分。
5.不平衡结晶 5.不平衡结晶 —— 枝晶偏析
•在实际结晶过程中,很难保持体系的平衡状态,冷却过程往往是比较快的(即不平 在实际结晶过程中,很难保持体系的平衡状态,冷却过程往往是比较快的( 在实际结晶过程中 衡结晶),此时原子不能充分进行扩散,这时先结晶出的固相含高熔点组元(镍 较 ),此时原子不能充分进行扩散 衡结晶),此时原子不能充分进行扩散,这时先结晶出的固相含高熔点组元 镍)较 后结晶出的固相含低熔点组元(铜 较多 快冷使这种成分不均匀现象保留下来, 较多, 多,后结晶出的固相含低熔点组元 铜)较多,快冷使这种成分不均匀现象保留下来, 形成了在同一晶粒中的成分偏析,因结晶一般是以树枝状方式进行, 形成了在同一晶粒中的成分偏析,因结晶一般是以树枝状方式进行,先结晶的主干 和后结晶的分支成分不一致, 枝晶偏析。 和后结晶的分支成分不一致,故这种偏析称为枝晶偏析。因这种偏析发生在一个 晶粒内, 又称晶内偏析。 晶粒内,故又称晶内偏析。 • 枝晶偏析,会使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变坏。为消除枝晶偏析, 枝晶偏析,会使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变坏。为消除枝晶偏析, 可采用高温扩散退火(又称均匀化退火 方法,即将合金铸件加热至固相线以下100~ 又称均匀化退火)方法 可采用高温扩散退火 又称均匀化退火 方法,即将合金铸件加热至固相线以下 ~ 200℃长时间保温(一般 ~8h),使原子充分扩散,从而达成分均匀化的目的。 ℃长时间保温 一般 一般5~ ,使原子充分扩散,
•2.2.4 包 晶 相 图 特 征 ( Characteristics of peritectic phase •2.2.5 具 有 稳 定 化 合 物 相 图 (Phase diagrams with stable
compound)
•2.2.6 具 有 共 析 反 应 的 相 图 (Phase diagrams with eutectoid
• • • •
Basic two第二级 types of two-component phase diagram 第三级 第四级 第五级
2.2
二元相图的基本类型 二元相图的基本类型
Basic types of two-component phase diagram two•2.2.1 相图的建立( Setting-up of phase diagrams ) Setting•2.2.2 匀 晶 相 图 —— 学 习 二 元 相 图 的 基 础 ( Isomorphous
1
图2.8 C-N合金匀晶相图 C-
3.固溶体合金的平衡结晶过程分析 3.固溶体合金的平衡结晶过程分析
图2.8 C-N合金匀晶相图 C-
•由以上分析可知,I合金的平衡结晶过程,其特点是: 由以上分析可知, 合金的平衡结晶过程,其特点是: 由以上分析可知 平衡结晶过程 •液态金属在无限缓慢冷却条件下,冷却到一定温度范围内进行结晶,而且 液态金属在无限缓慢冷却条件下,冷却到一定温度范围内进行结晶, 液态金属在无限缓慢冷却条件下 固溶体的成分沿着固相线变化( 在结晶过程中固溶体的成分沿着固相线变化 在结晶过程中固溶体的成分沿着固相线变化(即α1→α2→α3→α4),而液相的 成分沿液相线变化( 如图2 所示。 成分沿液相线变化(即l1→l2→l3→l4),如图2-8(a)所示。这就是固溶体 合金的平衡结晶规律。 合金的平衡结晶规律。 用冷却曲线描述K合金的平衡结晶过程, 如图2 用冷却曲线描述K合金的平衡结晶过程,则如图2-8(b)所示。 所示。
分间关系的简明图解, 分间关系的简明图解,它清楚地表明了材料中各种相的存在 范围以及相与相之间的关系。 范围以及相与相之间的关系。 •相图中的相是指平衡相,它不反映时间因素的影响。 相图中的相是指平衡相, 是指平衡相 •材料在一定成分和一定温度下的相状态,以及当成分和温 材料在一定成分和一定温度下的相状态, 材料在一定成分和一定温度下的相状态 度改变时相状态的变化,可用温度— 度改变时相状态的变化,可用温度—成分坐标系的图示明确而 系统地表示出来。 系统地表示出来。
4.杠杆定律及其应用 4.杠杆定律及其应用
•设合金总质量为W(100%即1),液相的质量分数为WL,固相的质量分数为Wα,则 设合金总质量为W(100%即1),液相的质量分数为W 固相的质量分数为W 设合金总质量为W(100% • =W(即 WL+ Wα=W(即1) (2.1) •若已知液相中镍的质量分数为x1,固溶体中镍的质量分数为x2,合金中镍的质量分 若已知液相中镍的质量分数为x 固溶体中镍的质量分数为x 若已知液相中镍的质量分数为 数为x 数为x,则 WL·x1+ Wα x2=W x x Wα·x =W·x (2.2) •解(2.1)和(2.2)组成的方程:WL=(x2-x)/(x2-x1);Wα=(x-x1)/(x2-x1)。将分子 组成的方程: );Wα=( 解(2.1)和(2.2)组成的方程 和分母都换成相图中的线段, Wα的质量分数用百分数表示时 的质量分数用百分数表示时, 和分母都换成相图中的线段,并将 WL和Wα的质量分数用百分数表示时,则 100%, 100%;两相相对质量之比为 两相相对质量之比为: WL=xx2/x1x2×100%,Wα=x1x/x1x2×100%;两相相对质量之比为:WL/ Wα=xx2/x1x。 •由图2-9(b)可以看出,以上所求得的两平衡相相对质量之间的关系与力学中的杠杆 由图2 可以看出, 由图 9(b)可以看出 定律颇为相似,因此称为“杠杆定律” 杠杆定律说明: 定律颇为相似,因此称为“杠杆定律”。杠杆定律说明:某合金两平衡相的质量分数 Wα)之比等于该两相成分点到合金成分点距离的反比 即线段xx 之比等于该两相成分点到合金成分点距离的反比, 之比。 (WL与Wα)之比等于该两相成分点到合金成分点距离的反比,即线段xx2与x1x之比。 •杠杆定律仅适用于两相区,用于求两平衡相的成分及其相对质量。 杠杆定律仅适用于两相区,用于求两平衡相的成分及其相对质量。
reaction)
•2来自百度文库2.7
properties and phase diagrams of binary alloys)
二元合金相图与性能之间的关系(Relationship between
2.2.1 相图的建立 Setting-up of phase diagrams
•相图是表示材料(合金)体系中材料(合金)的状态与温度、成 是表示材料(合金)体系中材料(合金)的状态与温度、
diagramdiagram-the diagram ) fangdation of studying twotwo-component
phase
•2.2.3 共晶相图——学习二元相图的关键( The eutectic phase 共晶相图—— ——学习二元相图的关键
diagramdiagram-the key to study two-component phase diagram ) twodiagram )
用热分析法建立Cu Ni相图 Cu图2-7 用热分析法建立Cu-Ni相图
2.2.2 匀晶相图—学习二元相图的基础 匀晶相图—
( Binary isomorphous diagrams) •1. 匀晶相图与匀晶转变
•两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解,即在固态下形成无限固溶体的 两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解, 两组元在液态和固态下均可以以任意比例相互溶解 合金相图称为匀晶相图。例如Cu-Ni、Fe-Cr等合金相图均属于此类相图。在这类合 等合金相图均属于此类相图。 合金相图称为匀晶相图。例如 、 等合金相图均属于此类相图 金中,结晶时都是从液相结晶出单相固溶体,这种结晶过程称为匀晶转变。 金中,结晶时都是从液相结晶出单相固溶体,这种结晶过程称为匀晶转变。应该指 几乎所有的二元合金相图都包含有匀晶转变部分, 出,几乎所有的二元合金相图都包含有匀晶转变部分,因此掌握这一类相图是学习 二元合金相图的基础。 二元合金相图的基础。
4.杠杆定律及其应用 4.杠杆定律及其应用
图2.9 杠杆定律的证明
•在合金相图中的两相区(如液相和固相)内,若给定某一温度,就能确定在 在合金相图中的两相区(如液相和固相) 若给定某一温度, 该温度下两平衡相(如液、固两相)的成分,以及在该温度下两平衡相(如液、 该温度下两平衡相(如液、固两相)的成分,以及在该温度下两平衡相(如液、 固两相)的相对质量,这就是杠杆定律的内容。 固两相)的相对质量,这就是杠杆定律的内容。 •分析成分为K的Cu-Ni合金,见图2-9 (a),在tx温度时,液相成分为x1, 分析成分为K Cu-Ni合金 见图2 (a), tx温度时 液相成分为x 合金, 温度时, 分析成分为 固相成分为x 通过tx温度作一水平线,此水平线与液、 tx温度作一水平线 固相成分为x2(通过tx温度作一水平线,此水平线与液、固相线的交点即为 相的成分与α相的成分) 现求在该温度下,已结晶出固溶体α L相的成分与α相的成分)。现求在该温度下,已结晶出固溶体α和剩余液相 的质量分数。 L的质量分数。
•建立相图的方法有实验测定和理论计算两种,但目前所 有实验测定和理论计算两种,
使用的相图大部分都是根据大量实验结果绘制出来的。 使用的相图大部分都是根据大量实验结果绘制出来的。
2.2.1 相图的建立 Setting-up of phase diagrams
•如图2.7所示,首先配制一系列不同成分的合金,测出其从液态到室温的冷 如图2.7所示 首先配制一系列不同成分的合金, 所示, 却曲线,求得各相变点,然后把这些特性点标在温度-成分的坐标图纸上 成分的坐标图纸上, 却曲线,求得各相变点,然后把这些特性点标在温度 成分的坐标图纸上, 把相同意义的特性点联结成线。这些特性线将相图划分出一些区域, 把相同意义的特性点联结成线。这些特性线将相图划分出一些区域,这些 区域称为相区;最后 在各相区内填入相应的“ 最后, 的名称。 区域称为相区 最后,在各相区内填入相应的“相”的名称。 •在二元相图中,有的相图简单 如Cu-Ni相图 ,有的相图很复杂 如Fe-C相 在二元相图中, 相图), 在二元相图中 有的相图简单(如 相图 有的相图很复杂(如 相 图)。但不管多么复杂,任何二元相图都可以看成是由几类基本类型的相图 。但不管多么复杂, 迭加、复合而组成的。 迭加、复合而组成的。
•2.相图分析 2.相图分析
①特性点:纯铜的熔点A为1083℃,纯镍的熔点 为1455℃。 特性点:纯铜的熔点 为 ℃ 纯镍的熔点B为 ℃ 特性线: 固相线。 相区与基本相: ②特性线:液相线 ,固相线。 ③相区与基本相:
3.固溶体合金的平衡结晶过程分析 3.固溶体合金的平衡结晶过程分析
•现以K成分合金为例进行分析。 现以K成分合金为例进行分析。 •当I合金从高温液态缓慢冷却至t1温度时,开始从液相中结晶出固溶体α,此时的α 当 合金从高温液态缓慢冷却至t 温度时,开始从液相中结晶出固溶体α 此时的α l1 t 随温度下降,结晶出来的α → α1 成分为α 其含镍量高于I合金的镍含量) 成分为α1(其含镍量高于I合金的镍含量),即 。随温度下降,结晶出来的α 固溶体量逐渐增多,剩余的液相L量逐渐减少。 温度冷至t 固溶体的成分为α 固溶体量逐渐增多,剩余的液相L量逐渐减少。当温度冷至t2时,固溶体的成分为α2, l2 t2 α 2 → 液相的成分为l 镍含量低于合金的镍含量) 为保持相平衡, t1温度 液相的成分为l2(镍含量低于合金的镍含量),即 。为保持相平衡,在t1温度 结晶出来的α1 α1相 必须改变为与α 相一致的成分,液相成分也必须由l1 l2变 l1向 结晶出来的α1相,必须改变为与α2相一致的成分,液相成分也必须由l1向l2变 ……一直冷到t 温度时, 一直冷到 最后的相平衡, 化。……一直冷到t4温度时,其相平衡关系 。最后的相平衡,必然使从液相 l4 t4 α 4 → 中结晶出来的全部α相都具有α 的成分,并使最后一滴液相的成分达到l 的成分。 中结晶出来的全部α相都具有α4的成分,并使最后一滴液相的成分达到l4的成分。
5.不平衡结晶 5.不平衡结晶 —— 枝晶偏析
•在实际结晶过程中,很难保持体系的平衡状态,冷却过程往往是比较快的(即不平 在实际结晶过程中,很难保持体系的平衡状态,冷却过程往往是比较快的( 在实际结晶过程中 衡结晶),此时原子不能充分进行扩散,这时先结晶出的固相含高熔点组元(镍 较 ),此时原子不能充分进行扩散 衡结晶),此时原子不能充分进行扩散,这时先结晶出的固相含高熔点组元 镍)较 后结晶出的固相含低熔点组元(铜 较多 快冷使这种成分不均匀现象保留下来, 较多, 多,后结晶出的固相含低熔点组元 铜)较多,快冷使这种成分不均匀现象保留下来, 形成了在同一晶粒中的成分偏析,因结晶一般是以树枝状方式进行, 形成了在同一晶粒中的成分偏析,因结晶一般是以树枝状方式进行,先结晶的主干 和后结晶的分支成分不一致, 枝晶偏析。 和后结晶的分支成分不一致,故这种偏析称为枝晶偏析。因这种偏析发生在一个 晶粒内, 又称晶内偏析。 晶粒内,故又称晶内偏析。 • 枝晶偏析,会使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变坏。为消除枝晶偏析, 枝晶偏析,会使合金的力学性能、耐蚀性和加工工艺性能变坏。为消除枝晶偏析, 可采用高温扩散退火(又称均匀化退火 方法,即将合金铸件加热至固相线以下100~ 又称均匀化退火)方法 可采用高温扩散退火 又称均匀化退火 方法,即将合金铸件加热至固相线以下 ~ 200℃长时间保温(一般 ~8h),使原子充分扩散,从而达成分均匀化的目的。 ℃长时间保温 一般 一般5~ ,使原子充分扩散,
•2.2.4 包 晶 相 图 特 征 ( Characteristics of peritectic phase •2.2.5 具 有 稳 定 化 合 物 相 图 (Phase diagrams with stable
compound)
•2.2.6 具 有 共 析 反 应 的 相 图 (Phase diagrams with eutectoid