包晶凝固

包晶反应和包晶相变在金属凝固中是比较常见的，在Fe-C基合金，Fe-Ni基合金，Cu-Sn合金，Cu-Zn等合金中，都能见到包晶反应和包晶相变。

包晶反应相图

图为具有包晶反应的相图，这种相图是在Fe等合金中经常可以看到的相图。Ⅰ的左侧只有单相图的α凝固，Ⅲ的右面为单相的β相凝固，在Ⅰ与Ⅱ之间，先是α相凝固．如果温度下降到包晶反应温度T p，已经凝固出的α相与液相发生反应．形成P点成分的β相；Ⅱ与Ⅲ之间的合金α相析出后，马上就与液相在包晶反应温度T p下进行包晶反应，形成β相，包晶反应完成后还残余一些液体。

典型的包晶反应相图如图2所示。这是选择具有典型包晶凝固特征的w（Co）成分的合金作为研究对象，该合金首先析出α枝晶，在α枝晶的长大过程中，组元B在液相中富集，导致液相成分沿相图中的液相线变化。当温度降至Tp时，则发生包晶反应Lp+α=β。β相在α相表面发生异质形核，并很快沿表面生长，将α相包裹在中间。进—步的包晶反应通过β相内的扩散进行。组元B自β与L 界面向a与β界面扩散，导致α与β界面向α相—侧扩展，而组元A则自α与β界面向β与L界面扩散并导致该界面向液相扩展，最后完成包晶凝固反应。

图2

由于固相扩散速度比较缓慢，利于α相的大量形核。通常人们正是利用这一特点．进行细化晶粒的。例如AI台金液中加入少量Ti，可以形成TiAl3。

当Ti的质量分数超过0.15％时，将发生包晶反应：TIAl3+L→α，包晶反应产物α为A1台金的主体相，它作为一个包层，包围着非均质核心。由于包层对溶质元素扩散的屏障作用，使得包晶反应不易继续进行下去．也就是包晶反应产物α相不易继续长大，因而获得细小的晶粒组织.

在近平衡凝固条件下，凝固结束后的β相中心往往住存在近平衡的α相。但固相扩散系数较大的溶质组元，如钢中的碳元素，在包晶凝固时可以充分扩散。具有包晶反应的碳素钢，初生δ相在冷却到奥氏体区后完全消失。

一、包晶反应：

相图中包晶反应是α相与β相以及液相相互接触的条件下进行的，这中包晶反应是以两种方式进行的，即（1）在液体中β相形核、生长不与α相接触；（2）β相形核、生长与α相接触。

在第（1）种方式下，由于界面张力的影响，在液相中形成β相不与初生的α相接触，在液相中自由生长，这种形式的包晶反应在Al-Mn合金中的γ+l→β反应中可以看到。在第（2）种方式下的包晶反应是最普通的包晶反应，第二相β相的形核是在α相与液相之间进行的，

一、包晶相变：

包晶反应时形成的第二相β相，在后续的冷却过程中将继续生长，其生长方式有以下几种，即（1）通过β相的扩散；（2）从液相中直接析出；（3）从初生相α中直接析出。所以β相的生长依赖于扩散速度、相图以及冷却速度。

包晶合金的定向凝固：

目前对包晶合金定向凝固的研究集中于共生生长和带状组织形成两个方面，要充分了解包晶合金的定向凝固，也必须要从包晶合金的形核与生长两个方面分析，内容包括包晶合金的形核、凝固界面形态与相选择、包晶相的生长机制。

定向凝固过程是将扩散、传热和相变等交织在一起的过程，凝固过程中溶质再分配，对固液界面稳定性有决定性影响，从而影响着凝固合金的组织形貌