共晶、包晶、共析

量为50%。
根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图， 组元A的熔点为1000℃，组元B的熔点为 700℃，ωB=25%的合金在500℃结晶完毕， 并由73.33%的先共晶α相与26.67%的（α+ β） 共晶体组成； ωB=50%的合金在500℃结晶 完毕后，则由40%的先共晶α相与60%的 （α+ β）共晶体组成，而此合金中的α相总
⑶ 组织组成物在相图上的标注 组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。
Ⅰ和Ⅰ, Ⅱ 和Ⅱ,共晶体 (+)都是组
织组成物。
相与相之间 的差别主要 在结构和成 分上。
组织组成物之间的差别主要在形态上。如Ⅰ 、 Ⅱ 和共晶 的结构成分相同，属同一个相，但它们的
形态不同，分属不同的组织组成物。 将组织组成物标注在相图中，可使所标注的组织与
显微镜下观察到的组织一致。
Pb-Sn亚共晶组织
组织组成物在相图上的标注
3、二元包晶相图
当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，
并发生包晶反应时所构成的相图称作包晶相图。
以Pt-Ag相图为例简要分析
⑴ 相图分析
由已有固相析出的新固相称二次相或次生相。 形成二次相的过程称二次析出, 是固态相变的一种。
H
由 析出的二次 用Ⅱ 表示。 随温度下降， 和 相的成分分别沿CF线和DG线变
化， Ⅱ的重量增加。
室温下Ⅱ的相对重量百分比为：QⅡ

F 4 100% FG
由于二次
相析出温
度较低，
室温下两相的相对重量百分比是多少？
E' G
FE'
Q
FG
,
Q
FG
Pb-Sn共晶合金组织
②含S前为匀晶转变，结晶出单相 固溶体，这种
直接从液相中结晶出的固相称一次相或初生相。
.2
温度降到3点以下， 固溶体被Sn过饱和，由于晶格 不稳，开始析出（相变过程也称析出）新相— 相。
QL( QE )
C 2 100%, CE
Q

2E 100% CE
在2点，具有E点成分的剩余液体发生共晶反应：
L ⇄( + ) ，转变为共晶组织，共晶体的重量与转变
前的液相重量相等,
即QE =QL

C2 CE
100%,Q

2E CE
100%
反应结束后，在共晶温度下、 两相的相对重量百
β 在L与α的界面上形核，并向L 变或包晶反应。
和两个方向长大。
⑵ 合金的结晶过程 ① 包晶成分合金：匀晶包晶二次析出。
室温组织为β + II
② PD成分合金：匀晶包晶二次析出。
室温组织为 +βII+β + II
时间
③ DC成分合金：匀晶包晶匀晶二次析出
室温组织为β +II。
时间
5、具有共析反应的二元相图
共析反应(共析转变)是指在一定温度下，由一定成 分的固相同时析出两个成分和结构完全不同的新固 相的过程。
共析转变也是固 态相变。
最常见的共析转
变是铁碳合金中
S P
的珠光体转变:
S
⇄
P+
Fe3C
。
(—奥氏体，—铁素体，Fe3C—渗碳体)
相区进入相数 少的相区曲线 向左拐。 ③ 发生三等温 转变时，冷却 曲线呈一水平 台阶。
⑵ 分析合金结晶过程 ① 画出组织转变示意图。 ② 计算各相、
各组织组成物相 对重量百分比：
a. 在单相区，合 金由单相组成， 相的成分、重量 即合金的成分、 重量。
b. 在两相区，两相的成分随 温度沿各自的相线变化，各 相和各组织组成物的相对重 量可由杠杆定律求出。
⑷ 三相区的确定： 二元相图中的水平 线是三相区，其三 个相由与该三相区 点接触的三个单相 区的相组成。
常见三相等温水平线上的反应
反应名称 图形特征 共晶反应 包晶反应 共析反应
反应式
说明
L⇄ +
恒温下由一个液相同时 结晶出两个成分结构不 同的新固相。
恒温下由一个液相包着
L + ⇄ 一个固相生成另一个新
晶点以右的合
金称过共晶合
A
金。 凡具有共晶线
成分的合金液
L+
B
C
D
体冷却到共晶
温度时都将发
生共晶反应。
⑵ 合金的结晶过程
①共晶合金(Ⅱ合金)的结晶过程 液态合金冷却到E 点时， Pb和Sn同时达到饱和, 发
生共晶反应：LE ⇄(C+D) 。
1’
19.2
wt%Sn
析出过程中两相相间 形核、互相促进、共 同长大，因而共晶组 织较细，呈片、棒、 点球等形状。
2、二元共晶相图
当两组元在液态 下完全互溶，在 固态下有限互溶, 并发生共晶反应 时所构成的相图 称作共晶相图。
以 Pb-Sn 相图为
例进行分析。
Pb
成分（wt%Sn）
Sn
Pb-Sn合金相图
⑴ 相图分析 ① 相：相图中有L、、 A
三种相, 是溶质Sn在
B
Pb中的固溶体， 是溶 质Pb在Sn中的固溶体。
单相区：L、、β 二相区：L+、 L+、
+
L+
+
L
L+
三相区：L++ （水
平线PDC）
水平线PDC称包晶线，与该线 在一定温度下，由 成分对应的合金在该温度下发 一个液相包着一个
生包晶反应：LC+P⇄β D 。该 固相生成另一新固 反应是液相L包着固相, 新相 相的反应称包晶转
97.5 61.9 100% 45.4% 97.5 19.2
Q 100% Q 54.6%
共晶结束后，随温度下降， 和 的成分分别沿CF线
和DG线变化，并从共晶 中析出Ⅱ ，从共晶 中析 出Ⅱ ，由于共晶组织细， Ⅱ与共晶结合， Ⅱ与共 晶 结合，共晶合金的室温组织仍为 ( + ) 共晶体。
② 相区：相图中有三个 单相区： L、、；三 个两相区： L+、L+、 + ；一个三相区：即 水平线CED。
③ 液固相线：液相线AEB，固相线ACEDB。A、B 分别为Pb、Sn的熔点。
④ 固溶线: 溶解度
A
点的连线称固溶线。
相图中的CF、DG
B
线分别为 Sn在 Pb
中和 Pb在 Sn中的
共晶组织形态
针
树
状
枝
共
状
晶
共
晶
放
螺
射
旋
状
状
共
共
晶
晶
在共晶转变过程中，L、
、 三相共存, 三个相的
量在不断变化，但它们各 自成分是固定的。
共晶组织中的相称共晶相.
共晶转变结束时， 和
相的相对重量百分比为：
C(19.2)
E(61.9) D(97.5)
Q

ED 100% CD
与共晶反应不同 的是，共析反应 的母相是固相， 而不是液相。
另外，由于固态 转变过冷度大， 因而共析组织比 共晶组织细。
珠光体
6、二元相图的分析步骤
实际二元相图往往比较复杂，可按下列步骤进行分析。 ⒈ 分清相图中包括哪些基本类型相图
⒉ 确定相区
⑴ 相区接触法则
相邻两个相区的相数差为1
①两相机械混合物的合金: 性能与合金成分呈直线关 系，是两相性能的算术平 均值，如：
混= ∙Q + β∙Qβ
HB混=HB ∙Q +HBβ∙Qβ (Q 、Qβ为两相相对重量)
② 单相固溶体的合 金：
性能随成分呈曲线 变化，随溶质含量 增加，σ、HB、增 加，塑性下降。
的固相。
恒温下由一个固相同时
⇄ + 析出两个成分结构不同
的新固相。
⒊ 分析典型合金的结晶过程
⑴作出典型合 金冷却曲线示 意图
二元合金冷却 曲线的特征是:
①在单相区和 两相区冷却曲 线为一斜线。
②由一个相区进入另一相区时, 冷却曲线出现拐点: a. 由相数少的相区进入相数多的相区曲线向右拐; b. 由相数多的
分比为：
Q

2D 100%, CD
Q
C 2 100% CD
温度继续下降，将从一次
和共晶 中析出Ⅱ，从 共晶 中析出Ⅱ。其室温 组织为Ⅰ+ (+) + Ⅱ。
亚共晶合金的 结晶过程
④ 过共晶合金结晶过程 与亚共晶合金相似，不同的
是一次相为 , 二次相为Ⅱ 室温组织为Ⅰ+(+)+Ⅱ。
共晶反应的产物，即两 相的机械混合物称共晶 体或共晶组织。发生共 晶反应的温度称共晶温 度。代表共晶温度和共 晶成分的点称共晶点。
Pb原子 扩散
Sn原子 扩散
Pb-Sn共晶组织

共晶体长大示意图
具有共晶成分的合金称共晶合金。在共晶线上，凡
成分位于共晶点以左的合金称亚共晶合金，位于共
固溶线。
固溶体的溶解度随 温度降低而下降。
⑤ 共晶线：水平线CED叫做共晶线。 在共晶线对应的温度下（183 ℃），E点成分的合金同
时结晶出C点成分的 固溶体和D点成分的 固溶体，
形成这两个相的机械混
A
合物：LE ⇄(C + D)
B
在一定温度下，由一定 成分的液相同时结晶出 两个成分和结构都不相 同的新固相的转变称作 共晶转变或共晶反应。
•相1成分
相1 重量
合金成分为杠杆的支点，相 或组织组成物的成分为杠杆 的端点。
•组织1成分
c. 在三相区，三个相成分固 组织1 重量 定，重量不断变化，杠杆定
律不适用。
• • 合金成分 相2成分
相2 重量
• • 合金成分 组织2成分
组织2 重量
7、相图与合金性能之间的关系
⑴ 相图与合金力学性能、 物理性能的关系
共析相图与共晶相图相似，对应的有共析线(PSK
线)、共析点(S点)、共析温度、共析成分、共析合
金(共析成分合 金)、亚共析合
铁碳合金相图
金(共析线上共
析点以左的合
金)、过共析合
金(共析线上共
析点以右的合
金)。
共析反应的产物是共析体（铁碳合金中的共析体称珠 光体），也是两相的机械混合物（铁素体+渗碳体)。
⑵ 相图与铸造性能的关系 ①固溶体合金液固相
线间距越大、偏析倾 向大, 树枝晶发达, 流 动性降低, 补缩能力 下降, 分散缩孔增加。
②共晶合金结晶温度 低，流动性好，缩孔 集中， 偏析小， 铸 造性能好。
一个二元共晶反应如下：
（1）WB =50%的合金完全凝固时初晶α与 共晶（α+β）的重量百分数，以及共晶体 中α相与β相的重量百分数； （2）若已知显微组织中β初晶与（α+β） 共晶各占一半，求该合金的成分。
⑵ 单相区的确定
① 液相线以上为液相区；
Fe- Fe3C相图
② 靠纯组元的封闭 区是以该组元为单 相固溶体区；
③相图中每一条水 平线必定与三个单 相区点接触。
Fe- Fe3C相图
⑶ 两相区的确定：两个单相区之间夹有一个两相
区，该两相区的相 由两相邻单相区的 相组成。
Fe-Fe3C相图
一般十分
细小。
Q
QⅡ
Ⅰ合金室温组织
为 + Ⅱ 。
A C
F
B 成分大于 D点合金结晶
E
D
过程与Ⅰ合金相似，室
温组织为 + Ⅱ 。
G
③ 亚共晶合金(Ⅲ合金)的结晶过程
合金液体在2点以前为匀晶转变。冷却到2点，固相成 分变化到C点，液相成分变化到E点, 此时两相的相对
重量为：