当前课程知识点：材料科学基础 > 第六章 相图 > 6.3 共析相图与包晶相图 > 共析相图与包晶相图
同学们好
我们来学习共析转变的相图
类似于共晶转变
由一个固相同时析出成分
和晶体结构均不相同的
两个新固相的过程称为共析转变
共析转变的相图的形状与共晶相图相同
它也是一个恒温过程
也有与共晶点
及共晶线相似意义的共析点和共析线
共析转变的产物称为共析组织或共析体
最常见的共析转变是铁碳合金中的
珠光体转变
当中的奥氏体生成铁素体加上渗碳体
最简单的具有共析转变的二元相图呢
如PPT图当中所示
图中A B为两个组元
d为共析点
cde为共析线
α加β为共析组织
也是共析体
共析反应的表达式呢
d点成分的γ
生成了c点成分的α加上e点成分的β
即为γd在te温度下生成αc加上βe
因为共析反应是在固态下进行的
转变温度相对较低
原子扩散较困难
所以共析组织比共晶组织
要细致均匀得多
那么同学们是否可以试想一下
共晶组织所得到的性能与共析组织
所得到的性能
哪一个会更好一些呢
下面我们来学习包晶相图
包晶相图是因发生包晶转变而命名的
所谓包晶转变是指在一定温度下
由一定成分的液相与一定成分的固相
相互作用生成另一个
一定成分的新固相的过程
在该过程中新生成的固相
依附于原有的固相来生核
将原有的固相包围起来
通过消耗液相和原有的固相而长大
故称为包晶转变或包晶反应
我们来分析一下包晶的相图
和结晶凝固过程
PPT图中所示的是由铂和银两个组元
所构成的二元包晶相图
图中acb为液相线
adpb为固相线
df是α固溶体的溶解度曲线
pg是β固溶体的固溶度曲线
水平线dpc是包晶转变线
p为包晶成分点
其对应的温度tp为包晶转变的温度
相图当中有3个单相区
液相L
固相α和β
单相区之间是L加α
L加β和α加β
3个两相区
两相区之间是L α β的三相共存区
它是一条水平线即dpc线
成分在dc之间的所有合金在tp温度下
都将发生三相平衡的包晶转变
它的反应式为
c点成分的液相L
和d点成分的固相α
在tp的温度下生成p点成分的β
即为Lc加上αd
tp温度下生成βp
包晶转变时
其自由度数同样是f
等于2减3加1等于0
这说明包晶转变与共晶转变一样
也是一个恒温过程
3个共存相的成分也是固定不变的
包晶转变在相图上的特征
同学们有没有发现呢
它的反应相为一个液相和一个固相
其成分点分别位于水平线的两端
而生成的新固相的成分点
位于水平线dpc的中间
其相区位于包晶线的下方
下面我们来看一下
具有包晶转变特征的合金的平衡凝固过程
首先来学习一下Ⅰ号合金
我们以银含量等于42.4%的
铂-银合金为例
由图可见
Ⅰ号合金自液态缓慢冷却到
与液相线acb相交的1点时
开始从液相当中结晶出初晶α相.
随着温度的降低
α相的数量不断增多
液相L的数量则不断减少
α相的成分沿固相线ad变化
液相L的成分沿液相线ac变化
当温度降到包晶温度tp时
α相的成分达到了d点
而液相L的成分达到了c点
它们的含量可以用杠杆定律来求出
在tp温度
液相L和固相α发生了包晶反应
也即Lc加上αd生成βp
下标同样表示的是成分点
在包晶反应过程当中
新生的固相β相是依靠初晶α
与液相相互作用
在α相的表面生成的
β相一旦形成
也就构成了对α相的包围
同时也将参与包晶反应的液相
和固相α彼此隔开
此时L与α继续作用
只有通过α相来进行原子交换
也就是α相当中的铂原子
通过β向液相L当中扩散
而液相当中的银原子
通过贝塔相向α相当中扩散
这样
贝塔相才能不断地消耗L和α而长大
随着时间的延长
L和α相将越来越少
而贝塔相则越来越多也越来越厚
α相继续长大
所需要的原子扩散路程越来越远
包晶转变呢也就变得越加困难
由此可见
包晶转变的平衡结晶过程
需要相当长的时间
该合金包晶转变结束后
液相和固相α
恰好全部转变成贝塔固溶体
从tp温度继续冷却时
因为合金当中的铂在贝塔相中的溶解度
随着温度降低沿eg线逐渐减少
所以从贝塔相固溶体当中
将不断析出次生相αⅡ
因此合金在室温下的组织为贝塔加αⅡ
其平衡结晶凝固过程
如图5-21 (b)所示
再来看一下Ⅱ号合金
合金Ⅱ缓慢冷却到液相线上的1点时
从液相L中开始结晶出初晶α
在1到2点之间
随着温度的降低
α相不断增多
而液相逐渐减少
α相和液相的成分分别沿ad和ac变化
当温度降至2点即包晶温度tp时
L和α相的成分分别变到了d点与c点
此时二者的含量可以用杠杆定律计算
至此将发生包晶反应
c点成分的液相L和d点成分的α
生成p点成分的β相
由于α相的数量
比包晶转变所需要的量多
也就是ωα
等于dc分之2c是大于dc分之pc
所以包晶转变结束后
除形成了新相β以外
α相还会有剩余
在tp温度下
随着固溶体溶解度的变小
从β相和α相当中
均将不断析出αⅡ和βⅡ
所以室温下合金Ⅱ的组织是α
加上β加上αⅡ 再加 上βⅡ
我们再来看一下Ⅲ号合金的平衡凝固过程
当银含量在42.4%
到66.3%之间的铂-银合金
如Ⅲ号合金所示
Ⅲ号合金冷却至液相线上的1点时
从液相L中开始结晶出初晶α
在1到2点之间
随着温度的降低
α相的数量不断增多
L相的数量不断减少
冷到tp温度时发生包晶转变
c点成分的液相L加上d点成分的固相α
生成p点成分的β
用杠杆定律
同样可以算出该合金包晶转变时
系统当中液相的相对含量是比包晶转变时
所需的量多
也就是液相L的含量应该等于dc分之2d
是大于dc分之dp的
所以
包晶转变结束后
除了新形成的β相以外
还会有剩余的液相存在
当温度从2点降低时
剩余的液相将继续结晶出β固溶体
β相的成分沿着pb线来变化
液相的成分沿cb线来变化
当温度达到3点以后
液相全部结晶为
与合金成分相同的β固溶体
在3到4点之间
合金Ⅲ为单相的β固溶体合金
不发生变化
在4点以下
从β固溶体当中将析出αⅡ
冷至室温
合金Ⅲ的组织为β加上αⅡ
合金Ⅲ的平衡结晶过程如图所示
与共析转变类似
包晶转变的相图
也有与它类似的包析转变相图
我们来看一下包析转变相图
固态也存在类似于包晶转变时
所发生的反应
只是因为它发生在固态
所以称其为包析转变或包析反应
包析转变与包晶转变的区别在于
它们是在一定温度下由一个固相
与另一个固相相互作用
而生成第三个新固相的过程
其反应式类似于包晶反应式
可表达为M点成分的γ
与N点成分的β生成O点成分的α
即为γM加上βN生成αO
同学们
这一节我们就先学习到这里
-绪论
-绪论
-讨论1
-讨论2
-2.1 原子结构与原子轨道
--原子结构与轨道
-2.2 电子排布规律
--电子排布规律
--电子排布规律
-2.3 晶体中的结合键
--晶体中的结合键
--原子结构与键合
-2.4 晶体结构与空间点阵
-2.5 晶系与布拉菲点阵
--晶系与布拉菲点阵
--晶系与布拉菲点阵
-2.6 晶向指数与晶面指数
-2.7 晶面间距与晶面夹角
-2.8 晶体的宏观对称性
--晶体的宏观对称性
--晶体的宏观对称性
-讨论1
-讨论2
-习题-第2章
-3.1 金属的晶体结构
--金属的晶体结构
--金属的晶体结构
-3.2 金属晶体的堆垛与间隙
-3.3 合金基本概念
--合金的基本概念
--合金的基本概念
-3.4 固溶体
--固溶体
--固溶体
-3.5 化合物
--化合物
--化合物
-3.6 陶瓷的晶体结构
--陶瓷的晶体结构
--陶瓷的晶体结构
-3.7 高分子的基本结构
--高分子的基本结构
--高分子的基本结构
-3.8 非晶、准晶和纳米晶
-讨论1
-讨论2
-习题-第3章
-4.1 扩散的宏观规律
--扩散的宏观规律
--扩散的宏观规律
-4.2 扩散的微观机制
--扩散的微观机制
--扩散的微观机制
-4.3 扩散与原子的随机行走
-4.4 扩散系数与扩散激活能
-4.5 扩散的影响因素
--扩散的影响因素
--扩散的影响因素
-4.6 反应扩散
--反应扩散
--反应扩散
-讨论1
-讨论2
-习题-第4章
-5.1 纯金属的结晶
--纯金属的结晶
--纯金属的结晶
-5.2 金属结晶的基本条件
-5.3 液态金属的结构
--液态金属的结构
--液态金属的结构
-5.4 均匀形核
--均匀形核
--均匀形核
-5.5 非均匀形核
--非均匀形核
--非均匀形核
-5.6 晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构
-5.7 阶梯的长大机制和生长形态
-讨论1
-讨论2
-习题-第5章
-6.1 匀晶相图
--匀晶相图
--匀晶相图
-6.2 共晶相图
--共晶相图
--共晶相图
-6.3 共析相图与包晶相图
-6.4 其他二元相图
--其他二元相图
--其它二元相图
-6.5 铁碳合金的组元及基本相
-6.6 Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程
-6.7 钢的结晶过程
--钢的结晶过程
--钢的结晶过程
-6.8 白口铸铁的结晶过程
-6.9 碳对铁碳合金平衡组织的影响
-6.10 碳对Fe-C合金机械性能的影响
-6.11 三元相图的表示方法
-6.12 直线法则与杠杆定律
-6.13 重心法则
--重心法则
--重心法则
-6.14 三元匀晶相图与等温截面图
-6.15 变温截面与投影图
--变温截面与投影图
--变温截面与投影图
-6.16 具有共晶三相平衡的三元系相图概况
-6.17 具有共晶三相平衡的三元系相图分析
-6.18 具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图
-讨论1
-讨论2
-习题-第6章
-7.1 固态相变的特点分类
-7.2 固态相变的形核与生长
-7.3 成分保持不变的(无扩散)相变
-7.4 过饱和固溶体的分解
-7.5 共析转变
--共析转变
--共析转变
-7.6 马氏体转变（一）
--马氏体转变（一）
--马氏体转变（一）
-7.7 马氏体转变（二）
--马氏体转变（二）
--马氏体相变（二）
-7.8 贝氏体相变
--贝氏体相变
--贝氏体转变
-讨论1
-讨论2
-习题-第7章
-8.1 点缺陷
--点缺陷
--点缺陷
-8.2 位错的基本概念
--位错的基本概念
--位错的基本概念
-8.3 柏氏矢量
--柏氏矢量
--柏氏矢量
-8.4 位错的运动
--位错的运动
--位错的运动
-8.5 位错的弹性性质
--位错的弹性性质
--位错的弹性性质
-8.6 位错的交互作用
--位错的交互作用
--位错的交互作用
-8.7 位错的生成与增殖
--位错的生成与增殖
--位错的生成与增殖
-8.8 实际晶体中的位错
--实际晶体中的位错
--实际晶体中的位错
-8.9 位错反应
--位错反应
--位错反应
-8.10 晶界与相界
--晶界与相界
--晶界与相界
-讨论1
-讨论2
-习题-第8章
-9.1 金属的应力-应变曲线
-9.2 单晶体的塑性变形-滑移
-9.3 单晶体的塑性变形-孪生
-9.4 多晶体的塑性变形
--多晶体的塑性变形
--多晶体的塑性变形
-9.5 多相合金的塑性变形
-9.6 聚合物与陶瓷的塑性变形
-9.7 变形后的组织与性能
-9.8 晶体的断裂
--晶体的断裂
--晶体的断裂
-9.9 回复和再结晶
--回复和再结晶
--回复和再结晶
-9.10 再结晶形核和长大
--再结晶形核和长大
--再结晶形核和长大
-9.11 再结晶组织控制
--再结晶组织控制
--再结晶组织控制
-9.12 蠕变、超塑性变形
--蠕变、超塑性变形
--蠕变、超塑性变形
-讨论1
-讨论2
-习题-第9章
