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第8章 相平衡與相圖 
                  8.3 二元系相圖(7)

  3. 包晶相圖（Peritectic phase diagram）
    包晶相圖是因發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變而命名的。組成包晶相圖的兩組元，在液態(tài)可無限互溶，而固態(tài)只能部分互溶。在二元相圖中，包晶轉(zhuǎn)變就是已結(jié)晶的固相和剩余液相反應(yīng)形成另一固相的恒溫轉(zhuǎn)變。具有包晶轉(zhuǎn)變的二元合金有Fe-C、Cu-Sn、Cu-Zn、Ag-Sn、Pt-Ag等合金系。
    1）相圖及分析
    圖8-19所示的是典型的具有包晶轉(zhuǎn)變的相圖。圖中TACTB是液相線，TADPTB是固相線，DF是α固溶體的溶解度曲線，PG是β固溶體的溶解度曲線。水平線DPC是包晶轉(zhuǎn)變線，P為包晶成分點，其對應(yīng)的溫度tP為包晶轉(zhuǎn)變溫度。
             
     相圖有3個單相區(qū)：液相L、固相α和β。單相區(qū)之間是L+α、L+β和α+β3個兩相區(qū)。兩相區(qū)之間是L、α、β三相共存區(qū)，它是一條水平線DPC線。成分在DC之間的所有合金在tP溫度下都將發(fā)生三相平衡的包晶轉(zhuǎn)變，其反應(yīng)式為
          （8-11）
     包晶轉(zhuǎn)變時，其自由度數(shù)為0（f ＝2-3+1＝0），這說明包晶轉(zhuǎn)變與共晶轉(zhuǎn)變一樣也是一個恒溫過程，3個共存相的成分也是固定不變的。包晶轉(zhuǎn)變在相圖上的特征是：反應(yīng)相為一個液相和一個固相，其成分點分別位于水平線的兩端，而生成的新固相的成分點位于水平線DPC的中間，其相區(qū)位于包晶線下方。
  2）包晶合金的凝固及其平衡組織
     （1）合金成分為包晶點的合金（合金Ⅰ）
    由圖8-19可見，合金Ⅰ自液態(tài)緩慢冷卻到與液相線TACTB相交的1點時，開始從液相中結(jié)晶出初晶α相。隨著溫度的降低，α相的數(shù)量不斷增多，液相L的數(shù)量則不斷減少。α相的成分沿固相線TAD變化，液相L的成分沿液相線TAC變化。當(dāng)溫度降到包晶溫度tP時，α相的成分達(dá)到了D點，而液相L的成分達(dá)到C點，其含量可用杠桿定律求得，即
        （8-12）
     在tP溫度，液相L和固相α發(fā)生包晶反應(yīng)，即
        （8-13）
    在包晶反應(yīng)過程中，新生固相β是依靠初晶α與液相相互作用在α相的表面生成的，β相一旦形成也就構(gòu)成了對α相的包圍，同時也將參與包晶反應(yīng)的液相L和固相α彼此隔開。此時L與α繼續(xù)作用只有通過β相進(jìn)行原子交換。即α相中的A原子通過β向L中擴(kuò)散，而L中的B原子通過β相向α相中擴(kuò)散。這樣，β相才能不斷地消耗L和α而長大。隨著時間的延長，L和α相將越來越少，而β相則越來越多越來越厚。β相繼續(xù)長大所需要的原子擴(kuò)散路程越來越遠(yuǎn)，包晶轉(zhuǎn)變越加困難。由此可見，包晶轉(zhuǎn)變的平衡結(jié)晶過程需要相當(dāng)長的時間。該合金包晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后，液相和固相α恰好全部轉(zhuǎn)變成β固溶體。從tP溫度繼續(xù)冷卻時，因為合金中A在β相中的溶解度隨著溫度的降低沿PG線逐漸減少，所以從β固溶體中將不斷析出次生相αⅡ。因此合金在室溫下的組織為β+αⅡ。其平衡結(jié)晶過程如圖8-20所示。
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