贡献者: ACertainUser
共晶转变:由一个液相生成两个固相 $L \rightarrow \alpha+\beta$
共析转变:由一个固相生成两个固相 $\gamma \rightarrow \alpha+\beta$
共晶转变与共析转变具有很多相似之处,因此本文主要介绍共晶转变,以 Pb-Sn 合金的平衡冷却为例。
在热力学中,往往只关心相的变化;但由于动力学因素,实际冷却时,各相往往形成一定的有序组织结构。本文一并简要讨论。
根据具体的成分不同,共晶系合金的转变过程可分为以下几类。
共晶合金的成分正好等于共晶点(i 点)所对应的成分($\omega_{Sn}=61.9\%$)。
全程的相转变:$L \rightarrow \alpha+\beta$
全程的组织转变:$L \rightarrow (\alpha+\beta)_{eutectic}$
i 点处,发生共晶转变,由一个液相生成两个固相,并形成一定组织结构 $L \rightarrow (\alpha+\beta)_{eutectic}$
i 点以下,发生脱熔转变 $\alpha \rightarrow \beta_{II}, \beta \rightarrow \alpha_{II}$
亚共晶合金中,Sn 的浓度小于共晶点所对应的成分,但大于 Sn 在 $\alpha$ 中的最大固溶度($18.3\% < \omega_{Sn} < 61.9\%$)。
全程的相转变:$L \rightarrow \alpha+\beta$
全程的组织转变:$L \rightarrow \alpha_{primary}+\beta_{II}+(\alpha+\beta)_{eutectic}$
k 点处,部分液体先发生匀晶转变生成α相,此部分先生成的α相称为初生α相 $L \rightarrow \alpha_{primary}$。α相中 Pb 的浓度高于液相浓度;由于 Pb 进入了初生α相,剩余液体中 Pb 浓度下降,Sn 浓度上升;随着α相不断生成,液体的成分逐渐与共晶成分相同。
l-m 点处,剩余液体的发生共晶转变并生成共晶组织 $L \rightarrow (\alpha+\beta)_{eutectic}$
m 点以下,发生脱溶转变 $\alpha \rightarrow \beta_{II}, \beta \rightarrow \alpha_{II}$。只有在α相中的βII 脱熔相容易被观察到。
过共晶合金的成分大于共晶点所对应的成分,但小于 Pb 在 $\beta$ 中的最大固溶度($61.9\% < \omega_{Sn} < 97.8\%$)。
过共晶合金的转变过程与亚共晶合金类似。
端部固溶体中,Sn 的浓度小于 Sn 在 $\alpha$ 中的最大固溶度($\omega_{Sn} < 18.3\%$),或大于 Pb 在 $\beta$ 中的最大固溶度($\omega_{Sn} > 97.8\%$)。由于二者类似,此处只讨论前者。
全程的相转变:$L \rightarrow \alpha+\beta$
全程的组织转变:$L \rightarrow \alpha+ \beta_{II}$
端部固溶体的转变比较简单,全程不涉及共晶转变。
e 点附近,先发生匀晶转变 $L \rightarrow \alpha$。在 f 点附近,系统完全由α组成。
g 点附近,发生脱熔转变 $\alpha \rightarrow \beta_{II}$
假设 Sn 完全不溶解于 $\alpha$,Pb 完全不溶解于 $\beta$,即固相完全是 Sn 与 Pb 的机械混合物。当处于共晶点时(成分等于共晶成分,温度等于共晶点温度),固、液相中 Sn,Pb 的化学势分别相同。
1. ^ 本文参考了 Callister 的 Material Science and Engineering An Introduction,刘智恩的《材料科学基础》与 Gaskell 的 Introduction to the Thermodynamics of Materials
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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