包晶相图

贡献者： ACertainUser

预备知识　匀晶相图

　　¹包晶转变：由一个液相与一个固相生成另一种固相。 $L + α \to β$

　　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，以 Pt-Ag 合金的平衡冷却为例。

1. 包晶相图

图 1：典型的包晶系合金

P t - A g

相图.数据来源：刘智恩《材料科学基础》。仅供示意，未按实际比例绘制。

$10.5 % < w A g < 42.4 %$ 的合金

图 2：

10.5 % < w A g < 42.4 %

的合金。

在 $A$ 点处（液相线以上），系统中只有液相 $L$ 。
在 $B$ 点处（液相线以下，固相线以上），系统先发生匀晶转变，析出 $α$ 相固体。
在 $C$ 点处（固相线），系统中开始析出 $β$ 相。注意{不同于}共晶转变中 “一个液相生成两个固相 $L \to α + β$ ”，此处的转变是原有的固相 $α$ 与液相 $L$ 转变为另一种新的一种固相 $β$ : $α + L \to β$ ，被称为包晶转变。
由于实际原子扩散的需要， $β$ 相往往围绕 $α$ 相生成，并不断消耗液相与 $α$ 相长大，形成独特的包晶组织。

图 3：包晶转变中的原子扩散。
在 $D$ 点处（包晶线以下），液相被完全消耗，但 $α$ 相仍存在。此时系统由 $α$ 与 $β$ 组成，但系统的组织结构明显不同于共晶组织。
$D$ 点以下，发生脱熔转变，过饱和溶质开始析出。

　　从相图中我们可以得知：

包晶转变是恒成分转变，即包晶转变中，先后结晶的部分的成分一致
包晶转变是恒温转变：f=2-3+1=0，系统没有自由度

　　包晶转变的这两条性质与共晶转变的类似。

　　全程的相转变： $L \to α + β .$

　　全程的组织转变： $L \to (α + β)_{P e r i t e c t i c} + α_{I I} + β_{I I} .$

$42.4 % < w A g < 66.3 %$ 的合金

图 4：

42.4 % < w A g < 66.3 %

的合金

$A$ 、 $B$ 点处系统的状态类似上文所述。
在 $C$ 点处（包晶线处），系统同样发生包晶转变。然而此处转变完成后，被完全消耗的反而是 $α$ 相。
在转变完全后的 $D$ 处（包晶线以下，固相线以上），系统仅由 $β$ 相与 L 组成。随后发生匀晶转变，液体逐渐凝固为 $β$ 相。
在 $E$ 点处，液体完全凝固为 $β$ 相。
随后系统又进入 $α + β$ 的双相区。这是因为 $β$ 相过饱和，过饱和的溶质以 $α$ 相点形式析出。

　　全程的相转变： $L \to α + β .$

　　全程的组织转变： $L \to β + α_{I I} .$

其余成分的合金

　　仅发生简单的匀晶-脱熔转变，不再列举。

1. ^ 本文参考了刘智恩的《材料科学基础》

致读者：小时百科一直以来坚持所有内容免费无广告，这导致我们处于严重的亏损状态。长此以往很可能会最终导致我们不得不选择大量广告以及内容付费等。因此，我们请求广大读者热心打赏 ，使网站得以健康发展。如果看到这条信息的每位读者能慷慨打赏 20 元，我们一周就能脱离亏损，并在接下来的一年里向所有读者继续免费提供优质内容。但遗憾的是只有不到 1% 的读者愿意捐款，他们的付出帮助了 99% 的读者免费获取知识，我们在此表示感谢。

包晶相图

1. 包晶相图

10.5%<wAg<42.4% 的合金

42.4%<wAg<66.3% 的合金

其余成分的合金

$10.5 % < w A g < 42.4 %$ 的合金

$42.4 % < w A g < 66.3 %$ 的合金