包晶相图

贡献者： ACertainUser

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

　　 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

$10.5\%< wAg<42.4\%$ 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 $\alpha$ 相固体。
• 在 $C$ 点处（固相线），系统中开始析出 $\beta$ 相。注意不同于共晶转变中 “一个液相生成两个固相 $L\to\alpha+\beta$”，此处的转变是原有的固相 $\alpha$ 与液相 $L$ 转变为另一种新的一种固相 $\beta$: $\alpha+L\to\beta$，被称为包晶转变。
• 由于实际原子扩散的需要，$\beta$ 相往往围绕 $\alpha$ 相生成，并不断消耗液相与 $\alpha$ 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 $\alpha$ 相仍存在。此时系统由 $\alpha$ 与 $\beta$ 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：$L \rightarrow \alpha+\beta~.$

　　 全程的组织转变：$L \rightarrow (\alpha+\beta)_{Peritectic} + \alpha_{II} + \beta_{II}~.$

$42.4\%< wAg<66.3\%$ 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 $\alpha$ 相。
• 在转变完全后的 $D$ 处（包晶线以下，固相线以上），系统仅由 $\beta$ 相与 L 组成。随后发生匀晶转变，液体逐渐凝固为 $\beta$ 相。
• 在 $E$ 点处，液体完全凝固为 $\beta$ 相。
• 随后系统又进入 $\alpha+\beta$ 的双相区。这是因为 $\beta$ 相过饱和，过饱和的溶质以 $\alpha$ 相点形式析出。

　　 全程的相转变：$L \rightarrow \alpha+\beta~.$

　　 全程的组织转变：$L \rightarrow \beta + \alpha_{II}~.$

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》