二元包晶相图

5.2.3　二元包晶相图

当两组元在液态下完全互溶，在固态下有限互溶，并发生包晶反应的相图称为包晶相图。Pt—Ag、Ag—Sn等合金具有包晶相图，常见的Fe—C、Cu—Zn、Cu—Sn等合金相图中也包含这类相图。现以图5-8所示的Pt–Ag合金相图为例进行分析。

图5-8　Pt-Ag合金相图

图5-9　Ⅰ合金结晶过程示意图

1.相图分析

相图中A、B两点分别代表纯Pt和Ag的熔点，ACB为液相线，APDB为固相线，PE和DF为溶解度曲线。相图中有L、α、β三个单相区和L+α、L+β、α+β三个两相区。α和β分别为Ag在Pt中和Pt在Ag中的固溶体，D点为包晶点。水平线PDC称为包晶线，与该线成分对应的合金在该线温度（即包晶温度）下发生包晶反应：L_C+α_P⇄βD。该反应是液相L包着固相α，新相β在L与α界面上形核，并通过原子扩散分别向L和α两侧长大的过程。这种在一定温度下，由一定成分的液相包着一定成分的固相，发生反应后生成另一一定成分新固相的反应称为包晶转变或包晶反应。

2.典型合金的结晶过程

图5-9为D点成分Ⅰ合金结晶过程示意图。合金液体由1点冷却到2点时，结晶出α固溶体。到达2点，α相的成分沿AP线变化到P点，液相的成分沿AC线变化到C点。此时，匀晶转变停止，并发生包晶反应，即由C点成分的液相L包着先析出的P点成分的α相发生反应，生成D点成分的β相。反应结束后，正好把液相和a相全部消耗掉。温度继续下降，从β中析出α_Ⅱ，最终室温组织为β+α_Ⅱ。

P、D点之间成分的Ⅱ合金在2点以前结晶出α相，冷却到2点发生包晶转变，反应结束后，液相耗尽，而α相还有剩余。继续冷却，α相和b相都发生二次析出，最终室温组织为α+β+α_Ⅱ+β_Ⅱ。D、C点之间成分的Ⅱ合金在2点发生包晶反应结束后，α相耗尽，而液相还有剩余。继续冷却，液相向β相转变。到3点以下，从β中析出αⅡ，最终室温组织为β+α_Ⅱ。

结晶过程中，如果冷却速度较快，包晶反应时原子扩散不能充分进行，所生成的β固溶体会由于成分不均匀而产生较大的偏析。