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金属材料及热处理：第四,五节 二元共晶包晶相图

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共晶相图及包晶相图(课堂PPT)

共晶相图及包晶相图(课堂PPT)
α+β；三相共存于PDC线，为L+α+β
• 包晶线与共晶线不同 之处在于：共晶线为固相 线，线上的合金在共晶温 度全部凝固完毕，其组织 为两相混合物。包晶线仅 有DP为固相线，而DC为 液相线。
2.包晶系合金的平衡凝固
① 包晶点合金（42.4%)的平衡凝固 • 冷却曲线： • 结晶和组织转变过程：L→L+α→L+α+β→β→αⅡ+β
发生包晶反应：LC+αP =βD为恒温反应
匀晶反应＋包晶反应＋脱溶转变 • 室温组织：αⅡ+β, αⅡ、β的相对量可通过杠杆法则求出 。
•线
– tAEtB线为液相线 – tAMENtB线为固相线 – MEN线是共晶转变线 – MF线为Sn在Pb中的固溶度曲线 – NG线为Pb在Sn中的固溶度曲线
• 相区
– 单相区 – 两相区
2.共晶系合金的平衡凝固
根据相变特点和组织特征将共晶系合金分为了四类：端部固 溶体合金、亚共晶合金、过共晶合金、共晶合金。
时结晶出两种不同固相的转变。即：L→α+β
具有共晶转变的相图称为共晶相图。 所得到两固相的混合物称为共晶组织。
共晶体的结构
共晶相图
•由液相同时结晶出两个固相的过程称为共晶转变。
L
•两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发 生共晶反应的相图，称为共晶相图。
（1）相图分析
•点
– tA、tB、E – M、N、F、G
• 类合金的冷却曲线类似于亚共晶合金
• 其结晶过程组织变化类似于亚共晶合金.
• 结 晶 过 程 ： L→L+β→L+β+(α+β) 共 → β+(α+β) 共 → β+αⅡ +(α+β)共

二元共晶相图ppt课件

二元共晶相图ppt课件
• 如Al-Si系共晶的
• 两相参差不齐，
• Si相成长时各向
• 异性，产生分枝。
；.
29
• 4.3.3.3 平滑-平滑界面(非金属-非金属型)共 晶：这类共晶体中的两相都是平滑界面。 因为这类材料目前应用较少，研究也就很 少。有人认为其显微组织很不规则。
；.
30
• 4.3.4 共晶系合金的非平衡凝固和组织
21
• 4.3.3 共晶组织及形成机理
• 共晶组织的基本特征是两相交替排列。呈 片状，针状，螺旋状和球状等。把共晶体 的形貌和两相的融化熵结合分析，可将共 晶组织分为三类：粗糙-粗糙界面(金属-金 属型)共晶；粗糙-平滑界面(金属-非金属型) 共晶；平滑-平滑界面(非金属-非金属型)共 晶。
；.
22
；.
1
• 我们以Pb-Sn相图为例讨论二元相图。
；.
2
• 图中有三个单相区：L；α；β。三个两相区： L+α；L+β；α+β。一个三相区(线段MEN)： L+α+β。
• 共晶转变指具有E点成分的液相，当冷却至 温度tE时，将同时结晶出两个成分不同的固 相：M点成分的α相和N点成分的β相。其共 晶反应式为：
；.
11
• 共晶转变完成后继续冷却时，共晶体中的α
与β相都要发生脱熔转变，分别析出 αⅡ。
βⅡ和
• 由于共晶体中的次生相常依附于共晶体中
的同类相析出，所以在显微镜下难以识别。
Pb-Sn二元共晶合金在室温下
• 的组织见图4-18，黑
• 色部分为α相，白色
• 部分为β相，两相呈
• 片状交替分布。
；.
12
• 因此同时对α和β饱 • 和，发生共转变， • 形成伪共晶。因为 • 过冷度有限，所以 • 伪共晶区域不大。

二元共晶相图教学课件

二元共晶相图教学课件

16
第三节 二元共晶相图及合金凝固
离异共晶 ① 离异共晶：两相分离的共晶组织。 ② 形成原因 平衡条件下，成分位于共晶线上两端点附近。 不平衡条件下，成分位于共晶线外两端点附近 ③ 消除：扩散退火。
2h
17
第三节 二元共晶相图及合金凝固
4 共晶组织的形成 （2）共晶体的形态
18

L+
L
L+

固溶线
固溶线
+
1 ）点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶 Pb Sn 点（是亚共晶、过共晶合金成分分界点）等。 Sn% 2 ）线：液相线、固相线；溶解度曲线；共 晶线等。 3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。
2.共晶转变分析
T,C

L+
M
L
E
L+
N
共晶反应线 表示从M点到N点 范围的合金，在 该温度上都要发 生不同程度上的 共晶反应。
1717共晶成分的alsi合金由于伪共晶区偏向右边si侧使其在不平衡凝固后得到si的亚共晶组织因为共晶成分的液相过冷后其表象点a没有落入伪共晶区则先凝固出相使液相成分移到b点才能发生共晶转变这就相当于共晶点向右移动共晶合金变成了亚共晶合金同样过共晶成分的合金在不平衡凝固后也可能得到亚共晶或共晶组织1818离异共晶离异共晶
(4)X3合金结晶过程分析
（亚共晶合金） T,C T,C
183

L+
M
L
E
1
L L+
L+(+ )+
L+
N
2
(+ )+
+
Pb X3

工程材料-第四章 二元相图及应用

工程材料-第四章 二元相图及应用

亚共晶白口铸铁组织计算：
j2 C 4.3 2.5 A先析 % 100% 100% 62.19% CE 4.3 2.11 4.3 2.5 P% 100% 50.99% 4.3 0.77 Fe3CⅡ % 62.19% 50.99% 11.2%
思考题：含碳量为wC=1.2%铁-碳二元合金平衡冷 却至室温时，Fe3CⅡ、 Fe3CⅢ和Fe3C共析、各为多 少？
Fe-Fe3C合金相的计算小结：

室温：F和Fe3C相；
6.69 wC F % 6.69 100% Fe C % wC 100% 3 6.69
Fe-Fe3C相图的二元共晶转变：
Fe-Fe3C相图的二元共析转变：
E
γ G α Q
0.0218 0.77 2.11
P
S
Fe
C%
Fe-Fe3C相图的二元共晶转变的典型合金：
Fe-Fe3C相图二元共晶转变的组织：
Fe-Fe3C相图二元共析转变的组织：
三、铁碳合金的结晶过程：
铁碳合金的分类： （1）工业纯铁（wC<0.0218%）； （2）钢（wC=0.0218%~2.11%）； 共析钢；亚共析钢；过共析钢； （3）白口铸铁（ wC= 2.11%~6.69%）。 共晶白口铸铁；亚共晶白口铸铁； 过共晶白口铸铁
思考题： 如何计算含碳量为0.6%的铁-碳合金平衡冷却至室温下的三次渗碳体？
3.过共析钢：
过共析钢结晶过程图:
T>T1
T1~T2
T2~T3
T3~T4
T<T4
过共析钢的平衡组织：
过共析钢组织组成物相对量计算：
j4 K 6.69 1.2 P% 100% 100% 92.7% KS 6.69 0.77 jS 1.2 0.77 Fe3C % 100% 100% 7.3% KS 6.69 0.77

第四章-二元合金相图

第四章-二元合金相图
Pb WSn(%) Sn
G
t/s
70% Sn的过共晶合金的结晶过程分析
概括起来，过共晶合金平衡结晶过程为：
t1温度以上： 液态 L70 L
19
t1~ t2温度： 液相中析出 ， t2温度时发生共晶反应： L61.9 t2温度以下： 初 Ⅱ
97.5
室温组织： 初 + Ⅱ + （+）共晶
一、相律
在恒压下，在纯固态或纯液态情况下，出现的相数 小于等于主元数。在液固共存（恒温）条件下出现 的相数小于等于主元数加一。因而，对二元合金， 固态下出现的相数为1或2，液固共存（恒温）条件 下恒温下出现的相数为2或3。
二、二元匀晶相图的分析
匀晶转变：在一定温度范围内由液相结 晶出单相的固溶体的结晶过程。 二元匀晶相图：指两组元在液态和固态 均无限互溶时的二元合金相图。 具有这类相图的合金系主要有Ni-Cu、 Cu-Au、Au-Ag、Mg-Cd、W-Mo等。
标注在温度— 成分坐标中 无限缓冷下测各 合金的冷却曲线 连接各相变点
确定各合金 的相变温度
确定相
如：0%Cu、20%Cu、40%Cu、60%Cu、80%Cu、100%Cu 六组合金。
Cu20% Cu60%Cu80% Cu Ni Cu40%
1600
1500
1400
1400 1300
L
（L+ ）
T
Ni
WCu(%)
Cu
将铸件加热到低于固相线100~200℃的温 度，进行长时间保温，使偏析元素充分进行扩 散，以达到成分均匀化。
设A、B组元的熔点分别为1450℃和1080℃，它们 在液态和固态都无限互溶，则这两种组元组成的 二元相图叫作二元 相图；先结晶的固溶体 中含 组元多，后结晶的固溶体中含 组元多，这种成分不均匀现象称为 ， 通过 工艺可以减轻或消除这种现 象。

第四章：二元相图

第四章：二元相图
4．1相图的基本知识 4．1．3相律及杠杆定律
2.杠杆定律： 问题提出： ①当二元合金（成分已知）由两相组成时两相的相对重量是多少？
例：45钢（含C=0.45%）,铁素体（F）和Fe3C两相各占多少？ ②当二元合金两相相对重量已知时，合金成分是多少？
例：金相观察：F:95%; Fe3C：5%；求钢的含碳量？ 杠杆定律可以解决此类问题。
纯金属结晶：在负的温度梯度下---------树枝晶。 在正的温度梯度下------平滑界面（平面长大）
固溶体合金，即使在正的温度梯度下，也会形成树枝晶-------是由于 成分过冷造成的。 （1）成分过冷概念：固溶体合金结晶时，由于液固界面前沿存在溶质 浓度梯度而改变了过冷情况，称为成分过冷。
（2） 产生原因： 以K0<1为例(图示说明) 过冷度：界面前沿液相实际温度<液相平衡结晶温 度 （3） 产生成分过冷的条件： (讨论成分过冷的影响)
④具有共晶转变的二元合金： Pb-Sn Pb-Sb Fe-C(C>2.11%) Al-Si Al-Cu Ag-Cu
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
1.相图分析
以Pb-Sn二元合金相图为例：
三个单相区：L、α、β α：Sn溶入Pb中固溶体 β: Pb溶入Sn中固溶体
AEB-液相线 E点：共晶合金 AMNB-固相线 ME之间：亚共晶 ; EN之间：过共晶合金 MF-Sn在Pb中溶解度曲线，随T↓,溶解度↓ NG- Pb在Sn中溶解度曲线
第四章：二元相图
4.2.2共晶相图
2．典型合金平衡结晶及组织
（2）共晶合金结晶过程(61.9%Sn) 在183℃，由61.9%Sn的液相，同时结 晶出α（19%Sn）和β（97.5%Sn）两 种固溶体。

4 第四章 相图(二元)


配制合金系中几种不同成分合金 熔化后，测试其冷却曲线 根据曲线上的转折点，确定各合金的凝固温度 将上述数据引入以温度为纵轴，成分为横轴的坐标
平面中 连接意义相同的点，作出相应的曲线 曲线将图面分成若干区域----相区。经过金相组织分 析，测出各相区所含的相，将相的名称标注其中， 相图工作就完成
4，过共晶合金
★ E点以右，D点以左，为过共晶合金，与亚 共晶合金类似，白色卵形为初晶β，黑色为共 晶体（α＋β）。 ★α,β,αⅡ,βⅡ,(α+β)称组织组成物 ★α,αⅡ为一个相。(α+β)两相混合物，称共晶 体。 ★求组织组成物的相对量，同样可用杠杆定理 标明各区的组织---组织分区图
四、共晶组织和初晶形貌 1，共晶组织的形貌
测试时要求合金的成分准确，纯度高，冷却
速度要慢0.5~1.5℃/min
下面是Ni-Cu合金相图，是最简单的相图之一
Ni 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 20% 40% Cu Cu
80% Cu 60% Cu
Cu
Ni 20 40 60 80 Cu Cu%
2.2. 使用二元合金相图的基本方法
2 > 2 ；此时 2 -2 <0




dG＜0
当α相与β相彼此平衡时，在dG=0, 同理 ：------------------------------
= =
1
2
2
1
1.3. 相律
相律是分析和使用相图的重要依据。凝集态
受压力影响很小，在恒压下：相平衡条件的 数学表达式：f=c-p+1 (在物理化学中也指出) 式中C为组元数，P为共存的平衡相数，f为自 由度数。 单元系(纯金属) f=1-2+1=0，自由度为1，表 明恒温下平衡熔化或凝固。 二元系C=2，当f=0,p=3,在恒定温度下处于三 相平衡；两相共存时，自由度数目为1，表明 平衡凝固或熔化就在一定温度范围

共晶包晶相图PPT课件

t3温度以下： Ⅱ(脱溶转变)
室温组织： +Ⅱ
.
13
合金Ⅰ的平衡结晶过程
.
14
合金Ⅰ的平衡结晶过程
.
15
400
T
327.5
A L
300
T/℃
Ⅰ
L+
200 M 19
183
61.9 E
t1
t1'
L +
( +)
100
+
+ L
0F
P0b 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0
5694从自由能一成分曲线可知在两个极小值之间为热力学不稳定区该任一成分的固溶体相都会分解成为两个成分对应于两个极小值的相但是在拐点迹线内外的溶混间隙区分解方式是不同的拐点迹线内自发地分离自发地分离成为两种成分不同的液相拐点迹线外需克服新相形成的能垒先形核然后长大
7.3.2共晶相图及其合 金的凝固
.
拐点迹线内自发地分离成为两 种成分不同的液相，
拐点迹线外需克服新相形成的 能垒，先形核然后长大。
.
57
.
58
.
59
7.3.5. 其他类型的二元相图
1. 具有化合物的二元相图 2. 具有偏晶转变的相图 3. 具有合晶转变的相图 4. 具有熔晶转变的相图 5. 具有固态转变的二元相图
.
60
1. 具有化合物的二元相图
L
D'
L
L
+ Ⅱ
t/s
45
只有P点成分的合金才能在 包晶反应后得到100％的β相，P 点左侧会有α相剩余，P点右侧 会有L相剩余。
Sb（锑）-16%Fe合金包晶组织

第四-五节--二元共晶包晶相图剖析资料讲解


3 共晶组织及其形成机理 （2）粗糙－平滑界面：
金属-非金属型 具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理 （2）平滑－平滑界面：
非金属-非金属型 一般认为具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理 （4）初生晶的形态：
金属固溶体：粗糙界面－树枝状； 非金属相：平滑界面－规则多面体。
(
) 共晶
M2 ME
72 G
4.87 %
初
2E ME
N
22 .87 %
组织组成物与组织图
相组成物相对量的计算：杠杆定律。 两相组成物的相对含量： （以Wsn=0.5的合金为例） 相组成物：α＋β
2 N 60 .51 %
MN
M 2 39 .49 %
第四-五节--二元共晶包晶相图 剖析
共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固 相的转变（Pb-Sn, Al-Si, Al-Cu, Mg-Si, Al-Mg)
共晶相图：具有共晶转变特征的相图； 特 点：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且
发生共晶反应。 共晶组织：共晶转变产物（是两相混合物）。
例如：亚共晶合金(Wsn=0.3） 室温组织:α初, βⅡ, (α＋β)共晶 相组成：α，β
α初晶
(α＋β)共晶
βⅡ
组织组成物与组织图
组织图：用组织组成物填写的相图。
组织组成物与组织图
组织组成物相对量的计算：杠杆定律。 组织组成物的相对含量： （以Wsn=0.5的合金为例） 组织组成物：α初 + βⅡ+(α＋β)共晶
成分互惠－交替形核 片间搭桥－促进生长
两相交替分布 （共晶组织）
3 共晶组织及其形成机理
（2）粗糙－平滑界面：

材料科学基础I 5-4 二元共晶合金相图


§5-6 其他二元相图
除了前面讲到的匀晶、共晶和包晶三种最基本的相图以外，还 有一些其它类型的二元相图。相图的类型是按相图中所含的转变 或反应（主要是恒温转变）来划分的。实际上许多二元合金相图 中含有多种转变，有些是恒温转变、有些是非恒温转变。
一、有偏晶转变相图
偏晶转变(Monotec一成分 的液相L2的转变。有可能产生偏晶转 变的二元系往往在液态时两组元只能 部分溶解，或几乎不溶解。
§5-5 二元包晶合金相图
包晶转变(Peritectic reaction)：一个液相(L)与一个固相(α)在恒 温(TD)下生成另一个固相( β)的转变。表达式如下：
LCE TD D
具有包晶转变的二元合金系 有Pt-Ag、Sn-Sb、Cu-Sn、 Cu-Zn等，Fe-C合金相图中也 含有包晶转变部分。铂(Pt)-银 (Ag)相图是典型的二元包晶相 图，下面就以它为例进行分析 讨论。
实际生产时，由于冷却速度快，包晶转变不能充分进行。因 此，平衡凝固时本应反应用完的α相，在不平衡凝固时却会残留 一些在β相中心部位。包晶点左侧的合金，不平衡凝固组织中会 有更多的α相，而包晶点右侧的合金也会有α相残留。下面相图 是Al-Zn合金相图，相图中最上面的水平线是包晶线，包晶点右 侧的合金（如73%Zn）的室温组织中仍有残留的α相。
亚共晶合金室温下的组织为：先共晶固溶体α和共晶组织 (α+β)。由于α固溶体的溶解度随温度变化较大，所以先共晶固 溶体α中有点状βII析出。下左图是实际亚共晶合金组织的金相 照片。
例题 含Sn量为40%的Pb-Sn合金中，共晶组织的相对量是多少？
分析：共晶组织是由成分为E点的液相转变而来的，计算出共晶 转变开始时液相的相对量即可。因此，选择L+α两相区和共晶温 度作为计算条件。
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发生共晶反应。 共晶组织：共晶转变产物（是两相混合物）。
一、 相图分析
以Pb-Sn相图为例： （1）点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点。 （2）线：结晶开始、结束线；共晶线；溶解度曲线。 （3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。
共晶转变：
tE
LE M N
（4）共晶合金：成分位于共晶点E的合金。 （5）亚共晶合金：成分位于M、E之间的合金。 （6）过共晶合金：成分位于E、N之间的合金。 （7）端部共溶体合金：成分位于M以左、N以右的合金。
成分互惠－交替形核 片间搭桥－促进生长
两相交替分布 （共晶组织）
3 共晶组织及其形成机理
（2）粗糙－平滑界面：
金属-非金属型
具有不规则或复杂组织形态.
1）由于两相微观结构不同， 所需动态过冷度不同，金属 相任意长大，另一相在其间 隙长大。可得到针状、螺旋 状、树枝状共晶体。
2）由于两相晶体结构不同， 呈非等温界面。
二、 共晶系合金的平衡结晶及其组织
以Pb-Sn相图为例： （1）端部固溶体合金(Wsn=0.1）
室温组织（α＋βⅡ）
1 2
3
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(
)共晶
M2 ME
72.26%
ⅡN
2E ME
FM FG
4.87%
初
2E ME
N
22.87%
组织组成物与组织图
相组成物相对量的计算：杠杆定律。 两相组成物的相对含量： （以Wsn=0.5的合金为例） 相组成物：α＋β
2N 60.51%
MN
M 2 39.49%
MN
共晶组织及其形成机理
（2）共晶合金(Wsn=0.619） 室温组织（α＋β）共晶
α(黑色) β(白色)
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3 共晶组织及其形成机理 （2）粗糙－平滑界面：
金属-非金属型 具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理 （2）平滑－平滑界面：
非金属-非金属型 一般认为具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理 （4）初生晶的形态：
金属固溶体：粗糙界面－树枝状； 非金属相：平滑界面－规则多面体。
（1）端部固溶体合金(Wsn=0.1） 室温组织（α＋βⅡ）
1 2
3
2 共晶系合金的平衡结晶及其组织（以Pb-Sn相图为例） （2）共晶合金(Wsn=0.619） 室温组织（α＋β）共晶
E
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（2）共晶合金(Wsn=0.619） 室温组织（α＋β）共晶
（2）共晶合金(Wsn=0.619）
两相的相对含量：
M M
N N
EN MENN MMEN MMNE MN
45.4% 45.4% 54.6% 54.6%
（3）亚共晶合金(Wsn=0.3） 室温组织α初＋ βⅡ+(α＋β)共晶
简单回顾
二元匀晶相图
二元共晶相图
第四节 二元共晶相图
本节内容及要求： （1）掌握共晶相图的特点及分析方法； （2）掌握共晶系合金的平衡凝固过程及组织； （3）了解共晶系合金的非平衡凝固及组织。
共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固 相的转变（Pb-Sn, Al-Si, Al-Cu, Mg-Si, Al-Mg) 共晶相图：具有共晶转变特征的相图； 特点：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且
例如：亚共晶合金(Wsn=0.3） 室温组织:α初, βⅡ, (α＋β)共晶 相组成：α，β
α初晶
(α＋β)共晶
βⅡ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
组织组成物与组织图
组织图：用组织组成物填写的相图。
组织组成物与组织图
组织组成物相对量的计算：杠杆定律。 组织组成物的相对含量： （以Wsn=0.5的合金为例） 组织组成物：α初 + βⅡ+(α＋β)共晶
（3）亚共晶合金(Wsn=0.3）室温组织α初＋ βⅡ+(α＋β)共晶
α初晶 (α＋β)共晶
βⅡ
（4）过共晶合金(Wsn=0.7） 室温组织β初＋ αⅡ+(α＋β)共晶
（4）过共晶合金(Wsn=0.7） 室温组织β初＋ αⅡ+(α＋β)共晶
组织组成物与组织图
组织组成物与相组成物的区别： 组织组成物：具有清晰轮廓的独立组成部分，指形态。 相组成物：具有确定的成分及结构，没有形态的概念。
4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 （1）伪共晶：共晶成分附近的非共晶合金所得到的
完全共晶组织。
（2）离异共晶：成分位于共晶线上两端点附近的合 金形成的两相分离的共晶组织。
4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 （1）伪共晶
① 伪共晶：由非共晶成分的合金所得到的完全共晶组织。 ② 形成原因：位于共晶点附近的合金成分进行不平衡结晶。
剩余液相:WL=M2/ME =(30-19)/(61.9-19)=25.7%
1
E
M
2
(c)2003 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
共晶体的形态：两相交替分布。
层片状（a)、棒状(纤维状)(b)、球状（c）、针状（d）、 螺旋状（e）等。
共晶组织及其形成机理 （1）粗糙－粗糙界面：
金属-金属型 金属-金属间化合物型
简单规则形态：
层片状（一般情况）、
棒状(纤维状)、球状（一 相数量明显少于另一相）
3 共晶组织及其形成机理 共晶体的形成(以片状为例）：
1
α
β
2
4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 （1）伪共晶
伪共晶区具有不同的形状（对称或偏移）（下图）。
4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 （1）伪共晶