44-45包晶相图
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包晶反应和包晶相变在金属凝固中是比较常见的,在Fe-C基合金,Fe-Ni基合金,Cu-Sn合金,Cu-Zn等合金中,都能见到包晶反应和包晶相变。
包晶反应相图图为具有包晶反应的相图,这种相图是在Fe等合金中经常可以看到的相图。
Ⅰ的左侧只有单相图的α凝固,Ⅲ的右面为单相的β相凝固,在Ⅰ与Ⅱ之间,先是α相凝固.如果温度下降到包晶反应温度T p,已经凝固出的α相与液相发生反应.形成P点成分的β相;Ⅱ与Ⅲ之间的合金α相析出后,马上就与液相在包晶反应温度T p下进行包晶反应,形成β相,包晶反应完成后还残余一些液体。
典型的包晶反应相图如图2所示。
这是选择具有典型包晶凝固特征的w(Co)成分的合金作为研究对象,该合金首先析出α枝晶,在α枝晶的长大过程中,组元B在液相中富集,导致液相成分沿相图中的液相线变化。
当温度降至Tp时,则发生包晶反应Lp+α=β。
β相在α相表面发生异质形核,并很快沿表面生长,将α相包裹在中间。
进—步的包晶反应通过β相内的扩散进行。
组元B自β与L 界面向a与β界面扩散,导致α与β界面向α相—侧扩展,而组元A则自α与β界面向β与L界面扩散并导致该界面向液相扩展,最后完成包晶凝固反应。
图2由于固相扩散速度比较缓慢,利于α相的大量形核。
通常人们正是利用这一特点.进行细化晶粒的。
例如AI台金液中加入少量Ti,可以形成TiAl3。
当Ti的质量分数超过0.15%时,将发生包晶反应:TIAl3+L→α,包晶反应产物α为A1台金的主体相,它作为一个包层,包围着非均质核心。
由于包层对溶质元素扩散的屏障作用,使得包晶反应不易继续进行下去.也就是包晶反应产物α相不易继续长大,因而获得细小的晶粒组织.在近平衡凝固条件下,凝固结束后的β相中心往往住存在近平衡的α相。
但固相扩散系数较大的溶质组元,如钢中的碳元素,在包晶凝固时可以充分扩散。
具有包晶反应的碳素钢,初生δ相在冷却到奥氏体区后完全消失。
一、包晶反应:相图中包晶反应是α相与β相以及液相相互接触的条件下进行的,这中包晶反应是以两种方式进行的,即(1)在液体中β相形核、生长不与α相接触;(2)β相形核、生长与α相接触。