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5.3.2 二元共晶相图①共晶相图：当两组元在液态能无限互溶,在固态只能有限互溶,并具有共晶转变,这样的二元合金系所构成的相图称为二元共晶相图。
如Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Si等合金的相图都属于共晶相图。
Pb-Sn合金相图是典型的二元共晶相图,见图, 下面以它为例进行讲解。
首先分析相图中的点,线和相区。
图铅锡相图一、相图分析1、点：t A，t B点分别是纯组元铅与锡的熔点，为和。
M点：为锡在铅中的最大溶解度点。
N点：为铅在锡中的最大溶解度点。
E点：为共晶点，具有该点成分的合金在恆温183℃时发生共晶转变L E→αM+βN共晶转变：是具有一定成分的液相在恆温下同时转变为两个具有一定成分和结构的固相的过程。
F点：为室温时锡在铅中的溶解度。
G点：为室温时铅在锡中的溶解度。
2、t A Et B线：为液相线，其中t A E线：为冷却时L→α的开始温度线，Et B线：为冷却时L→β的开始温度线。
t A MENt B线：为固相线，其中t A M线：为冷却时L→α的终止温度线，t B N线：为冷却时L→β的终止温度线。
MEN线：为共晶线，成分在M~N之间的合金在恒温183℃时均发生共晶转变L E→（αM+βN）形成两个固溶体所组成的机械混合物，通常称为共晶体或共晶组织。
MF线：是锡在铅中的溶解度曲线。
NG线：是铅在锡中的溶解度曲线。
3、相区（1）单相区：在t A Et B液相线以上,为单相的液相区用L表示，它是铅与锡组成的合金溶液。
t A MF线以左为单相α固溶体区，α相是Sn在Pb中的固溶体。
t B NG线以右为单相β固溶体区，β相是Pb在Sn中的固溶体。
（2）两相区：在t A EMt A区为L+α相区，在t B ENt B区为L+β相区。
在FMENGF区为α+β相区。
（3）三相线：MEN线为L+α+β三相共存线。
由相律可知三相平衡共存时，f=2-3+1=0，只能在恒温下实现。
具有共晶相图的二元系合金，通常可以根据它们在相图中的位置不同，分为以下几类：①成分对应于共晶点（E）的合金称为共晶合金，如Pb-Sn相图中含%的合金。
最全二元相图及其合金凝固知识点总结匀晶相图与固溶体凝固匀晶相图两组元在液态、固态均能无限互溶的二元系所组成的相图称为匀晶相图。
匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
匀晶转变是变温转变。
以w(N i)为30%C u-N i二元合金相图为例说明匀晶相图。
点：T C u、T N i分别为C u、N i熔点。
线：TCuBTNi 为液相线。
TCuCTNi 为固相线。
区： L、L+α、α固溶体的平衡凝固平衡结晶：在极缓慢冷却条件下进行的结晶。
以w(N i)为30%C u-N i二元合金为例分析结晶过程：t1温度以上为L；t1温度时，L→α，成分为：B、C。
固溶体平衡冷却结晶过程归纳总结：冷却时遇到液相线开始结晶，遇到固相线结晶终止，形成单相均匀固溶体。
在结晶过程中每一温度，其液相、固相成分和相对量可由该温度下做水平线与液相线、固相线的交点及杠杆定理得出随温度下降，固相成分沿固相线变化，液相成分沿液相线变化，且液相成分减少，固相成分增加，直至结晶完毕。
固溶体合金的结晶特点：1.异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同。
2.结晶需要一定的温度范围。
固溶体非平衡凝固非平衡凝固：偏离平衡条件的结晶。
在实际生产中，由于冷却速度较快，内部原子的扩散过程落后于结晶过程，使合金的成分均匀化来不及进行，使凝固偏离了平衡条件，这称为非平衡凝固。
非平衡凝固导致先结晶部分与后结晶部分成分不同，这种一个晶粒内部或者一个枝晶间的化学成分不同的现象，叫做枝晶偏析或晶内偏析。
各个晶粒之间化学成分不均匀的现象叫做晶间偏析。
枝晶偏析是非平衡凝固的产物，在热力学上是不稳定的，可以通过均匀化退火消除。
1.液相线与固相线间的水平距离(成分间距)↑，先后结晶的成分差别↑，偏析严重。
2.溶质原子的扩散能力↑，偏析↓。
3.冷却速度↑，偏析↑。
共晶相图与合金凝固共晶相图组成共晶的两组元液态时无限互溶，固态时有限固溶或完全不溶，且发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图。
铁碳相图分析一、点、线、区及其含义（一）点各特征点温度、碳的浓度及意义。
各特征点符号是国际通用的，不能随意更换。
（二）线液相线是ABCD，固相线是AHJECF。
两条磁性转变线MO和230 ℃虚线。
（三）区单相区－5个相图中有5个基本的相，相应的有5个相区：液相区(L)－ABCD以上区域δ固溶体区－AHNA奥氏体区(γ)－NJESGN铁素体区(α)－GPQG以左渗碳体区(Fe3C)－DFK直线14两相区－7个7个两相区分别存在于两个单相区之间：L+δ－AHJBAL+γ－BJECBL+ Fe3C－DCFDδ+γ－HNJHγ+α－GPSGγ+ Fe3C－ESKFCEα+ Fe3C－PQLKSP三相区（三条水平线）－3个包晶线－水平线HJB(L+δ+γ)共晶线－水平线ECF (L +γ+Fe 3C )共析线－水平线PSK (γ+α+ Fe 3C )二、包晶转变（水平线HJB ）在1495℃的恒温下，0.53％的液相与0.09％的δ 铁素体发生包晶反应，形成0.17％的奥氏体，其反应式为：包晶转变刚要开始时， δH 和γJ 相对含量 计算如下： 0.09％至 0.53％，都要经历此过程，且不论包晶转变前后转变过程如何，都要获得单相的奥氏体。
含碳量2.11％以下，都有获得单相γ过程。
由于温度高，碳原子扩散较快，所以包晶偏析并不严重。
但高合金钢，合金元素扩散较慢，可能造成严重的包晶偏析。
三、共晶转变（水平线ECF ）共晶转变是在1148℃恒温下，由 4.3％液相转变为2.11％的奥氏体和6.69％的渗碳体。
其反应式为：L C γE ＋ Fe 3C形成 γ与 Fe 3C 的机械混合物，称为莱氏体，用 L d 表示。
渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈短棒状（或颗粒状）分布在渗碳体的基体上。
莱氏体中γ与Fe 3C 的相对含量：2.11％～6.69％ 范围都要发生共晶转变，叫铸铁，因组织中有莱氏体，断口呈银白色叫做白口铸铁。
鉄碳合金金相组织图组成及区域、点、线的意义铁碳合金相图是表示在缓慢冷却(或缓慢加热)的条件下，不同成份的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形。
（一）铁碳合金相图的组成铁碳合金中，铁和碳可以形成一系列的化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等。
而工业用铁碳合金的含碳量一般不超过5％。
因此，我们研究的铁碳合金只限于Fe—Fe3C(C＝6．69％)范围内。
故铁碳合金相图也可认为是Fe-Fe3C相图。
图3-24是Fe-Fe3C相图。
图中纵坐标为温度，横坐标为含碳量的质量百分数。
为了便于掌握和分析Fe-Fe3C相图，将相图上实用意义不大的左上角部分(液相向δ—Fe及δ—Fe向γ—Fe转变部分)以及左下角GPQ线左边部分予以省略。
图3-25简化Fe-Fe3C相图（二）Fe—Fe3C相图中点、线的含义1、Fe—Fe3C相图中几个主要特性点的温度、含碳量及其物理含义见表3-3。
2、Fe—Fe3C相图的特性线在Fe—Fe3C相图上，有若干合金状态的分界线，它是不同成份合金具有相同含义的临界点的连线。
几条主要特性线的物理含义如下：Fe—Fe3C相图中的几个特性点（1）ACD线为液相线。
此线以上区域全部为液相，用L来表示。
金属液冷却到此线开始结晶，在AC线以下从液相中结晶出奥氏体，在CD线以下结晶出渗碳体。
（2）AECF线为固相线。
金属液冷却到此线全部结晶为固态，此线以下为固态区。
在液相线与固相线之间为金属液的结晶区域。
这个区域内金属液与固相并存，AEC区域内为金属液与奥氏体；DCF区域内为金属液与渗碳体。
（3）GS线冷却时奥氏体向铁素体转变的开始线（或加热时铁素体转变成奥氏体的终止线)，常用符号A3表示。
奥氏体向铁素体的转变是铁发生同素异构转变的结果。
当铁中溶入碳后，其同素异构转变开始温度则随溶碳量的增加而降低。
（4）ES线是碳在奥氏体中的溶解度线，常用符号Acm表示。
在1148℃时，碳在奥氏体中的溶解度为2.11％(即E点含碳量)、在727℃时碳降到0.77％(相当于S点)。
一，相图中的点、线、区及其意义
两条线：
液相线ABCD 和固相线AHJECF
五个单相区
1. ABCD 以上是液相区L
2. AHNA 是δ固溶体区δ
3. NJESGE 是奥氏体区A 或γ
4. GPQG 是铁素体区F 或α
5. DFKL 是渗碳体区C Fe 3或者m C
七个两相区：
1. 相图中有七个两相区，它们分别存在于相邻两个单相区之间
2. 这些两相区分别是：C Fe C Fe C Fe L L •
L 333,,,,+++++++αγαγγδγδ，、 两条磁性转变线：
1. M0为铁素体的磁性转变线
2. 230度虛线为渗碳体的磁性转变线
三条水平线：
1. HJB 是包晶转变线
2. ECF 是共晶转变线
3. PSK 是共析转变线
事实上C Fe Fe 3-相图即由包晶反应共晶反应和共析反应三部分连接而成
二，
包晶转变即水平线HJB 包晶反应反应物反应产物反应温度：
在1495度的恒温下，成分为0.53%的液相与0.09%的δ铁素体发生包晶反应，形成0.17%的奥氏体，其反应式为
包晶转变形核长大特点：
进行包晶反应时，奥氏体沿δ相与液相的界面生核，并向δ相和液相两个方向长大
包晶反应终了时
δ相与液相同时耗尽，变为单相奥氏体。
含碳量小于2.11%的合金在冷却过程中获得单相奥氏体：
● 含碳量在0.09%~0.17%之间的合金，由于δ铁素体的量较多，当包晶反应结
束后，液相耗尽，仍残留一部分δ铁素体。
这部分δ相在隨后的冷却过程中，通过同素异构转变而变成奥氏体。
● 含碳量在0.17%~0.53%之间的合金，由于反应前的δ相较少，液相较多，所
以在包晶反应结束后，仍残留一定量的液相，这部分液相在随后冷却过程中结晶成奥氏体。
● 含碳量%09.0<C W 的合金，在按匀晶转变结晶为δ固溶体之后，继续冷却时
将在NH 与NJ 线之间发生固溶体的同素异构转变，变为单相奥氏体。
含碳量在0.53%~2.11%之间的合金，按匀晶转变凝固后，组织也是单相奥氏体。
● 总之，含碳量%11.2<C W 的合金在冷却过程中，都可在一定的温度区间内得
到单相的奥氏体组织。
铁碳合金和高合金钢的包晶偏析：
1. 应当指出，对于铁碳合金来说，由于包晶反应温度高，碳原子的扩散较快，
所以包晶偏析并不严重。
2. 但对于高合金钢来说，合金元素的扩散较慢，就可能造成严重的包晶偏析
三，
共晶转变即水平线ECF 共晶反应温度反应物反应产物和反应式：
1. C Fe Fe 3-相图上的共晶转变是在1148度的恒温下
2. 由%
3.4=C W 的液相转变为%11.2=C W 的奧氏体和渗碳体组成的混合物
3. 其反应式C Fe L E C 3+⇔γ
4. 共晶转变所形成的奥氏体和渗碳体的混合物，称为莱氏体，以符号d L 表示。
莱氏体中的相分布：
在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体的基底上。
莱氏体塑性很差
由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。
