第1節(jié)相與相平衡

第1節(jié)相與相平衡1.相(Phase)在一個系統(tǒng)中，成分、結(jié)構(gòu)相同，性能一致的均勻的組成部分叫做相，這里所謂均勻，意指在這個部分里溫度、壓力、化學成分以及結(jié)構(gòu)都相同，不同相之間有明顯的界面分開。一個相必須在物理性質(zhì)和化學性質(zhì)上都是均勻的， 并且理論上可以機械分離的。 相可以是固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)。由于氣態(tài)是互溶的，平衡系統(tǒng)中氣相數(shù)只能為 1。但液相和固相則可能有兩種或兩種以上。 不同的相之間必然有界面將其分開， 但是由界面分開的并不一定就是兩個不同的相。在界面兩側(cè)性質(zhì)發(fā)生突變的是兩個不同的相， 它們之間的界面稱為相界面。 界面兩側(cè)性質(zhì)不發(fā)生突變的則屬于同一種相， 同一種晶體相之間的界面稱為晶界。 在顯微組織（此為金屬學常用名稱， 陶瓷則常稱為顯微結(jié)構(gòu)） 中如果是由成分、 結(jié)構(gòu)互不相同的幾種晶粒組成，該組織（或稱結(jié)構(gòu)）就有幾種不同相。但是如果是由成分、結(jié)構(gòu)完全相同的晶粒組成，盡管晶粒之間有晶界分開，但是它們都屬于同一種相。2.組元 (Component)組元通常是指系統(tǒng)中每一個可以單獨分離出來， 并能獨立存在的化學純物質(zhì)， 在一個給定的系統(tǒng)中，組元就是構(gòu)成系統(tǒng)的各種化學元素或化合物。 按照組元數(shù)目的不同， 可將系統(tǒng)分為一元系、二元系、三元系和多元系統(tǒng)。在許多合金系統(tǒng)中，組元數(shù)往往就等于構(gòu)成這個系統(tǒng)的化學元素的數(shù)目。為了便于分析和研究相圖，將既不分解也不發(fā)生化學反應的穩(wěn)定化合物也視為一種組元。在陶瓷材料體系中，常以氧化物作為組元，各組元之間可能存在化學反應，獨立組元數(shù)目未必等于所有氧化物種類數(shù)。相平衡和相律在某一溫度下，系統(tǒng)中各個相經(jīng)過很長時間也不互相轉(zhuǎn)變， 處于平衡狀態(tài)，這種平衡稱為相平衡。相平衡的熱力學條件要求各個組元在各相中的化學位必須相同。 因此，相平衡時系統(tǒng)內(nèi)部不存在原子的遷移。 但是，相平衡是一種熱力學動態(tài)平衡， 即在相界兩側(cè)附近原子仍在不停地轉(zhuǎn)移，只不過在同一時間內(nèi)相之間原子轉(zhuǎn)移速度相等而已。 吉布斯相律（GibbsPhaseRule）是處于熱力學平衡狀態(tài)的系統(tǒng)中自由度與組元數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系定律， 通常簡稱為相律。相律是分析和使用相圖的重要依據(jù)。 在一般情況下，只考慮溫度和壓力對系統(tǒng)平衡狀態(tài)的影響，相律的表達式為F=C-P+2 （8-1）沒有氣相的系統(tǒng)稱為凝聚系統(tǒng)。 通常范圍內(nèi)的壓力對凝聚系統(tǒng)相的平衡影響很小， 一般忽略不計，所以在恒壓條件下，相律可寫成F=C-P+1

（8-2）式中：

F是自由度數(shù)；

C是組成材料系統(tǒng)的獨立組元數(shù)；

P是平衡相的數(shù)目。自由度是指平衡系統(tǒng)中保持平衡相數(shù)不變的條件下獨立可變的因素（如溫度、濃度等）的數(shù)目。相律是相圖的基本規(guī)律之一，任何相圖都必須遵從相律。相律可以用來確定系統(tǒng)處于平衡時可能存在的最多平衡相的數(shù)目，也可以用來判斷測繪的相圖是否正確。第2節(jié)單元系相圖在單元系統(tǒng)中所研究的對象只有一種純物質(zhì)，組元數(shù)C=1。根據(jù)相律：F=1-P+2=3-P，因為自由數(shù)F不能為負值，所以P≤3。所以在單元系統(tǒng)中平衡共存相的數(shù)目最多不能超過3個。另外在一個系統(tǒng)中相的數(shù)目P不得少于1。若取P=1，則F=2，表明如果把溫度和壓力這兩個獨立可變的因素確定下來，系統(tǒng)的狀態(tài)就可以完全確定。因此，可以用溫度和壓力作坐標的平面圖(p-T圖)來表示系統(tǒng)的相圖。水的相圖以水的相圖為例（圖 8-1）。首先在不同溫度和壓力的條件下測出水 -汽、冰-汽和水-冰兩相平衡時所對應的溫度和壓力，將每一個數(shù)據(jù)都標到以溫度和壓力為坐標軸的直角坐標系中，然后將那些具有相同意義的數(shù)據(jù)點連接起來，就繪制出水的相圖。2.相圖分析由相圖的繪制方法可知，相圖上的每一個點都對應著系統(tǒng)的某一種狀態(tài)，因此這些點通常稱作狀態(tài)點。圖8-1(a)中有3條線。OA是水與冰兩相平衡線，OB是冰與蒸汽兩相平衡線，OC是水與蒸汽兩相平衡線，它們將整個相圖分為3個單相區(qū)，即固相區(qū)、液相區(qū)和氣相區(qū)。根據(jù)相律在3個單相區(qū)內(nèi)，C=1，P=1，F(xiàn)=2。這說明在單相區(qū)內(nèi)無論是溫度還是壓力都可以在一定范圍內(nèi)作任意的變動，這些變動既不會有相的生成也不會有相的消失。在 OA、OB和OC3條曲線上，C=1，P=2，F(xiàn)=1。這說明單元系統(tǒng)在兩相平衡時，溫度和壓力這兩個變數(shù)只有一個是獨立可變的。一個變數(shù)確定之后，另一個變數(shù)也就確定了。反映在相圖上，只要一個變數(shù)（如溫度）確定了，那么另一個變數(shù)的數(shù)值（壓力）也就完全可由平衡曲線決定了。一旦偏離兩相的平衡曲線， 即固定一個而又改變另一個， 必然會導致一個相的消失而進入單相區(qū)，這樣兩相平衡也就不復存在了。 O點是氣、液、固三相的平衡共存點， F=0，即在O點溫度和壓力兩個變數(shù)都是不可隨意變動的。無論是壓力還是溫度只要稍有改變就會破壞氣、液、固三相的平衡。結(jié)果只能導致其中一個或兩個平衡相消失，而進入兩相區(qū)或單相區(qū)，三相平衡關(guān)系也就不存在了。如果外界保持一個大氣壓，根據(jù)相律， C=1，P=1，則F=1。系統(tǒng)中只有一個獨立可變的變數(shù)。因此單元系相圖可以只用一個溫度軸來表示。圖 8-1(b)是水在一個大氣壓下的相圖。熔點Tm和沸點Tb均為兩相共存點， F=0。故，此處溫度不可變動，轉(zhuǎn)變是一恒溫過程（結(jié)晶潛熱正好補償了熱量散失）?？梢?，在外界影響因素的數(shù)目n＝1的情況下，單元系統(tǒng)中平衡相的數(shù)目P不能多于2個。其它物質(zhì)的單元系相圖與水的相圖基本相似，只是各自的熔點、沸點等轉(zhuǎn)變點有所不同。8.3二元系相圖3.1二元系相圖的建立建立相圖的方法有實驗測定和理論計算兩種，目前所用的相圖大部分是通過實驗測定的。當系統(tǒng)中發(fā)生相變時，各種性質(zhì)的變化或多或少的帶有突變性，這樣就可以通過測量材料的性質(zhì)來確定其相變臨界點。這也是用實驗方法測定臨界點并構(gòu)成相圖的依據(jù)。測定相圖常用的物理方法有：熱分析法、金相組織法、X射線分析法、硬度法、電阻法、熱膨脹法、磁性法等。精確地測定一個相圖，通常都是各種方法配合使用，以充分利用每一種方法的優(yōu)點。以下以熱分析法為例說明如何測定Cu-Ni相圖。熱分析法就是測定合金的冷卻（或加熱）曲線的方法。由于合金凝固時的結(jié)晶潛熱較大，結(jié)晶時冷卻曲線上的轉(zhuǎn)折比較明顯，因此常用熱分析法來測定合金的結(jié)晶溫度，即測液相線、固相線。首先配制幾種有代表性的合金，如圖8-2(a)所示；測定每種合金從液態(tài)冷卻到室溫的冷卻曲線，并求得各相變點；最后將這些相變點描繪在溫度與成分的坐標圖紙上。把意義相同的各點連結(jié)起來，即可繪出Cu-Ni相圖，如圖8-2(b)所示。3.2杠桿定律杠桿定律是質(zhì)量守恒定律的一種表達形式，是通過相圖來確定各相含量的重要表達式。在結(jié)晶過程中，隨著結(jié)晶過程的進行，系統(tǒng)中各相的成分以及它們的相對含量都將不斷發(fā)生變化。在二元系統(tǒng)中用杠桿定律確定相的相對含量只適用于兩相區(qū)。因為對于單相區(qū)來說沒有意義，而對于三相區(qū)F=0是恒溫過程，在相圖上只表現(xiàn)為一條水平線此時3個相的成分雖然固定不變，但是卻可以任何比例來平衡故此3個相的數(shù)量又無法確定。然而在兩相區(qū)F=1，系統(tǒng)只允許有一個獨立的變數(shù)，這樣就可以確定平衡相的相對含量。假若這個獨立的變數(shù)是溫度，隨著溫度的變化，兩個平衡相的成分都將隨之改變。平衡相的成分隨溫度變化而變化的狀態(tài)點的軌跡就是成分與溫度的平衡曲線。事實上液相線就是液相成分隨溫度變化而變化的平衡曲線，固相線是固相成分隨溫度變化而變化的平衡曲線。液態(tài)合金結(jié)晶時，隨溫度的變化，液相成分將沿液相線變化，固相成分沿著固相線變化。一旦溫度恒定，則F=0，液相和固相的成分液隨之固定下來。此時兩平衡相成分點之間的連線即為一條水平的等溫線。利用這一特性可以導出杠桿定律。如圖8-3（a）的二元相圖中，成分為C0的材料在t1溫度時處于液、固兩相平衡狀態(tài)，即L→α。確定液相和固相α的成分，可通過t1作一水平的等溫線，分別與液相線、C0的成分線（垂直于成分軸）、固相線交于a、o、b,a、b兩點在成分坐軸上的投影CL和Cα即為液相L和固相α的成分。如圖8-3（b）所示，若將o點視為支點，把wL和wa看成作用于a、b兩點的力，由力學上的杠桿定律就可以得到上式。故將上式稱為杠桿定律。應當注意，杠桿定律只適用于二元系兩相區(qū)，對其他區(qū)域不適用。3.3二元相圖的基本類型元相圖種類很多，有的簡單，有的復雜，但復雜相圖都是由一些基本類型的相圖組合起來的。掌握基本類型的相圖就容易分析任何復雜的相圖。本節(jié)主要介紹勻晶、共晶和包晶3種基本相圖為主要研究對象，對其他類型的二元相圖也作簡要介紹。勻晶相圖當兩個組元化學性質(zhì)相近，晶體結(jié)構(gòu)相同，晶格常數(shù)相差不大時，它們不僅可以在液態(tài)或熔融態(tài)完全互溶，而且在固態(tài)也完全互溶，形成成分連續(xù)可變的固溶體，稱為無限固溶體或連續(xù)固溶體，它們形成的相圖即為勻晶相圖(Isomorphoussystem)。由液體結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶轉(zhuǎn)變，絕大多數(shù)的二元相圖都包括勻晶轉(zhuǎn)變部分。有些二元合金，如Cu-Ni、Au-Ag、Au-Pt等只發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變；有些二元陶瓷如NiO-CoO、CoO-MgO、NiO-MgO等也只發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變。1）相圖分析圖8-4是A-B兩種組元形成的二元系統(tǒng)的勻晶相圖，L為液態(tài)，α為固態(tài)，TA和TB表示兩種純物質(zhì)的熔點。這類相圖形狀比較簡單，只有兩條曲線，上面一條是液相線，下面一條是固相線。任何組成的熔體冷卻到液相線時開始凝固，到固相線時完全變?yōu)楣虘B(tài)。從液相線還可以看出，當組元A中加入B時，熔體的凝固溫度升高；而組元B中加入A時，熔體的凝固溫度降低。液相線和固相線把整個相圖分為3個區(qū)域：即液相區(qū)L，固相區(qū)α和液、固兩相共存區(qū)L+α。在液相區(qū)域內(nèi)，A與在原子尺度內(nèi)相互混合形成均一的液相；在固相區(qū)域內(nèi)，A與B在原子尺度內(nèi)相互混合形成均一的固溶體相；固液兩相區(qū)為固、液兩相混合物。2）平衡凝固在圖8-4中，設C是由兩種組元A和B組成的二元體系?，F(xiàn)以該體系為例討論其平衡凝固過程。平衡凝固是指在極其緩慢的冷卻條件下的凝固。當成分為C的液相自高溫冷至t1溫度時，開始從液相L中結(jié)晶出α固溶體，根據(jù)平衡相成分的確定方法可以知道，結(jié)晶出的固相的成分為a1，而液相的成分為L1。此時相的平衡關(guān)系為。因為L1與液態(tài)L成分相當，運用杠桿定律得出a的數(shù)量很少，幾乎為零，此時結(jié)晶剛剛開始。當溫度由t1緩慢冷至t2時，有一定數(shù)量的α固溶體結(jié)晶出來，此時固相成分分為a2，液相成分為L2，相的平衡關(guān)系則是。為達到這一平衡，除了在t2溫度直接結(jié)晶出外，原有的的成分也必須通過擴散轉(zhuǎn)變?yōu)榕c相同的成分。由于含有B量比液態(tài)時的平均含量高，的析出必然使剩余液相含B量減少，從而使液相成分由L1降為L2。隨著結(jié)晶溫度的不斷降低，α相的成分不斷沿固相線變化，液相成分也將不斷地沿液相線變化。α相的數(shù)量不斷增多，而L相的數(shù)量均可以由杠桿定律求得。當冷卻到t3溫度時，最后一滴液體結(jié)晶成固溶體，凝固即告終了，得到與原液態(tài)合金成分相同的α固溶體。3）固溶體的非平衡凝固緩慢冷卻可以獲得平衡組織，形成成分均勻的固溶體。但在實際生產(chǎn)中，冷速往往較快，不能保持平衡狀態(tài)，非平衡狀態(tài)下的結(jié)晶過程和最后得到的組織與平衡狀態(tài)有很大差別。如前所述，先結(jié)晶出來的含有較多的B而后結(jié)晶出來的含有較少的B，在平衡結(jié)晶時，可以通過擴散使固相的成分均一化，而在非平衡結(jié)晶時，由于冷卻過快，擴散過程來不及進行，使α相成分不均勻。先結(jié)晶的部分富B，后結(jié)晶的部分含B較少。因而，在結(jié)晶中的每一溫度瞬間α的平均濃度總是高于α/L界面處的平衡濃度，相圖中固相α的平均成分線與平衡成分線不一致，如圖8-5中虛線所示。當α相平均濃度達到合金成分時，結(jié)晶完成。最后得到的α固溶體成分不均勻。因固溶體晶體結(jié)晶按樹枝狀進行，因而成分不均勻沿樹枝晶分布，形成所謂的“樹枝狀偏析”。圖8-6為Cu-Ni合金的非平衡結(jié)晶組織，枝晶的內(nèi)部主干含高熔點組元Ni多，枝晶外圍含低熔點組元Cu多，因成分不均勻腐蝕性不同，因而組織中顯示樹枝狀輪廓和偏析的存在。枝晶偏析引起性能不均勻，消除的措施是在高溫下進行擴散退火，通過原子的擴散使成分均勻化。4）有極值的勻晶相圖勻晶相圖還有兩種特殊的形式，一種是圖

8-7 (a)所示的液相線與固相線相切于最低點的勻晶相圖，另一種是圖8-7(b)所示的液相線與固相線相切于最高點的勻晶相圖。對應于極值點也即切點的固溶體，液、固兩相的成分相同，其結(jié)晶是一個沒有溫度間隔的恒溫過程。為此應用相律時要予以修正，因為該處的化學成分不變，所以確定系統(tǒng)狀態(tài)的變數(shù)就減少一個，于是F=0。有極值存在的二元系合金相圖有Fe-Co、Ti-Zr等。由以上相圖分析可知：系統(tǒng)中每一個可變組成的相都與相圖上一定幾何圖象相對應。系統(tǒng)所發(fā)生的一切變化都將反映在相圖上。相圖上的點、線、面都與一定的平衡關(guān)系相對應。組成和性質(zhì)的連續(xù)變化，反映到相圖上的曲線也是連續(xù)的。共晶相圖(Eutecticphasediagram)組成共晶相圖的兩組元，在液態(tài)可無限互溶，而固態(tài)只能部分互溶，甚至完全不溶。兩組元的混合物使合金的熔點比各組元低，因此，液相線從兩端純組元向中間凹下，兩條液相線的交點所對應的溫度稱為共晶溫度。在該溫度下，液相通過共晶凝固同時結(jié)晶出兩個固相，這樣兩相的混合物稱為共晶組織或共晶體。金屬材料中Al-Si、Pb-Sn、Ag-Au等合金、陶瓷材料MgO-CaO系中都具有共晶相圖。???1）相圖及分析圖 8-8所示的是一個典型的二元共晶相圖。A，B分別表示兩個組元，TA和TB為兩個組元的熔點。兩條液相線相交于E點。圖中α為B在A中的有限溶解的固溶體，β相為A在B中有限溶解的固溶體，在相圖中，習慣將固溶體按從左到右的順序用希臘字母表示為α、β、γ等。TAETB為液相線，TACEDTB為固相線，CF是B在A中的飽和溶解度曲線，也稱固溶度曲線，DG是A在B中的飽和溶解度曲線。該相圖有3個單相區(qū)：即液相L、固溶體α和固溶體β。單相區(qū)之間有3個兩相區(qū)：即L+α、L+β和α+β。在L+α、L+β與α+β兩相區(qū)之間有一條水平線CED，它是L+α+β三相的共存區(qū)。在水平線CED所對應的溫度下，成分為E點的液相LE將同時結(jié)晶出成分為C點的αC和D點的βD兩個固相。這種平衡反應的表達式為8-5）由相律可知，發(fā)生三相平衡轉(zhuǎn)變時，自由度數(shù)等于零(F＝2-3+1＝0)，所以這一轉(zhuǎn)變必然是一個恒溫過程，而且3個相成分也各為一固定值。恒溫在相圖中就表現(xiàn)為一條水平線CED。三相平衡轉(zhuǎn)變在相圖上的特征是3個單相區(qū)與水平線只有一個接觸點，其中液相單相區(qū)在中間，位于水平線之上，而兩個固相單相區(qū)則分別位于水平線的兩端。相圖中的CED水平線稱為共晶線，E點稱為共晶點，也稱為低共熔點。E點對應的溫度稱為共晶溫度。成分對應于共晶點的合金稱為共晶合金；成分位于共晶點E以左，C點以右的合金稱為亞共晶合金；成分位于共晶點E點以右、D點以左的合金稱為過共晶合金。當三相平衡時，其中任意兩相之間也必然相互平衡，即L-α、L-β和α-β之間也存在相互平衡關(guān)系，CE、ED和CD分別是它們之間的連線，故在這種情況下也可以利用杠桿定律來分別計算各平衡相的含量。2）共晶合金的平衡凝固下面討論各種典型成分合金的平衡凝固及其顯微組織。1）成分在C點以左的合金（合金I）由圖8-9可以看出，合金Ⅰ緩慢冷卻到1點時，開始從液相結(jié)晶出以A為基體的α固溶體。隨著溫度的降低，α固溶體的數(shù)量不斷增多而液相 L的數(shù)量不斷減少，液相 L的成分沿著液相線 TAE變化，而 α固溶體的成分沿 著 固 相 線TAC變化。當冷卻到2點時，結(jié)晶完畢，合金全部凝固成單相α固溶體，其成分與原液態(tài)合金的成分相同。這一過程與勻晶系統(tǒng)合金的平衡凝固過程完全相同。繼續(xù)冷卻時。在2～3點溫度范圍內(nèi)，α固溶體不發(fā)生變化。當溫度下降到3點以下時，在α固溶體中呈過飽和狀態(tài)，因此，多余的就以β固溶體的形式從α固溶體中析出。隨著溫度的降低，α固溶體對B的固溶度逐漸減少，所以這一析出過程將不斷進行，α和β兩相的成分分別沿著固溶線CF和DG變化。冷卻至室溫時，成分為F的α相與成分為G的β相維持平衡。從一種固溶體中析出另一種固溶體的過程稱為脫溶。也即過飽和固溶體的分解，又稱二次結(jié)晶。二次結(jié)晶析出的相又稱為次生相或二次相，次生的β固溶體以βⅡ表示，以區(qū)別于從液相直接結(jié)晶出來的β固溶體。βⅡ優(yōu)先沿著α相晶界析出，其次是從晶粒內(nèi)的缺陷部位析出。由于固態(tài)下原子擴散能力有限，所以析出的次生相不易長大，一般都比較細小。合金Ⅰ冷卻到室溫后形成以α相為基體的α+βⅡ兩相組織。其冷卻曲線及結(jié)晶過程如圖8-10所示，成分位于CF之間的所有合金平衡結(jié)晶過程均與上述合金相似，其顯微組織也是由α+βⅡ兩相所組成，只是兩個相的相對含量不同。合金成分越靠近F點，βⅡ的數(shù)量也越少。含B量小于F的合金，將無βⅡ析出。室溫下，合金Ⅰ的α相和βⅡ的含量可用杠桿定律求出，即8-6）2）共晶合金（合金Ⅱ）合金Ⅱ是共晶合金。該合金自液態(tài)緩慢冷至tE溫度時，液相LE同時為A和B元素所飽和，所以從液相中同時結(jié)晶出α和β兩種固溶體，即發(fā)生共晶反應：8-7）這個轉(zhuǎn)變一直在共晶溫度下進行，直到液相LE全部凝固完畢為止。在共晶溫度得到的是由和兩個相組成的混合物，亦即共晶組織。它們的相對含量可由杠桿定律求得，即8-8）繼續(xù)冷卻時，共晶組織中的α和β相的固溶度都將隨著溫度的降低而減少，α相的成分沿CF變化，β相的成分沿DG線變化，各自分別析出次生相βⅡ和αⅡ。共晶組織中的次生相往往與共晶組織中的同類相混在一起，在顯微鏡下難以分辨，一般不作具體區(qū)分。圖8-11是共晶合金的冷卻曲線及結(jié)晶過程的示意圖。8.3二元系相圖

(5)（3）亞共晶合金（合金 III）當成分位于 E點以左C點以右時，屬于亞共晶合金，該合金由液態(tài)緩慢冷卻至開始結(jié)晶出 α固溶體。1～2點溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的緩慢下降， α固溶體的數(shù)量不斷增多，而液相逐漸減少。α相和液相的成分分別沿 TAC和TAE線變化。這一階段的轉(zhuǎn)變屬于勻晶轉(zhuǎn)變。

1點時，???當溫度降至的成分分別達到是：

2點即共晶溫度時， α相和剩余液相C點和E點。此時兩相的含量分別(8-9)在tE溫度下，成分為

E的液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變：(8-10)這一轉(zhuǎn)變一直進行到剩余液相全部形成共晶組織為止?？梢姽簿ЫM織（αC+βD）的含量就是共晶轉(zhuǎn)變前剩余液相的含量。共晶轉(zhuǎn)變前形成的相叫做初共晶或先共晶相。 亞共晶合金共晶轉(zhuǎn)變剛剛結(jié)束之后的組織由初晶α和共晶組織（αC+βD）組成。在2點以下，合金繼續(xù)冷卻時，由于溶解度改變，從α(包括初晶α和共晶組織中的α中不斷析出βⅡ，而從β固溶體（共晶組織中的）中析出 αⅡ。忽略共晶組織（ α ）析出的次生相，亞共晶合金在室溫時的組織是 α+C+βD（α+β）+βⅡ。圖8-12是亞共晶合金的冷卻曲線及結(jié)晶示意圖。（4）過共晶合金（合金Ⅳ）合金Ⅳ，是位于 E點以右、D點以左的過共晶合金。其平衡凝固過程及組織與亞共晶合金類似，所不同的只是初晶為β固溶體而不是α固溶體。其室溫組織由初晶β、次生相αⅡ和共晶體（α+β）所組成。圖8-13是過共晶合金的冷卻曲線及結(jié)晶示意圖。（5）成分在 D點以右的合金這類合金的結(jié)晶過程與合金Ⅰ的結(jié)晶過程類同。 只不過從液相中結(jié)晶出的是單相固溶體β，隨后再從 β固溶體中析出二次相 αⅡ。由以上分析可知， 凡是處于F～G點之間的合金，其室溫組織都是由 α和β兩個相組成的。但是由于合金成分和結(jié)晶過程變化， 相的大小、數(shù)量和分布狀況即合金的組織狀況差別很大，甚至完全不同。如：成分范圍在 F～C之內(nèi)的組織為 α+βⅡ，亞共晶合金的組織為 α+β+共晶組織（α+β），在D～G之間的合金組織為β+αⅡ。因為α、β、αⅡ、βⅡ及（α+β）在顯微鏡下觀察都能清楚地區(qū)分開，是組成顯微組織的獨立部分，所以稱之為組織組成物。從相的本質(zhì)來看，它們都是由α和β兩相組成的，故將α和β兩相稱為合金的相的組成物。組織組成物或相組成物的含量都可由杠桿定律求得。3）共晶合金的非平衡凝固在緩慢冷卻平衡狀態(tài)下，只有共晶成分的合金可獲得共晶組織。但在較快冷卻的不平衡狀態(tài)，液相處于過冷狀態(tài)，此時共晶組織在更低溫度、較寬的成分范圍獲得，如圖8-14中影線所示液相線延伸的范圍。在過冷條件下，影線成分范圍的液相同時處于α和β二相的過飽和區(qū)，因而在該成分范圍的合金可全部獲得共晶組織。這種非共晶成分所得到的共晶組織叫偽共晶。由于過冷度增大、結(jié)晶速度加快，液相成分來不及均勻化，其平均成分偏離液相線，故偽共晶區(qū)范圍小于液相線延長所給的范圍，如圖8-15所示。在二組元熔點接近、共晶點居中的合金系具有對稱形態(tài)，而在二組元熔點相差較大的合金系，共晶點偏向低熔點一側(cè)，偽共晶區(qū)偏移一邊，圖8-16示出Al-Si系的偽共晶區(qū)范圍。偽共晶區(qū)對稱或偏移的原因與二組元相的結(jié)晶速度有關(guān)。二相結(jié)晶速度接近，同時接近形成偽共晶組織，偽共晶區(qū)具有對稱形態(tài)。若二相結(jié)晶速度相差很大，則結(jié)晶較快的相成為先共晶的初生相，使偽共晶區(qū)偏移。而二相結(jié)晶速度取決于二相成分和液相成分的差異。與液相成分接近的一相具有較大的結(jié)晶速度，易生成先共晶的初生相，顯然，以低熔點組元為基的相有較大結(jié)晶速度，偽共晶區(qū)偏向高熔點組元一側(cè)，在Al-Si合金中偽共晶區(qū)偏向Si的一側(cè)，使共晶成分過冷液體先析出α相，至液相平均成分進入偽共晶區(qū)，才發(fā)生共晶反應，形成偽共晶，因而共晶成分合金在過冷情況下得到亞共晶合金的組織。4）相圖實例圖8-17所示的是Pb-Sn二元共晶相圖。Pb的熔點為327℃，Sn的熔點為231.9℃。α相為Sn在Pb