理论教育 二元系中具有多晶转变点的单一组元

二元系中具有多晶转变点的单一组元

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:组元A在温度为TT时有一个多晶转变点,温度低于这一点,组元具有A1的构型,高于这一点为A2构型。图3.23a所示为多晶转变点的温度高于共晶反应线,而图3.23b则是多晶转变点的温度低于共晶反应线时的情况。在熔点温度TA以下有一个多晶转变点TT,体系在温度为Tb时发生转熔反应。

二元系中具有多晶转变点的单一组元

1.多晶转变点不参加相反应的二元系

二元系中只有一个组元具有多晶转变点而它并不参加相反应,就如同前面3.5.3节的类似的情况,就会出现如图3.23相图。组元A在温度为TT时有一个多晶转变点,温度低于这一点,组元具有A1的构型,高于这一点为A2构型。因为它不参加相反应,同前面3.5.3节一样,在相图中保持为一条水平的相变线。图3.23a所示为多晶转变点的温度高于共晶反应线,而图3.23b则是多晶转变点的温度低于共晶反应线时的情况。这类相图的实例很少单独出现,多是复杂相图中的一部分。图3.23a的实例如FeB系的Fe侧,图3.23b的实例如TiB系的Ti侧、BiCe系的Ce侧等。

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3.23 简单二元系中一个组元A具有不参加相反应的多晶转变点

a)多晶转变点的温度高于共晶反应 b)多晶转变点的温度低于共晶反应

2.体系中有再熔反应remeltingreaction发生的二元系

数组元的多晶转变构型会参加体系的相平衡反应,影响相图的形态。图3.24a中的组元A在TT点发生相变,组元A在加入B后生成低温态的α1固溶体和高温态的α2固溶体。体系中有一片α12的两相区,这个两相区和共晶型有限固溶体的一个侧枝TApe汇合而形成图3.24a的相图;另外,如果和具有最低点连续固溶体的侧枝汇合则会得到图3.24b的相图。

本类型的相图有一点不可思议的地方,在于其中发生的再熔反应(remeltingreaction)。例如图3.24a中有一个组成为m的合金,在高温时它处于液态L的相区,降低温度至接触TAp液相限的1点时,析出α2而进入L+α2相区。继续冷却至2点,液相全部凝固消失而只剩下单一的α2相。温度再下降至3点,部分α2多晶转变为低温构型的α1而进入α12的两相区。当温度再冷却到Tb温度的4点时,一个奇怪的现象出现了,这时:

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也就是说,降低温度反而熔化出现了液相,此即所谓的再熔反应(remeltingreaction)。此时有三相平衡,自由度F=2+1-3=0,所以此反应的温度是不变的水平线。再继续冷却,合金进入了L+α1的两相区,液相组成沿着pe连续进行液固的反应,最后终止于5e点温度的共晶反应,再度结晶为α1的两个固相。整个过程一路冷却,温度连续降低却出现液→固→液→固的奇怪反复现象。相图3.24b的情况完全类似,只是不存在共晶反应,合金走出再熔反应得到的L+α1的两相区后,直接凝成了均匀的固溶体α1。本反应的实例,前者见之于AgNd系中的AgNdNd赝二元系部分,后者见于CuMn系。

3.体系一侧有类低共熔反应eutectoidreaction发生的二元系

如果组元A固相中的多晶转变点TT因组元B的加入所形成的α12的两相区向右延伸,温度降低并在低于共晶点e的温度和α1两固相区相汇,就会出现图3.25类型的相图。在图中,从组成为b点的α2固溶体中析出组成点a的固溶体α1和组成点c的固溶体β

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这一在固相中的反应和低共熔(共晶)反应十分相似,α2α1β三相处于平衡,自由度F=0b点处于温度为不变的水平线上,这个反应称为类低共熔反应或共析反应(eutectoidreaction)。典型的实例可见之于LaCd系内LaLaCd赝二元系的La侧,以及CrHf系内Cr2HfHf赝二元系的Hf侧。

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3.24 有再熔反应产生的二元系

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3.25 固相中有共析(类低共熔)反应出现的二元系(www.daowen.com)

4.多晶转变引起的转熔和类转熔反应peritectoidreaction的二元系

当多晶转变点TT造成的α12两相区向高温方向延伸,和低共熔型有限固溶体交汇时将会出现图3.26的相图。交汇的温度高于低共熔点e,出现的是图3.26a;交汇的温度低于低共熔点e时出现的相图则如图3.26b所示。

当温度在Tb处,图3.26a中发生的反应为典型的转熔反应:

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而图3.26b中发生的反应是一种在固相内发生的类转熔反应(peritectoidreaction):

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前者的实例见于FeC系内FeFe3C赝二元系的Fe侧,而后者见于CoTa系内CoCo2Ta赝二元系的Co侧。

5.液固连续固溶体和固固连续固溶体相区重叠时产生的转熔型二元系

如果多晶转变点造成的α12两相区向高温方向移动并和连续固溶体的两相区重叠时,就会出现图3.27a所示的虚拟图形,实际的相图如3.27b所示。这里有一个实例就是CoRu二元系,图3.27b可以作为它的示意相图,A相当于CoB相当于Ru。在熔点温度TA以下有一个多晶转变点TT,体系在温度为Tb时发生转熔反应。本体系可以看成图3.27a中两个连续固溶体的虚拟叠合。一个是具有最低点m的TAmTB连续固溶体,另一个是TTTB均匀连续固溶体。叠合以后只能以图3.27b的相图形式出现。当然,如果上面那个连续固溶体不是具有最低点的类型而是均匀的连续固溶体型,那么图形并没有本质变化,只是A点向下移动,L+α2只有一个相区,而不像现在有两个相区。

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3.26 多晶转变点形成的两相区和低共熔型有限固溶体交汇时形成的二元系

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3.27 CoRu示意相图及其虚拟形成

6.一个组元自身两个多晶转变点之间形成连续固溶体的二元系

最有意思的是FeCr的二元系,是一个组元自身两个多晶转变点之间形成连续固溶体的二元系,如图3.28所示。A相当于FeB相于CrFe有两个多晶转变点TT和TS。温度低于TS时,Fe具有α相的结构;高于TS时,Fe转变为γ相;高于TT时,却又转回α相。这就是说,γ相只能稳定存在于TT和TS之间。组元的这两个多晶转变点之间自己又形成带有最低点m的连续固溶体。显然,能够生成这种古怪相图的关键是温度高于TT时,由γ相又转回了α相。

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3.28 一个组元自身两个多晶转变点之间形成连续固溶体的二元系

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