共晶反应

化学术语

共晶反应是指在一定的温度下，一定成分的液体同时结晶出两种一定成分的固相的反应。所生成的两种固相机械地混合在一起，形成有固定化学成分的基本组织，被统称为共晶体。发生共晶反应时有三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在恒温下平衡地进行。

合金相图

Pb-Sn相图是以共晶型转变为主要结晶方式的相图，在靠近组元两端各有一个有限固溶的均晶型结晶区域。

Pb与Sn都能形成有限固溶体。其中以 Pb为溶剂， Sn为溶质形成α固溶体。Sn在Pb中最大溶解度在c点。而以Sn为溶剂，Pb为溶质形成β固溶体。Pb在Sn中最大溶解度在e点，固溶体α 与固溶体β相交与d点，d点被称为共晶点，表示此点成分(共晶成分)的合金冷却到此点所对应的温度(共晶温度)时，共同结晶出c点成分的α相和e点成分的β相。发生共晶反应时有三相共存，它们各自的成分是确定的，反应在恒温下平衡地进行。

水平线cde为共晶反应线，成分在ce之间的合金平衡结晶时都会发生共晶反应。

cf线为Sn在Pb中的溶解度线(或α相的固溶线)。温度降低，固溶体的溶解度下降。Sn含量大于f点的合金从高温冷却到室温时，从α相中析出β相以降低α相中Sn含量。从固态α相中析出的β相称为二次β，写作βII。这种二次结晶可表达为：α→βII。

eg线为Pb在Sn中溶解度线(或β相的固溶线)。Sn含量小g点的合金，冷却过程中同样发生二次结晶，析出二次α。只有共晶合金才能发生共晶反应，非共晶合金不会发生共晶反应。

共晶相图分析

共晶反应是合金结晶时的液固反应之一。一定成分的液相在恒定温度下同时结晶为两个确定成分的固相的反应。以图1所示的Pb—Sn共晶相图为例说明如下：

合金Ⅱ的成分位于E点。A点线是铅在液相L中的溶解度曲线，BE是锡在液相L中的溶解度曲线。E点是这两条曲线的交点，其液相同时被铅和锡两个组元所饱和。因此，成分为E点的液相结晶时可同时析出α相和β相，其反应式为LE→α+β。此反应称为共晶反应，反应产物称为共晶体，写成（α+β）。共晶反应时三相共存，自由度f=2-3+1=0。因此，共晶反应时的温度（共晶温度），反应前后的相成分是固定不变的，共晶线CED是一条水平线，E点称为共晶点。成分位于E点的合金结晶后的组织全部为共晶体，如图2所示，这种合金称为共晶合金。

特点

最简单的共晶反应是在二元合金系统中，具有共晶成分的液体L，在共晶温度下同时凝固形成两固体相α和β共晶组织。通常用公式L→a+β表示。在此共晶反应温度下，出现L、α及β三相共存。以此方式凝固的合金为共晶合金。偏离共晶成分的合金组织为亚共晶或过共晶。

发生共晶反应的合金的结晶：Pb-Sn合金相图中有三种相

Pb与Sn形成的液溶体L相、Sn溶于Pb中的有限固溶体α相、Pb溶于Sn中的有限固溶体β相、相图中有三个单相区：L、α、β，三个双相区：L+α、L+β、α+β，一条L+α+β的三相共存线(水平线cde)。这种相图称为共晶相图。（Al-Si、Ag-Cu合金也具有共晶相图）

分类

由图1，成分Ⅰ和Ⅲ冷却至共晶温度2同样发生共晶反应。与Ⅱ不同的是，Ⅰ冷至1点从液相L中结晶出

α固溶体，冷至2点时，α相的成分变到c点，液相L的成分变到E点。这时剩下的液相便发生共晶反应LE→αC+βD，生成共晶体（α+β），直到结晶完了，结晶后的组织为α+（α+β）+β1，这种组织称为亚共晶组织，见图（3）。

Ⅲ冷却过程中的组织变化与合金Ⅰ极为相似，只是共晶反应之前的先共晶相是β固溶体，结晶后的组织

为β+（α+β）+α1，这种组织称为过共晶组织。

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