共晶合金

冶金工程术语

共晶合金是指处于共晶点成分，凝固组织全部由共晶体组成的合金。组成共晶相图的两组元，在液态可以无限互溶，在固态只能部分互溶，甚至完全不溶。两组元的混合物使合金的熔点比各组元低，因此，液相线从两端纯组元向中间凹下，两条液相线的交点所对应的温度称为共晶温度。

简介

共晶合金是指处于共晶点成分，凝固组织全部由共晶体组成的合金。组成共晶相图的两组元，在液态可以无限互溶，在固态只能部分互溶，甚至完全不溶。两组元的混合物使合金的熔点比各组元低，因此，液相线从两端纯组元向中间凹下，两条液相线的交点所对应的温度称为共晶温度。在该温度下，液相通过共晶凝固同时结晶出两个固相，这样的两相的混合物称为共晶组织或共晶体。共晶成分合金的组成：α+β两相混合组织。对于共晶合金来说，有固定的熔点，就像纯金属一样。

共晶合金的分类及共晶组织的特点

分类

共晶合金分为规则共晶和非规则共晶。

共晶组织的特点

1.规则共晶

由金属—金属相或金属—金属间化合物相，即非小平面—非小平面相组成；

组成相的形态为规则的棒状或层片状。具体形状由两相界面能决定。

2.非规则共晶

（1）由金属—非金属相（非小平面—小平面）和非金属—非金属（小平面—小平面）相组成；

（2）组织形态随凝固条件不同（成分、冷速、冶金处理）而变化；

（3）小平面相各向异性，晶体长大有强烈的方向性；

（4）组织形态多种多样。

共晶合金的结晶方式

当合金液过冷到两相液相线的延长线所包围的影线区内时，导致熔体内两相组元的过饱和，提供了共晶结晶的驱动力，两相倾向同时析出。实际上，析出总有先后，先析出相为领先相，然后在表面析出另一相。在不同条件下，共晶合金可采取两种方式进行结晶：共生生长和离异生长。

共生生长

结晶时，后析出相依附于领先相表面析出，形成具有两相共同生长界面的双相核心，然后依靠溶质原子在界面前沿两相间横向扩散，互相不断为对方提供生长所需组元，使两相彼此合作、一起向前生长，称共生生长。

两相共同生长的固液界面称共生界面。领先相独立生核，并在自由生长条件下长大的共晶体，具有球团形辐射状结构，称共晶团。

离异生长和离异共晶

若共晶两相没有共同的生长界面，它们各以不同速度独立生长，两相析出在时间和空间上都彼此分离，形成组织中没有共生共晶特征。这种共晶结晶方式为离异生长，形成的组织称离异共晶。

离异共晶分“晶间偏析型”和“晕圈型”两种类型。

1.“晶间偏析型”离异共晶

（1）由系统本身的原因所引起：如果合金成分偏离共晶点很远，初晶相长得很大，共晶成分的残留液体很少，类似于薄膜分布于枝晶之间。当共晶转变时，一相就在初晶相的枝晶上继续长出，面把另一相单独留在枝晶间。

（2）由另一相的生核困难所引起：合金偏离共晶成分，初晶相长得较大，如另一相不能以初生相为衬底而生核，或因液体过冷倾向大使该相析出受阻时，初生相就继续长大而把另一相留在枝晶间。

2.“晕圈型”离异共晶形成

在两相性质差别较大的非小晶面—小晶面共晶合金中能更经常地见到这种晕圈组织。由于两相在生核能力和生长速度上的差别，第二相环绕着领先相表面生长而形成一种镶边外围层的情况，此外围层称为“晕圈”。

近平衡状态下的共晶共生区

平衡条件下，只有共晶成分合金才能获得100%共晶组织。近平衡条件下，即使非共晶成分合金，当较快冷却到两条液相线延长线所包围的影线区时，也能获得100%共晶组织。这样由非共晶成分获得的共晶组织为伪共晶组织。影线区域称共晶共生区（仅从热力学观点考虑）。实际共晶共生区必须将热力学和动力学因素综合考虑。实际共晶共生区可分为对称型和非对称型。

对称型共晶共生区条件

（1）组成共晶的两个组元熔点相近；

（2）两条液相线形状彼此对称；

（3）共晶两相性质相近；

（4）两相在共晶成分附近析出能力相当，易于形成彼此依附的双相核心；

（5）两相在共晶成分附近扩散能力接近，易于保持两相等速协同生长。

非小平面—非小平面（或金属—金属）共晶合金的共生区属此类。

非对称型共晶共生区条件

（1）组成共晶的两个组元熔点相差较大；

（2）两条液相线形状不对称，共晶点通常靠近低熔点组元一侧；

（3）共晶两相性质相差很大；

（4）高熔点相易于析出，为领先相，其生长速度也较快，对原子的需求较多；