共晶反應

共晶反應是指在一定的溫度下，一定成分的液體同時結晶出兩種一定成分的固相的反應。所生成的兩種固相機械地混合在一起，形成有固定化學成分的基本組織，被統稱為共晶體。發生共晶反應時有三相共存，它們各自的成分是確定的，反應在恆溫下平衡地進行。

基本介紹

• 中文名：共晶反應
• 外文名：eutectic reaction
• 分類：共晶、亞共晶、過共晶
• 學科：化學、冶金
• 共晶點：發生這個反應在圖上表現為一點
• 拼音：gòng jīng fǎn yīng

Pb-Sn合金相圖

Pb-Sn相圖是以共晶型轉變為主要結晶方式的相圖，在靠近組元兩端各有一個有限固溶的均晶型結晶區域。

Pb與Sn都能形成有限固溶體。其中以 Pb為溶劑， Sn為溶質形成α固溶體。Sn在Pb中最大溶解度在c點。而以Sn為溶劑，Pb為溶質形成β固溶體。Pb在Sn中最大溶解度在e點，固溶體α 與固溶體β相交與d點，d點被稱為共晶點，表示此點成分(共晶成分)的合金冷卻到此點所對應的溫度(共晶溫度)時，共同結晶出c點成分的α相和e點成分的β相。發生共晶反應時有三相共存，它們各自的成分是確定的，反應在恆溫下平衡地進行。

水平線cde為共晶反應線，成分在ce之間的合金平衡結晶時都會發生共晶反應。

cf線為Sn在Pb中的溶解度線(或α相的固溶線)。溫度降低，固溶體的溶解度下降。Sn含量大於f點的合金從高溫冷卻到室溫時，從α相中析出β相以降低α相中Sn含量。從固態α相中析出的β相稱為二次β，寫作β_II。這種二次結晶可表達為：α→β_II。

eg線為Pb在Sn中溶解度線(或β相的固溶線)。Sn含量小g點的合金，冷卻過程中同樣發生二次結晶，析出二次α。只有共晶合金才能發生共晶反應，非共晶合金不會發生共晶反應。

共晶相圖分析

共晶反應是合金結晶時的液固反應之一。一定成分的液相在恆定溫度下同時結晶為兩個確定成分的固相的反應。以圖（1）所示的Pb—Sn共晶相圖為例說明如下：

金金Ⅱ的成分位於E點。A點線是鉛在液相L中的溶解度曲線，BE是錫在液相L中的溶解度曲線。E點是這兩條曲線的交點，其液相同時被鉛和錫兩個組元所飽和。因此，成分為E點的液相結晶時可同時析出α相和β相，其反應式為L_E→α+β。此反應稱為共晶反應，反應產物稱為共晶體，寫成（α+β）。共晶反應時三相共存，自由度f=2-3+1=0。因此，共晶反應時的溫度（共晶溫度），反應前後的相成分是固定不變的，共晶線CED是一條水平線，E點稱為共晶點。成分位於E點的合金結晶後的組織全部為共晶體，如圖（2）所示，這種合金稱為共晶合金。

圖2

特點

最簡單的共晶反應是在二元合金系統中，具有共晶成分的液體L，在共晶溫度下同時凝固形成兩固體相α和β共晶組織。通常用公式L→a+β表示。在此共晶反應溫度下，出現L、α及β三相共存。以此方式凝固的合金為共晶合金。偏離共晶成分的合金組織為亞共晶或過共晶。

發生共晶反應的合金的結晶：Pb-Sn合金相圖中有三種相

Pb與Sn形成的液溶體L相、Sn溶於Pb中的有限固溶體α相、Pb溶於Sn中的有限固溶體β相、相圖中有三個單相區：L、α、β，三個雙相區：L+α、L+β、α+β，一條L+α+β的三相共存線(水平線cde)。這種相圖稱為共晶相圖。（Al-Si、Ag-Cu合金也具有共晶相圖）

Pb-Sn合金相圖

分類

由圖1，成分Ⅰ和Ⅲ冷卻至共晶溫度2同樣發生共晶反應。與Ⅱ不同的是，Ⅰ冷至1點從液相L中結晶出

α固溶體，冷至2點時，α相的成分變到c點，液相L的成分變到E點。這時剩下的液相便發生共晶反應L_E→α_C+β_D，生成共晶體（α+β），直到結晶完了，結晶後的組織為α+（α+β）+β₁，這種組織稱為亞共晶組織，見圖（3）。

圖3

Ⅲ冷卻過程中的組織變化與合金Ⅰ極為相似，只是共晶反應之前的先共晶相是β固溶體，結晶後的組織

為β+（α+β）+α₁，這種組織稱為過共晶組織。