共晶合金

共晶合金是指處於共晶點成分，凝固組織全部由共晶體組成的合金。組成共晶相圖的兩組元，在液態可以無限互溶，在固態只能部分互溶，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。

基本介紹

• 中文名：共晶合金
• 外文名：Eutectic alloy
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 組成：凝固組織全部由共晶體組成
• 分類：規則共晶和非規則共晶

簡介

共晶合金是指處於共晶點成分，凝固組織全部由共晶體組成的合金。組成共晶相圖的兩組元，在液態可以無限互溶，在固態只能部分互溶，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晶出兩個固相，這樣的兩相的混合物稱為共晶組織或共晶體。共晶成分合金的組成：α+β兩相混合組織。對於共晶合金來說，有固定的熔點，就像純金屬一樣。

共晶合金的分類及共晶組織的特點

分類

共晶合金分為規則共晶和非規則共晶。

共晶組織的特點

1.規則共晶

由金屬—金屬相或金屬—金屬間化合物相，即非小平面—非小平面相組成；

組成相的形態為規則的棒狀或層片狀。具體形狀由兩相界面能決定。

2.非規則共晶

（1）由金屬—非金屬相（非小平面—小平面）和非金屬—非金屬（小平面—小平面）相組成；

（2）組織形態隨凝固條件不同（成分、冷速、冶金處理）而變化；

（3）小平面相各向異性，晶體長大有強烈的方向性；

（4）組織形態多種多樣。

共晶合金的結晶方式

當合金液過冷到兩相液相線的延長線所包圍的影線區內時，導致熔體內兩相組元的過飽和，提供了共晶結晶的驅動力，兩相傾向同時析出。實際上，析出總有先後，先析出相為領先相，然後在表面析出另一相。在不同條件下，共晶合金可採取兩種方式進行結晶：共生生長和 離異生長。

共生生長

結晶時，後析出相依附於領先相表面析出，形成具有兩相共同生長界面的雙相核心，然後依靠溶質原子在界面前沿兩相間橫向擴散，互相不斷為對方提供生長所需組元，使兩相彼此合作、一起向前生長，稱共生生長。

兩相共同生長的固液界面稱共生界面。領先相獨立生核，並在自由生長條件下長大的共晶體，具有球團形輻射狀結構，稱共晶團。

離異生長和離異共晶

若共晶兩相沒有共同的生長界面，它們各以不同速度獨立生長，兩相析出在時間和空間上都彼此分離，形成組織中沒有共生共晶特徵。這種共晶結晶方式為離異生長，形成的組織稱離異共晶。

離異共晶分“晶間偏析型”和“暈圈型”兩種類型。

1.“晶間偏析型”離異共晶

（1）由系統本身的原因所引起：如果合金成分偏離共晶點很遠，初晶相長得很大，共晶成分的殘留液體很少，類似於薄膜分布於枝晶之間。當共晶轉變時，一相就在初晶相的枝晶上繼續長出，面把另一相單獨留在枝晶間。

（2）由另一相的生核困難所引起：合金偏離共晶成分，初晶相長得較大，如另一相不能以初生相為襯底而生核，或因液體過冷傾向大使該相析出受阻時，初生相就繼續長大而把另一相留在枝晶間。

2.“暈圈型”離異共晶形成

在兩相性質差別較大的非小晶面—小晶面共晶合金中能更經常地見到這種暈圈組織。由於兩相在生核能力和生長速度上的差別，第二相環繞著領先相表面生長而形成一種鑲邊外圍層的情況，此外圍層稱為“暈圈”。

近平衡狀態下的共晶共生區

平衡條件下，只有共晶成分合金才能獲得100%共晶組織。近平衡條件下，即使非共晶成分合金，當較快冷卻到兩條液相線延長線所包圍的影線區時，也能獲得100%共晶組織。這樣由非共晶成分獲得的共晶組織為偽共晶組織。影線區域稱共晶共生區（僅從熱力學觀點考慮）。 實際共晶共生區必須將熱力學和動力學因素綜合考慮。實際共晶共生區可分為對稱型和非對稱型。

對稱型共晶共生區條件

（1）組成共晶的兩個組元熔點相近；

（2）兩條液相線形狀彼此對稱；

（3）共晶兩相性質相近；

（4）兩相在共晶成分附近析出能力相當，易於形成彼此依附的雙相核心；

（5）兩相在共晶成分附近擴散能力接近，易於保持兩相等速協同生長。

非小平面—非小平面（或金屬—金屬）共晶合金的共生區屬此類。

非對稱型共晶共生區條件

（1）組成共晶的兩個組元熔點相差較大；

（2）兩條液相線形狀不對稱，共晶點通常靠近低熔點組元一側；

（3）共晶兩相性質相差很大；

（4）高熔點相易於析出，為領先相，其生長速度也較快，對原子的需求較多；

（5）為滿足共生生長條件，需要在含較多高熔點組元的合金成分下進行共晶轉變，所以共晶區要偏向高熔點組元一側。兩相性質差別越大，偏離越嚴重。

大多數非小平面—小平面（或金屬—非金屬）共晶合金的共生區屬此類。