共析分解是合金中擴散型固態相變之一。二元合金中的高溫固相，在一定的溫度下，分解為在該溫度穩定的兩個新合金相，一個貧第二組元，另一則富第二組元。新合金相可以是兩個固溶體（或純組元），也可以是一個固溶體（或純組元）和一個化合物或兩個化合物。
基本介紹
- 中文名：共析分解
- 外文名：Eutectoid decomposition
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 釋義：合金中擴散型固態相變之一
- 典型先例：珠光體相變
概念簡介,內容分析,形核長大,台階機制,研究進展,總結,
概念簡介
共析分解γ→α + β 在多種合金系中顯示。在Fe-C 及鋼中稱為珠光體相變：奧氏體（γ）→鐵素體（α） + 滲碳體（θ）或碳化物。共析分解時，在一個母相晶粒內形成幾個領域或胞，每領域或胞內兩個新相具有合作取向，故又稱胞狀相變。關於共析分解的研究，以往以鋼中的珠光體相變為典型先例。
內容分析
上列以往工作都指明共析分解為擴散型相變，且兩個新相合作形成，即A-B 二元系中當母相γ 內形成富A 的α 相後，由於其周圍富B，促使富B 的β 相形成。如Fe-C 奧氏體晶界上形成Fe3C 相後，使其周圍貧碳（富鐵）促使鐵素體形成，兩相形成具合作特徵，成為層狀珠光體。
根據鋼中珠光體內Fe3C 往往和先共析Fe3C 相連續，且鋼內晶界往往呈碳的偏聚，易在晶界上先沉澱出Fe3C，因此認為珠光體相變的領先相為Fe3C。其實，鋼內珠光體相變的領先相不一定為滲碳體，領先相似應決定於鋼的成分，如亞共析鋼珠光體在奧氏體晶內形核時可能由鐵素體領先形成，過共析鋼則先由滲碳體形成。含Si 鋼中，由於Si 阻礙Fe3C 的形成，珠光體相變的領先相也可能為鐵素體。γ→α + β 共析分解的領先相似可由一定溫度下|ΔGγ→α | 和|ΔGγ→β | 值大者擔任。
不論經連續冷卻、或在一定過冷度下經等溫開始，共析分解時，兩相呈合作形核和長大，其中一相為領先相，其領先程度（有時可能極小，以10－n秒計，n > 2，可能很難以實驗測定）或兩相形成的時間差決定於組元的擴散率。
形核長大
共析分解的形核與長大的研究以往多集中在鋼內的珠光體相變。珠光體以滲碳體為領先相在奧氏體晶界（碳易偏聚在晶界）形核、長大（滲碳體與過共析滲碳體相連續），為使應變能減低，及較廣闊界面易吸收碳分，呈魏氏組織向一個晶粒內生長。待其周圍貧碳至一定程度，形成鐵素體 ，並長大，其周圍因富碳使Fe3C 形核並長大，形成一個珠光體領域。然後由這個領域側向又形成Fe3C 晶核並長大，及長大另一個新的領域。
奧氏體的晶粒大小影響珠光體的孕育期（因增大而延長）和形核率，而不影響珠光體片層的生長速率，強調了珠光體的晶界形核。
在鋼中，珠光體也能在奧氏體晶內形核。近年來，為發展細晶鐵素體增加鋼的強度，在鋼中引入夾雜物作為珠光體的有利形核位置，其主要條件為: 夾雜物/新相間的界面能較母相/新相間的低，以及夾雜周圍形成局域的較低溶質濃度; 夾雜與母相間的應變能也可能減低新相形核的能壘。
如由於Ti（C，N）周圍形成低碳層，V（C，N）形成低能界面，以及MnS（+ TiN）周圍形成貧Mn 層使鐵素體有利形核。因此，引入夾雜物不但在低中碳鋼中奧氏體晶內有利鐵素體形核為領先相，如中碳鋼中加入V、CuS和Ti2O3，並且在過共析錳鋼加入（MnS + VC），由於局域Mn 和C貧化，有利鐵素體領先形核。晶內形核後兩相合作生長與晶界形核的相似，但兩者在晶體學迥異。可見，研究領先形核及合作生長，對界面能的測定和計算至關重要。
台階機制
承襲蒸氣凝聚和液相凝固時以單原子高度的台階（或螺位錯形成的台階）作為新相長大機制，套用於固態相變，並觀察到Fe-C 合金中，奧氏體析出先共析鐵素體的寬面上存在台階，提出固態相變的台階長大機制。由於新相/母相間的界面往往為共格（coherent）或半共格（semi-coherent）界面，其中含有錯配位錯（抵消兩相間原子錯配）以及不全位錯等不動位錯，不能在垂直寬面方向上作滑移或攀移，只能利用台階邊的擴散長大，使相界面在垂直方向推移。以後在Al-Ag（fcc 中析出hcp 相）、Cu-Al 中沉澱相析出，以及貝氏體相變中台階機制都得到證實。材料固態相變中，新相/母相間的相界面一般為共格或半共格界面。
研究進展
上世紀末，歐洲興起套用同步輻射X 射線三維儀進行相變研究。Offerman 等以這種設備測得0.21C-0.51Mn-0.20Si 鋼中奧氏體→鐵素體在晶界形核時，相界面能比經典理論預測的小二個數量級以上，即相變驅動力小於經典理論值就能形核。Aaronson 等對此文曾提出一些質疑，如: 是否忽略了擴散場的重疊，但Offerman 等答稱這些質疑並不影響所得到的結果。
晶界（尤其是三個晶粒隅角）有利形核（晶界上溶質偏聚，形核時出現的界面能低，而晶界形核後消除的能量大時，就會出現這些情況）。因此，對形核所需克服能壘的計算須考慮合金的成分、晶界結構和偏聚以及溫度等因素。
總結
共析分解以Fe-C 珠光體相變為典型，經半世紀以上的研究，確認在γ→α + β 分解時α、β 兩相系合作形核、長大。其領先相可以是θ（如滲碳體） ，也可以是α（如鐵素體） ；可以由晶界形核，也可能在晶內形核，視合金成分、晶界上溶質偏聚、晶內夾雜物、析出相所需的能壘等因素決定。
理論上，共析體（含α + β）的長大應以台階機制進行，珠光體相變中鐵素體/奧氏體、滲碳體/奧氏體以及鐵素體/滲碳體間應具位向關係。珠光體常呈層片狀，其層間距由相變驅動力或過冷度來決定，細化片間距提高共析體的強化。這些均須由先進實驗方面給予證實。
