非平衡状态下的共晶共生区概念

非平衡状态下的共晶共生区概念  铸铁是典型的共晶合金，非平衡冷却时产生的共晶反应是铸铁非平衡凝固的关键。

在平衡凝固条件下，只有恰好是共晶成分的熔体，凝固后才能得到100%的共晶组织。但是，如果在非平衡凝固时，非共晶成分的合金也可以得到典的共晶组织，这种共晶称伪共晶。图1所示的影线部分即是伪共晶区。伪共晶区的确切含义为：在低于共晶温度下可能凝固成具有共晶组织形态的成分范围，即低于共晶温度时两相相配合长大的区域。

图1  平衡状态下的伪共晶区（影线部分）

伪共晶组织的产生是过冷的直接结果，因为从热力学考虑，某一非共晶成分C的合金过冷到温度t，进入平衡相图的两条液相线延伸区域（影线）内时，由于共晶体中的两相都具有过冷度，可以同时结晶出来，所以，发生共晶反应，生成共晶组织。

共生区分为两大类：对称共生区与不对称共生区，如图2所示。

图2  共生区的分类

a）对称型    b）非对称型

a ,b-固相   L-液相C_mb,C_mn-获得伪共晶组织的最低和最高成分界线

t_n-理沦共晶温度  t₀-实际共晶温度（存在过冷）

（1）对称型：共晶点的成分处于共生区域之内，生成正常的、均匀的片状或杆状两相共晶组织称对称型共生。具有对称相共晶区的合金都是金属#金属共晶合金，共晶体中的两相生长速度基本相同。

（2）非对称型：共晶点的成分处于共生区域之外称非对称型共生。出现非对称型的以非金属-金属共晶台金居多（如Fe-C,Al-Si共晶系）。

伪共晶区不对称，发生偏离的原因是由于两个组元（组成相）熔点不同所引起。当快速冷却过冷至平衡共晶温度以下时，液相对于两个组成相的过冷不相同，高熔点组成的过冷度比低熔点组成要大得多，促使两个组成相长大速度不等，引起伪共晶区位移。另外，在过冷条件下，由于浓度起伏及扩散的关系。低熔点组成相的较高熔点相易于形核，并且长大速度快，因此得到以低熔点相为初晶的亚共晶组织，使共生区偏向高熔点一方。