[科普中国]-离异共晶

离异共晶：有共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶数量较多，共晶数量很少，共晶组织中与初晶相相同的相依附初晶长大，共晶组织中另外一个相呈现单独分布，使得共晶组织失去其特有组织特征的现象。

定义离异共晶：在共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶相数量较多，共晶相组织很少，共晶组织中与初晶相相同的那一相会依附于先共晶相上长大，另外一个相单独分布于晶界、枝间等最后凝固处1，使得共晶组织的两相交替2的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶。

实际应用离异共晶可以在平衡条件下获得，也可在不平衡条件下获得。如：
1.合金Ⅰ：缓冷得α+（α+β），α量>>(α+β)量，使（α+β）中的α先依附在先结晶的α上生长，而β则存在于晶界处，产生了离异共晶。
2.合金Ⅱ：快冷，使先结晶出的α成分偏离固相线，沿虚线变化。当冷到2点时，还剩一部分液体，当冷到共晶温度以下时，剩余的L发生共晶转变，形成共晶组织。冷到3点以下时L消失。此时，α量>>（α+β）量，（α+β）中的α依附在α上生长，β被推向晶界出凝固，产生了离异共晶。
3.稀土对莱氏体钢中共晶碳化物热处理粒化:稀土细化了莱氏钢中奥氏体晶粒和共晶碳化物，使离异共晶数量增多，减少了Cr、Mo合金元素偏析，并使M7C3(M=Fe、Cr)碳化物中孪晶等晶格缺陷增多，从而降低碳化物的稳定性，促进了共晶碳化物的粒化动力学过程，得到良好的粒化效果。
4.裂纹研究:用热塑性试验评定2219铭合金的液化裂纹敏感性，利用扫描电镜对热塑性试样断口进行分析。结果发现：α(Al)-CuAl2离异共晶熔点高于α(Al)-CuAl2共晶；加热过程中α(Al)-CuAl2离异共晶后熔化，冷却过程中离异共晶先凝固结晶，因此2219铝合金脆性温度区间较窄；α(Al)-CuAl2离异共晶的凝固结晶使合金在高温下迅速恢复强度和塑性，使2219铭合金液化裂纹敏感性低，焊接性好。

概述离异共晶的实际应用: 离异共晶可以在平衡条件下获得，也可在不平衡条件下获得。如： 1.合金Ⅰ：缓冷得α+（α+β），α量>>(α+β)量，使（α+β）中的α先依附在先结晶的α上生长，而β则存在于晶界处，产生了离异共晶。 2.合金Ⅱ：快冷，使先结晶出的α成分偏离固相线，沿虚线变化。当冷到2点时，还剩一部分液体，当冷到共晶温度以下时，剩余的L发生共晶转变，形成共晶组织。冷到3点以下时L消失。此时，α量>>（α+β）量，（α+β）中的α依附在α上生长，β被推向晶界出凝固，产生了离异共晶。 3.稀土对莱氏体钢中共晶碳化物热处理粒化:稀土细化了莱氏钢中奥氏体晶粒和共晶碳化物，使离异共晶数量增多，减少了Cr、Mo合金元素偏析，并使M7C3(M=Fe、Cr)碳化物中孪晶等晶格缺陷增多，从而降低碳化物的稳定性，促进了共晶碳化物的粒化动力学过程，得到良好的粒化效果。离异共晶：在共晶反应的合金中，如果成分离共晶点较远，由于初晶相数量较多，共晶相组织很少，共晶组织中与初晶相相同的那一相会依附于先共晶相上长大，另外一个相单独分布于晶界、枝间等最后凝固处，使得共晶组织的两相交替的特征消失，这种两相分离的共晶称为离异共晶。

球墨铸铁的离异共晶按照结晶学原理，下列情况下易发生离异共晶：
1非平衡凝固的强亚或强过共晶合金成分远离共晶点但又处在共晶线范围内的合金，初生相占据空间大部分位置，间隙中的共晶液十分稀少。非平衡凝固条件下，共晶液中的一个相依附于初生相的界面生长，另一相在间隙迟迟析出。于是，在初生相间隙看不到共晶组织，只看到某单相组织代替了共晶形态，构成离异共晶。
2剧烈过冷熔液在大的过冷条件下，共晶体的某一相成核困难，此时，一相的形成并不激起另一相的出现，结果促使共晶离异。无论来自合金内在原因或由于快速冷却引起的过冷都有利于离异的产生。
3共晶系中的一相被第二相包围第二相形成包围圈（称晕圈）后，初生相被限制在晕圈内生长，为使共晶反应继续进行就需要重新成核，从而引起离异共晶。球墨铸铁的铁液经Mg、Ce球化处理后，过冷度明显增大，成核困难；此外，石墨球长大到一定时间后立即被奥氏体晕圈包围。由于石墨球表面是石墨的0001晶面，碳原子间距离最小，排列紧密、结合坚固，一般情况下难于分枝冲出奥氏体包围圈，以致于形不成二相协同共生生长条件。所以，球墨铸铁符合离异共晶条件，按离异方式进行共晶。

共晶合金的离异生长和离异共晶共晶两相没有共同的生长界面，它们各以不同的速度独立生长，两相的析出在时间上和空间上都是彼此分离的，因而在形成的组织上没有共生共晶的特征。这种非共生生长的共晶结晶方式称为离异生长，所形成的组织称为离异共晶。

在下述情况下，共晶合金将以离异生长的方式进行结晶，并形成几种形态不同的离异共晶组织。

① 因以下两种原因造成一相大量析出，另一相尚未开始结晶时，将形成晶间偏析型离异共晶组织。

a）由系统本身的原因所造成：当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，而把另一相单独留在枝晶间。

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

合金成分偏离共晶成分越远、共晶反应所需的过冷度越大，则越容易形成上述的离异共晶。

② 当领先相为另一相的“晕圈”所封闭时将形成领先相呈球团状结构的离异共晶组织。在共晶结晶过程中，有时第二相环绕领先相生长而形成一种镶边外围层，此外围层称为“晕圈”。一般认为，晕圈的形成是因两相在形核能力和生长速度上的差别所致。

在两相性质差别较大的非小面—小面共晶合金中更容易出现这种晕圈组织3。

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胡建平 - 副教授 - 西北工业大学