三元相图(3)

点时，剩余液相发生四相平衡共晶转变L→A+B+C。合金在室温时的组织为：初晶B+两相共晶（B+C）+三相共晶（A+B+C）。

垂直截面对结晶过程的分析更为直观，但不能确定相成分和量的变化，而投影图则可以给出反应中相成分和量的变化，因此可以将二者配合使用。

2）固态有限固溶，具有共晶转变的三元相图

三组元A，B，C在液态完全互溶，在固态时A-B，B-C，C-A都有限互溶的相图如图8-53所示。 （1）相图分析

此类相图与简单三元共晶相图相比，有如下特点：1）固态时的三个单相区由A，B，C三个纯组元轴向空间扩展为α，β，γ三个固溶体单相区；2）三个二元相图中的固态两相区A+B，B+C，A+C向空间扩展为三个固溶体两相区α+β，β+γ，γ+α；3）三个含液相的三相区L+α+β，L+β+γ，L+γ+α，变为三个棱柱面都为曲面的三棱柱；4）A+B+C三相区变为α+β+γ三相区，同时增加了aa0，bb0，cc0三条固溶度曲线。 三元相图中的液相面为A′E1EE3A′，B′E2EE1B′，C′E3EE2C′，与液相面对应的固相面为A′a1aa2A′，B′b1bb2B′，C′c1cc2C′。固溶度曲面是由二元系的固溶度曲线向内扩展而成的，共有六个固溶度曲面，分别是

a1aa0a′0a1、b2bb0b\0b2、b1bb0b′0b1、c2cc0c\0c2、c1cc0c′0c1、a2aa0a\0a2。相图中有三条共晶线E1E 、E2E、E3E，处于这三条线上的液相，在温度降低时将发生三相平衡的共晶反应。

三元立体相图中有四个单相区，即液相L和三个固相α，β，γ单相区。两相区共有六个：液相面和固相面之间是L+α，L+β，L+γ三个两相区，每一对共轭的固溶度曲面包围一个固相两相区，即α+β，β+γ，γ+α。共有四个三相区，即L+α+β，L+β+γ，L+γ+α和α+β+γ三相区。有一个四相平衡面，即三角形abc，在这个面上将发生四相平衡共晶反应。

8.4 三元系相图简介(8)

（2）投影图

图8-54是固相有限固溶的三元立体相图的投影图。图中AE1EE3A，BE2EE1B，CE3EE2C分别为α，β，γ相的液相面投影，Aa1aa2A，Bb1bb2B，Cc1cc2C分别为α，β，γ相的固相面投影。开始进入三相平衡区的6个两相共晶面的投影为a1E1Eaa1和b2E1Ebb（，b1E2Ebb1和c2E2Ecc22L+α+β）（L+β+γ），a2E3Eaa2和c1E3Ecc1（L+α+γ）。固溶体溶解度曲面投影为a1aa0a′0a1和 b2bb0b\b2（α+β），b1bb0b′0b1和 c2cc0c\0c2（β+γ）及c1cc0c′0c1和 a2aa0a\0a2（α+γ）。三角形abc为四相平衡三元共晶面投影。图中有箭头的线表示三相平衡时的三个平衡相单变量线，箭头所指的方向是温度降低的方向。三相共晶点处于三个单变量线的交汇处。

（2）等温截面

不同温度下的典型等温截面图如图8-55所示。

从图中可以看出，三相共晶平衡区是一直边三角形，三角形顶点分别与3个单相区相连接，并且是该温度下3个平衡相的成分点。三条边是相邻三个两相区的共轭线。两相区的边界一般是一对共轭曲线或两条直线。某些情况下，边界会退化成一条直线或一个点。两相区与其两个组成相的相界面是成对的共轭曲线，与三相区的边界为直线。单相区的形状不规则。水平截面图可给出在一定温度下不同成分三元合金所处相的状态，可利用直线法则和中心法则确定两相区和三相区中各相的成分

和相对含量。

（3）垂直截面图

过平行于浓度三角形一边成分特性线截取的垂直截面图如图8-56（a）所示，过顶点成分特性线截取的垂直截面图如图8-56（b）所示。垂直截面上显示出具有三相共晶平衡区的特征是一顶点向上的曲边三角形，三个顶点与三个单相区相连。反应相L的顶点在上，生成相α，β顶点在下，利用这个规律可以判断垂直截面的三相区是否发生共晶转变。

8.4 三元系相图简介(9)

3. 具有包晶转变的三元相图

图8-57是A-B二元合金和A-C二元合金在固态有

限固溶且具有包晶转变，B-C可完全互溶时的三元相图。

（1）相图分析

相图中有三个单相区L，α，β；三个两相区L+α，L+β和α+β以及一个三相区L+α+β。面A′MN和MB′C′NM为液相面，面A′PQ和B′C′O1O为固相面。PQNMP面为包晶反应开始面，曲面PQO1O和O1ONM为包晶反应终了面， PQ Q′P′，O1OO′O′1 为固溶度曲面。

（2）水平截面

在水平截面图（图8-58）上具有包晶转变的三相区为三角形。温度降低时三角形以一边为先导向前移动。根据这个规律可以判定等温截面图中三相区的包晶转变。 （3）垂直截面

在垂直截面图上（图8-59），具有包晶转变的三相区形状为两个顶点在上，一个顶点在下的曲边三角形。依据这一特征可以判断包晶转变是否发生。图中的O合金在冷却时，经两相区，液相L中析出α相，进入三相区，发生包晶反应L+α→β，最后得到α+β两相组织。

4. 生成化合物的三元相图

1）含一个稳定二元化合物（或生成一致熔二元化合物）的三元相图 稳定的化合物具有固定的熔点，熔化时液相的成分与化合物的成分相同，也称为一致熔融化合物。如图8-60所示，三元系A-B-C的A，B二组分间形成一个稳定化合物AmBn（表示为S），其熔点为S′，相应的A-B二元相图表示在图的下方。S的组成点位于其初晶区内。由于S是一个稳定化合物，它可以与组分C形成新的二元系统，从而将A-B-C三元系统划分为两个分三元系统ASC和BSC。这两个分三元系统的相图形式与简单三元完全相同。

8.4 三元系相图简介(10)

2）含一个不稳定二元化合物（或生成不一致熔二元化合物）的三元系统相图

所谓不稳定化合物是指这种化合物加热到某一温度时便发生分解，分解产物是一种液相和一种固相，二者的组成与化合物组成皆不相同，也称为不一致熔融。图8-61是含一个不稳定二元化合物的三元系统相图。A，B两组分之间生成不稳定化合物。在A-B二元系统中，e1′p′是与S平衡的液相线，而化合物S点组成点不在e1′p′的组成范围内。液

相线e1′p′在三元立体相图中发展为液相面，其在浓度三角形中的投影为初晶区○S。在三元相图中不稳定二元化合物S的组成点仍不在其初晶区范围内。由于S是一个在高温时分解的不稳定化合物，在A-B二元中，它不能和组分A、组分B形成二元系统，在A、B、C三元相图中，它也不能和组分C构成二元。因此，连线CS不能把A-B-C三元系统划分为两个分三元系统。

3）生成一个固相分解的二元化合物的三元系统相图

A-B二组元间生成一个固相分解的化合物S的三元系统相图如图8-62所示。化合物S的分解温度低于A、B组分的共晶温度，因此不可能从A，B二元的液相线ae3′及be3′直接析出S晶体。但形成三元相图时，液相面温度是下降的，如果降到化合物S的分解温度TR以下，则有可能从液相中直接析出S。图中○S即为二元化合物S在三元系统中的初晶区。

4）含一个稳定三元化合物（或具有一致熔三元化合物）的三元系统相图

图8-63中的三元系统中含有一个稳定的三元化合物S。的由于生成的化合物S是一个稳定化合物，连线SA，SB，SC都代表一个独立的二元系统，m1，m2，m3分别是其二元共晶点。整个系统可以划分为三个简单三元共晶系统A-B-S，B-S-C及A-S-C，E1，E2，E3分别是它们的共晶点。因此其相图性质、结晶过程、等温截面等都可以参照简单共晶型三元相图来分析。

5）具有一个不稳定三元化合物（或具有不一致熔三元化合物）的三元系统相图

图8-64中三元化合物S的组成点位于其初晶区○S以外，因而是一个不稳定化合物。图中P点是单转熔点，在P点发生转熔过程：LP+AB+S 。

（本节完）

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