这类相图的特点是:晶型转变等温线不与三元系统相区界线相交,晶型转变发生在液相中,平衡式可写成 ,此时液相L仅起介质作用。当熔体冷却到达p1p2线时,须等到Aα全部变为Aβ后,系统的温度才会继续下降。
图3–23 单组元有晶型转变的简单三元系统相图 (a) tn>te1, tn>te3;(b) te1>tn>te3;(c)tn<te1,tn<te3
(二)te1>tn>te3
此种情况如图3–23(b)所示。晶型转变等温线p1p与1条界线e1E交于p点。p是三元系统中的晶型转变点。界线e1E通过p点时,温度下降的方向不会发生改变。在p点上进行的是4相平衡过程。当熔体冷却到p点时,须等到Aα全部变成Aβ后,f =1,系统的温度才会继续下降,液相组成点才能离开p。在p点进行的晶型转变过程中,液相和晶相C只起相变介质的作用,它们的量不变。所以,p不会是结晶结束点。p虽是无变量点,但没有相应的副三角形,也说明它一定不会是结晶结束点。
图3–24 三组元生成连续固溶体的三元系统相图
(a)立体图
图3–24 三组元生成连续固溶体的三元系统相图(续)
(b)投影图;(c)T1等温截面图;(d)TN等温截面图
(三) tn<te1,tn<te3
图3–23(c)表示了这种情况:晶型转变等温线p1p2的温度在相应的两个二元共熔点e1
和e3的温度以下。在这种情况下,晶型转变发生在固相中,晶型转变等温线与两条三元界线相交。
在读具有晶型转变的三元相图时,要注意区分晶型转变等温线和三元系统相区界线。若曲线为同组元不同晶型的相区所共有,则为晶型转变等温线。
九、三组元生成连续固溶体的三元系统相图
这类系统如图3–24所示。相图中的每两个组元间均能形成连续固溶体,A、B和C这三个组元之间,也能形成连续固溶体SABC。这种相图的立体图如图3–24(a)表示。立体图被一个凸起的液相面和下凹的固相面划分为3个空间,随着温度的降低,从上到下分别是液相区、液相与SABC两相平衡区和SABC相区。此种情况与二元系统很相似。
当熔体M冷却到液相面上的l1点时,开始析出SABC,此时固相组成点在固相面上的S1
点,l1和S1同在T1等温面上[11]。随着SABC的析出,液相组成点沿l1 lN曲线(称为结晶线)变化,固相组成沿S1 SN曲线变化。注意l1 lN和S1 SN并不在同一平面上,杠杆规则只保证在任一温度(例如T2)时,S2、M2和l2三点一线,l1 l2 lN SN S2 S1 l1是个空间曲面,而不是个铅垂面。结晶线l1 lN在底面上的投影是条曲线,已表示在图3–25的三角形中,线上的箭头表示温度下降的方向。随着结晶的进行,液相组成点逐渐远离了原始总组成MM2 SN线,而固相组成点则逐渐向原始总组成线靠近。当固相组成点到达固相面上的SN点时,液相组成点到达lN,固相组成点与M点的组成相同,结晶结束。液、固相之间的相对数量可用杠杆规则计算。
图3–24(b)是(a)图的投影。在图3–24(c)和(d)等温截面图中,固、液相之间的连接线S1 l1和SNlN是由实验确定的,不能随便改动[7]。
图3–25 三组元生成连续固溶体的三元系统相图冷却结晶过程
[7]
十、只有一个二元系统生成连续固溶体的三元系统相图 (一)相的构成
在A–B–C三元系统中,A–B形成二元连续固溶体SAB,A–C和B–C均为
最简单的二元系统。这类相图的立体图如图3–26(a)所示。系统中没有无变量点,只有1
条低共熔线E′1E′2,此低共熔线可看成是两个低共熔点E′1和E′2由于第三组元的加入扩展而成的。在线E′1E′2上,SAB、C和液相3相平衡,f =1。随着温度的下降,在线上的液相只能沿着这条线析出SAB和C,一直到液相全部消失、结晶结束为止,所以,有的文献把E′
[4]1E′2称为单变曲线。此空间曲线
E′1 E′2在平面上的投影是曲线E1E2,如图3–26(b)所示。液相面E′E′B′E′1C′2E′1是组元C的初晶区,液相面E′1A′2E′1是SAB的初晶区,它们在平面上的投影分别为初晶区 C 和SAB,详细情况见图3–26(b)。当T1和T2等温面和立体相图分别相切时,可获两个等温截面图,如图3–26(c)和(d)所示,图中细实线所围的各区域中的符号,是指温度降到这个等温面时将存在的物相[11]。
图3–26 只有一个二元系统生成连续固溶体的三元系统相图
(a)立体图;(b)投影图;(c)T1等温截面;(d)T2等温截面 [注:本书作者校核了此图,图(c)和(d)中的S均指SAB[7,11]]
(二)结晶过程分析
1. 原始组成点落在初晶区 C 内
图3–27中界线E1E2的温度走向和初晶区的位置已在图3–26(b)中表示。其对应关系可由连接线L1S1和L1C、L2S2和L2C、?、LnSn和LnC(除L1C外,LnC系列连接线均未画出)看出。有的文献把这些连接线称为亚固相线[4]。以组成为M1的熔体为例,结晶过程液相和总固相组成点的运动路线如下所示