液相分层现象的实验研究

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：图4.47 液相分层跨在两个组元液相限初晶区上的三元系的投影1）在功能区“模型”选项卡的“元件”组中单击“创建”按钮，打开“创建元件”对话框。图4.48 液相分层跨在两个组元液相限初晶区上的三元系的立体构造图4-157 创建运动骨架模型在图4.47中ACFD等温四相平衡的灰色平面上面有两个立体的三相区。

图4.47显示了这个体系的投影平面，体系的基底仍然只是三元简单的低共熔系，只是AB二元系的分层区l₁l′₁进入三元系以后，从A的液相限初晶区跨越覆盖了C的部分液相限区域。在D点进行的反应是四相的单转反应：

这个反应的自由度为0，占据着ACFD等温的灰色平面。这个平面的温度介于e₃和三元低共熔点E之间，凡是组成落在这个区域内的合金，在结晶过程中都会经历一次这个四相的单转反应。图4.48是这个体系的立体结构图。

图4.47 液相分层跨在两个组元液相限初晶区上的三元系的投影

图4.48 液相分层跨在两个组元液相限初晶区上的三元系的立体构造

在图4.47中ACFD等温四相平衡的灰色平面上面有两个立体的三相区。一个是温度下降，l₁不断向D移动产生l_m=A+l′_m反应（l_m表示组成不断变化的l₁液相，l′_m表示单转反应后与之平衡的第二液相），这个三相平衡的结线三角形△l_mAl′_m随着温度的移动从侧边的△l₁l₁′A（二元系中是一条线，在这里可以看成一个极端的三角形）一路扫描到最后一个△DFA（它已落在四相平衡的平面上）所包围的空间就是l+l′+A的三相区。另一个三相区是坐落在△DFC上的三相区。这里有一个特点，跨在C液相限区域上的分层区DKF中，汇熔点k占据的是这部分分层区的最高点，而不像前节图4.42、图4.43中所表现的是最低点。反应的结线三角形△l_nCl′_n从kC线开始（kC线可以认为是l_nl′_n结线的距离为0，l_nC和l′_nC两条结线重合时的特殊情况，这时kC线表达的是一个极端的△l_nCl′_n结线三角形）随着温度的变化，结线三角形一路扫描到△DFC，路程中所包围的空间，就是这第二个三相区。两个三相区之间由直线结线的DF“深壑”分开，三相区上面是两相区，其中组成处在“深壑”位置上的合金在冷却过程中，直接从两相平衡进入四相平衡反应，并不经过三相平衡的历程。

以下讨论这个体系的多温截面图的形貌。图4.49示出了多温截面CN和AM在投影平面上的位置。图4.50则绘出了AM和CN两个多温截面。这两个多温截面图结构的构思，可以从体系中两个四相平衡反应的等温平面开始。首先，因为这个体系的基底是一个简单低共熔系，所有组成的合金最终都会以三元四相平衡的低共熔反应结束，剩下A+B+C三个固相，所以两个截面都会出现T_E温度全长的等温直线。这个体系中还有一个四相单转反应的AFCD等温平面，可以见到AM截面A→4，CN截面从C→8都切着这个平面。因此在相应截面图上的T_D温度下分别就会出现前者A→4，后者C→8的等温的水平线。2点和7点分别都切着了“深壑”DF线，所以在T_D的水平线上就出现了2′和7′的切点。截面在5点还切着了另一条“深壑”CE线，于是在T_D温度线上会出现5′切点。另外，A1还切了△l_ml′_mA系列中某结线三角形的一个腰，它也是等温的，这就会出现截面上A1的水平线段，在这之间也正好切着了A的液相限，所以A′→1′切出来一段液相限曲线。自然，在这里A′的温度就是A的熔点。另外，BC侧边，AM截面首先切着C的液相限，得出3′→M的液相限曲线，也会切着BC二元系的低共熔线，这就会在M轴上出现T_e2点，将这些线的端点连接起来，AM的多温截面就告完成。最后根据相的边界规则填上每个相区中各个平衡相的名称。CM截面也可以根据相同的推论绘出。

图4.49 多温截面CN和AM在投影平面上的位置

图4.50 AM和CN两个多温截面

下面根据图4.47讨论这个体系合金的结晶过程：当合金组成落在AFl′₁区内时，其结晶过程和图4.46所述是一样的，不再重复。但是组成落在ADF区内的合金结晶过程却有一个特点，就是三相单转过程的结束，不像图4.46所述结束在结晶过程的某处，而是结束在四相单转过程：液。四相单转过程结束剩下的液相F就沿着F→E进行：液的三相低共熔反应，最后液相组成到达E点，以三元四相的低共熔反应：液（E）=A+B+C结束全部过程，剩下三个固相A+B+C。

组成落在ADe₃区内的合金结晶过程中首先析出的是初晶A，随着温度的降低，液相组成朝着A的反方向移动，接触e₃D线后开始进行：液（e₃→D）=A+C的二元三相低共熔反应。当液相组成到达D点后，开始四相单转过程，再下面继续的过程就和刚才所述相同了。至于组成落在CDe₃区内的合金，其结晶过程完全相同，只是初晶析出的是C罢了。

最后讨论合金组成落在CFkDC区内的合金。液态的合金开始结晶时析出的是C初晶，继续冷却，由于C的减少，液相组成沿着组元C的反方向移动，达到汇熔线DkF时，就开始进行三相单转过程反应：。由于等温的结线DF在整个分层区内温度最低，所以进行三相单转反应时，两个平衡的液相l_n和l′_n从汇熔点k出发，分别向D和F移动，当达到DF线后就进行四相单转反应：液（D）=A+C+液（F）再往下的冷却过程，就和上面所述合金的冷却过程相同了。

液相分层现象的实验研究

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