独特的小平面共晶结构探究

这类共晶中最有代表性的是Fe—C和A1—Si共晶。其热力学和动力学原理与非小平面—非小平面共晶相同，但在共晶形貌上却完全不同。这是由于这类共晶的两个组成相在结晶特性上存在差异造成的。共晶中非小平面相的生长是连续的，而小平面相的生长则是各向异性，小平面相的各向异性生长行为（即其界面生长动力学过程）决定了共晶两相的组织特征。实验表明，在一般凝固条件下，这类共晶的领先相往往是小平面生长的高熔点非金属相。共生区偏向高熔点组元一侧，呈不对称型。

领先相在熔液中独立形核并生长，然后另一相以领先相为形核基底而析出，一旦两相同时存在，便按合作形式同时进行生长。在一般凝固条件下，这类共晶的共晶团也是球状的，但两相生长界面不像非小平面—非小平面共晶那样齐头并进，小平面相往往伸入到前方熔液中先行生长，因而共晶团的固—液界面是参差不齐的。共晶团内部两相并非呈层片状或棒状，而是互相连接在一起的排列甚为紊乱的分支。

以Fe—C（石墨）共晶为例。领先相是高熔点的石墨，另一相（奥氏体）则依附在石墨的{0001}晶面上形核和生长，石墨的{10 10}晶面则暴露在铁液中，即形成非封闭的晕圈。在{10 10}晶面处由于存在旋转孪晶，故暴露在熔液中的{10 10}晶面便不断改变其生长方向而发生弯曲。最后形成的奥氏体—石墨共晶团是在奥氏体的连续基体中生长着一簇分支紊乱的片状石墨。它是从同一个石墨晶核上生长成的。图8-49（a）是奥氏体—片状石墨共晶团示意图。用扫描电子显微镜对经过深腐蚀的灰铸铁试样进行观察，可以看到片状石墨的立体形貌[见图8-49（b）]。

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图8-49　奥氏体—片状石墨共晶

（a）共晶团示意图；（b）扫描电镜照片

熔液中存在微量的第三组元，能大大影响小平面相生长的动力学过程，从而改变共晶两相组织特征。例如，Fe—C（石墨）共晶合金中加入适量的镁或稀土元素等所谓球化元素时，可引起石墨生长方式的显著变化，从而获得球状石墨。如果上述第三组元数量不足或在铁水中还存在其他称之为反球化的元素，则可能获得片状与球状中间的各种石墨形态。又如在Al—Si合金中加入微量钠或其他元素时，可使硅相从板片状改为纤维状，并细化共晶组织。这些在合金液中加入某些微量元素，以影响共晶两相的生长，从而改变组织结构，提高合金的机械性能的方法，称为变质处理。