合金结晶的冷却曲线探究

合金的结晶过程比纯金属复杂得多，但其结晶过程仍可用热分析法进行实验，用冷却曲线来描述不同合金的结晶过程。一般合金的冷却曲线有以下3种形式。

（1）形成单相固溶体的冷却曲线

形成单相固溶体的冷却曲线如图3.13中I所示。组元在液态下能完全互溶，固态下仍能完全互溶，结晶后形成单相固溶体。图中a、b点分别为结晶开始、终止温度（又称上、下临界点）。因结晶开始后，随着结晶温度不断下降，剩余液体的成分将不断发生改变。另外，晶体放出的结晶潜热又不能完全补偿结晶过程中向外散失的热量，所以ab为一倾斜线段，结晶过程有两个临界点。

图3.13　合金结晶的冷却曲线

Ⅰ—形成单相固溶体；Ⅱ—形成单相化合物或共晶体；Ⅲ—形成机械混合物。

（2）形成单相化合物或共晶体的冷却曲线(www.xing528.com)

形成单相化合物或共晶体的冷却曲线如图3.13中Ⅱ所示。组元在液态下完全互溶，在固态下完全不互溶或部分互溶。结晶后形成单相化合物或共晶体。图中a、a＇两点分别为结晶开始、终止临界点，其结晶温度是相同的。由于化合物的组成成分一定，在结晶过程中无成分变化，与纯金属结晶相似，故aa＇为一水平线段，只有一个临界点。

若从一定成分的液体合金中同时结晶出两种固相物质，这种转变过程称为共晶转变（共晶反应），其结晶产物称为共晶体。实验证明共晶转变是在恒温下进行的。

（3）形成机械混合物的冷却曲线

形成机械混合物的冷却曲线如图3.13中Ⅲ所示。组元在液态下完全互溶，在固态下部分互溶，结晶开始形成单相固溶体后，剩余液体则同时结晶出两相的共晶体。图中a、b＇两点分别为结晶开始、终止临界点。在ab段结晶过程中，随结晶温度不断下降，剩余的液体成分也不断改变，到b点时，剩余的液体将进行共晶转变，结晶将在恒温下继续进行，直到b＇点结束。其结晶过程中有两个临界点。

实践证明：合金结晶过程中的冷却曲线，绝大多数合金有两个临界点，而只有在某一特定成分的合金系中才会出现一个临界点。在液体结晶时出现共晶转变，在固态下进行重结晶，由一种单相固溶体，同时结晶出两相固体物质，则这种转变称为共析转变（共析反应）。

必须指出，无论是共晶或共析转变必须在一定条件下才能发生。