图8.52　具有包晶反应的相图示意图

前文介绍的具有不一致熔化合物的相图有包晶转变或包晶反应L+B—→AmBn。在那类相图中，没有固溶体的形成，或者说固溶度为零。将包晶反应中的B和AmBn替换为固溶体，则变为另一类重要相图（图8.52）。

1.区域

aCb以上为液相单相区。P=1，F=2，即温度和组成这两个独立变量。

aQUA区为α相单相区、PWBb区为β相单相区。在这两个单相区，P=1，F=2，也是温度和组成这两个独立变量。

aQC区为α相与液相L的共存区；PCb区为β相与液相L的共存区；QPWU区为α相与β相的共存区。这三个区的P=2，F=1，独立变量为温度。

2.线

aC、Cb为液相线。aQ、bP为固相线。QU、PW为固溶线。QPC为包晶反应水平线。组成在QC间的系统在温度降低到QPC线的温度时要发生包晶反应：L+α—→β。

3.点

这类相图的关键点是图中的P点。它属于包晶反应点（peritectic point）。P点成分的系统在平衡结晶时，液相L和α相全部转化为β相。成分在QP间系统包晶反应完成时，还有α相剩余；PC间的系统在包晶反应完成时，还有液相剩余。

4.平衡结晶过程及组织变化

1）组成点在p点，即包晶点组成

（1）平衡结晶过程。将图8.52中p点组成的系统升温至p′，然后平衡降温。当温度降到H点温度时，α相开始析出。此时，α相的组成在固相线的G点。液相L组成在H点。温度继续下降时，α相不断从液相L中析出。并且，α相的组成点在aQ线上从G向Q移动；液相L组成在aC线上从H向C移动。

当温度降低到包晶反应水平线QPC对应的温度时，初晶α相和液相L发生包晶反应，转化成β相。在此过程中，α相和液相L的量在减少。因此，α相的组成要从Q向P点移动。当α相的组成到达P点时，α相和液相L都消失，整个系统只含β相。

温度继续下降，系统进入α相和β相的共存区。次生α相αⅡ会从β相中析出；αⅡ中也会析出βⅡ。结果在室温下，该系统的平衡组织主要为β和αⅡ。

液相：

固相：p′H段无固相析出，在H点开始有α相析出。所以，α相的组成从G点开始：

（2）平衡凝固的组织变化。图8.53示意了该系统在以上过程中的组织变化。

图8.53　p点组成系统的平衡凝固结晶示意图（最后一个图中的细点组织表示αⅡ相）（引自蔡珣，2010）

2）组成点在PC之间，以n点为例

（1）平衡结晶过程。从n′点开始平衡降温。当温度降到J点温度时，α相开始析出。此时，α相的组成在固相线上的K点。液相L组成在J点。温度继续下降时，α相不断从L中析出。并且，α相组成从K向Q移动；液相L组成从J向C移动。

当温度降低到QPC线的温度时，初晶α相和液相L发生包晶反应，转化成β相。同样，α相和液相L的量不断减少。α相的组成从Q向P移动。当α相的组成到达P点时，α相全部转化完而消失，但液相L还有剩余。此时，整个系统含有β相和液相L，F=1。温度继续下降，系统状态点进入液相L和β相共存区。β相的组成在bP线上从P向b移动，液相L组成在Cb线上从C向b移动。在此过程中，β相不断从液相L中析出。当系统温度降低到RN线对应温度时，液相L消失。同时，固相组成达到R点，液相L组成在N点。

温度继续下降，系统进入β相单相区，状态点从R向S移动。当温度下降到S点温度时，αⅡ从β相中析出。结果在室温下，该系统的平衡组织为β和αⅡ。

液相：(www.daowen.com)

固相：n′J段无固相析出，在J点开始有α相析出，所以α相的组成从K点开始：

（2）平衡凝固的组织变化。图8.54示意了该组成在以上过程中的组织变化。

图8.54　n点组成系统的平衡凝固结晶示意图（最后一个图中的细点组织表示αⅡ相）（引自蔡珣，2010）

3）组成点在QP之间，以m点为例

（1）平衡结晶过程。α相的组成点运动到M点以前的情形与本图中的p点系统相同。当α相的组成到达M点时，液相L全部转化完，但α相还有剩余。而新相β相的组成点在P点。此时，整个系统含有β相和α相。

温度继续下降，系统状态点进入α相和β相的共存区。β相的组成沿PW线从P向W移动，α相的组成沿QU从Q向U移动。因在此过程中，固溶度下降，故次生αⅡ从β相中析出；次生βⅡ从初晶α相中析出。结果在室温下，该组成的系统所含的平衡组织为α、β和αⅡ、βⅡ。

液相：

固相：m′D段无固相析出，在D点开始有α相析出，所以α相的组成从F点开始：

（2）平衡凝固的组织变化。图8.55示意了该组成在以上过程中的组织变化。

图8.55　m点组成系统的平衡凝固结晶示意图（最后一个图中β相内的细点组织表示αⅡ相、α相内的细点组织表示βⅡ相）（引自蔡珣，2010）

杠杆规则在以上三个典型系统中的应用，请读者自行分析。

5.非平衡结晶

在实际生产中，包晶转变往往是不平衡转变。一方面是因为在发生包晶转变L+α—→β时，包晶产物β处于初晶α相周围，而将α相与液相L分开。液相L与α相中的原子通过固相β相互扩散，再进行包晶转变就很难而且慢。另一方面是因为系统的冷却速率往往较大。这使得包晶转变被抑制而不能继续进行。这些也是前文不一致熔化合物产生包晶不平衡组织的原因。

因而本来该转变的相（如α相）被保留下来。并且，在包晶温度以下，系统还有过冷液相。过冷液相在包晶温度以下可直接析出某些相（如β相），或参与其他反应。结果，系统在室温下含有超过平衡过程应有α相的量。这些α相残留在β相内部，而成为非平衡包晶组织。

图8.56（a）为Cu-Sn合金部分相图。当Sn质量分数为65%的系统降温到415℃时，有包晶反应L+ε—→η。剩余液相L在227℃发生共晶反应，故平衡组织应为η和共晶η+Sn。然而，在不平衡结晶时，还有部分初晶ε相存在。图8.56（b）为该系统非平衡组织的显微形貌。深黑部分为共晶η+Sn、较大面积的白色部分为η相、白色部分中的浅黑色为未转变完的ε相。

图8.56　（a）Cu-Sn合金部分相图（P为包晶点，其上方数值59.0为P点系统中Sn的质量分数。AB为包晶线，其对应温度为415℃。CD为共晶线，其对应温度为227℃）；（b）为不平衡结晶组织（引自蔡珣，2010）

此外，在图8.52中，组成在Q点左边的系统在平衡结晶时不发生包晶转变。但在较大的冷却速率下，它也会发生包晶转变。这种情形与图8.48中M点系统发生非平衡共晶相似。不同的是，这里发生的是包晶而非共晶转变。

包晶转变产生的非平衡组织可通过扩散退火来消除。

6.包析转变

在以上包晶转变过程中，液相L和初晶α相通过反应L+α—→β而转变成新的β相。若将上述液相L换成另一固相如γ，则有γ+α—→β。这时，新相从两个固相中析出而称为包析，γ+α—→β为包析反应式。包析与包晶产生的组织，其形貌类似。但包析转变前的系统是固相而非液相，故晶相的形成和长大较慢且易产生不平衡结晶。