固溶体-应用物理系.PPT

圖10.36 P.388 圖 10.36　圖示說明過共析成分 C1（介於 0.76 wt% C 和 2.14 wt% C）的鐵－碳合金由沃斯田鐵相區冷卻至共析點以下溫度的顯微組織。 圖10.35 顯微組織照片顯示1.4 wt%C 鋼具有白色網狀初析雪明碳鐵包圍來鐵群集的顯微組織，放大1000倍。 例題10.4 決定肥粒鐵、雪明碳鐵和波來鐵等為微組成的相對量 某 99.65 wt% Fe－0.35 wt% C 合金在溫度剛好低於共析點 時，試決定 (a) 全部肥粒鐵和雪明碳鐵相的比率。 (b) 初析肥粒鐵和波來鐵的比率。 (c) 共析肥粒鐵的比率。 解 (a) 解決這部分的問題須應用槓桿法則表示式，其中的繫線須延伸至橫跨整個 α+ Fe3C 相區，因此 C0 是 0.35 wt% C，而且 P.389 和 (b) 初析肥粒鐵和波來鐵的比率也要藉由槓桿法則來判定， 其中的繫線只有延伸到共析成分（即 10.20 式和 10.21 式），或 和 P.390 (c) 所有肥粒鐵若不是初析就是共析的（在波來鐵中），因此，兩種肥粒鐵比率的總和等於全部肥粒鐵的比率，即 其中 Wαe 表示所有合金裡共析肥粒鐵的比率。Wα 和 Wα 的值已分別在 (a) 和 (b) 中求得，分別為 0.95 和 0.56，所以 P.390 非平衡冷卻( Nonequilibrium Cooling ) 假設在冷卻過程中能夠不斷地保持介穩定平衡；也就是說，在每個新的溫度下，有足夠時間進行如Fe—Fe3C 相圖所預測的相組成和相對分量的調整。 兩個有實際重要性的非平衡作用是： （1）相變化的發生溫度不在相圖所預測的相界線上。 （2）不在相圖中卻存在於室溫下的非平衡相。 10.21 其它合金元素的影響 添加其它合金元素（Cr、Ni、Ti 等）會對圖 10.28 的鐵－碳化鐵相圖帶來相當劇烈的變化，相界位置和相區形狀的改變程度取決於添加合金元素及其溫度，其中一個重要的改變是移動共析點的溫度和碳濃度的位置，這些影響顯示於圖 10.38 和圖 10.39 中，所以，添加其它合金元素不僅是改變共晶反應的溫度，還會改變波來鐵和初析相的相對比率。 P.391 圖10.38 P.391 圖 10.38　幾種合金元素濃度對鋼共析溫度的影響。 圖10.39 P.391 圖 10.39　幾種合金元素對鋼共析成分（wt% C）的影響。 * * * * * * * * * 圖10.21 P.371 圖10.21　銅－鋅相圖的部分放大區域顯示共析和包晶不變點，分別標示為 E（560℃，74 wt% Zn）和 P（598℃，78.6 wt% Zn）。 包晶反應（peritectic reaction）是另一個涉及三相平衡的不變點反應。當加熱時，這個反應由一固體變態成一個液相和另一個固相。 在銅－鋅系統中（圖 10.21 的 P 點）有一個包晶點存在於 598℃和 78.6 wt% Zn－21.4 wt% Cu；其反應如下所示： P.371 10.15 等成分相變態 相變態可依照其相的成分是否改變來加以分類。沒有涉及成分改變的相變態為等成分相變態；相反地，如果至少有一個相經歷成分的改變，則稱為非等成分相變態。 等成分相變態的例子包括同素異形相變態和純物質的熔化。 是非等成分相變態包括共晶和共析反應以及屬於異質同晶系統合金的熔化等。 P.372 圖10.22 鎳-鈦相圖的一部分，存在一個等成分相變點（1310 oC, 44.9wt%Ti） 10.16 陶瓷相圖 相圖的存在不僅僅是為了金屬－金屬系統，事實上相圖在陶瓷的設計和製程上都十分有用，而且有許多陶瓷材料的相圖都已經由實驗繪出。例如以下相圖，對了解陶瓷的高溫性能尤其有用。 氧化鋁－氧化鉻系統 Al2O3－Cr2O3 System 氧化鎂－氧化鋁系統 MgO－Al2O3 System 氧化鋯－氧化鈣系統 ZrO2－CaO System 氧化矽－氧化鋁系統 SiO2－Al2O3 System P.373 氧化鋁－氧化鉻系統 氧化鋁－氧化鉻系統相圖和異質同晶的銅－鎳相圖（圖10.2a）一樣，含有一個單一液相和一個單一固相區，中間以刀刃形狀的固－液兩相區隔開。 氧化鋁－氧化鉻固溶體是以Al3＋取代Cr3 ＋或是相反的情形，這固溶體存在於氧化鋁溶點以下的所有組成範圍，這是由於鋁和鉻離子有同樣的價數和相近的半徑（分別為0.053 和0.062 nm），而且氧化鋁和氧化鉻有相同的結晶構造。 圖10.23 P.374 圖10.23　氧化鋁－氧化鉻相圖。 氧化鎂－氧化鋁系統 氧化鎂－氧化鋁系統的相圖（圖10.22）和鉛－鎂相圖（圖10.18）有多處相似的地方，其中有一中間相