什麼是共析反應

冷卻時由1個固相同時生成2個固相的反應。在鋼中於0.76 wt%C、727℃發生 γ → α + Fe₃C，生成波來鐵。

日文名稱: 共析反応

「共析反應」出現在1領域的2道練習題中（相圖與槓桿法則等）。

在固體中發生的3相反應

共析反應是冷卻時1個固相同時分成2個固相的反應，在相圖上以3相共存的水平線（自由度0）出現。在鋼中，於約0.76 wt%C、727℃，沃斯田鐵（γ）分成肥粒鐵（α，約0.022 wt%C）與雪明碳鐵（Fe₃C，6.70 wt%C）。這個溫度是A1點，是鋼熱處理溫度的基準。除了鋼之外，Cu-Al系（鋁青銅）等合金也可見到共析反應。

以固體中的擴散進行，因此容易延遲

與由液體進行的共晶反應不同，共析反應以固體中的擴散進行，反應需要時間。因此加熱與冷卻時的變態溫度會錯開，加熱時的 Ac1 高於727℃，冷卻時的 Ar1 則較低。以槓桿法則求得，波來鐵中肥粒鐵的質量分率為 (6.70 − 0.76)/(6.70 − 0.022) ≈ 0.89。兩相的密度相近，因此肥粒鐵與雪明碳鐵層的厚度比約為8:1。

亞共析鋼、過共析鋼與由組織推估碳含量

碳比共析組成少的亞共析鋼，先析出初析肥粒鐵，殘留的沃斯田鐵在727℃成為波來鐵。碳多的過共析鋼，則有初析雪明碳鐵在晶界析出成網狀。徐冷的亞共析鋼若波來鐵的面積率為f，碳含量可估計為約 0.022 + 0.74f wt%，波來鐵占一半時約為0.39 wt%。由顯微鏡照片，可以大致推估鋼的碳含量。

合金元素與冷卻速率的影響

相圖上的727℃與0.76 wt%C是純Fe-C系的平衡值。加入合金元素時共析點會移動，Mn、Ni使共析溫度下降，Cr、Si、Mo、W、Ti則使其上升。此外，多數合金元素會使共析的碳含量變小。冷卻快時變態在低於A1點的溫度發生，成為層間距細的波來鐵，更快時則成為變韌鐵或麻田散鐵。實際的熱處理條件，是組合相圖與TTT圖或CCT圖來決定的。

練習共析反應的題目

表示包晶反應的式子，下列何者正確？以冷卻時的方向表示。

AL → α + β
Bγ → α + β
CL + α → β

查看答案與解析

正確答案：C. L + α → β

包晶反應是冷卻時液相L與先析出的固相α反應，生成另一個固相β的反應 L + α → β。新的β相包覆著α晶粒生成，因此得名。在Fe-C系中約1495℃發生 δ + L → γ，在Cu-Zn系與Cu-Sn系中也常見。L → α + β 是由液相同時生成2個固相的共晶反應，γ → α + β 是由固相生成2個固相的共析反應（如Fe-C系的 γ → α + Fe₃C）。包晶反應中生成的β覆蓋α而阻礙擴散，因此在實際凝固中反應無法進行完全，α容易殘留。

將1.2 wt%C的過共析鋼由沃斯田鐵區徐冷時，室溫下得到的組織為下列何者？

A初析肥粒鐵與波來鐵
B初析雪明碳鐵與波來鐵
C只有波來鐵

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正確答案：B. 初析雪明碳鐵與波來鐵

在含碳量高於共析成分0.76 wt%C的過共析鋼中，冷卻時穿過 Acm 線後，首先在沃斯田鐵的晶界上析出網狀的初析雪明碳鐵。到達727℃時，其餘的沃斯田鐵（約0.76 wt%C）經共析反應變成波來鐵，因此室溫組織為初析雪明碳鐵與波來鐵。初析肥粒鐵與波來鐵是亞共析鋼的組織，只有波來鐵的是共析鋼。晶界上網狀的雪明碳鐵是脆性的原因，因此工具鋼等會以球化退火使雪明碳鐵成為粒狀。

常見問題

共析鋼的碳含量是0.76%、0.77%、0.8%哪一個才正確？

這些都有人使用，是相圖數據來源的差異。熱力學數據的評估不同使值略有偏差，因此在教科書或題目中，依其給定的值計算即可。

A1點是什麼？

是鋼鐵共析反應的溫度（平衡時為727℃），低於此溫度時沃斯田鐵無法穩定存在。回火在低於A1點的溫度進行，淬火或正常化則加熱到高於A1點或A3點的溫度進行。

共析反應形成的波來鐵是1個相嗎？

不是1個相，而是肥粒鐵與雪明碳鐵2相呈層狀排列的組織。以相律或槓桿法則計算「相」時，要將波來鐵分成2相考慮。

解析中的「共析反應」

L → α + β 是由液相同時生成2個固相的共晶反應，γ → α + β 是由固相生成2個固相的共析反應（如Fe-C系的 γ → α + Fe₃C）。
表示包晶反應的式子，下列何者正確？以冷卻時的方向表示。
到達727℃時，其餘的沃斯田鐵（約0.76 wt%C）經共析反應變成波來鐵，因此室溫組織為初析雪明碳鐵與波來鐵。
將1.2 wt%C的過共析鋼由沃斯田鐵區徐冷時，室溫下得到的組織為下列何者？