包晶凝固是一种十分重要的相变过程。以典型包晶凝固特征的成分的合金为例(见图)。该合金首先析出
枝晶,在
枝晶的长大过程中,组元B在液相中富集,导致液相成分沿液相线变化。当温度降至
(包晶反应温度)时,发生包晶反应:
。
相在
相表面发生异质形核,并很快沿表面生长,将
相包裹在中间。进一步的包晶反应通过
相内的扩散进行。组元B自
与
界面向
与
界面扩散,导致
与
界面向α相一侧扩展,最后完成包晶凝固反应。
在包晶反应过程中,相要不断分解,直至完全消失;与此同时,
相要形核长大。
相的形核除以
相为基底,也可以从液相中直接形成。平衡凝固要求溶质组元在两个固相及一个液相中进行充分扩散,但实际上穿过固、液两相区时冷却速度很快,一般情况下为非平衡凝固。
在非平衡凝固时,由于溶质在固相中的扩散不能充分进行,包晶反应之前凝固出来的相内部的成分是不均匀的,即树枝晶的心部溶质浓度低,而边缘溶质浓度高。当温度达到
时,在
相的表面发生包晶反应。从形核功的角度看,
相在
相表面上非匀质形核的形核功要比在液相内部均质形核更为有利。因此,在包晶反应过程中,
相很快被
相包围,此时,液相与
相脱离接触,包晶反应只能依靠溶质组元从液相一侧穿过
相向
相一侧进行扩散才能继续下去,因此将受到很大抑制,当温度低于
后,剩余液相直接转变为
相,未转变的
相则被保留在
相中间。