[工学]上海大学冶金热力学

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1、冶金热力学MetallurgicalThermodynamics主讲：吴永全上海大学现代冶金及材料制备国家重点实验室培育基地研究生课程——冶金热力学2021/7/25冶金热力学——授课内容授课内容统计热力学基础物理化学基础冶金热力学统计热力学基础物理化学基础冶金热力学氧化还原反应化学反应自由能、焓、熵组元与活度冶金熔体活度相平衡及相律二元相图三元相图计算物理化学简介氧化还原反应化学反应自由能、焓、熵组元与活度冶金熔体活度2021/7/25冶金热力学——组元与活度金属熔体组元活度1熔渣组元活度2金属熔体组元活度12021/7/25冶金热力

2、学——组元与活度——金属熔体组元活度1).活度相互作用系数多元溶液中其他组元j对某个组元i的活度的影响，表现在对组元i活度系数的修正。多元系活度系数根据选择的标准态不同分别以fi(以稀溶液为标准态)或γi(以纯物质为标准态)表示。活度的定义：?活度相互作用系数pioKH1%xiK’Hp’p”2021/7/25冶金热力学——组元与活度——金属熔体组元活度1).活度相互作用系数以组元2为例。其活度系数在恒温恒压条件下是除溶剂1以外所有组元浓度的函数：将该式在x1→1时进行泰勒级数展开得到：当溶液是无限稀释，可忽略掉二次以上各项：令1952年

3、，C.Wagner在《合金热力学》中提出。2021/7/25冶金热力学——组元与活度——金属熔体组元活度1).活度相互作用系数则式中，ε2(2)、ε2(3)称为活度相互作用系数或一阶活度相互作用系数。当浓度较高时，lnγ2已不是浓度的一次函数(实际上是曲线)，如要精确计算，需保留泰勒级数展开过程中的二次项：式中ρi(j)、ρi(j,k)称为二阶活度相互作用系数，于是活度系数的计算为：2021/7/25冶金热力学——组元与活度——金属熔体组元活度1).活度相互作用系数前面是以纯物质为标准态推导的公式，如果以服从亨利定律的1％溶液为标准态：

4、其中相应的二阶相互作用系数表达为上述εi(j)和ei(j)就是所谓的活度相互作用系数，其物理意义就是在组元i的浓度不变的情况下，向溶液中加入微量的组元j对组元i的活度系数的影响。2021/7/25冶金热力学——组元与活度——金属熔体组元活度2).活度相互作用系数之间的关系εi(j)和εj(i)之间的关系：这是所谓的倒易关系。ei(j)和ej(i)之间的关系：其中，Mr(i)和Mr(j)是组元i和j的相对分子量。εi(j)和ei(j)之间的关系：其中，Mr(1)为溶剂1的相对分子量。2021/7/25冶金热力学——组元与活度——金属熔体组

5、元活度2).活度相互作用系数——例题1已知1540ºC反应[C]+CO2=2CO的平衡常数在铁液中含碳量为1.5%条件下，加入不同的Si，平衡的p2CO/pCO2值见下表，求eCC及eCSi。%Si00.551.021.552.00p2CO/pCO2104611581264139215122021/7/25冶金热力学——组元与活度——金属熔体组元活度2).活度相互作用系数——例题1已知1540ºC反应[C]+CO2=2CO的平衡常数在铁液中含碳量为1.5%条件下，加入不同的Si，平衡的p2CO/pCO2值见下表，求eCC及eCSi。%S

6、i00.551.021.552.00p2CO/pCO210461158126413921512fC1.6221.7951.9592.1582.3442021/7/25冶金热力学——组元与活度——金属熔体组元活度2).活度相互作用系数——例题1已知1540ºC反应[C]+CO2=2CO的平衡常数在铁液中含碳量为1.5%条件下，加入不同的Si，平衡的p2CO/pCO2值见下表，求eCC及eCSi。%Si00.551.021.552.00p2CO/pCO210461158126413921512fC1.6221.7951.9592.1582.

7、344lgfC0.2100.2540.2920.3340.3702021/7/25冶金热力学——组元与活度——金属熔体组元活度2).活度相互作用系数——例题2已知1600ºC轴承钢液的成分是：1.05%C、0.6%Si、1.0%Mn、0.02%P、0.02%S、1.10%Cr。试用一级相互作用系数求出钢液中C和Si的活度系数和活度。CSiMnPSCrC0.140.08-0.0120.0510.046-0.024Si0.180.110.0020.110.056-0.0003ij1600ºC钢液中元素的一级相互作用系数eij2021/7/2

8、5冶金热力学——组元与活度——金属熔体组元活度2).活度相互作用系数——例题2已知1600ºC轴承钢液的成分是：1.05%C、0.6%Si、1.0%Mn、0.02%P、0.02%S、1.10%Cr。试用一级