二元系相图课件.ppt

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1、第七章二元系相图及其合金凝固本章要求1.几种基本相图：匀晶相图（Cu-Ni合金相图）、共晶相图（Pb-Sn合金相图）、包晶相图（Pt-Ag合金相图）。2.相律，杠杆定律及其应用。3.二元合金相图中的几种平衡反应：共晶反应、共析反应、包晶反应、包析反应、偏晶反应、熔晶反应、合晶反应。4.二元合金相图中合金的结晶转变过程及转变组织。5.熟练掌握Fe-Fe3C相图。熟悉Fe-C合金中各相与组织的结构。会几种典型Fe-C合金的冷却过程分析。熟练杠杆定律在Fe-C合金的应用。7.1相图的表示和测定方法7.1.1二元相图的表

2、示法二元系（binarysystem）由于合金有成分（composition）变化，所以其相图（phasediagram）需用纵、横两个坐标轴表示，纵轴表示温度，横轴表示成分。如果合金系由A、B两组元组成，横坐标一端为组元A，而另一端为组元B，那么体系中任一成分合金都可以在横坐标上找到相应的点。根据国标，二元合金成分可以有两种表示方法：质量分数(W)和摩尔分数(x)。但通常多数用质量百分数表示，在没有特别注明，合金成分都是指质量百分数。若A、B为单质，质量百分数和摩尔分数之间换算如7.1式和7.1式（P224）。7

3、.1.2二元相图的测定方法二元相图的测定是根据各种成分材料的临界点（criticalpoint）绘制。临界点是表示物质结构状态发生本质变化的临界相变点。测定材料临界点有两种方法类型：(1)动态法：热分析法（thermalanalisismethod）、膨胀法、电阻法(2)静态法：金相法、X－ray衍射分析法这些方法主要是利用合金在相结构变化时，引起物理性能、力学性能及金相组织变化的特点来测定。Cu—Ni相图测定下面以热分析法为例说明如何测绘Cu—Ni相图，其步骤如下：1. 按质量分数先配制一系列具有代表性成分不同的

4、Cu—Ni合金。2.  测出上述所配合金及纯Cu、纯Ni的冷却曲线。3. 求出各冷却曲线上的临界点。纯Cu、纯Ni的冷却曲线上有一平台，表示其在恒温下凝固。合金的冷却曲线上没有平台，而为二次转折，温度较高的折点表示凝固的开始温度，而温度低的转折点对应凝固的终结温度。4.将各临界点分别投到对应的合金成分、温度坐标中，每个临界点在二元相图中对应一个点。5.连接各相同意义的临界点(开始点或终了点)就得到了Cu—Ni合金的二元相图。热分析装置示意图热分析法测绘Cu—Ni相图7.1.3二元相图的线、区由凝固开始温度连接起来的

5、线成为液相线（liquidusline）。由凝固终了温度连接起来的线成为固相线（solidusline）。相图中由相界线划分出来的区域称为相区（phaseregions），表明在此范围内存在的平衡相类型和数目。在二元合金系中有单相区（singlephaseregion）、两相区（twophaseregion）、三相区（threephaseregion）。单相区内、f=2，T和成分都可变。双相区内、f=1，T和成分只有一个可以独立变化。若三相共存、f=0，T和成分都不变，属恒温转变。7.1.4杠杆法则在二元系中x

6、1时Gm1x2时Gm1>Gm2β相为稳定相，体系为单相β态；x1

7、－x1）/（x2－x1）应用(1)确定两平衡相的成分(浓度)。(2)确定两平衡相的相对量。杠杆法则的证明与力学比喻7.2相图热力学的基本要点7.2.1固溶体的自由能（G）—成分（%）曲线如图7.3为固溶体的自由能—成分曲线（freeenergy—compositioncurve）示意图。7.2.2多相平衡的公切线原理二元合金系中当两相平衡时，两组元分别在两相中化学势相等。两相平衡时的成分由两相自由能—成分曲线的公切线所确定，两相曲线的切线斜率相等，即它们的公切线（图7.4）。二元合金系在特定温度条件下三相平衡，其热

8、力学（thermodynamics）条件为两组元分别在三相中的化学势相等，三相的切线斜率相等，并且为它们的公切线(图7.5)，其切点成分分别为三相平衡时的成分，切线与两组元自由能轴G的交点就是两组元在该条件化学位。7.2.3混合物的自由能混合物的摩尔吉布斯自由能Gm应与两组成相α和β的摩尔吉布斯自由能Gm1和Gm2在同一直线上，且位于x1和x2之间，其值为式