第八章-相平衡与相图原理PPT课件.ppt

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1、第八章相平衡与相图原理一、基本概念第一节相、相平衡与相律1、合金：由两种或两种以上的元素组成，其中至少有一种为金属，组成具有金属性的材料称为合金。1.2、组元：构成材料的最简单、最基本、可以独立存在的物质。它可以是纯元素也可以是稳定化合物。C=1，单元系统，如纯铁C=2，二元系统，如Pb－Sn合金C=3，三元系统，如Fe－C－Si合金C>3，多元系统3、组织：人们用肉眼或借助某种工具（放大镜、光学显微镜、电子显微镜等）所观察到的材料形貌。4、组织组成物：组织中形貌相同的组成部分。2.5、相：体系中具有相同物理与化学性质的

2、，且与其他部分以界面分开的均匀部分称为相。相的理解：（1）一个相中可以包含几种物质，即几种物质可以形成一个相；（2）一种物质可以有几个相；（3）固体机械混合物中有几种物质就有几个相。注意：不同的相之间必然有界面将其分开，但由界面分开的并不一定就是两个不同的相3.6、相图表示合金系中合金状态、压力、温度及成分之间关系的图解。是研究不同成分合金平衡关系的图形。又称为平衡图或状态图。对单元系采用T~P图，两元系采用T~P~X。7、相变：从一种相到另一种相的转变固态相变:由不同固相之间的转变8、凝固：材料由液态转变成固态的过程称

3、为凝固。结晶：若凝固后的物质为晶体，则这种凝固称为结晶。一般金属及其合金皆为晶体，故称为金属结晶。4.二、相平衡条件和相律1、平衡当合力为零时，系统处于机械平衡；当温差消失时，系统处于热平衡；当系统中各相的化学势相等，各组元的浓度不再变化时，系统就达到了化学平衡如果同时达到三种平衡，那么系统就达到了化学热力学平衡（平衡状态：系统吉布斯自由能处于最低所对应的状态。）2、相平衡：各相的化学热力学平衡。具体指合金系中，参与结晶或相变过程的各相之间的相对量和相的浓度不再改变时所达到的一种动态平衡。5.3、自由度：在平衡系统中独立

4、可变的因素。4、自由度数：指在平衡系统中可以独立改变的变量的最大数目。5、相律（吉布斯相律）：是表示在平衡条件下，系统的自由度、组元和平衡相数之间的关系，它是系统平衡条件的数学表达式。f=c-p+nf=c-p+2对于凝聚态系统，有：f=c-p+16.注意：f=C-P+2（1）平衡状态下f不可能为负数，相数p必须大于等于1，即在系统中至少有一个相存在，否则将不可能构成系统。（2）相律给出了平衡状态下体系中存在的相数与组元数及温度、压力之间的关系，对分析和研究相图有重要的指导作用。（3）相律只能表示体系中组元和相的数目，不能

5、指明组元或相的类型和含量（4）相律不能预告反应动力学（速度）7.补充：单元系相图特征：C=1，f=C-P+2=3-P一、相图的建立8.二、相图分析1.三个单相区：f＝1-1+2＝22.三个两相线：oa代表水汽二相图共存(蒸发曲线)；ob代表冰汽二相的平衡共存(升华曲线)；oc线则代表冰水二相图共存（冰的熔融曲线）f＝1-2+2＝19.3.一个三相点：系统中的冰、水、汽三相共存的状态。（f=1-3+2=0)10.第二节二元相图二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，相与温度、成分之间关系一、二元相图的表示与建立方法1、

6、成分的表示常用质量百分数11.12.2、相图的测定方法实验法：热分析、膨胀法、磁性法、硬度测定法等理论计算法热分析法建立相图示意：13.补充：多相平衡的公切线原理1、公切线法则（1）对于二元系统，若在等温恒压条件下处于两相平衡共存，则可对两相的吉布斯自由能曲线作公切线，公切线在两曲线上切点对应的成分为其平衡成分。（2）在两切点之间成分范围内的二元合金，具有切点成分的相平衡共存时系统的吉布斯自由能最低14.在这两条曲线的公切线上得到两个公切点a和b。这两个切点就是合金处于α+β两相平衡时，两个平衡相的成分。2、二元系两相平

7、衡15.三相呈两个两相平衡时的自由能曲线16.3、二元系统的三相平衡17.补充：从自由能-成分曲线推测相图自由能-成分曲线与匀晶相图的关系18.自由能-成分曲线与共晶相图的关系19.二、杠杆定律设合金的总重量为1，则有杠杆定律的说明：两相平衡共存（两相区）确定相的含量20.（一）匀晶相图1、匀晶相图匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。匀晶相图：完全具有匀晶转变的相图。如Cu-Ni、Au-Ag、Ag-Pt等相图。组元特征：两个组元化学性质相近，晶体结构相同，晶格参数相差不大，在液态和固态都能完全互溶。三、二元相图

8、的基本类型21.22.Au-Cu，Fe-Co等在相图Pb-Ti等相图上具有极大点上具有极小点23.2、固溶体的平衡凝固（1）结晶过程及组织24.（2）固溶体成分的变化和相平衡25.（3）固溶体的结晶规律a.固溶体的结晶与纯金属不同，它不在恒温下进行，而是在一个温度范围内不断降温条件下完成的b.固溶体的凝固过程与纯金属