第四章 二元相图ppt课件.ppt

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1、第四章二元相图成份—温度—相组成的关系2021/7/28章目：4.1基础知识4.2匀晶相图4.3共晶相图4.4包晶相图4.5其它类型的二元相图4.6Fe-Fe3C相图分析4.7合金组织与性能4.8相图热力学基础2021/7/284.1基础知识一、相平衡与相律相：体系中具有相同成分、结构和性质的均匀部分称为相，不同相之间有明显的界面分开。相变：随外界条件的变化(温度)，体系中新相取代旧相的过程。相平衡：相与相之间既没有量的增减，也没有成份的改变。相平衡的热力学条件：体系内，任一组元在各相中的化学位必须相等。2021/7/28相律：相组元αβγ

2、………（P个）ABC∶∶（C个）μAα=μAβ=μAγ………（P-1个等式）μBα=μBβ=μBγ………μCα=μCβ=μCγ………∶∶(C组）2021/7/28体系中可变因素：P（C-1）个相平衡约束条件：C（P-1）个∴平衡体系独立可变因素（自由度）为：f=可变因素-约束条件=P（C-1）-C（P-1）+2=C-P+2恒压下：f=C－P+1——所有平衡体系必须遵从的规律在相图的绘制、分析和使用时有重要用途。2021/7/28二、相图的表示法1、表示方法：二元合金平衡相—成分—温度可用平面图表示。纵坐标：温度横坐标：成分（常用质量、摩尔和

3、原子分数）表相点：表示体系所处平衡状态★相图—也称平衡图、状态图ABT℃→xB表相点Lαx1T12021/7/282、相图的测定热力学计算：适应性强，尤其是多元合金，代表未来方向。但要求建立热力学数据库且数据可靠，计算量大。物理方法测定：热分析法、硬度法、金相法、磁性法和X-射线法等。原理：基于体系相变时，新旧两相性质的突变，据此确定临界点。2021/7/28例：热分析法建立Cu－Ni相图冷却曲线相图CuNi305070L14521083Cu30Ni50Ni70NiNiL+αα→tT℃02021/7/28相律分析：两相区（L+α）：纯组元：

4、f=1－2+1=0恒温平台二元合金：f=2－2+1=1在一定温度范围内结晶温度可在一定范围变化，而不影响平衡状态。单相区（L、α）：f=2－1+1=2温度和成分可独立变化，而不影响平衡状态。f=C－P+12021/7/282.2匀晶相图定义：L→α(固溶体）称为匀晶转变，完全具有匀晶转变的相图称为匀晶相图。特点：两组元结构相同，且原子半径相当，它们不仅在液态完全互溶，而且在固态也无限互溶。CuNiLL+ααT℃2021/7/28一、相图分析液相线：开始结晶的温度线。固相线：结晶终止线。相区：由线分隔的区域。单相区：液体L、固溶体α双相区：L

5、+α由两条线，将其分为三个区域——相区。NiL+ααLCu80604020TCuTNiTx1x3x2★相区规则：以边相邻的相区，相数必差1。2021/7/28特殊匀晶相图：★极点处结晶在恒温下进行，自由度为0，而不是1。∵xL=xα增加了一个约束条件∴f=C-P+1-1=2-2+1-1=0AABB如：Cu-Au如：Pb-TlLαLα2021/7/28T2T1二、固溶体的平衡结晶结晶过程（60%Ni合金）温度转变相>T1—LT1～T3L→αL+α

6、4020TCuTNiL1α1L2α2T3α3L32021/7/28两相区相对量的确定——杠杆定理LαTT℃ABx0xαxLWαWLLα平衡设：W0、Wα、WL分别为合金系、α相和L相的重量。总重：W0=Wα+WL①溶质：W0x0=Wαxα+WLxL②①代入②整理得：Wα（x0－xα）=WL（xL－x0）③——杠杆定理T2021/7/28常用式：将②式两边同用W0xL=（Wα+WL）xL减得：W0（xL－x0）=Wα（xL－xα）★杠杆定理只适用于平衡相图的两相区。W0x0=Wαxα+WLxLLαTT℃ABx0xαxLWαWL2021/7/2

7、8三、固溶体的非平衡结晶固溶体结晶时，固液两相的成分在不断地变化——浓度再分配。平衡结晶时，由于冷却速度足够缓慢，原子有充分的时间扩散，在每一温度下，液、固两相都能达到相应的平衡浓度（按固液相线变化），固相的长大也相当充分（用杠杆定理确定）。实际生产中冷速快，扩散和长大都不充分，先结晶的部分与后结晶的部分成分有差异，结晶需在更低的温度下完成，这种冷却偏离了平衡条件，称为非平衡冷却。2021/7/28X0T℃ABT11、结晶过程α1α2α3L1L2L3T4T3T2L4α4T4α4’α2’α3’L4’L3’L2’L1T1α1T2α1α2α1T3

8、α2α32021/7/28X0合金:温度达T1时：核心形成，L1α1，因晶核很小,可以认为不影响大体积液体成分。T2时因冷速快，近似认为在α1周围形成浓度为α2的壳层，L/S界面