第6章 二元相图及合金凝固课件.ppt

《第6章 二元相图及合金凝固课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第6章二元相图及其合金的凝固材料科学基础第6章二元相图及其合金的凝固6.1相图的表示和测定方法6.2相图热力学的基本要点6.3二元相图分析二元相图是研究二元体系在热力学平衡条件下,相与温度、成分之间关系的有力工具，它已在金属、陶瓷以及高分子材料中得到广泛的应用。利用相图可了解到不同成分的合金在不同温度下的平衡状态，存在哪些相，相的成分及相对含量以及在加热或冷却时，可能发生哪些转变等。6.1.1表示方法：二元相图是平面图形纵轴表示温度横轴表示成分，多以质量分数表示6.1相图的表示和测定方法TA成分w(B)%B6.1.2测定方法二元相图是根据各种

2、成分材料的临界点绘制的，临界点表示物质结构状态发生本质转变的相变点。测定材料临界点的方法有：热分析法、膨胀法、电阻法、金相法、X射线法、结构分析等。现以Cu—Ni二元合金为例，用热分析法测定临界点绘制二元相图。④把各相同意义的点连接成线，就得到Cu—Ni二元相图。方法：T℃50%Ni70%NiNi30%NiCutCu305070NiTLα①配一系列不同成分的合金；w(Ni):0%30%50%70%100%②测出它们的冷却曲线，得到临界点；③把这些点标在T—成分坐标上；若三相共存：f=0，说明：不存在可变因素三相平衡只能处于一条等温线上。由凝固

3、开始温度连接起来的相界线称液相线由凝固终结温度连接起来的相界线称固相线由相界线划分出来的区域称相区。在二元相图中，有单相区和双相区。根据相律可知：f=c–p+1=3–p在单相区内：f=2，说明：T、成分都能独立变化。在两相区内：f=1，说明：只有一个独立变量，T变成分变；T不变成分不变。XA、XB：摩尔分数；μ0A、μ0B：摩尔自由能；R：气体常数。Ω：相互作用参数，表达式为：Ω=NAZ[eAB―（eAA+eBB）/2]NA：常数；Z：配位数；eAB、eAA、eBB：结合能。6.2相图热力学的基本要点6.2.1固溶体的自由能—成分曲线利用固溶

4、体的准化学模型1.对混合焓ΔHm作近似处理；2.混合后的体积变化ΔVm=0；3.只考虑混合熵（排列方式不同引起的），不考虑振动熵（温度引起的）。得固溶体的自由能为：G=XAμ0A+XBμ0B+ΩXAXB+RT(XAlnXA+XBlnXB)G0ΔHm―TΔSM可见：G是G0，ΔHm和-TΔSm三项综合的结果，Ω不同作出任意给定温度下的固溶体自由能—成分曲线不同，见图6.3。图6.3固溶体的自由能-成分曲线示意图(a)Ω<0(b)Ω=0(c)Ω>06.2.2多相平衡的公切线原理任一相的G-X曲线上每一点的切线两端分别与纵坐标轴相截A轴截距μA为A

5、组元在固溶体成分为切点成分时的化学势。B轴截距μB为B组元在固溶体成分为切点成分时的化学势。1.Ω<0：eAB<（eAA+eBB）/2，AB相互吸引，形成短程有序，此时ΔHm<0；2.Ω=0：eAB=（eAA+eBB）/2，组元配置是随机的此时ΔHm=0为理想固溶体；3.Ω>0：eAB>（eAA+eBB）/2，AB对结合不稳定，形成偏聚状态，此时ΔHm>0。图7.6两相平衡的自由能曲线图α,β两相平衡时，热力学条件为：μαA=μβAμαB=μβB即两组元在两相中的化学势相等。因此，两相平衡时的成分由两相G—x曲线的公切线确定，见图7.6，P2

6、57。图6.5二元系中三相平衡时的自由能-成分曲线α、β、γ三相平衡时，热力学条件是：μαA=μβA=μγA，μαB=μβB=μγB三相的切线斜率相等，即为它们的公切线，切线所示的成分表示α、β、γ平衡时的成分切线，与A、B轴的截距是A、B组元的化学势，见图6.5。分析可知：多相平衡时，利用公切线，可确定多相平衡时的成分及A、B组元的化学势。由上面两式可得：=6.2.3混合物的自由能和杠杆法则A、B两组元形成α、β两相:α相的量为n1摩尔，摩尔自由能为Gm1β相的量为n2摩尔，摩尔自由能为Gm2设α相中B组元的摩尔分数为x1β相中B组元的摩尔

7、分数为x2则混合物中B组元的摩尔分数为：x=而混合物的摩尔自由能为：Gm=此式表明：混合物的摩尔自由能Gm与两相α、β的摩尔自由能Gm1、Gm2在同一直线上，且x位于x1和x2之间，该直线为α、β两相平衡时的公切线，见下图。讨论：①x≤x1时,GmαGmββ稳定,体系处于单相β状态。③x1

8、自由能—成分曲线推测相图根据二元系不同温度下的自由能—成分曲线可画出二元系相图。见图6.7，根据公切线可求出体系在某一温度下平衡相的成分。从T1、T2、T3、T4、