材料科学基础 西安交大 石德珂 4-2二元相图及其类型.

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1、第二节第二节 二元相图及其类型二元相图及其类型 一一.相图基本知识相图基本知识 利用相图可以获取的信息利用相图可以获取的信息 (1)不同成分的材料在不同温度下存不同成分的材料在不同温度下存在哪些变化在哪些变化 (2)各稳定相的相对量是多少各稳定相的相对量是多少(3)成分与温度变化时所可能发生的变成分与温度变化时所可能发生的变化化 下页下页返回返回了解相图的分析和使用方法后，就可以了解相图的分析和使用方法后，就可以了解合金的组织状态，进而预测合金的了解合金的组织状态，进而预测合金的性能。另外，可以根据相图来制订合金性能。另外，可以根据相图来制订合金的锻造和热处理工艺。的锻造和热处理工艺。组元组元

2、组成材料最基本的、独立的物组成材料最基本的、独立的物质。质。合金合金有两种或两种以上的金属、或有两种或两种以上的金属、或金属与非金属经熔炼或用其它方法制成金属与非金属经熔炼或用其它方法制成的具有金属特性的物质。的具有金属特性的物质。后退后退下页下页相相合金中具有同一聚积状态、内部合金中具有同一聚积状态、内部结构和特性并以界面相互隔开的均匀组结构和特性并以界面相互隔开的均匀组成部分。成部分。相相描述系统的状态、温度、压力及描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的一种图解。所谓相即体成分之间关系的一种图解。所谓相即体系中一切具有相同的物理性能与化学性系中一切具有相同的物理性能与化学性能的均匀部分

3、，与其它有明显界面分开，能的均匀部分，与其它有明显界面分开，超越界面会有性质突变，否则仍为同一超越界面会有性质突变，否则仍为同一相。相。相相后退后退下页下页对于合金系统来说，要保持物理性能、对于合金系统来说，要保持物理性能、化学性能相同则要满足：成分相同和结化学性能相同则要满足：成分相同和结构相同。构相同。 相变相变由一个相转变为了另一相的由一个相转变为了另一相的过程。过程。相律相律f=C-P+2 C系统组元，系统组元，P平衡时共存的相数平衡时共存的相数目，目，f自由度自由度 后退后退下页下页相平衡相平衡L4.3=r2.11+Fe3C6.69 温度：温度：1148一、相图的基本知识一、相图的基

4、本知识合金相图是应用图解的方法，表示合金合金相图是应用图解的方法，表示合金的成分、平衡相状态及外界条件（温度、的成分、平衡相状态及外界条件（温度、压力等）之间关系的图线，它是研究合压力等）之间关系的图线，它是研究合金中的相变规律的基础。金中的相变规律的基础。一、单元系相图一、单元系相图返回返回 下页下页下图是水的相图，在以温度和压力为下图是水的相图，在以温度和压力为两坐标的平面图上，表示出水的两坐标的平面图上，表示出水的3种存种存在状态与温度和压力的关系。（在状态与温度和压力的关系。（如图如图）二、合金的相平衡概念及相律二、合金的相平衡概念及相律 由于相平衡条件的约束，处于平由于相平衡条件的约

5、束，处于平衡状态的合金中可能存的相数，将受衡状态的合金中可能存的相数，将受到组元数及外界条件的限制，这种限到组元数及外界条件的限制，这种限制可从相平衡的热力学条件推处，这制可从相平衡的热力学条件推处，这就是相律，即就是相律，即 f=CP+2返回返回 下页下页水的状态示意图水的状态示意图PT水水冰冰气气其中其中f为系统的自由度数，为系统的自由度数，C为组元数，为组元数，P为相数。相律表明：在只受外界温度为相数。相律表明：在只受外界温度和压力影响的平衡系统中，其自由度数和压力影响的平衡系统中，其自由度数等于组元数与相数之差再加上等于组元数与相数之差再加上2。所谓。所谓自由度，即指独立可变的因自由度

6、，即指独立可变的因返回返回 下页下页素，包括各组成相的成分、数量及素，包括各组成相的成分、数量及温度、压力等。在金属及合金的制温度、压力等。在金属及合金的制造和应用过程中，一般都是在常压造和应用过程中，一般都是在常压下进行的，因此常把压力看成一个下进行的，因此常把压力看成一个常数，相律的表达式可写成常数，相律的表达式可写成 f=CP+1返回返回下页下页相律在相图中的应用相律在相图中的应用组元数（组元数（C） 相数（相数（P） f=CP+1二元系二元系2三元系三元系3单相合金，成分和温度都可变单相合金，成分和温度都可变两相平衡，成分、相对量和温度两相平衡，成分、相对量和温度等因素中只有一个独立变

7、量等因素中只有一个独立变量三相平衡，三相的成分、相对三相平衡，三相的成分、相对量及温度都确定量及温度都确定单相合金其中两个组元的含量单相合金其中两个组元的含量及温度三个因素均可变及温度三个因素均可变两相平衡，两相的成分、数量两相平衡，两相的成分、数量及温度中有两个独立变量及温度中有两个独立变量三相平衡，所有变量中只有一三相平衡，所有变量中只有一个是独立变量个是独立变量四相平衡所有因素都确定不变四相平衡所有因素都确定不变12312342103210含义含义下页下页返回返回相图的建立相图的建立上页上页 下页下页杠杆定律杠杆定律aobLQaQABooab温温度度wLNiwNiLoQQwwwwoNiN

8、iLNioNiLQQ后退后退下页下页二二.二元系相图二元系相图 1.匀晶相图匀晶相图tAABX12tBL0L12冷却曲线冷却曲线tLB%L后退后退下页下页2022-5-3013形成：液态完全互溶，固态完全互形成：液态完全互溶，固态完全互溶溶 ，即形成，即形成 匀晶相图。匀晶相图。冷凝过程：冷凝过程：液相线液相线:合金凝固的开始转变线合金凝固的开始转变线L=时液相时液相 的平衡成分线的平衡成分线 。固相线固相线:合金凝固终了线合金凝固终了线L=时固时固相的平衡成分线。相的平衡成分线。 组成组成LL图图5-15后退后退下页下页返回返回不平衡凝固：出现枝晶偏析不平衡凝固：出现枝晶偏析(主枝与分主枝与