第三章 相图及应用.

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1、材料科学与工程基础第三章 相图及应用Phase Diagrams 为了对广泛使用的合金进行熔铸、锻压和热和理，必须首先了解它们的熔点和固态转变温度，并弄清楚它们的凝固过程及凝固后的相和组织结构。相图是描述系统的状态、温度、压力及成分之间的关系的一种图解，又称为状态图或平衡图。利用相图，我们可以了解各种成分的材料在不同温度、压力下的相组成，多种相的成分与相对量及组织的变化规律等。因此，掌握和了解相图的基本知识和分析方法，对制定材料热加工工艺、分析和检测材料的性能以及研究开发新材料等都有重要作用和指导意义。 材料科学与工程基础第一节 二元相图的建立Mensuration of Binary Pha

2、se Diagrams一、二元相图的表示方法一、二元相图的表示方法 二元系中相的平衡状态与温度、成分的关系可以用平面图形来表示，二元系中相的平衡状态与温度、成分的关系可以用平面图形来表示，如图所示。如图所示。 A B LL+温度 A B B % 二元相图材料科学与工程基础CuNi20406080wNi(%)时间时间温度温度wNi=100%wNi=80%wNi=60%wNi=20%wNi=40%Cu-Ni二元合金相图的建立二元合金相图的建立二、二元相图的测定方法 相图的建立一般采用热分析法，其基本思路是先配制一系列不同成分的给定合金，绘制它们各自的冷却曲线，然后由冷却曲线上的临界点绘制相图。材料

3、科学与工程基础三、相律及杠杆定律 相律 相律是分析和使用相图的重要理论依据，它表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和平衡相数之间的关系式。在衡压条件下，其数学表达式为 f=c-p+1 式中 f自由度数 c组元数 p平衡相数材料科学与工程基础CuNi20406080wNi(%)液相液相线线固相固相线线ABLL XL X0 XQL +Q =1QLXL +Q X =X0解此方程组得：解此方程组得： LLXQ X X-X0LXQ X X-XL0 杠杆定律杠杆定律 合金的平衡组织中，各个相及合金的平衡组织中，各个相及组织的组成物可通过相图分析得组织的组成物可通过相图分析得到。而不同成分的相的相对量和

4、到。而不同成分的相的相对量和组织的相对量也可通过杠杆定律组织的相对量也可通过杠杆定律进行计算求得。进行计算求得。材料科学与工程基础第二节 匀晶相图及固溶体的结晶Isomorphous Phase Diagrams 从液相中不断结晶出单相固溶体的过程称为匀晶从液相中不断结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。转变。 二组元在液态、固态时均能无限互溶的二元合金二组元在液态、固态时均能无限互溶的二元合金相图就是匀晶相图。这样的二元合金系称为匀晶系。相图就是匀晶相图。这样的二元合金系称为匀晶系。属于匀晶系的合金系有属于匀晶系的合金系有Cu-Ni、Nb-Ti、Ag-Au、Cr-Mo、Fe-Ni、Mo-W等等

5、。几乎所有二元合金相图都包。几乎所有二元合金相图都包含有匀晶转变部分，因此掌握这一类相图是学习二元含有匀晶转变部分，因此掌握这一类相图是学习二元合金相图的基础。合金相图的基础。材料科学与工程基础一、相图分析 A 1083 B 1452 LL+温度 Cu Ni Ni % Cu-Ni合金相图液相线固相线材料科学与工程基础二、固溶体合金的平衡结晶过程 I A 1083 B 1452 L1 L2 L3 L4 4 3 2 LL+温度 Cu XL X0 X Ni % Ni 时间 （a） （b）图3-4 Cu-Ni合金相图 L L 1t1t2t3、3t4材料科学与工程基础四、偏析与区域提纯四、偏析与区域提纯

6、 偏析偏析 通过对固溶体结晶平衡与非平衡过程的分析，表明在结晶过程通过对固溶体结晶平衡与非平衡过程的分析，表明在结晶过程中随着固相的不断形成，其成分也在不断的变化，这种变化是通过中随着固相的不断形成，其成分也在不断的变化，这种变化是通过原子的扩散实现的。若原子能够进行充分的扩散，固溶体将发生平原子的扩散实现的。若原子能够进行充分的扩散，固溶体将发生平衡结晶；若原子不能够进行充分的扩散，固溶体将发生非平衡结晶。衡结晶；若原子不能够进行充分的扩散，固溶体将发生非平衡结晶。由此可见，固溶体在结晶时，溶质和溶剂原子必然要发生重新分配。由此可见，固溶体在结晶时，溶质和溶剂原子必然要发生重新分配。固溶体不