材料科学基础4-2二元相图及其类型

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1、第二节二元相图及其类型一.相图基本知识●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在哪些变化(2)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化下页返回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，进而预测合金的性能。另外，可以根据相图来制订合金的锻造和热处理工艺。组元——组成材料最基本的、独立的物质。合金——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的具有金属特性的物质。后退下页相——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成部分。相——描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的一种图解。所谓相即体系中一切具有相

2、同的物理性能与化学性能的均匀部分，与其它有明显界面分开，超越界面会有性质突变，否则仍为同一相。●相后退下页对于合金系统来说，要保持物理性能、化学性能相同则要满足：成分相同和结构相同。●相变——由一个相转变为了另一相的过程。●相律——f=C-P+2C—系统组元，P——平衡时共存的相数目，f——自由度后退下页●相平衡——L4.3==r2.11+Fe3C6.69温度：1148℃一、相图的基本知识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、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。一、单元系相图返回下页下图是水的相图，在以温度和压力为两坐标的平面图上，表示出

3、水的3种存在状态与温度和压力的关系。（如图）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，这种限制可从相平衡的热力学条件推处，这就是相律，即f=C–P+2返回下页水的状态示意图PT水冰气其中f为系统的自由度数，C为组元数，P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，其自由度数等于组元数与相数之差再加上2。所谓自由度，即指独立可变的因返回下页素，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常数，相律的表达式可写成f=C–P+1返回下页相律在相

4、图中的应用组元数（C）相数（P）f=C–P+1二元系2三元系3单相合金，成分和温度都可变两相平衡，成分、相对量和温度等因素中只有一个独立变量三相平衡，三相的成分、相对量及温度都确定单相合金其中两个组元的含量及温度三个因素均可变两相平衡，两相的成分、数量及温度中有两个独立变量三相平衡，所有变量中只有一个是独立变量四相平衡所有因素都确定不变12312342103210含义下页返回●相图的建立上页下页●杠杆定律abABab温度后退下页二.二元系相图1.匀晶相图tAABX12tBL0℃L12冷却曲线t℃B%后退下页●形成：液态完全互溶，固态完全互溶，即形成匀晶相图。●冷凝过程：液相线:合金凝固的开

5、始转变线L=时液相的平衡成分线。固相线:合金凝固终了线L=时固相的平衡成分线。●组成图5-15后退下页7/23/202113返回●不平衡凝固：出现枝晶偏析(主枝与分枝成分不均匀)图5-16后退下页固溶体与纯金属结晶的不同之处：（1）固溶体结晶是在一个温度范围内完成的，而纯金属结晶是在恒温下完成的。（2）合金结晶过程中，结晶出的固相与共寸液相的成分不同，这种结晶称为选分结晶。而纯金属在结晶过程中，固相与液相的成分始终是相同的。上页下页2.共晶相图●形成：液相完全互溶，固相有限互溶，有共晶反应的相图。后退下页后退下页（1）相图分析液相线：αe、be固相线：αm、bnmf为Sn在Pb中的固溶度曲

6、线ng为Pb在Sn中的固溶度曲线三个单相区：L、α、β三个两相区：L+α、L+β、α+β。三个两相区的接触线men为共晶反应线，此线表示三相共存区后退下页（2）共晶转变在三相共存水平线men上，两条液相线汇交于e点。e点以上是液相区，e点下方是α+β两相共存区。这说明，相当于e点成分的液相，当冷至三相共存线men时会同时结晶出成分为m的α相与成分为n的β相。三个单相区：三个两相区：后退下页●共晶反应：固相线：液相线：●凝固过程：合金1：合金2：●组成后退下页●不平衡凝固◆伪共晶在非共晶成分处获得100%的共晶组织，只能在非平衡条件下得到。如图所示后退下页后退下页◆不平衡共晶m点以左，n点以

7、右合金不平衡凝固时出现的共晶组织。后退下页◆离异共晶当初相较多，当发生共晶反应时，与当初相相同的一相优先形核，将另一相推到最后处形成，失去了共晶形貌，即组织为离异组织。上页下页●包晶相图后退下页后退下页后退下页1.包晶型反应有何特点？与共晶反应相比，你能否总结其规律？2.分析其冷凝过程，比较平衡与非平衡凝固的异同？上页下页◆起他类型的二元系相图（1）熔晶反应：一个固相在某一恒温下分解成一个固相与一个液相的反应。（2）合晶