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1、材料科学基础第五章三元相图九江学院杜大明二元相图只适用于二元合金或二个组元的陶瓷材料，对于三组元的合金或陶瓷材料需用三元相图分析。工程实用材料多是三组元或三组元以上的，三组元的合金可举例如下：轴承钢中的Fe-C-Cr合金；高锰耐磨钢中的Fe-C-Mn合金；不锈钢中的Fe-Cr-Ni合金；铸铁中的Fe-C-Si合金；铝合金中的Al-Mg-Si合金，Al-Cu-Mg合金等等。第五章三元相图为什么要用到三元相图?第一节三元相图的成分表示方法右图是一个表示合金成分的等边三角形,称为浓度三角形。浓度三角形的三个顶点代表A、B、C三个纯组元，A-B边代表A-B二元合金的成分，BC、AC分别代表B-
2、C、A-C二元合金的成分。三角形内任一点代表一定成分的三元合金。图浓度三角形§5.1.1浓度三角形abc5.1三元相图的成分表示方法图部分浓度三角形5.1三元相图的成分表示方法5.1三元相图的成分表示方法A%C%B%ABC图平行于浓度三角形某一条边的直线cd§5.1.2浓度三角形中具有特定意义的线5.1三元相图的成分表示方法A%C%B%ABC图通过三角形顶点的任一直线Pcd思考题1图思考题1下图的成分三角形中有P、R、S、T四个材料点，问哪个点的材料，其成分为：A=20%，B=10%，C=70%PRST思考题2右图中的成分三角形中标出了O材料的成分点，问下述的几个成分描述，哪一个是正确
3、的？A=30%,B=30%,C=40%A=30%,B=40%,C=30%A=40%,B=30%,C=30%图思考题2第二节三元系平衡转变的定量法则图直线定理O点成分的三元合金在该温度下处于α+β两相平衡,α和β相的平衡成分分别为M和N点的成分。则两平衡相的成分点M和N点，与合金成分点O点必定在一条直线上，且O点位于M、N两点的连线上，此即为直线法则。§5.2.1直线定理5.2三元相图平衡转变的定量法则上式就是解析几何中三点共线的关系式。由此证得M，N，O三点必在一条直线上。5.2三元相图平衡转变的定量法则思考题3图思考题3将成分为x的材料300克与成分为y的材料200克熔化在一起,形成
4、一个新的材料,请用作图法求出新材料的成分,并用计算法进行验证。思考题4某三元合金K在温度T时分解为B组元和液相L,两个相的相对量WB/WL=2,已知合金K中,C组元和A组元的重量比为3,液相含B组元为0.4,试求合金K的成分。5.2三元相图平衡转变的定量法则图中心定理O点成分的三元合金处于α+β+γ三相平衡，α，β和相的平衡成分分别为D，E和F点的成分。重心法则指出：三平衡相的成分点构成一个重量三角形(三角形DEF)，合金成分点O必位于三角形的重量重心位置。§5.2.2重心定理5.2三元相图平衡转变的定量法则重心法则可由直线法则和杠杆定律引伸得到。如果将合金O看成是处于假想的α+(β+
5、γ)“两相平衡”，两平衡相分别为α相和(β+γ)混和物。α的成分点为D点，合金的成分点为O点，故(β+γ)的成分点必在DO连线的延长线上。同时，(β+γ)是由β和γ两相组成的，其成分点必位于E、F的连线上。所以，(β+γ)的成分点为DO连线的延长线与EF连线的交点，即D'点。第三节三元匀晶相图三元系中如果任意两个组元都可以无限互溶,那么它们所组成的三元合金也可以形成无限固溶体,这样的三元合金相图,叫三元匀晶相图。图三元匀晶相图5.3三元匀晶相图图三元匀晶相图A、B、C三点代表三个纯组元。A1、B1、C1三点分别是A、B、C三个组元的熔点。A1B1C1dL是A-B-C三元合金系的液相面，
6、A1B1C1dS是A-B-C三元合金的固相面。单相区有L、α两个，在液相面以上为单相的液相区；在固相面以下是单相的α固溶体相区；两相区，有一个L+α，在液相面和固相面之间是液相L和α固溶体两相区。§5.3.1相图分析5.3三元匀晶相图图三元固溶体合金的平衡凝固过程分析5.3三元匀晶相图图三元匀晶相图的水平截面图§5.3.2等温截面图(水平截面图)5.3三元匀晶相图图等温截面图和共扼线如图合金O处于L+α两相平衡。图中的PQ线是连接两平衡相成分点的直线，称为连接线或共轭线。f=c-p+1=3-2+1=2三元合金在两相平衡时有两个独立变数，除温度外，还有一个平衡相的成分可独立变化，而不影响
7、系统平衡。在一定温度下，还必须先确定一个平衡相的成分，然后才可以应用直线法则和杠杆定律来求出另一个平衡相的成分，以及两平衡相的重量。如图合金O处于L+α两相平衡。先通过实验测出液相的成分为P点成分，则由直线法则可以知道固相α的成分为Q点成分。应用杠杆定律可求得两平衡相的重量。5.3三元匀晶相图5.3三元匀晶相图图连接线的走向TB>TA>TC在不知道两平衡相具体成分的情况下，连接线的走向可以由组元熔点的高低来进行判断。合金的连接线总是向组元熔点降
