材料科学与工程 材料科学基础 二元相图ppt课件.ppt

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1、第四章二元相图本章要求1.几种基本相图：匀晶相图（Cu-Ni合金相图）、共晶相图（Pb-Sn合金相图）、包晶相图（Pt-Ag合金相图）。2.相律，杠杆定律及其应用。3.二元合金相图中的几种平衡反应：共晶反应、共析反应、包晶反应、包析反应、偏晶反应、熔晶反应、合晶反应。4.二元合金相图中合金的结晶转变过程及转变组织。5.熟练掌握Fe-Fe3C相图。熟悉Fe-C合金中各相与组织的结构。会几种典型Fe-C合金的冷却过程分析。熟练杠杆定律在Fe-C合金的应用。4.1相图的基本知识4.1.1二元相图的表示法二元系（binarysystem）由于合金有成分（composition）变化

2、，所以其相图（phasediagram）需用纵、横两个坐标轴表示，纵轴表示温度，横轴表示成分。如果合金系由A、B两组元组成，横坐标一端为组元A，而另一端为组元B，那么体系中任一成分合金都可以在横坐标上找到相应的点。根据国标，二元合金成分可以有两种表示方法：质量分数(W)和摩尔分数(x)。但通常多数用质量百分数表示，在没有特别注明，合金成分都是指质量百分数。若A、B为单质，质量百分数和摩尔分数之间换算。在二元系中xx2时Gm1>Gm2β相为稳定相，体系为单相β态；x1

3、和β相共存时体系能量最低。杠杆法则(theleverrule):两平衡相共存时，多相成分是切点所对应的成分x1和x2，即固定不变。即:n1/(n1＋n2)=（x2－x）/（x2－x1）n2/(n1＋n2)=（x－x1）/（x2－x1）在α和β两相共存时，可用杠杆法则求出两相的相对量。α相的相对量为:α%=(x2－x)/（x2－x1）β相的相对量为:β%=（x－x1）/（x2－x1）应用(1)确定两平衡相的成分(浓度)。(2)确定两平衡相的相对量。TLTSTnbac杠杆定理QS／Q0=(bc／ab)100%QL／Q0=(ac／ab)100%QS+QL=Q0aQS+bQL=

4、Q0cABabLS温度QLQs杠杆法则的证明与力学比喻设合金的总质量为Q0,t温度时液相的质量应为ＱＬ，固相α的质量为Ｑα．液,固两相的的质量之和应等于合金的总质量Q0QS+QL=Q0液相中Ni的质量应为bQL,固相中Ni的质量应为aQS,合金中Ni的质量应为Q0cQ0c=aQS+bQL=(Q0-QL)a+bQLQL／Q0=(ac／ab)100%QS／Q0=(bc／ab)100%QS(c-b)=QL(b-a)组织组成物:F;Fe3CF;P0.77-0.45F=100%=43%0.77-0.020.45-0.02P=100%=57%0.77-0.02相组成物:6.69

5、-0.45F=100%=94%6.69-0.02P=1–WF=57%Fe3C=1-WF=6%0.020.450.776.69Cu—Ni相图测定下面以热分析法为例说明如何测绘Cu—Ni相图，其步骤如下：1. 按质量分数先配制一系列具有代表性成分不同的Cu—Ni合金。2.  测出上述所配合金及纯Cu、纯Ni的冷却曲线。3. 求出各冷却曲线上的临界点。纯Cu、纯Ni的冷却曲线上有一平台，表示其在恒温下凝固。合金的冷却曲线上没有平台，而为二次转折，温度较高的折点表示凝固的开始温度，而温度低的转折点对应凝固的终结温度。4.将各临界点分别投到对应的合金成分、温度坐标中，每个临界点在二

6、元相图中对应一个点。5.连接各相同意义的临界点(开始点或终了点)就得到了Cu—Ni合金的二元相图。4.1.2相图的建立二元相图的测定是根据各种成分材料的临界点（criticalpoint）绘制。临界点是表示物质结构状态发生本质变化的临界相变点。测定材料临界点有两种方法类型：(1)动态法：热分析法（thermalanalisismethod）、膨胀法、电阻法(2)静态法：金相法、X－ray衍射分析法这些方法主要是利用合金在相结构变化时，引起物理性能、力学性能及金相组织变化的特点来测定。热分析装置示意图热分析法测绘Cu—Ni相图4.1.3相平衡和相律1.相平衡的条件通过一些数学

7、推导和系统平衡条件dG=0可得：处于平衡状态下的多相(P个相)体系中，每个组元(共有C个组元)在各项中的化学势（chemicalpotential）都彼此相等。相平衡(phaseequilibrium)是一种动态平衡。2.相律相律(phaserule)是表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和相数之间的关系，是系统的平衡条件的数学表达式。相律数学表达式：f=c-p+2式中p—平衡相数c—体系的组元数f—体系自由度（degreesoffreedom）数2－温度和压力自由度数f：是指在保持合金系平衡相的数目不变的条件