第5章 三元合金相图

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1、金属学原理第5章三元合金相图由A-B-C三组元组成的合金称三元合金，其相图称三元相图。要确定三元合金的成分，必须给出其中两个组元的成分。所以，在三元相图中表示成分的坐标轴有两个。5-1三元相图成分表示方法cABCabP在三元相图中表示成分的两个坐标轴原则上可以交成任何角度，但一般采用等边三角形的三个边表示。设P为等边三角形内任意点，从P点分别做三条边的平行线，交三条边于a、b、c点。根据等边三角形的几何性质：因此，可用Cb、Ac、Ba表示A、B、C的成分。这样，三角形中每一点都表示一个三元合金的成分。该三角形称浓度三角形，或成分三角形。5

2、-2三元相图中的定量法则一、直线法则二元合金处于两相平衡时，自由度f=2-2+1=1，温度和成分两个变量中只有一个可以独立改变，如当温度一定时，两个平衡相的成分是确定的。三元合金处于两相平衡时，f=3-2+1=2，当温度一定时，两个平衡相中，只有一个相的成分可独立改变。当温度和其中一个相的成分一定时，剩余相的成分是确定的。假设某三元合金的成分点为P，在某一温度下，该合金处于α、β两相平衡，两相的成分点为a、b（P133图4）。可以证明（P133），此时，a、b、P三成分点在一条直线上，且P点位于a、b之间。这一规律称直线法则。二、杠杆定律

3、三元相图中的杠杆定律与二元相图中的类似，即同样也只适用于两相区，但形式上略有不同，在直线法则的基础上：，三、重心法则三元合金处于α、β、γ三相平衡时，f=3-3+1=1。当温度一定时，三个平衡相的成分是确定的，其成分点a、b、c构成一个三角形。若将成分比喻成重量，则合金的成分点P一定落在成分点a、b、c43金属学原理三角形的重心处，这一规律称重心法则。其数学表达式为（证明见P135）c'abcPa'b'其实，重心法则可看作是直线法则和杠杆定律的变形。5-3三元匀晶相图三组元在液、固态都能无限互溶的相图称三元匀晶相图。一、相图分析P135图

4、7。底面为浓度三角形，用来表示合金的成分。纵坐标还是温度。三个侧面不含第三组元，是三个二元匀晶相图。二元合金中加入第三组元后，液相线变成一个曲面，称液相面，固相线变成固相面。相图中有两个单相区，一个是液相面以上的液相区L，另一个是固相面以下的固溶体相α。中间是一个两相区L+α。二、平衡结晶过程当合金冷却到液相面温度时，开始发生匀晶转变L→α，进入两相区。自由度f=3-2+1=2，如前所述，温度一定时，一个相的成分可独立改变，即成分不能确定。若用一水平面与相图相截，分别与液相面、固相面交于两条平面曲线。虽然两个相成分不能确定，但成分点一定落

5、在两个平面曲线上，且满足直线法则。随着温度的降低，α相逐渐增加，L相逐渐减少。当温度降到固相面温度时，结晶完成。三元合金的结晶过程与二元合金类似，也包括形核、长大过程，也需要形核功、结构起伏、能量起伏。三、等温截面图从上面的结晶过程可知，三元合金发生匀晶转变时，相成分不能确定，因此也不能用杠杆定律确定某温度下，各相的对含量。若用水平面（等温截面）去截两相区，截得的图形称等温截面图，是两条平面曲线，要确定组成相的成分必须通过试验测得其中一相的成分，另一相的成分可由直线法则确定。连接两个相成分的水平直线称共轭线。等温截面图一般应包括共轭线。4

6、3金属学原理若给出结晶过程中，一系列温度的等温截面图，就可知道在各温度时的组成相、各组成相的成分及其相对含量。必须说明，等温截面图不是先通过试验绘制立体模型后再截出来的，情况正好相反，先通过试验绘制水平截面图，之后再绘制成立体模型。因此，试验时，两平衡相的成分都要测量。四、变温截面图（垂直截面图）P138图10。垂直截面图只能反映合金在冷却时，在那些温度开始发生转变，组成相是什么，但不知道组成相的成分和相对含量。五、投影图当不同的相区接触时可能是面接触，也可能是点接触或面接触。将三元相图中的一些点和线垂直投影到浓度三角形上，得到的图形称投

7、影图。三元匀晶相图比较特殊，相区之间只有面接触，无点接触和线接触。所以其投影图也很特殊，什么都没有。为了反映液相面和固相面的走势和变化的平缓度，我们用类似军用地图的表示方法，画出等高线，见P139图11。根据投影图，可以定性的判断不同合金在冷却过程中，发生各类转变的顺序、室温组织，但不知道发生相转变的具体温度、相成分和相对含量，只有少数特殊情况可以知道相成分和相对含量。5-4三元共晶相图一、组元在固态完全不溶的共晶相图（一）相图分析1、点线的变化P139图12。侧面是三个固态完全不溶的二元共晶相图。加入第三组元后，液相线变成三个液相面；二

8、元共晶点变成三条二元共晶线（液相面交线），这种表示相成分的线称单变量线；二元相图中的三相平衡等温转变线变成三个三相区（f=3-3+1=1），三相区是立体空间。成分为E点的合金，冷却到E点温度室