二元合金相图的建立

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1、第八讲二元合金相图的建立第三节二元合金相图的建立一、主要内容：二元合金相图的表示方法二元合金相图的测定方法相律及杠杆定律二、要点：二元合金相图的表示方法，表象点的概念，二元合金相图的测定方法，相律，杠杆定律三、方法说明：说明二元相图的表示方法及应用，说明二元合金相图的测定方法，说明相律及相律的应用，在说明杠杆定律之前，应说明异分结晶的概念，对杠杆定律进行推导授课内容：一、二元相图的表示方法合金的熔炼都是在常压下进行的，所以合金的状态可以由成分和温度两个因素确定。二元合金相图通常用横坐标表示成分，纵坐标表示温度。在成分和温度坐标平面内的任意一点称为

2、表象点。二、二元合金相图的测定方法建立相图的方法有：实验测定和理论计算两种方法。热分析法测定二元合金相图的过程：二元相图是根据各种成分材料的临界点绘制的，临界点表示物质结构状态发生本质变化的相变点。测定材料临界点有动态法和静态法两种方法，如前者有热分析、膨胀法、电阻法等；后者有金相法、X射线结构分析等。相图的精确测定必须由多种方法配合使用。下面介绍用室温的冷却曲线，得到各临界点。图给出纯铜ω(Ni)为30％，50％，70％的Cu-Ni合金及纯Ni的冷却曲线。由图可见，纯组元Cu和Ni的冷却曲线相似，都有一个水平台，表示其凝固在恒温下进行，凝固温度

3、分别为1083℃和1452℃。其他3条二元合金曲线不出现水平台，而为二次转折，温度较高的转折点（临界点）表示凝固的开始温度，而温度较低的转折点对应凝固的终结温度。这说明3个合金的凝固与纯金属不同，是在一定温度范围内进行的。将这些与临界点对应的温度和成分分别标在二元相图的纵坐标和横坐标上，每个临界点在二元相图中对应一个点，再将凝固的开始温度点和终结温度点分别连接起来，就得到如图所示的Cu-Ni二元相图。由凝固开始温度连接起来的相界线称为液相线，由凝固终结温度连接起来的相界线称为固相线。为了精确测定相变的临界点，用热分析法测定时必须非常缓慢冷却，以达

4、到热力学的平衡条件，一般控制在每分钟0.5～0.15℃之内。一、相律相律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，是系统平衡条件的数学表达式。f＝c－p＋2当系统的压力为常数时，则为;f＝c－p＋1c是系统的组元数，p是平衡条件下系统中的相数，f是自由度数。自由度：是指在保持合金相数不变的条件下，合金可以独立改变的、影响合金状态的内部及外部因素的数目。相律的应用：1、可以确定系统中可能存在的最多平衡相数2、可以纯金属与二元合金结晶时的一些差别组成一个体系的基本单元，例如单质（元素）和化合物，称为组元。体系中具有相同物理与化学性

5、质的，且与其他部分以界面分开的均匀部分称为相。通常把具有n个组元都是独立的体系称为n元系，组元数为一的体系称为单元系。处于平衡状态下的多相（P个相）体系，每个组元（共有C个组元）在各相中的化学势都必须彼此相等。处于平衡状态的多元系中可能存在的相数将有一定的限制。这种限制可用吉布斯相律表示之：f=C-P+2式中，f为体系的自由度数．它是指不影响体系平衡状态的独立可变参数（如温度、压力、浓度等）的数目；C为体系的组元数；P为相数。对于不含气相的凝聚体系，压力在通常范围的变化对平衡的影响极小，一般可认为是常量。因此相律可写成下列形式：f=C-P+1相

6、律给出了平衡状态下体系中存在的相数与组元数及温度、压力之间的关系，对分析和研究相图有重要的指导作用。单元系相图单元系相图是通过几何图形描述由单一组元构成的体系在不同温度和压力条件下所可能存在的相及多相的平衡。现以水为例说明单元系相图的表示和测定方法。水可以以气态（水气）、液态（水）和固态（冰）的形式存在。绘制水的相图，首先在不同温度和压力条件下，测出水-汽、冰-汽和水-冰两相平衡时相应的温度和压力，然后，通常以温度为横坐标．压力为纵坐标作图．把每一个数据都在图上标出一个点，再将这些点连接起来，得到如图6所示的H2O相图。根据相律f=C-P+2

7、=3-P由于f≥0，所以P≤3，故在温度和压力这两个外界条件变化下，单元系中最多只能有三相平衡。OA，OB和OC3条曲线交于O点，它是汽、水、冰三相平衡点。根据相律，此时f＝0，因此要保此三相共存，温度和压力都不能变动。如果外界压力保持恒定（例如一个标准大气压），那么单元系相图只要一个温度轴来表示，如水的情况见图6.1（b）。根据相律，在汽、水、冰的各单相区内（f＝1），温度可在一定范围内变动。在熔点和沸点处，两相共存，f＝0，故温度不能变动，即相变为恒温过程。在单元系中，除了可以出现气、液、固三相之间的转变外，某些物质还可能出现固态中的同素异

8、构转变。除了某些纯金属，如铁等具有同素异构转变之外，在某些化合物中也有类似的转变，称为同分异构转变或多晶型转变。在二元合金相图中，有单相