相图--材料科学基础课件

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1、第四章相图相图(Phasediagram)——描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的图解。表征——材料系统中相的状态与温度及成分之间关系的一种图形。水的P-T相图1一相体系——热力学所研究的原子、分子等集体称为系统或体系。相——在一个系统中，具有同一聚集状态的均匀部分称。二相律1相律热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度数之间的关系。第一节相图的基本知识22表达式温度和压力都变化时：f=c-p+2;压力一定时，f=c-p+1。3应用①确定系统中可能存在的最多平衡相数。如单元系2个，二元系3个。②解释纯金属与二元合金的结晶差别。纯金属结晶

2、——恒温；二元合金——变温。3二元相图的表示方法1状态与成分表示法温度－成分坐标系。坐标系中的点－表象点。成分表示：质量分数或摩尔分数。三、相图的表示与建立42相图的建立方法：实验法和计算法。过程：配制合金－测冷却曲线－确定转变温度－填入坐标－绘出曲线。用热分析法建立Cu-Ni相图53杠杆定律1）平衡相成分的确定（根据相律，若温度一定，则自由度为0，平衡相成分随之确定。）62）数值确定：直接测量计算或投影到成分轴测量计算。3）注意：只适用于两相区；三点（支点和端点）要选准。7第二节二元匀晶相图一匀晶相同及其分析1匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶

3、体的转变。2匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图。83相图分析两点：纯组元的熔点；两线：L,S相线；三区：L,α,L+α。9二、固溶体合金的平衡结晶1平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。2平衡结晶过程分析①冷却曲线：温度－时间曲线；10②相（组织）与相变（各温区相的类型、相变反应式，杠杆定律应用。）；③组织示意图；④成分均匀化：每时刻结晶出的固溶体的成分不同。113与纯金属结晶的比较①相同点：基本过程：形核－长大；热力学条件：⊿T>0；能量条件：能量起伏；结构条件：结构起伏。②不同点：合金在一个温度范围内结晶（可能性：相律分析；必要性：成分均匀

4、化。）——合金结晶是选分结晶：需成分起伏。12三、固溶体的不平衡结晶1原因：冷速快（假设液相成分均匀、固相成分不均匀）。2结晶过程特点：固相成分按平均成分线变化（但每一时刻符合相图）；结晶的温度范围增大；组织多为树枝状。13143成分偏析：晶内偏析：一个晶粒内部化学成分不均匀现象。枝晶偏析：树枝晶的枝干和枝间化学成分不均匀的现象。消除——扩散退火15晶内偏析组织及其示意图164稳态凝固时的溶质分布1）稳态凝固：从液固界面输出溶质速度等于溶质从边界层扩散出去速度的凝固过程。2）平衡分配系数：在一定温度下，固、液两平衡相中溶质浓度的比值。k0=Cs/

5、Cl17183溶质分布：液、固相内溶质完全混合（平衡凝固）－a;固相不混合、液相完全混合－b;固相不混合、液相完全不混合－c；固相不混合、液相部分混合－d。19204区域熔炼（上述溶质分布规律的应用）215成分过冷及其对晶体生长形态的影响1)成分过冷：由成分变化与实际温度分布共同决定的过冷。2)形成：界面溶质浓度从高到低－液相线温度从低到高。（图示：溶质分布曲线－匀晶相图－－液相线温度分布曲线－实际温度分布曲线－成分过冷区。）223)成分过冷形成的条件和影响因素条件：G/R

6、234成分过冷对生长形态的影响（正温度梯度下）G越小，成分过冷越大－生长形态：平面状－胞状-树枝状。24第三节二元共晶相图共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转变。共晶相图：具有共晶转变特征的相图。（液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应的相图。25共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）26一、相图分析（相图三要素）1点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点（是亚共晶、过共晶合金成分分界点）等。2线：液相线（结晶开始）、固相线（结晶结束线）；溶解度变化曲线。Pb-Sn相图273区：3个单相区（L、α、β）；3个两相区

7、（L+α、L+β、α+β）；1个三相线（区）。28共晶转变：E共晶点成分的液相在恒温下同时结晶出两个成分不同的固相（m点成分α的和n点成分的β）的转变。共晶产物的成分是否稳定？共晶反应前液相有什么要求？29共晶转变得到的新生成的两相混合物叫共晶体或者共晶组织（α+β）。水平线men为共晶反应线，简称共晶线。共晶相图中的合金：e点合金——共晶合金；共晶线上e点以左——亚共晶合金；共晶线上e点以右——过共晶合金；30成分位于m点以左和n点以右的合金——端部固熔体合金mf线为Sn在Pb中的溶解度线（或α相的固熔线）。温度降低，固溶体的溶解度下降。从固态

8、α相中析出的β相(Sn析出时不是以单质的形式析出，而是以固熔体的方式析出)称为二次β，常写作βⅡ。二次结晶可表示为：α→βⅡ。31ng线