相图的建立及匀晶相图分析

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1、本章知识结构二元合金相图的建立相图分析二元相图的分析和使用匀晶相图及固溶体的凝固共晶相图及合金的凝固包晶相图及合金的凝固其他类型的二元合金相图合金中的相及相结构13.2二元合金相图的建立（1）相平衡条件在平衡条件下，合金系中各相的成分保持着相对的稳定性，宏观上没有组元在相间转移。在恒温恒压下，相间成分的改变引起的体系自由能的变化等于组元的转移量和它们在各相化学位乘积的叠加，即式中为i组元的化学位；dni为i组元在相间的转移量。化学位差是组元在相间转移的驱动力。2（1）相平衡条件如果dni的i组元从α相中转移到β相中，则体系的自由能变化在平衡条件下d

2、G=0,故既α、β两相平衡的条件是，两相中同一组元的化学位相等。若合金有n个组元，P个相，则它们的平衡条件可以写成：……….3（2）相律在平衡条件下，合金的组元数和相数之间存在一定的关系，这种关系称为相律。Gibbs相律：在只受外界温度和压力影响的平衡系统中，它的自由度数等于系统的组元数和相数只差再加上2。式中f为系统的自由度数；C为系统的组元数；P为相数。所谓的系统的自由度数，就是平衡系统的独立可变因素（如温度、压力、浓度等）的数目。这些因素可在一定范围内任意独立地改变而不会影响到原有的共存相数和状态，即不会影响原有的平衡状态。对于不含气相的凝聚

3、系统，通常范围的压力改变对平衡影响极小，一般可忽略压力的影响，则自由度数f=C-P+143.2二元合金相图的建立（3）二元相图表示方法二元合金相图常用温度、成分相图，表示合金的状态随成分和温度变化而发生变化的情况。二元Pb-Sb合金相图5在相图中，任意一点都叫“表象点”。一个表象点的坐标值反映一个给定合金的成分和温度。在相图中，由表象点所在的相区可以判定在该温度下合金由哪些相组成。二元合金在两相共存时，两个相的成分可由过表象点的水平线与相界线的交点确定。6二元相图中的成分按国家标准有两种表示法：①质量分数（w）：②摩尔分数（x）：式中：wA、wB分

4、别为A、B组元的质量分数；xA、xB分别为A、B组元的摩尔分数，RA、RB分别为A、B组元的相对原子质量。7建立相图的关键是要准确地测出各成分合金的相变临界点（临界温度）。临界点：物质结构状态发生本质变化的相变点。测临界点的方法通常有热分析法、硬度法、金相分析、X射线结构分析、磁性法、膨胀法、电阻法等。由于合金凝固时的结晶潜热较大，结晶时冷却曲线上的转折比较明显，因此常用热分析法来测合金的结晶温度，即测液相线、固相线。（4）二元相图的建立8热分析法利用合金在转变时伴有热学性能变化的特性，通过测量系统温度的变化来得到临界温度，从而建立起相图。910热

5、分析法建立二元合金相图的步骤将给定两组元配制成一系列不同成分的合金；将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它们的冷却曲线；找出各冷却曲线上的相变临界点（曲线上的转折点）；将各临界点注在温度——成分坐标中相应的合金成分线上；连接具有相同意义的各临界点，并作出相应的曲线；用相分析法测出相图中各相区（由上述曲线所围成的区间）所含的相，将它们的名称填入相应的相区内，即得到一张完整的相图。11铜-银合金相图12热膨胀法测定相图热膨胀法利用材料在发生转变时伴随有体积变化的特性，通过测量试样长度随温度的变化得到临界点，从而作出相图。13电阻法测定相图电阻法

6、利用材料电阻率随温度的变化来建立相图的。14杠杆定理是利用相图确定和计算合金在两相区中，两平衡相的成分和相对量的方法，由于它与力学中的杠杆定律很相似，故称为杠杆定律。WLWSa(X1)b(X2)o(X)（5）杠杆法则15相图中所有的线条都代表发生相转变的温度和平衡相的成分，所以相界线是相平衡的体现，平衡相成分必须沿着相界线随温度而变化；（6）二元相图中的几何规律16两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界，两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开，也就是说，在二元相图中，相邻相区的相数差为1(点接触情况除外)，这个规

7、则称为相区接触法则；17二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示恒温反应，在这条水平线上存在三个表示平衡相的成分点，其中两点应在水平线的两端，另一点在端点之间，水平线的上下方分别与三个两相区相接；18当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区内。19由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。两组元在液态无限溶解，在固态无限固溶，并且发生匀晶反应的相图，称为匀晶相图。3.4匀晶相图及固溶体的凝固（1）相图分析TbTa20点：相图中Ta，Tb点分别为纯组元Cu，Ni的熔点。线：TaTb凸曲线为液相线。

8、各不同成分的合金加热到该线以上时全部转变为液相，而冷却到该线时开始凝固出α固溶体。TaTb凹曲线为固相线。各不同成分的合金