材料科学基础I 5-8 三元合金相图课件.ppt

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1、§5-8三元合金相图一、概述工业上使用的金属材料大多含有2种以上的主要合金元素，当第3种元素含量较低、对合金状态影响不大时，仍可以应用二元合金相图，但是如果第3种元素对合金的状态、组织、性能影响不能忽略时，就要用三元合金相图来分析了。工程上使用的许多材料是三元或多元的。常用的三元合金有：合金钢Fe-C-M（M是合金元素，如Si,Mn,Ti,V等）轴承钢Fe-C-Cr不锈钢Fe-Cr-Ni高锰（耐磨）钢Fe-C-Mn铸铁Fe-C-Si铝合金Al-Mg-Si,Al-Cu-Mg等陶瓷材料有：硅酸盐产品CaO-Al2O3-SiO2耐火材料MgO-Al2O3-

2、SiO2可见，三元相图有重要的实用价值。但三元相图测定困难，工作量太大，完整的三元相图资料不多。现有的也多是局部的截面图或投影图。1、三元合金的成分表示方法成分（浓度）三角形采用等边三角形表示三个组元的成分。三角形的三个顶点分别为3个组成元素（100％），三角形内任一点（如o点），即可代表任一三元合金的成分。确定o点合金成分的具体方法：通过o点分别作三角形3个边的3条平行线，则Ca=wA，即o点合金中A组元的含量；同样，Ab=wB，Bc=wC。证明：根据等边三角形的性质Ca+Ab+Bc=AB=BC=CA=1所以，wA+wB+wC=1=100%例：在成

3、分三角形ABC中确定三元合金40％A-30%B-30%C的成分点。先在成分三角形的3条边上找出各组元的含量点，通过这3个点作出3条平行线，它们的交点就是该合金的成分点。成分三角形的两条特殊直线平行于一边的直线——等量规则此直线上任一点都含有等量的对面顶点的组元。如右上图所示，直线MN上任一点合金的C%相等。通过三角形顶点的直线——等比规则此直线上任一点合金的其他（直线为通过顶点的）两种组元含量之比不变。如右下图所示，直线CD上任一点的合金：wA/wB=常数2、三元相图的表示方法三元相图以成分三角形作水平面，以垂直于成分三角形平面的纵轴表示温度，整个三

4、元相图是一个三角棱柱的立体图形。由于立体图复杂，测定困难，实际经常使用的是等温（水平）截面图、垂直截面图、和投影图。3、三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心法则直线法则与杠杆定律在三元相图的水平截面中的二相区，合金o此温度为L+α状态，则此时合金平均成分、液相和固相成分必在一条直线上，且平均成分点在液、固相成分点之间。这就是直线法则，这条直线称为共轭线。共轭线——又称两相平衡连接线同一种合金在不同温度时的共轭线不同（长度、方向），一般随温度下降绕O点旋转。共轭线两端点表示该温度时平衡的两相的成分点。只有在共轭线上才能应用杠杆定律。共轭线是由实

5、验测出的。应用杠杆定律计算此温度时L相和α相的相对量：重心法则在三元相图的水平截面中的三相区（直边三角形——共轭三角形），合金O此温度为3相共存状态。共轭三角形的三个顶点分别为三个相的成分点，过共轭三角形的三个顶点和合金平均成分点分别作三条直线，即可利用杠杆定律分别计算出三个相的相对量：由于O点象共轭三角形的重心，所以称为重心法则。注意，直线法则、杠杆定律和重心法则仅适用于三元相图的等温（水平）截面。二、三元匀晶相图1、立体相图分析液相面，固相面相区：液相区——液相面以上区域固相区——固相面以下区域二相区——液相面和固相面之间的区域立体相图的用途应用

6、立体相图可以分析某成分的合金的冷却凝固过程，与二元相图类似。例如，分析合金o的冷却凝固过程：温度降低到液相面开始结晶出固相α，随着温度继续下降，液相逐渐减少，固相逐渐增多，温度低于固相面时液相全部转变成固相。凝固过程中，液相成分沿液相面变化，固相成分沿固相面变化。水平截面的用途用于分析某一温度下不同成分三元合金的状态，可以应用直线法则、杠杆定律、重心法则计算相的相对量。2、水平截面分析水平截面有3个区域：L，L+α，α合金o此温度为L+α二相共存。在共轭直线上应用杠杆定律计算L、α相的相对量为：说明：液、固二相的成分是由实验测得的。3、等温线投影

7、图分析将立体相图投影到成分三角形上，所得图形就是投影图。由于三元匀晶相图简单，投影图反映不出温度信息，所以把不同温度的水平截面与液相线、固相线的交线投影到成分三角形上，如图所示。如果把合金O在不同温度的共轭直线投影到成分三角形上，则共轭线两端点的轨迹投影的形状象蝴蝶，因此称为碟形线。对于三元合金两相平衡共存时，只有测得其中一相的成分，才能确定另一相得成分。4、垂直（变温）截面图分析为了方便通常取通过两条特殊直线的垂直截面。垂直截面的用途分析成分在该垂直截面上的合金在一定温度时的状态。说明：在垂直截面上不能应用杠杆定律计算相的相对量。垂直截面与水平

8、截面图都是由实验测得的，并非由立体相图截得。相反，三元立体相图则是由一系列的水平截面和垂直截面作出的。三、简