相图的基本知识及匀晶相图.ppt

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1、相图的基本知识一：相平衡条件相平衡是指合金系中参与相变过程的各相长时间不再互相转化（指成分和相对量）时所达到的平衡。而相平衡的热力学条件是，合金系中各组元在各平衡相中的化学势（偏摩尔自由能）彼此等，。从动力学角度来说相平衡是一种动态平衡，即在各相达到平衡时，相界面两侧附近的原子仍在不停地转移，只是在同一时间内各相之间的转移速度相等。相平衡的推导：由热力学可知，一个多元系中各组元含量在变动时会引起该合金系自由能的变化，因吉布斯自由能G是温度T、压力P，以及各组元含量的函数，则，经微分运算和整理后可得：S和V分别为体系的总熵和总体积，表示各组元量改变时引起体系自由能的变化，是组

2、元i的偏摩尔自由能，也称为组元i的化学势，它代表体系内物质传输的驱动力。当某组元在各相中的化学势相等时，由于没有物质迁移的驱动力，体系便处于平衡状态。在等温等压条件下，在等温等压条件下，设体系中有α和β两相，当有极少量（dni)的i组元从α相转到β相中时，体系自由能的变化为：若C个组元P个相，则其相平衡条件为：二、相律：在平衡条件下多元多相系中组元数与相数之间的关系。自由度数独立组分数（组元数）平衡相数外界因素f：自由度数在温度、压力、组分浓度等可能影响系统平衡状态的变量中，可以在一定范围内任意改变而不会引起旧相消失或新相产生的独立变量的数目。相律的推导设某一多元多相体系中

3、，有C个组元，P个相。每个相的独立可变因素只是温度、压力和其成分（即所含各组元的浓度）。确定每个相的成分，只需确定（C－1）个组元的浓度，因体系有P个相，故有P（C－1）个浓度变量。再加上温度和压力两个变量，则描述体系的状态共有P（C－1）+2个变量。平衡状态时，个方程式表明各相化学位的关系，因化学势是浓度的函数，所以用来确定体系状态的这些变量中，有个浓度变量是不能独立改变的，因此反映整个体系状态的自由度数为：对于不含气相的凝聚系统，可视为恒压条件，即n=1相律表述为：f=C－P+1f=0，无变量系统；f=1，单变量系统；f=2，双变量系统例：纯金属结晶时，P=2，c=1,

4、则f=1－2+1=0，结晶只能在恒温下进行二元合金，在两相平衡条件下，P=2，c=2,则f=2－2+1=1，还有一个可变因素，一般是在一定温度范围内结晶；当出现三相平衡时，f=2－3+1=0，结晶在恒温下进行。三：相图的建立相图：用图的形式表明一个合金系的成份、温度和相态之间的关系。配制几组成分不同的合金；测出上述合金的冷却曲线；根据各条曲线上的转折点确定合金的临界点；将各临界点引入相图坐标的相应位置上，然后把各相同意义的临界点联起来，就得到了合金相图。二元合金相图建立（二元匀晶相图）1、点：相图中两端点分别为纯组元Cu，Ni的熔点。2、线：红色曲线为液相线。不同成分的合金

5、加热到该线以上时全部为液相，冷却到该线时开始凝固出α固溶体。蓝色曲线为固相线。各不同成分的合金加热到该线时开始熔化，而冷却到该线时全部转变为α固溶体。3、相区：液相线以上为液相单相区，用L表示；固相线以下为固相单相区，用α表示；α是Cu-Ni互溶形成的置换式无限固溶体。在液、固相线之间为两相平衡区，用L+α表示。4、匀晶转变：从液相中直接凝固出一个固相的过程，称为匀晶转变。一般用L→α表示。Cu-Ni相图匀晶合金结晶过程二、固溶体合金的平衡凝固及组织平衡凝固：指合金从液态很缓慢地冷却，使合金在相变过程中有充分时间进行组元间的互相扩散，每个阶段都能达到平衡，达到平衡相的均匀成

6、份。----匀晶合金结晶过程从液相中析出匀晶固相（固溶体）的成分变化-----析出固相成分沿固相线变化-----剩余液相成分沿液相线变化-----液相成分变化和固相成分变化同步进行，并遵守杠杆定律与纯金属相比，固溶体合金凝固过程有两个特点：·1、固溶体合金凝固时析出的固相成分与原液相成份不同，需成份起伏。α晶粒的形核位置是那些结构起伏、能量起伏和成分起伏都满足要求的地方。·2、固溶体合金凝固时依赖于异类原子的互相扩散。三：杠杆定律杠杆定律的两端一定是单相杠杆的杆是某一温度杠杆的支点即是研究合金的平均成分杠杆定律是计算双相的重量百分含量在二元相图中，当两相处于平衡共存的两相区

7、时，两相的质量比可以用杠杆定律求得。例如在T温度时，液相L和固溶体α达到平衡，液、固两相质量百分数分别为WL、Wα,则有：WL/Wα=bc/ab如果把abc看作一根杠杆，上式中的WL/Wα恰好与它们的杠杆臂成反比关系。杠杆定律只适用于两相平衡区。四、固溶体合金的非平衡凝固和组织总结：不平衡凝固时，液、固相在各温度时的平均成分偏离了平衡凝固时的液、固相线；并且偏离程度的大小主要取决于冷却速度，冷却速度越大，偏离的程度越大，反之相反。由于液相中原子的扩散速度比固相中的快，因此其平均成分线偏离的程度比固相平均成分线小。在