第7章二元系相图及其合金的凝固ppt课件.ppt

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1、材料科学基础上海工程技术大学1第7章二元相图及其合金的凝固7.1相图的表示和测定方法7.2相图热力学的基本要点7.3二元相图分析7.4二元合金的凝固理论7.5高分子合金概述27.1相图的表示及测定方法相图：描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的图解。根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时可能发生的变化。相图仅在热力学平衡条件下成立，不能确定结构、分布状态和具体形貌。第七章二元相图及合金的凝固37.1.1相平衡条件和相律1.相平衡条件：各组元在各相的化学位相等。2.相律（1）相律：热力学平衡条件下，系

2、统的组元数、相数和自由度数之间的关系。（2）表达式：f=c-p+2;压力一定时，f=c-p+1。（3）应用：可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。确定相变的临界点。7.1相图的表示及测定方法47.1.2相图的表示与建立1.状态与成分表示法状态表示：温度－成分坐标系。成分表示：质量分数或摩尔分数。2.两种成分表示方法的换算：Ara为A的原子量，Arb为B的原子量7.1相图的表示及测定方法57.1.2相图的表示与建立相图的建立：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。绘制相图包括计算

3、法和实验法。实验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。7.1相图的表示及测定方法67.1.2相图的表示与建立4.室温冷却法实验过程：配制合金测冷却曲线（缓慢冷却0.5～0.15℃/min)确定转变温度填入坐标绘出曲线。举例：匀晶相图7.1相图的表示及测定方法77.1.2相图的表示与建立例题1.固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：(a)成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分；(b)若首先凝固出来的固体成分含60%B，合金的成分为多少？(

4、c)成分为70%B的合金最后凝固的液体成分；(d)合金成分为50%B，凝固到某温度时液相含有40%B，固体含有80%B，此时液体和固体各占多少分数？7.1相图的表示及测定方法87.2相图热力学的基本要点7.2.1固溶体的自由能-成分曲线固溶体的自由能G=xAμA+xBμB+ΩxAxB+RT（xAlnxA+xBlnxB）G0ΔHm-TΔSm其中：Ω=NZ[VAB－（VAA+VBB）/2]为A，B原子间相互作用参数，与原子间结合能有关;Z：配位数；V：原子间的结合能。)7.2相图热力学的基本要点97.2.1固溶体的自由能-成分曲线2.G是G0、ΔHm、

5、-TΔSm的综合结果。按不同的Ω情况，分别作出某个给定温度下的固溶体G-X成分曲线，如下图示7.2相图热力学的基本要点107.2.1固溶体的自由能-成分曲线3.相互作用参数Ω的物理意义：当Ω＜0，即eAB＜(eAA＋eBB)/2时，A-B对的能量低于A-A和B-B对的平均能量，所以固溶体的A，B组元互相吸引，形成短程有序分布，在极端情况下会形成长程有序，此时ΔHm＜0。在整个成分范围内，G曲线为U形，只有一个最小值，其曲率d2G/dx2均为正值。7.2相图热力学的基本要点113.相互作用参数Ω的物理意义：当Ω＝0，即eAB=(eAA＋eBB)/2时

6、，A-B对的能量等于A-A和B-B对的平均能量，组元的配置是随机的，这种固溶体称为理想固溶体，此时ΔHm＝0。Ω=0的情况，曲线也是U形。当Ω＞0，即eAB>(eAA＋eBB)/2时，A-B对的能量高于A-A和B-B对的平均能量，意味着A-B对结合不稳定，A，B组元倾向于分别聚集起来，形成偏聚状态，此时ΔHm＞0。Ω＞0情况：自由能-成分曲线有两个最小值，即E和F。在拐点(d2G/dx2=0)q和r之间的成分内，曲率d2G/dx2＜0，故曲线为∩形；在E和F之间成分范围内的体系，都分解成两个成分不同的固溶体，即固溶体有一定的溶混间隙。7.2相图热力

7、学的基本要点127.2.2多相平衡的共切线原理化学位：偏摩尔吉布斯自由能。用表示。两组元固溶体中组元化学位的确定：在自由能—成分曲线上，过成分点的切线与两纵轴的交点。相平衡的条件：两组元在各相中的化学位分别相等。A=A=……多相平衡的共切线原理：在自由能—成分曲线上，表现为各曲线间有公切线。7.2相图热力学的基本要点137.2.3从自由能－成分曲线推测相图7.2相图热力学的基本要点147.2.3从自由能－成分曲线推测相图7.2相图热力学的基本要点157.2.4二元相图的几何规律相图中所有的线条都代表发生相变的温度和平衡相的成分，平衡相成分

8、必须沿相界线随温度变化。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，而不能以一条线为界。两个两相区必须以单相区