第7章___二元系相图和合金的凝固ppt课件.ppt

《第7章___二元系相图和合金的凝固ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第七章二元系相图和合金的凝固与制备原理二元相图中的成分在国家标准有两种表示方法：质量分数（ω）和摩尔分数（x），两者换算如下：7.1相图的表示和测定方法式中，ωA，ωB分别为A，B组元的质量分数；ArA，ArB分别为组元A，B的相对原子质量；xA，xB分别为组元A，B的摩尔分数，并且ωA+ωB=1（或100％），xA+xB=1（或100％）。相图测定方法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。动态法热分析法膨胀法电阻法静态法金相法X射线结构分析精确测定相图需多种方法配合使用下面介绍用热分析法测量临界点来绘制二元相图的过程。测定条件：冷却需非常缓慢

2、，保持热力学平衡。热分析装置示意图二元相图的线、区由凝固开始温度连接起来的线成为液相线。由凝固终了温度连接起来的线成为固相线。相图中由相界线划分出来的区域称为相区，表明在此范围内存在的平衡相类型和数目。在二元合金系中有单相区、两相区、三相区。单相区内、f=2，T和成分都可变。双相区内、f=1，T和成分只有一个可以独立变化。若三相共存、f=0，T和成分都不变，属恒温转变。由相率可知，二元系最多只能三相共存，且在相图上为水平线，如图7.2。7.2相图热力学的基本要点相图通常是通过大量的实验测定后绘制出来的，但由于各种原因可能使相图中的某些相区难以测定或者使相图的测定存在误差。为此，我们需要应用相

3、图热力学知识来计算相图，计算机技术的发展，为开展这方面的工作奠定了良好的基础。本节的主要目的是应用相图的热力学的基本原理来分析相图。7.2.1固溶体的自由能一成分曲线利用固溶体的准化学模型可以计算固溶体的自由能。固溶体准化学模型只考虑最近邻原子间的键能，因此对混合焓ΔHm作近似处理。若假定固溶体的溶剂原子溶质原子半径相同，两者的晶体结构也相同，而且无限互溶，由此可得组元混合前后的体积不变，即混合后的体积变化ΔVm＝0。除此之外，准化学模型只考虑两种组元不同排列方式产生的混合墒ΔSm，而不考虑温度引起的振动熵。7.2相图热力学的基本要点7.2.1固溶体的自由能一成分曲线由此可得固溶体的自由能为

4、7.2.1固溶体的自由能一成分曲线从固溶体的自由能表达式可知，是成分(摩尔分数x)的函数，因此可按三种不同的情况，分别作出任意给定温度下的固溶体自由能—成分曲线，如图所示。7.2.1固溶体的自由能一成分曲线A、B两组元相互作用参数的不同，导致自由能—成分曲线的差异，其物理意义为：由式可知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，此时混合焓ΔHm＜0。7.2.1固溶体的自由能一成分曲线由式可知表明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，此时混合焓ΔHm=0。7.

5、2.1固溶体的自由能一成分曲线由式可知表明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大于0。7.2.2多项平衡的公切线原理在任意一相的吉布斯自由能—成分曲线上每一点的切线，其两端分别与纵坐标相截，与A组元的截距表示A组元在固溶体成分为切点成分时的化学势μA；而与B组元的截距表示B组元在固溶体成分为切点成分时的化学势μB。7.2.2多项平衡的公切线原理在二元系中，当两相(例如为固相α和固相β)平衡时，热力学条件为即两组元分别在两相中的化学势相等，因此，两相平衡时的成分由两相自由能—成分曲线的公切线所确定，如图所

6、示。7.2.2多项平衡的公切线原理由图可知式中，＝1，根据上述相平衡条件，可得两者切线斜率相等。其切点所示的成分分别表示α、β两相平衡的成分，切线与A，B组元轴相交的截距就是A，B组元在该条件下的化学势。7.2.2多项平衡的公切线原理7.2.3混合物的自由能和杠杆法则由于相界面上的原子数量很少，近似地可以忽略界面的能量。多相合金的自由焓就等于各相自由焓的和。设由A，B两组元所形成的α和β两相，它们物质的量为n1摩尔、n2摩尔，摩尔吉布斯自由能为Gm1、Gm2。又设α和β两相中含B组元的摩尔分数分别为x1和x2，则混合物中B组元的摩尔分数为而混合物的摩尔吉布斯自由能为7.2.3混合物的自由能和

7、杠杆法则由上两式可得上式表明，混合物的摩尔吉布斯自由能Gm应和两组成相α和β的摩尔吉布斯自由能Gm1和Gm2在同一直线上，并且x位于xl和x2之间。该直线即为α相和β相平衡时的共切线，如图所示。7.2.3混合物的自由能和杠杆法则两平衡相共存时，多相的成分是切点所对应的成分x1和x2，即固定不变。此时，可导出：上式称为杠杆法则，在和两相共存时，可用杠杆法则求出两相的相对量。如果已知各组成相在某一温度、压力下的G