材料科学基础第三章模板ppt课件.ppt

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1、第三章材料的相结构及相图（之二）10/5/20211本章主要内容相与相平衡的基本概念，杠杆规则；二元系统各种类型相图的基本特点和阅读分析；三元相图的基本概念，三元匀晶相图，简单三元共晶相图。10/5/20212为什么要研究相图？10/5/202133.2.1相图的基础知识一、相与相平衡1.相(Phase)在一个系统中，成分、结构相同，性能一致的均匀的组成部分叫做相，不同相之间有明显的界面分开,该界面称为相界面。注意：相在物理性能和化学性能上是均匀的。相界面和晶界的区别。10/5/202142.相平衡在某一温度下，系统中各个相经过很长时间也不互相转变，处

2、于平衡状态，这种平衡称为相平衡。(反之称为非平衡相）各组元在各相中的化学势相同。AAB热力学动态平衡10/5/202153.组元与独立组分组元通常是指系统中每一个可以单独分离出来，并能独立存在的化学纯物质，在一个给定的系统中，组元就是构成系统的各种化学元素或化合物。化学元素：Cu,Ni,Fe等化合物：Al2O3,MgO,Na2O,SiO2等独立组分是指决定一个相平衡系统中多相组成所需要的最少数目的化学纯物质，它的数目称为独立组分数，用字母C表示。按（独立）组元数目，将系统分为：一元系统、二元系统、三元系统……10/5/202164自由度和吉布斯相律自由

3、度是指在平衡系统中那些独立可变因素的最大数目，以符号f表示。吉布斯相律是指处于热力学平衡状态的系统中自由度与组元数和相数之间的关系定律：f+p=c+n10/5/20217只考虑温度和压力对系统平衡状态的影响:F=C-P+2凝聚系统:F=C-P+1式中的P称为相数，显然在f＝0时，P最大。10/5/20218几点说明：(1)相平衡是研究多相体系的平衡状态如何随温度、压力和组分浓度等变数而改变的规律；(2)相图是根据多相平衡的实验结果而绘制的几何图形；又称状态图；（3）相图中的平衡状态的概念。只适用于热力学平衡状态，各相温度相等（热量平衡）、各相压力相等（

4、机械平衡）、各相化学势相等（化学平衡）。（4）相律只表示体系中组元和相的数目，不能指明组元和相的类型和含量。（5）不能预告反应动力学（即反应速度问题）。10/5/20219单元系统的相图组元数C=1根据相律：F=1-P+2=3-P∵F≥0,∴P≤3若，P=1，则F=2∴可以用温度和压力作坐标的平面图(p-T图)来表示系统的相图。若，F=0，则P=3，即最多有三相平衡。10/5/202110水的相图10/5/20211110/5/20211210/5/20211310/5/202114二元系相图二元凝聚系统有两个组元，根据相律：F=C-P+1，二元系统最

5、大的自由度数目F=2，这两个自由度就是温度和成分。故二元凝聚系统的相图，仍然可以采用二维的平面图形来描述。即以温度和任一组元浓度为坐标轴的温度-成分图表示。10/5/202115二元相图的表示法如果合金系由A、B两组元组成，横坐标一端为组元A，而另一端为组元B，那么体系中任一成分合金都可以在横坐标上找到相应的点。根据国标，二元合金成分可以有两种表示方法：质量分数(W)和摩尔分数(x)。但通常多数用质量百分数表示，在没有特别注明，合金成分都是指质量百分数。若A、B为单质，质量百分数和摩尔分数之间可以换算。10/5/202116二元相图的建立方法：二元相图

6、的测定或建立是根据各种成分材料的临界点（criticalpoint）绘制的。临界点是表示物质结构状态发生本质变化的临界相变点。测定材料临界点有两种方法类型：(1)动态法：热分析法（thermalanalisismethod）、膨胀法、电阻法(2)静态法：金相法、X－ray衍射分析法这些方法主要是利用合金在相结构变化时，引起物理性能、力学性能及金相组织变化的特点来测定。当然，现在还有使用计算机，通过热力学数据的计算结果来绘制相图的方法。10/5/202117热分析法画制Cu-Ni相图10/5/202118Cu-Pb合金相图10/5/202119杠杆规则1

7、0/5/202120上式也可写成：杠杆规则示意图10/5/202121二元相图的基本类型（1）均晶相图当两个组元化学性质相近，晶体结构相同，晶格常数相差不大时，它们不仅可以在液态或熔融态完全互溶，而且在固态也完全互溶，形成成分连续可变的固溶体，称为无限固溶体或连续固溶体，它们形成的相图即为均晶相图(Isomorphoussystem)。10/5/202122均晶相图分析：10/5/20212310/5/20212410/5/20212510/5/202126杠杆规则的应用10/5/202127均晶结晶的特点：固溶体的结晶是在一个温度范围内完成的。纯金属

8、F=0固溶体F=1结晶出的固相与共存液相的成分不同结晶过程中固相和液相的成分在不断变化，因此有