材料科学基础 西交版第五章-二元系相图ppt课件.ppt

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1、5.3二元系相图本节应掌握的内容1.掌握三种典型的基本相图：匀晶相图（Cu-Ni合金相图）、共晶相图（Pb-Sn合金相图）、包晶相图（Pt-Ag合金相图）。2.掌握相律，杠杆定律及其应用。3.掌握二元合金相图中的几种平衡反应：共晶反应、共析反应、包晶反应、包析反应、偏晶反应、合晶反应、熔晶反应。4.熟练分析二元合金相图中合金的结晶转变过程及转变组织。5.了解二元合金的不平衡凝固过程,及伪共晶、不平衡共晶组织、离异共晶基本概念。6.简单了解根据相图大致推测材料的性能.5.3.1二元相图的表示法二元系(binarysystem)由于合金有成分(c

2、omposition)变化，所以其相图（phasediagram）需用纵、横两个坐标轴表示，纵轴表示温度，横轴表示成分如果合金系由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。二元合金相图的成分有两种表示方法：质量分数(W)和摩尔分数(x)。通常用质量百分数表示，在没有特别注明时，合金成分都是指质量百分数。5.3.2二元相图的建立相图的建立有实验测定和理论计算两种方法。二元相图的测定是根据各种成分材料的临界点（criticalpoint）绘制。临界点是表示物质结构状态发生本质变化的

3、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。Cu-Ni相图测定下面以热分析法为例说明如何测绘Cu-Ni相图，其步骤如下：1.配制一系列不同成分的Cu-Ni合金。2.熔化均匀后测出所配合金及纯Cu、纯Ni的冷却曲线。3.确定合金的凝固温度。求出各冷却曲线上的临界点。纯Cu、纯Ni的冷却曲线上有一平台，表示其在恒温下凝固。合金的冷却曲线上

4、没有平台，而为二次转折，温度较高的折点表示凝固的开始温度，而温度低的转折点对应凝固的终结温度。4.将各临界点分别投到对应的合金成分、温度坐标中，连接各相同意义的临界点(开始点或终了点）。每个临界点在二元相图中对应一个点。5.填写相区即得到Cu-Ni合金的二元相图。热分析装置示意图热分析法测绘Cu-Ni相图5.3.3二元相图中的点、线、区点（表象点）：其坐标值反映一个给定合金的成分和温度。根据表象点所在的相区，可以确定该合金在该温度下所处的状态（有哪些相）。线：液相线（liquidusline）：由凝固开始温度连接起来的线。固相线（solidu

5、sline）：由凝固终了温度连接起来的线。相区：相图中由相界线划分出来的区域称为相区（phaseregions），表明在此范围内存在的合金的平衡相类型和数目。在二元合金系中有单相区（singlephaseregion）、两相区（twophaseregion）、三相区（threephaseregion）。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。5.3.4杠杆法则（杠杆定律）(theleverrule)根据相律，二元系两相平衡共存时，f=c-p+1=1若T一

6、定，则f=0，说明两平衡相的成分也随之而定。杠杆的两个端点为给定温度时两相的成分点，而支点为合金的成分点。Wl×ab=Wα×bc或Wl／Wα=bc/ab杠杆法则的证明与力学比喻合金的总质量等于液固两相质量之和；合金中某组分（溶质）的质量等于两相中该组分（溶质）的质量之和。Wl×ab=Wα×bc或Wl／Wα=bc/ab两相的相对量关系很像力学中的杠杆原理，故称杠杆定律5.3.4杠杆法则（杠杆定律）应用：杠杆定律仅适应于平衡相图的两相区(1)确定两平衡相的成分(浓度)。(2)确定两平衡相的相对量。一、匀晶相图及固溶体的凝固匀晶相图概念由液相直接结

7、晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变完全具有匀晶转变的相图称为匀晶相图。特点：两组元在液态和固态都能无限互溶。晶体结构相同，原子半径（离子半径）相近这类相图：Cu-Ni、Au-Ag、Au-Pt、Fe-Ni、Cr-Mo、Fe-Cr等；二元陶瓷：CaO-MnO、NiO-CoO、CoO-MgO、NiO-MgO等5.3.5二元系相图的类型给定成分的合金，在给定温度下，处于平衡的两个相的成分都已完全确定，不能任意的改变。此时两相的成分（浓度）和相对含量都可以由杠杆定律确定。1.匀晶相图分析1.匀晶相图分析绝大多数二元相图都包括匀晶转变部分。两种特殊的匀晶相

8、图具有极小点：Au-Cu、Cr-Mo、Fe-Co具有极大点：Pb-Tl液、固两相的成分相同，此时用来确定体系状态的变量数应少掉一个，于是自由度f=c-p=2-2＝0