材料科学基础I__第七章__(相图)ppt课件.ppt

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1、第七章二元相图及合金的凝固亚共晶Pb-Sn合金的显微组织照片几种基本相图匀晶相图（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）相律，杠杆定律及其应用§引言相图(Phasediagrams)是一个材料系统在不同的化学成分、温度、压力条件下所处状态的图形表示，因此，相图也称为状态图。由于相图都是在平衡(Equilibrium)条件（极缓慢冷却）下测得的，所以，相图也称为平衡相（状态）图。相图中的相(Phase)是指具有相同的状态（气、液、固）、相同的化学成分和结构的区域。对于成分单一的纯物质，如纯水、

2、纯金属、纯氧化物等，由于没有成分的变化，一般采用压力(Pressure)-温度(Temperature)相图(PTphasediagrams)。对于常用的合金相图，因为压力的影响很小，况且一般都是处在1个大气压的条件下，所以不再把压力当作变量考虑，而采用温度-成分相图。本章所介绍的主要是这一类的二元合金相图。纯铁的T-P相图铜-银合金(的T-C)相图水的T-P相图我们可以从相图中得到许多重要的信息：1某一成分的合金，在一定的温度所处的状态及相的组成；2合金在冷却过程中发生了哪些反应或转变，以及发生反应或转变的开始与终了温度；3一定成分的合金

3、室温下具有什么样的平衡组织，进一步可以根据组织与性能的关系，预测材料的性能；4相图与材料的加工工艺性能也存在一定的对应关系。因此，相图在新材料的研究和开发、材料的生产加工过程中都起着十分重要的作用。一、相律f=c-p+2或f=c-p+1(常压)合金系的最大自由度数：纯金属：fmax=1(成分固定不变0，温度1)二元合金：fmax=2(成分独立变量1，温度1)三元合金：fmax=3(成分独立变量2，温度1)§7-1相律和相图的建立F=0的含义是：在保持系统平衡状态不变的条件下，没有可以独立变化的变量。即，任何变量的变化都会造成系统平衡状态的变

4、化。压力不变的二元合金系统(以后所涉及的二元合金系统都是压力不变的，不再特别说明)，C=2，F=0时，P=3。这说明，当二元合金系统同时出现三个相时，就没有可以独立变化的因素了。也就是说，只有在一定的温度、成分所确定的某一点才会出现三相同时存在的状态。二元系统(C=2)二元合金系统三相共存状态，都是在发生平衡反应的过程中。可以推断出，二元合金系统的平衡反应仅有二大类型：A→B+C，A+B→C。由于自由度数为0，这些平衡反应都是恒温反应，并且反应中的三个相(无论是反应相，还是生成相)化学成分都是固定的。只有当反应结束后(相数小于3时)，随着温

5、度的变化，相的化学成分才可能发生变化。建立相图的方法有两种：利用已有的热力学参数，通过热力学计算和分析建立相图；依靠实验的方法建立相图。目前计算法还在发展之中，实际使用的相图都是实验法建立的。二、相图的建立实验法建立相图的原理和步骤：以A-B二元合金相图的建立为例。首先，将A-B二元合金系分成若干种不同成分的合金。1)合金成分间隔越小，合金数目越多，测得的相图越精确；2)合金成分间隔不需要相等。设计合金的成分将上述合金分别熔化后，以非常缓慢的速度冷却到室温，测出各合金的(温度－时间)冷却曲线。合金在冷却过程中发生转变(如：结晶)的起

6、始温度和结束温度，对应着冷却曲线上的折点(如：L1、L2和S1、S2等)，即临界点。1)冷却速度越慢，越接近平衡条件，测量结果越准确；2)纯金属在恒温下结晶，冷却曲线应有一段水平线。测量合金的冷却曲线将冷却曲线上的临界点分别标在温度－成分坐标内，用光滑曲线把意义相同的临界点连接起来。这样就得到了A-B二元合金相图。连接临界点，得到相图上述方法称为热分析法，它是利用合金在转变时伴有热学性能变化的特性，通过测量系统温度的变化来得到临界温度，从而建立起相图。除此之外，还可以利用材料在发生转变时伴随有体积变化的特性，通过测量试样长度随温度的变化得

7、到临界点，从而作出相图。这种方法称为热膨胀法。另外还有电阻法，它是利用材料电阻率随温度的变化来建立相图的。后两种方法适用于测定材料在固态下发生的转变。三、杠杆定律1、确定两平衡相的成分：CL、Cα杠杆定律的证明2、确定两平衡相的相对重量杠杆定律的力学比喻杠杆定律解决某一成分的合金在某一温度下的相组成。一垂线：成分线。一水平线：温度线。三点：原始成分点：垂线与成分线的交点。两个组成相成分点：水平线与相界线的交点。注意：只能计算双相区的相组成。7.2.1匀晶相图（Isomorphoussystem)由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。当两

8、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