材料科学基础_三元相图

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1、第七章三元相图三元相图成分表示方法三元匀晶相图三元系中的三相平衡三元系中的四相平衡三元共晶相图阅读三元相图举例三元相图引言含有三个组元的系统成为三元系，第三个组元的加入，不仅会改变原来两个组元之间的溶解度，而且第三组元可溶入原可形成的相中改变其性质，并且还可产生新的相，出现新的转变，引起材料的组织、性能和相应的加工处理工艺的变化。三组元的材料在工程中用的也相当普遍，例如合金钢、铸铁、铝镁铜合金、ZrO2－Al2O3－Y2O3陶瓷等，所以需要了解三元系相图。三元相图引言在恒压下，二元系只有两个独立变量：温度和成

2、分，相图是平面图。三元系将有温度和两个成分参数构成的三个独立变量，因此三元相图是空间立体图，给表达和学习认识上带来相当的困难。本章介绍三元相图的一般概念，反应类型，利用截面图和投影图来判断材料中的相反映类型和组织转变规律。第一节三元相图成分表示方法等边三角形法浓度三角形等腰三角形法直角坐标法三元相图的基本形状返回等边三角形法取等边三角形ABC，三个顶点表示三个纯组元；三个边各定为100％，分别代表A－B、B－C、C－A三个二元系的成分；位于三角形内的点代表三元系的成分。在三角形内任取一点X，由X顺次作平行于三

3、个边的线段xa、xb、xc，如果将三角形的边长定为100%，则有xa+xb+xc=AB=100%。可以用xa,xb,xc分别表示组元A、B、C的质量分数。浓度三角形为了便于使用，利用几何属性：xa=Cb,xb=Ac,xc=Ba,并将其刻度标注在边上。为了阅读方便，往往在三角形内用平行画出网格，在三角形的边上标注数值，把这个三角形成为成分三角形或浓度三角形。此外，在数值的标注时要方向一致，用顺时针或逆时针都可以。例如图中的x点则表示其成分为55%A－20%B－25%C。浓度三角形中的特定线①平行于一边的直线上所

4、有点，表示这个边对应顶点的组元含量均相等；②过一顶点的直线上所有点，表示另两个顶点代表的两组元的含量比为一定值。在相图的应用时，所作的垂直截面往往过这两类直线。等腰梯形法取等边三角形ABC的一部分，用不同的比例组成等腰梯形。直角坐标法在三元系中，如果以一个组元为主体，另外两组元的含量较低，例如铸铁中分析的Fe－C－P系，可以采用直角坐标，称直角三角形法。如图所示，其中一个坐标轴表示B组元的质量分数，另一个坐标轴表示C组元的质量分数，则余下部分就是A组元的分数。在直角坐标中，根据两组元的含量变化范围，可以采用不

5、同比例的刻度。XA=100%-XB-XC三元相图的基本形状以浓度平面为基础，垂直于浓度平面的高度坐标为温度，以此构成的空间图形，空间中任一点代表了系统一固定状态，在图中表示每一状态的相平衡情况，相区之间分界也有二元相图的曲线发展为曲面。如果浓度平面为浓度三角形，则其三元相图为三棱柱体，它的三个侧面为三组元两两组成的二元相图。要认识三元相图，必须熟悉二元相图的所有规律。第二节三元匀晶相图相图分析水平截面图合金的平衡冷却凝固过程垂直截面图三元相图的基本形状返回三元匀晶相图分析形成条件：三组元在液态和固态都能无限互

6、溶。空间形貌：三棱柱体的相图，三个侧面为两两组成的三个二元匀晶相图，内部有两个曲面将相图分为三个区间。点：在三组元的上方有三个点a、b、c分别为三组元的熔点。曲面：上面的曲面称为液相面，下面的曲面称为固相面。相区：液相区――液相面之上；固相区――固相面以下；两相区――液相面和固相面之间包围的区间L＋α。水平截面图(等温截面)那么m、n、o点必然共一直线，成分为O的合金得到的两平衡相的相对数量比为：当温度一定，可以在等温截面图上来分析，材料的成分o若处在两相区，这时系统达到平衡(即稳定)状态，平衡的液相成分应在

7、空间的液相面上，在等温截面图的液相线上，同样平衡的固相的成分点在截面图的固相线上，如图中的m、n两点。水平截面图－－连接线连接线上各成分的合金在该温度下平衡的两相成分为连接线两端点的成分。液相线上每一点对应的液体都有固定的固相与之平衡，即在液相线上每一点在固相线上都有一个与之对应的点，所以把这两条线称为共轭线。在一定温度下，同一成分的合金有固定的平衡相，所以连接线不可能相交。在给定的温度下，两平衡相的成分之间的连接线段称为连接线。上述的线段mn就是连接线。水平截面图－－柯氏法则在给定温度下，平衡的液相和固相之

8、间，低熔点的组元在液相中的分数应高于在固相中的分数。因此在连接线中任取一点，过该点和成分三角形的某一顶点连接一直线，则连接线的两端点在这直线的两边，其中液体点应在直线分隔的另两组元的低熔点那一边。合金的平衡冷却凝固过程合金O自液态冷却下来，开始是液体的降温，直到液相面的温度tS，温度再下降时，液态具有一定的过冷度，开始凝固，形核长大析出的固体α，在这温度下可达到液－固平衡，平衡时液体的成分在液相面上