材料科学基础 第5章 二元相图_ppt课件

二元相图Binary Phase Diagram第五章 I？T米 水Fe-C基本概念相律、成分表示方法、相图测定、杠杆定理典型的二元相图其它类型的二元相图相图的热力学基础G-X曲线 、公切线 法则 、相图的几何 规律实例 分析 , Fe-C相图共晶 型包晶 型形成化合物 的 相图包晶匀晶两相平衡 转变共晶具有固态 相变二元相图5.1 基本概念5.1.1 相平衡和相律各组元在各相中的化学势相等在 c个组元组成的系统中若有 个相 , 则 ：m1m1m1m1m2m2m2m2mcmcmcmc5.1. 基本概念1. 相平衡 （ phase equilibrium）5.1.1 相平衡和相率2) 相律 （ phase rule）5.1. 基本概念5.1.1 相平衡和相率系统的自由度与组元数和相数之间的关系f C P 2f：系统自由度数； C：系统组元数； P：系统相数对于衡压系统， P 0，相律可写成： f C P 1相图：反映组织（相组成）和系统参数之间关系的一种工具5.1. 基本概念5.1.2 相图的表示方法1. 单元系的相图对于单元系，若 P0，则：f C P 2 3 p，最多可出现三相平衡。若 P0 ，横坐标：温度纵坐标：压力（强）若 P=0，最多只能两相平衡，相图为直线5.1.2 相图的表示方法例一：水的相图：此图反映了 :l 在确定的温度和压下 H2O的相组成，l 温度和压力变化时相组成的变化。若压强不变，相图是一条 直线 。5.1. 基本概念5.1.2 相图的表示方法例二： 纯铁的相图 反映固态下的相转变反映纯铁在不同温度和压强下发生的相转变1. 基本概念5.1.2 相图的表示方法例三：石英的相图陶瓷晶体的同质异构转变比金属晶体多。如：石英在平衡转变时可能出现石英、石英、鳞石英、方石英等同质异构体 。1. 基本概念5.1.2 相图的表示方法2. 二元系的相图1) 二元系的自由度根据相律： f = C P+2，一般情况下 P 0 f = C P + 1 = 3 P系统最大的自由度是 2（单相平衡） 分别是： T （温度） W （一个组元的浓度）二元相图 中，横坐标是成分（组元浓度），纵坐标 是温度 5.1. 基本概念5.1.2 相图的表示方法2) 成分表示法 组元浓度的表示方法： 质量百分数 wA wB摩尔百分数 xA xB两者之间是可以相互转换的。 设组元的原子量分别位： RA、 RB, 1. 基本概念5.1.2 相图的表示方法5.1.3 相图的建立可以从理论和实验两条途径获得相图 实验：测临界点 理论：热力学函数计算测定临界点的方法：热分析、 X射线、热膨胀、磁性方法等 原理：材料在到达临界点时，相关的性能或参数有一个突变，通过测突变点来确定临界点 。 5.1. 基本概念5.1.3. 相图的建立例：用热分析方法测定相图 5.1. 基本概念5.1.3. 相图的建立5.1. 基本概念5.1.4 相图的使用5.1.4 相图的使用 以 Al2O3-ZrO3为例说明相图的使用l 表象点 相图中的任意点 表征：材料的成分、温度、所在的相区，即表征不同成分材料在不同温度下的的状态，故又称之为状态图。l 相区： 单相区、两相区、三相区（水平线 ） l 相变温度成分坐标（ 垂直于横坐标的直线 ）与相区边界线的交点对应的温度 5.1. 基本概念5.1.4 相图的使用1. 基本概念5.1.5 杠杆定理 计算两相区中各相的相对分数 5.1.5 杠杆定理5.2 匀晶相图5.2.1、匀晶相图和匀晶转变 1) 匀晶相图 二组元在液态和固态都完全互溶 2) 匀晶转变 从液相结晶出单相固溶体的过程 大多数的二元系中都包含匀晶转变，但只有少数的二元相图是匀晶 相图 。5.2 匀晶相图5.2 .1 匀晶转变和匀晶相图5.2.2 平衡转变 T=T1 相的成分为 1T=T2 相的成分为 2 T=T3 相的成分为 3 1 2 3 所以凝固时晶粒内部发生扩散。 B(Ni)从里向外扩散，A(Cu)从外向里扩散 。只有充分扩散，晶粒从里到外成分均匀。扩散需要时间，所以只有冷却速度足够慢时才能实现平衡凝固。注意：匀晶转变时，液固相成分不同，所以形核要靠成分起伏。5.2 匀晶相图5.2.2 平衡转变 1260125012205.2.3 非平衡匀晶转变 总的特点： 成分不均匀 易形成枝晶偏析固相线偏离5.2 匀晶相图5.2 .3 非平衡转变5.2 匀晶相图5.2 .3 非平衡转变1260124012201205固相线偏离先凝固的部分富 Ni，不易侵蚀，呈现亮白色，成为枝干 .后凝固的部分富 Cu，易被侵蚀，呈现暗黑色，分布于枝间 . 5.2 匀晶相图5.2 .3 非平衡转变枝晶偏析均匀化退火5.2.4 具有极大和极小点的匀晶相图 有些匀晶相图具有成分的极大或极小点凝固时这个成分的材料液固相成分相同，此时少一个自由度。f=C-P5.2 匀晶相图5.2 .4 具有极大和极小点的 匀晶相图5