5 3 二元系相图ppt课件

5 3二元系相图 二元系统有两个组元 根据相律 F C P 2 对于凝聚 恒压 系统 F C P 1 二元系统最大的自由度数目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 状态点 温度轴 成分轴 一 二元系相图的建立 实验方法 计算法 相图热力学计算 热分析法 ThermalAnalysis Cu Ni合金相图 用热分析法建立Cu Ni相图 二 杠杆定律 LeverRule 杠杆定律的证明 随结晶过程的进行 合金中各相的成分及其相对量都将发生变化 杠杆定律可解决相的成分和相对量的变化问题 证明 合金C在t1温度时处于液 固两相平衡状态设合金C的总质量为1 液相的成分为CL 重量为wL 固相成份为C 重量为w 那么 由以上两式可以得出 杠杆定律 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 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匀晶相图 三 二元系相图的类型 具有这类相图的合金系主要有Cu Ni Cu Au Au Ag Mg Cd W Mo等 1 相图分析 2条线 液相线固相线2个单相区 固相区 液相区L1个两相区 L L L 2 平衡凝固 1点以上液相1点开始凝固 固体成分在对应固相线处1 2之间 温度下降 液体数量减少 固体数量增加 成分沿液相线和固相线变化 到2点 液体数量为0 固体成分回到合金原始成分 凝固完成2点以下固相冷却 无组织变化 合金C冷却曲线及结晶过程示意图 L t1 t2 L A B C t 时间 B 3 有极值的匀晶相图 a 具有极大点b 具有极小点 Fe Co Co Pb Fe Ni Fe V Fe W Mn Co Mn Ni Pb Ti V W Ti Zr等 T A B 4 有晶型转变的匀晶相图 如 Nd Pr Sc ZrSc Y Hf Ti Ca Sr 一个液相同时结晶出两个不同固相的过程称为共晶转变 两组元在液态下无限互溶 而在固态下互不相互溶或有限互溶 并发生共晶转变 形成共晶组织的相图 称为二元共晶相图 2 共晶相图 EutecticPhaseDiagram 两组元完全不溶 1 相图分析 B原子溶入A基体中形成的固溶体 A原子溶入B基体中形成的固溶体固溶线 固溶度曲线 反映不同温度时的溶解度变化 相区 3个单相区L 3个两相区L L 1个三相区L 水平线CED 根据相律 三相平衡时 F C P 1 2 3 1 0此时三个平衡相的成分及反应温度都是确定的 在冷却曲线中出现一个平台 共晶线eutecticline 水平线CED共晶点eutecticpoint E共晶温度eutectictemperature TE 共晶反应 在一定温度下 由一固定成分的液相同时结晶出两个固定成分的固相的反应 称为共晶反应 2 平衡凝固及其组织 Pb Sn相图 w Sn 19 的合金 室温下相组成物组织组成物 相对量 共晶合金合金 w Sn 61 9 室温下相组成物 组织组成物 亚共晶合金合金 w Sn 50 从一个固溶体中析出另一个固相 脱溶 次生的固溶体以表示 室温下相组成物组织组成物 组织组成物相对量 过共晶合金合金 w Sn 85 合金成分w Sn 97 5 结晶过程与亚共晶合金类似 室温平衡组织 结晶过程与合金类 类似 室温平衡组织 合金 合金 共晶合金 合金 亚共晶合金 室温平衡组织 合金 合金 合金 3 包晶相图 PeritecticPhaseDiagram 包晶反应 在一定温度下 由一固定成分的液相与一个固定成分的固相作用 生成另一个成分固相的反应 称为包晶反应 根据相律包晶反应时F 0此时三个平衡相的成分及反应温度都是确定的 1 相图分析 固溶线 1 相图分析 TACTB 液相线TADPTB 固相线DF 固溶体溶解度曲线PG 固溶体溶解度曲线DPC 水平线 包晶线P 包晶点相区 3个单相区L 3个两相区L L 1个三相区L 水平线DPC 2 平衡凝固及其组织 合金 包晶点成分合金 室温平衡组织 一般 相是在 相上生核 形成一层 相的外壳 把 相包起来与L相隔绝 然后通过原子相两边扩散 消耗 相和L相而长大 当温度降到包晶点温度TP时 计算包晶反应前 相和液相L的相对含量 用杠杆定律可得 室温平衡组织相对量 理论上讲液相L和 相同时消耗完毕 得到单一的 相晶体 发生包晶反应时 相的成分在P点 液相L和 相的成分分别在C D 它们消耗的比例为 对于包晶点成分合金 即将发生包晶反应时 合金 D P间成分合金 合金 的平衡结晶过程示意图 室温平衡组织 相的量比包晶反应时所需的量多 即 包晶转变后 相有剩余 室温平衡组织 合金 P C间成分合金 合金 的平衡结晶过程示意图 L相的量比包晶反应时所需的量多 即 包晶转变后L相有剩余 4 形成化合物的相图 相图中间存在化合物 又称中间相 根据化合物的稳定性可以分为两类 稳定化合物指具有一定的熔点 在熔点以下 保持自己固有的结构而不发生分解 当温度达到熔点时 化合物发生熔解 熔解时所生成的熔体与化合物成分完全一致 不稳定化合物加热至一定温度时 不是发生本身的熔化 而是分解为两个相 所生成的液相与原化合物显然不同 1 形成稳定化合物的相图 Mg Si相图 1 形成稳定化合物的相图 Cd Sb相图 2 形成不稳定化合物的相图 K Na相图 1 具有共析转变的相图 5 具有固态相变的相图 Cu Sn相图 2 具有固溶体多晶型转变的相图 Fe Ti相图 1 两个单相区只能有一个点接触 2 两个单相区之间 必定是一个由这两个单相构成的两相区 3 三相共存 必定是一条水平线 它和三个两相区相邻 4 如果两个三相区中有两个共同的相 这两条水平线之间必定是这两个相组成的两相区 5 所有两相区边界线不应延伸到单相区 而应进入相邻的两相区 四 二元相图的几何规律 二元相图各类恒温转变类型 反应式和相图特征 五 二元相图的分析方法 1 若有稳定的中间相 可依此把相图分为几个部分 2 根据相区接触法则填写各相区 相区接触法则 二元系相图中 相邻相区