冶金原理第2章

,2冶金相图-基础知识,*CaO-石灰：碱性氧化物，是调节炉渣碱度（酸碱性）的重要物质。能破坏炉渣中的网状氧化物。*CaCO3.MgCO3-白云石：同上*SiO2、P2O5:酸性氧化物，形成网状结构氧化物，影响黏度。*Al2O3:中性氧化物，是夹杂的成分之一，是引起水口结瘤的根源。*FeO、Fe2O3:衡量炉渣的氧化-还原性*CaF2:调节熔点和黏度具有显著意义，加入可以使熔点降低，被称为助熔剂,2.1钢铁冶金主要二元渣系相图,炉渣化学成分：,炉渣是多种氧化物构成的熔体。CaO、SiO2、Al2O3、FeO、MgO、Fe2O3,主要的二元渣系相图：,CaO-SiO2；Al2O3-SiO2；CaO-Al2O3；FeO-SiO2；CaO-Fe2O3,二元相图基本类型,2.1钢铁冶金主要二元渣系相图,1CaO-SiO2系相图,稳定化合物(同份熔化化合物)：偏硅酸钙CaOSiO2（CS）正硅酸钙2CaOSiO2（C2S）。不稳定化合物(异份熔化化合物)：硅酸三钙3CaOSiO2（C3S）二硅酸三钙3CaO2SiO2（C3S2）。,2.1钢铁冶金主要二元渣系相图,1CaO-SiO2系相图,分相图,三个分相图：C-C2S，C2S-CS，CS-S,C-C2S：具有一个共晶体的相图,1250-19000C存在C3S，C3S=C+C2SC2S-CS：具有一个不稳定化合物C3S2的相图,14750C发生转熔反应（包晶反应）：L+C2S=C3S2CS-S：液相有分层现象L1S在CS相内的饱和熔体L2CS在S内的饱和熔体。,2.1钢铁冶金主要二元渣系相图,2Al2O3-SiO2系相图,一个稳定化合物：莫来石3Al2O3.2SiO2(A3S2)，可溶解微量的Al2O3形成的固溶体。,2.1钢铁冶金主要二元渣系相图,3CaO-Al2O3系相图,三个同份熔化化合物：C12A7、CA、CA2;两个异份熔化化合物：C3A、CA6。,2.1钢铁冶金主要二元渣系相图,4FeO-SiO2系相图,一个同份熔化化合物：铁橄榄石2FeO.SiO2(F2S)，SiO2高浓度端有液相分层,2.1钢铁冶金主要二元渣系相图,5CaO-Fe2O3系相图,三个异份熔化化合物：2CaO.Fe2O3CaO.Fe2O3CaO.2Fe2O3,2.2三元系相图的基本知识及基本类型,体系有三个独立变量：温度及任意两个组分浓度。三元相图表示方法：以等边三角形表示三个组分浓度的变化；以垂直坐标轴表示温度。,2.2三元系相图的基本知识及基本类型,2.2.1浓度三角形,含义,三顶点A、B、C：表示体系的纯组分。三条边：分别为三个二元系。三角形内的点：三元系的组成点。,物系点浓度的读取方法,(1)过O作BC、CA、AB边的垂线，长度为a、b、c,(2)过O作BC、CA、AB边的平行线aa、bb、cc,A=a，B=b，C=c,浓度三角形的基本规则,等含量规则：平行于一边的直线上，各物系点所含对应顶角组分的浓度相同。,等比规则：任一顶角与对边点的连线上各点组成中，其两旁顶角组分的浓度比相同。,背向规则：若物系点降到O点温度时开始析出C，则液相线CO的延长线向移动，而其他两组分（A，B）的浓度比保持不变。,杠杆规则：原物系点重量分别为m，n，混合后形成新物系点O，则：O必位于M，N连线上。,此规则亦适用于一个相分解为两个相。如O点重量为W，分解为M，N两相，则M，O，N必位于同一条直线上。,重心规则：原物系点M1，M2，M3的重量分别为m1，m2，m3，混合后形成新物系点M，则M必位于连线三角形M1M2M3的重心上。,此规则亦适用于一个相分解为三个相的计算。如，M分解为M1、M2、M3三个新相时，则有：,1-硅砖2-普通酸性耐火材料3-普通中性耐火材料4-刚玉质高级耐火材料5-铝酸盐水泥6-硅酸盐水泥7-碱性渣成分8-高炉渣成分9-硅酸盐玻璃,2.2.2三元相图的基本类型,初晶面：组分从液相析出固相的面，固液两相平衡共存LS1，自由度：f=C-+1=3-2+1=2二元共晶线：液相面两两相交的交线，两个固相组分同时从液相结晶析出，三相共存，LS1+S2。自由度：f=C-+1=3-3+1=1三元共晶点（无变量点）：三条二元共晶线的交点，三个组分同时从液相析出，四相共存，L=S1+S2+S3。自由度：f=C-+1=3-4+1=0。等温线：标有温度值的投影曲线，用虚线表示。连接线：两个纯组分组成点的连接线。边界线（相界线）：两个结晶面（液相面）的交线,A具有简单三元共晶体的相图,面、线、点分析,面：三个组分A、B、C的初晶面线：三条二元共晶线e1E(LA+B)e2E(LA+C)e3E(LB+C)点：E为三元共晶点(LE=A+B+C),结晶过程分析,A具有简单三元共晶体的相图,B:具有一个稳定二元化合物的相图,面、线、点分析,面：A、B、C、D四个组元的初晶面线：六条二元共晶线点：两个三元共晶点E1、E2；鞍心点e3,结晶过程分析,此三元系可分为两个独立的子三元系：A-B-D系、A-C-D系子三元系为具有简单三元共晶点的相图；位于各分三角形内的物系点的结晶过程在各自的三角形内完成。,C:具有一个稳定三元化合物的相图,面、线、点分析,面：A、B、C、D四个组元的初晶面线：九条二元共晶线点：三个三元共晶点E1、E2、E3；三个鞍心点e4、e5、e6,结晶过程分析,此三元系可分为三个独立的子三元系：A-B-D系，A-C-D系，B-C-D系；子三元系为具有简单三元共晶点的相图；位于各分三角形内的物系点的结晶过程在各自的三角形内完成。,具有一个稳定三元化合物的相图,D具有一个不稳定二元化合物的相图,面、线、点分析,面：A、B、C、D四个组元的初晶面线：五条相界线e1E：二元共晶线LB+Ce2P：二元共晶线LA+Ce3E：二元共晶线LB+DPP：二元包晶线（转熔线）L+ADPE：二元共晶线LC+D点：三元共晶点E，LE=B+C+D三元包晶点（转熔点）P：LP+A=C+D,结晶过程分析,a点：杠杆规则的应用举例：刚到E点时，固、液相重量各为多少？固相中B、D重量各为多少？,三元相图分析方法要点：物系点所在的初晶面（结晶面），是最先析出的组元物系点所在的三角形，决定了液相最终消失的四相点，也决定了最终的固相由哪三个组元组成,2.3三元相图中线和无变量点的性质及确定法,2.3.1线的种类,相界线（边界线），连接线,2.3.2相界线（边界线）,液相面的交线称为相界线，有两类：共晶线：LS1+S2包晶线：L+S1S2性质确定：切线规则（如图A）K分相界线Pe1为两部分：KP段和e1K段e1K段：共晶线KP段：包晶线,2.3.3连接线,有相界线（边界线）的组分才能做连接线。连接线规则若连接线与相界线相交，则：a交点是相界线上的温度最高点；b化合物D在其初晶面内，是一个稳定化合物；c连接线分三角形为两个独立的三元系；d两个四相平衡点分别在它们的三角形内。若连接线与相界线不相交，则：a相界线（PE）向背离连接线（CD）的方向倾斜；b化合物D不在其初晶面内，是一个不稳定化合物；c连接线把三元系分为两个部分，但两部分不独立；dBCD内无四相平衡点，其四相平衡点P在相邻的三角形内，是包晶点：LP+B=C+D,三元系相界线与连接线,注意：,液相成分点、物系点及固相成分点始终遵守“杠杆规则”；液相成分点变化路径是从物系点开始，终于三元无变量点；固相成分点变化路径是从初晶区的初晶相开始，终于物系点。物系冷却凝固后相组成是由所在的分三角形的三个顶点相组成；其质量关系遵守“杠杆规则”和“重心规则”。“穿相区现象”当LAD转熔反应完结后，如液相有剩余时，即初晶A先于液相L耗尽，结晶过程就会延续在D的初晶区内进行（LD），而结晶终点在E，这一现象称为穿相区现象。穿过D初晶区的液相组成变化的途径，是物系点与D点连线在其内的延长线。凡位于A初晶区内DP连线右上侧的物系点