材料科学基础-第7章-三元相图

1、11Chapter 7 合金的相结构与结晶合金的相结构与结晶材料科学基础材料科学基础李谦李谦 宁向梅主讲宁向梅主讲22o 7.8.1三元合金相图的成分表示方法三元合金相图的成分表示方法 o 7.8.2三元系平衡相的定量法则三元系平衡相的定量法则 .o 7.8.3三元匀晶相图三元匀晶相图 o 7.8.4三元共晶相图三元共晶相图o 7.8.5两相平衡、三相平衡和四相平衡的两相平衡、三相平衡和四相平衡的 类型和一般规律类型和一般规律 o 7.8.6三元相图应用举例三元相图应用举例 7.8 三元合金相图三元合金相图337.8.1三元合金相图的成分表示方法三元合金相图的成分表示方法 1.1.成分三角形（

2、浓度三角形）成分三角形（浓度三角形）等边成分三角形等边成分三角形 等腰成分三角形等腰成分三角形 直角成分三角形直角成分三角形 44（1 1）已知点确定成分）已知点确定成分C A%B%C%p过过O作作平行于平行于BC边边的的直线直线p 求平行线与求平行线与A坐标的截距坐标的截距得组元得组元A的含量的含量XA。Op 同理求组元同理求组元B、C的含量的含量 XB、 XC。XA+XB+XC=100 7.8.1三元合金相图的成分表示方法三元合金相图的成分表示方法 55908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%II 点：A%=

3、60%B%=30%C%=10%66（2 2）已知成分确定点）已知成分确定点908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%772.两条特例线两条特例线含对角组元浓度相等。含对角组元浓度相等。PQB%=Aa/AB=定值定值 A%B%C%88 A%B%C%a1a2c2c1a1a2FE常数22221111%BcCaBcBaBcBaBcCaCA997.8.2 三元系平衡相的定量法则三元系平衡相的定量法则1.直线法则和杠杆定律直线法则和杠杆定律(适用于两相平衡适用于两相平衡)在一定温度下三组元材料两相平衡时，材料的在一定温度下三组

4、元材料两相平衡时，材料的成分点和其两个平衡相的成分点必然位于成分成分点和其两个平衡相的成分点必然位于成分三角形内的一条直线上，该规律称为三角形内的一条直线上，该规律称为直线法则直线法则或或三点共线原则三点共线原则。 1010成分为成分为P和和Q的两个三元合金，混合熔化后，得的两个三元合金，混合熔化后，得到新的成分为到新的成分为R的三元合金，则新合金的三元合金，则新合金R的位置的位置一定处在连接一定处在连接P、Q点的直线上。点的直线上。/PQWWRQ RP。 杠杆定律：杠杆定律：7.8.2 三元系平衡相的定量法则三元系平衡相的定量法则1111/WWRR%/100%WR %/100%WR 合金合金

5、R在某温度处于在某温度处于 + 两相平衡，则两相平衡，则R的成的成分必定落在连接两个成分点的直线上分必定落在连接两个成分点的直线上。， 杠杆定律：杠杆定律：7.8.2 三元系平衡相的定量法则三元系平衡相的定量法则1212推论推论（1）当给定合金在一定温度下处于两相平衡当给定合金在一定温度下处于两相平衡时，若其中一相的成分给定，另一相的成分时，若其中一相的成分给定，另一相的成分点必在已知相成分点与合金成分点连线的延点必在已知相成分点与合金成分点连线的延长线上；长线上；（2）若两平衡相的成分点已知，合金的成分若两平衡相的成分点已知，合金的成分点必然位于两个已知成分点的连线上。点必然位于两个已知成分

6、点的连线上。7.8.2 三元系平衡相的定量法则三元系平衡相的定量法则13132.2.重心定律重心定律( (适用于三相平衡适用于三相平衡) )o 三元合金三元合金R在某温度处于在某温度处于 + + 三相平衡状三相平衡状态，则该合金成分点必定处在这三相成分点态，则该合金成分点必定处在这三相成分点组成的三角形的重心。组成的三角形的重心。 7.8.2 三元系平衡相的定量法则三元系平衡相的定量法则1414BCA A%B%C%efdR%100%adRdWWwR%100%eReWWwR%100%fRfWWwR15157.8.3 三元匀晶相图三元匀晶相图 1. 相图分析相图分析o特征点：特征点：A1、B1、

7、C1三个纯组元的熔点；三个纯组元的熔点；o特征面：液相面、固相面；特征面：液相面、固相面；o相区：相区：L、L+。1616o 液相成分沿液相面，固相成分沿固相面，在一液相成分沿液相面，固相成分沿固相面，在一定温度下的固液相成分连线在浓度三角形中投定温度下的固液相成分连线在浓度三角形中投影呈影呈蝴蝶状蝴蝶状。o 共轭线共轭线：平衡相成分点的连线。：平衡相成分点的连线。2. 三元固溶体合金的结晶过程三元固溶体合金的结晶过程7.8.3 三元匀晶相图三元匀晶相图17173.等温截面图及投影图等温截面图及投影图o 做法：做法：某一温度下的水平面与相图中各面的交线。某一温度下的水平面与相图中各面的交线。o

8、 截面图分析：截面图分析：相区：相区：L, , L+; ;相线：相线：L L1 1L L2 2, S, S1 1S S2 2（共轭曲线）（共轭曲线）; ;连接线：可作为计算相对量的连接线：可作为计算相对量的杠杆杠杆。（1 1）等温截面）等温截面7.8.3 三元匀晶相图三元匀晶相图18181919（2）投影图投影图等温线投影图等温线投影图可确定合金结晶开始可确定合金结晶开始、结束温度、结束温度7.8.3 三元匀晶相图三元匀晶相图液相线液相线固相线固相线20204. 变温截面图（垂直截面图）变温截面图（垂直截面图）o 做法：某一垂直平面与相图中各面的交线。做法：某一垂直平面与相图中各面的交线。o

9、二种常用变温截面二种常用变温截面: 过平行于浓度三角形的一条边的成分线过平行于浓度三角形的一条边的成分线; 过一个顶点。过一个顶点。o 结晶过程分析结晶过程分析确定相变临界点确定相变临界点，并可推测不同温度，并可推测不同温度下合金的组织。下合金的组织。 成分轴的两端不一定是纯组元；液、固相线不一定相交；成分轴的两端不一定是纯组元；液、固相线不一定相交；不能运用杠杆定律不能运用杠杆定律（液、固相线不是成分变化线）。（液、固相线不是成分变化线）。7.8.3 三元匀晶相图三元匀晶相图212122227.8.4 三元共晶相图三元共晶相图1. 组元在固态互不相溶，具有共晶转变的相图组元在固态互不相溶，具

10、有共晶转变的相图o 点：熔点；二元共晶点；三元共晶点：熔点；二元共晶点；三元共晶 点。点。o 线：线：EnE 两相共晶面交线两相共晶面交线 液相单变量线液相单变量线 液相区与两相共晶面交线液相区与两相共晶面交线 液相面交线液相面交线 o 面：液相面、固相面、两相共晶面、面：液相面、固相面、两相共晶面、 三相共晶面三相共晶面o 区：两相区：区：两相区：3个、个、 三相区：三相区：4个个 单相区：单相区：4个、四相区：个、四相区：1个个 2323三相区三相区：以三条单变量线作为以三条单变量线作为棱边的空间三棱柱体棱边的空间三棱柱体7.8.4三元共晶相图三元共晶相图二元共晶反应二元共晶反应LA+BL

11、C+BLA+C24241.水平截面图（水平截面图（等温截面等温截面 ）（1）单相区与两相区）单相区与两相区 以曲线分界。以曲线分界。（2）两相区和三相区）两相区和三相区以直线分界。以直线分界。（3）单相区和三相区）单相区和三相区则为点接触。则为点接触。 7.8.4 三元共晶相图三元共晶相图三相区为直边三角形三相区为直边三角形2525应用：应用：o 可确定合金在该温度下的相组成；可确定合金在该温度下的相组成；o 可运用可运用杠杆定律杠杆定律和和重心法则重心法则确定合金中各相确定合金中各相的成分及其含量。的成分及其含量。7.8.4 三元共晶相图三元共晶相图26262.垂直截面与投影图垂直截面与投影

12、图（1）投影图）投影图11100%oaAAaw O点合金室温相组成物：点合金室温相组成物：ABC11100%obBBbw 11100%occCcw 1a1b1c7.8.4三元共晶相图三元共晶相图2727典型合金平衡结晶后的室温组织：典型合金平衡结晶后的室温组织：%100AqoqAw(C)100%qEAoAEfAqw)()(1BAACBAwwwO点合金室温组织组成物：点合金室温组织组成物：A（A+C)（A+B+C)2828（2）垂直截面图）垂直截面图O点合金的室温组织：点合金的室温组织：A（A+C)（A B C）LLALACLABCt/sT/7.8.4三元共晶相图三元共晶相图L+AL+A+(A+

13、C)2929课下练习：课下练习：7.8.4三元共晶相图三元共晶相图30302. 组元在固态有限溶解的共晶相图组元在固态有限溶解的共晶相图（1）相图分析相图分析点点：熔点、二元共晶点、：熔点、二元共晶点、 三元共晶点。三元共晶点。 两相共晶线两相共晶线 液相面交线液相面交线 线线：EnE 两相共晶面交线两相共晶面交线 液相单变量线液相单变量线 固相单变量线固相单变量线7.8.4三元共晶相图三元共晶相图3131 液相面液相面 固相面固相面 面面： 二相共晶面二相共晶面 三相共晶面三相共晶面 溶解度曲面：溶解度曲面：6个个 区区： 单相区：单相区：4个个 两相区：两相区：6个个 三相区：三相区：4个

14、个 四相区：四相区：1个个 7.8.4三元共晶相图三元共晶相图LLLLL LL 3232（2）等温截面）等温截面 特点特点： 直边三角形直边三角形 两相区与之线接（两相区与之线接（等温截面与棱柱面交线等温截面与棱柱面交线） 单相区与之点接单相区与之点接 （等温截面与棱边的交点，表示三个平衡相成分。等温截面与棱边的交点，表示三个平衡相成分。） 应用应用： 可确定平衡相及其成分；可运用杠杆定律和重心定律。可确定平衡相及其成分；可运用杠杆定律和重心定律。三相区三相区7.8.4三元共晶相图三元共晶相图3333（3）投影图）投影图7.8.4三元共晶相图三元共晶相图3434（4）垂直截面）垂直截面（课下练

15、习：分析合金（课下练习：分析合金、 、 的结晶过程。）的结晶过程。）7.8.4三元共晶相图三元共晶相图LLLL （ ）（）（ ）t/sT/L+ L+ +( )合金合金的结晶过程的结晶过程3535o 垂直截面垂直截面应用：应用： 分析合金结晶过程，确定组织变化分析合金结晶过程，确定组织变化.（二次相的析出只考虑初生相。二次相的析出只考虑初生相。）o 垂直截面垂直截面局限性：局限性： 不能分析成分变化。不能分析成分变化。（成分在单变量线上，不在垂直截面上）（成分在单变量线上，不在垂直截面上）7.8.4三元共晶相图三元共晶相图36367.8.5 两相平衡、三相平衡和四相平衡的类型两相平衡、三相平衡和

16、四相平衡的类型 和一般规律和一般规律 o 两相平衡的类型两相平衡的类型（1）液相与固相的平衡，反应式为）液相与固相的平衡，反应式为L 。（2）固相与固相的平衡，反应式为）固相与固相的平衡，反应式为 （脱溶转变）。脱溶转变）。（3）液相与液相的平衡，）液相与液相的平衡， 反应式为反应式为L1L2，主要在合金的偏晶或合金转变前。，主要在合金的偏晶或合金转变前。 3737图图7-57 平衡两相浓度变化规律（蝴蝶形规律）平衡两相浓度变化规律（蝴蝶形规律）（a）匀晶转变时）匀晶转变时 （b）三相平衡转变之前）三相平衡转变之前 （c）脱溶转变时）脱溶转变时 38382. 三相平衡的类型三相平衡的类型（1）

17、三相共晶型平衡三相共晶型平衡（由一相转变为两个相）由一相转变为两个相） 共晶转变共晶转变 L 共析转变共析转变 偏晶转变偏晶转变 1 2垂直截面中正三角形垂直截面中正三角形7.8.5 两相平衡、三相平衡和两相平衡、三相平衡和 四相平衡的类型和一般规律四相平衡的类型和一般规律 3939（2）三相包晶型平衡三相包晶型平衡（由两个相反应生成一个相）（由两个相反应生成一个相） 包晶转变包晶转变 L 包析转变包析转变 合晶转变合晶转变 L1L2 垂直截面中倒三角形垂直截面中倒三角形7.8.5 两相平衡、三相平衡和两相平衡、三相平衡和 四相平衡的类型和一般规律四相平衡的类型和一般规律 4040三相平衡图形

18、特点：三相平衡图形特点：o 立体图：三棱柱，棱边是三个平衡相单变量线。立体图：三棱柱，棱边是三个平衡相单变量线。o 等温截面图：直边三角形，顶点是平衡相成分点。等温截面图：直边三角形，顶点是平衡相成分点。o 垂直截面图：曲边三角形，顶点不代表成分垂直截面图：曲边三角形，顶点不代表成分。7.8.5 两相平衡、三相平衡和两相平衡、三相平衡和 四相平衡的类型和一般规律四相平衡的类型和一般规律 41413. 三元相图中四相平衡的类型三元相图中四相平衡的类型 （1）共晶型：共晶型：p 共晶转变共晶转变 ：L p 共析转变共析转变 ： 垂直截面中的四相平衡区：上下都有三相区邻接。垂直截面中的四相平衡区：上下都有三相区邻接。 条件条件：邻接三相区达：邻接三相区达4时时类型类型：共晶、包共晶、包晶：共晶、包共晶、包晶判断转变类型判断转变类型水平线水平线31（水平线上方共有的相生成水平线下方共有的相）（水平线上方共有的相生成水平线下方共有的相）4242（2）包共晶型）包共晶型o 包共晶包共晶型转变：型转变：L+ o 包共析包共析转变：转变： + 水平线水平线217.8.5 两相平衡、三相平衡和两相平衡、三相平衡和 四相平衡的类型和一般规律四相平衡的类型和一般规律 4343（3）包晶型：）包晶型：o 包晶转变：包晶转变：L o 包析