中科大材料科学课件09相图

第九章相图（phasediagrams）设计与控制热处理热历史，微结构，性质平衡相图：平衡微结构，与非平衡结构与性质发展与控制有关（如析出硬化）熔解，铸造，结晶以及其他现象

扩散与基本观念成份系统：特定材料，一系列材料固溶体

溶解度极限糖-水，温度效应相：一系统中有同样物理与化学特性均匀部份冰与水：物理特性不一样

同质异形体均匀（homogeneous）系统不均匀（heterogeneous）系统，混合系统微结构相数目、比例、分布

相平衡平衡：最低自由能（温度、压力、成份）自由能F：与内能(E)、熵（entropy）(S)有关F=E-TS，

S=∫dQ/T相平衡：多相系统糖-水热力学：热与运动工业革命的基础蒸汽机热力学三大定律

热力学三大定律能量不灭（Youcan’twin）热自高温流至低温处（Youcannotevenmakeiteven）绝对零度为最低温度（Itisunreachable）

固相：相数目、比例、分布不稳（metastable）Al合金与钢速率：动力学（kinetics）

平衡相图平衡或组成图预测相变化与微结构平衡相图：温度、成份与平衡相压力：1atm

二元同形（isomorphous）系统Cu-Ni系统完全互溶液相线（liquidus），固相线（solidus）

相图解读相，成份，比率结线（tieline），等温线相量之决定杠杆（lever）法则，反（reverse）杠杆法则

杠杆（lever）法则Wα+Wβ=1WαCα+WβCβ=C0Wα=（Cβ-C0）/（Cβ-Cα）Wβ=（C0-Cα）/（Cβ-Cα）

体积分率Vα=vα/（vα+vβ）=（Wα/ρα）/（Wα/ρα+Wβ/ρβ）=（Wαρβ）/（Wαρβ+Wβρα）Wα=（Vαρα）/（Vαρα+Vβρβ）同形（isomorphous）合金微结构发展-平衡冷却同形合金微结构发展-不平衡冷却同形合金机械性质固溶强化

二元共晶（eutectic）系统Cu-Ag系统α（Cu），β（Ag），液相固溶线（solvusline）

无变度点（invariantpoint），自由度为零，包括液相之三相平衡点，包括液相之三相平衡点共晶（eutectic，easilymelted）反应共晶等温线（isotherm）焊锡：60-40焊锡（60wt.%Sn-40wt.%Pb），1850C

共晶合金微结构发展Pb-Sn共晶系统共晶结构：相互交错（alternating）层，原子扩散速率所限初（primaryα）晶，共晶α微组成（microconstituent）：可辨识而有特性微结构部份（element）

计算初（primaryα）晶与共晶α之量We=WL=P/(P+Q)初晶Wα’=Q/(P+Q)所有α相Wα=(Q+R)/(P+Q+R)Wβ=P/(P+Q+R)

有中间相或化合物平衡相图终端（terminal）固溶体中间（intermediate）固溶体Cu-Zn系统子弹壳金属间（intermetallic）化合物Mg-Pb：Mg2Pb

无变度反应（invariantreaction）共析（eutectoid）与包晶（peritectic）反应共析（eutecticlike）：L→γ+ε包（peri-:环绕）晶：δ+L→ε（化合物或固溶体）

共軶（congruent，一致的）相变化无成份变化：纯元素溶化，同质异形非共軶（incongruent）相变化：有成份变化陶属与三元相图：复杂

Gibbs,Wolcott,1822-1908Gibbs相律P+F=C+NP：相数目，F：自由度（degreeoffreedom，不改变相数目外控变数）数目，C：成份（component）数目，N：非成份变数数目

Cu-Ag系统，1atm，N=1，C=2F=3-P

Fe-C系统，Fe-Fe3C系统相图

肥粒铁（ferrite，α）：BCC，9120C沃斯田铁（Austenite，γ）：FCC，912–13940Cδ：BCC，1394-15380C雪明碳铁（cementite，Fe3C，6.70wt.%C），L→γ+Fe3C

C：填隙原子α：0.022%(7270C)，磁性(<7680C)

，7.88g/cm3γ：2.14%(11470C)，不具磁性Fe3C：硬而脆，介稳（metastable）相Fe（<0.008wt.%C），钢铁（0.008-2.14wt.%C），铸铁（2.14-6.70wt.%C）

Fe-Fe3C系统微结构发展γ→α+Fe3C共析反应：波来铁（pearlite）集群（colony）

亚共析（hypoeutectoid）合金0.022-0.76wt.%Cproeutectoid（初析，before）肥粒