二元系相图.ppt

1、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(Thermal Analysis)： Cu-Ni 合金相图,用热分析法建立Cu-Ni相图,二、杠杆定律（Lever Rule),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

2、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（Isomorphous system),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

3、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L 1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 12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,

4、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-Zr Sc-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 (Eutectic Phase Diagram ),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

5、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eutectic line水平线CED 共晶点eutectic point E 共晶温度eutectic temperature 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

6、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(Peritectic Phase Diagram),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

7、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

8、，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（DP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（PC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

9、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，相邻相区的相数