05 材料科学基础.ppt

第一节 三元相图基础  工业上所使用的金属材料，如各种合金钢和有色合金，大多由两种以上的组元构成，这些材料的组织、性能和相应的加工、处理工艺等通常不同于二元合金，因为在二元合金中加入第三组元后，会改变原合金组元间的溶解度，甚至会出现新的相变，产生新的组成相。 因此，为了更好地了解和掌握金属材料，除了使用二元合金相图外，还需掌握三元甚至多元合金相图，由于多元合金相图的复杂性，在测定和分析等方面受到限制，因此，用的较多的是三元合金相图，简称三元相图(Ternary Phase Diagram）。 三元相图与二元相图比较，组元数增加了1个,即成分变量是两个，故表示成分的坐标轴应为2个,需要用一个平面表示，再加上垂直于该平面的温度轴，这样三元相图就演变成一个在三维空间的立体图形，分隔相区的是一系列空间曲面，而不是二元相图的平面曲线。 1、三元相图的成分表示方法(1) 等边成分三角形常用三角形来表示三元合金的成分，这样的三角形称为浓度三角形或成分三角形(Composition Triangle)。常用的成分三角形是等边三角形和直角三角形。 如图5-101所示：oa＋ob＋oc＝AB＝BC＝CA由于oa＝bc＝WAob＝AC＝WB＝oa＝aboc＝Ba＝WC＝Aa因此，可用oa代表A组元的含量，ob代表B组元的含量，oc代表C组元的含量。 (2) 直角成分坐标表示法当三元系成分以某一组元为主，其他两个组元含量很少时，合金成分点将靠近等边三角形某一顶点。若采用直角坐标表示成分，则可使该部分相图更为清楚的表示出来，一般用坐标原点代表高含量组元，而两个互相垂直的坐标轴代表其他两个组元的成分，如图5-102所示 (3) 等腰成分三角形当三元系中某一组元含量较少，而另两组元含量较大时，合金成分点将靠近等边成分三角形的某一边。为了使该部分相图清晰的表示出来，常采用等腰三角形，即将两腰的刻度放大,而底边的刻度不变。如图5-103所示。 　　对于O点成分的合金，其成分的确定方法与前述等边三角形的确定方法相同，即过O点分别引两腰的平行线与AC边相交于a和c点，则：　　Ca＝WA＝30％　　Ac＝WC＝60％　　Ab＝WB＝10％。虽然，上述成分表示方法在三元相图中都有应用，但应用最为广泛的还是等边三角形。 2、等边成分三角形中特定意义的线 (1) 平行于三角形某一边的直线凡成分位于该线上的所有合金，它们所含的由这条边对应顶点所代表的组元的含量为一定值。如图5-103中ef直线上代表B组元的含量均为Ae。 (2)通过三角形顶点的任一直线　　凡成分位于该直线上的所有合金，它们所含的由另两个顶点所代表的两组元的含量之比为一定值。如图5-104 中Bg 线上的所有合金A、C两组元的质量分数之比为WA/WC=Cg/Ag 。 3、三元系平衡相的定量法则 应用相律　　　　　f=c-p+1 当三元系时　　　　f=4-p故当两相平衡共存时，有f=4-2=2 即两个平衡相的成分只有一个独立改变，当一个平衡相的成分发生变化时，另一相的成分随之而改变，即两相的成分之间具有一定的关系,此关系称为直线法则。 ① 直线法则和杠杆定律直线法则：三元合金中两相平衡时，合金的成分点和两个平衡相的成分点，必须在同一直线上。如图5-105所示，当合金O在某一温度处于α＋β两相平衡时，这两个相的成分点便定为a和b，则aob三点必位于同一条直线上，且o点位于a、b两点之间,此时α、β两相的质量比为： 由直线法则可得到以下规律： a、 当温度一定时，若已知两平衡相的成分，则合金的成分必位于两平衡相成分的连线上； b、 当温度一定时，若已知一相的成分及合金的成分，则另一平衡相的成分必位于两已知成分点的连线的延长线上；  c、 当温度变化时，两平衡相的成分变化时，其连线一定绕合金的成分点而转动。 第二节 三元匀晶相图 三组元在液相和固相均完全互溶的相图为三元匀晶相图。 1、相图分析a、b、c 为三组元 A、B、C 的熔点，且 Tb Ta Tc 。液相面：abc黄色面；固相面：abc蓝色面；液相区L：abc黄色面以上空间；固相区α：abc蓝色面以下空间；液固两相共存区L＋α：abc黄色面和蓝色面之间区域。 2、结晶过程分析当合金 O 自液态缓冷至于液互相相交时，开始从液相中结晶出 α固溶体，此时液相的成分l1即为合金成分，而固相的成分为固相面某一点 s。随着温度进一