第3章 金属系中的相及相图1.ppt

第三章 金属系中的相及相图 ;热力学基础;3-1 气相、液相 一、蒸汽压力：， 金属从液相转变成气相，并且已知其气化热为△HV，则 通过对自由能的热力学表达式进行处理，可以写出： （1） 式中， 和 是一摩尔金属气化时出现的熵和体积的变化，用 代替，可以得到克劳修斯-克拉伯隆方程式， （2） 因为 ，所以（2）式可以改写成， （3） ; 因此，在 与 的关系图上，斜率为 的直线描绘出了蒸汽压力随液相温度变化的关系。 一般常用经验方程能获得比近似方程（2）式更精确的值： （4） 式中，P是蒸汽压力；T是开尔文绝对温度；A、B、C、D是给定液态或固态金属的常数，见表6.1。 ;二、动力学理论： 1.碰撞作用： 将气相看成是各个原子的聚合体，在边长为L米的立方容器中有n个原子，每个原子的质量为m,所有原子的平均速度为u，平行于每个坐标都有1/3的原子运动，原子之间的碰撞忽略不计。 气体对容器壁所施加的压力是由于原子同器壁碰撞产生的。; 为例确定由这些碰撞作用施加于器壁上的力F，利用牛顿定律F=mu是较方便的，其中mu是动量。 由于压力P是单位面积上的力，故 （5） 使用气体的千克原子量 比较方便，体积 就是千克分子体积V，即22.4m3，于是就变为： （6） 因为， ，故 。 注：N为阿伏伽德罗常数；R为气体常数， 8.31J/(mol.K);2.原子自由能： 根据玻尔兹曼分布，一个原子具有自由能g的几率P是： 　　（7） 由于一个原子具有从零到无穷大之间能量的几率为1，得出： 　　（8） 因此上式变为： 　　（9） 此式的意思是g=0的原子数目最多，并且随着能量的增加，具有那个能量的原子数目按指数规律减小。几乎2/3的原子具有的能量小于kT。 ;3.气体中的扩散 为了处理气体中的扩散这类问题，必须考虑原子之间的碰撞，一个原子的横截面积为 ，如果n为单位体积内的原子数，那么碰撞间的平均自由路程l可由下式粗略地算出： 或 （10） 碰撞频率为： （11） 扩散系数与 之间的关系式为： （12） 将典型值代入此式（如氧气在0K，u=4×102m/s）表明，在一个大气压时，D约为10-3m3/s，可以看出扩散进行得相当慢，所以在气体中对流是更重要的传输机理。 ;三、气态——液态的转变： 1.气态——液态的转变 在气态 液态转变过程中，对气相或液相来说，无论压力P1或克分子体积（Vg或Vl）都必须保持恒定。直到转变结束，系统完全成为液体之前，气相数量逐渐减少而液相数量增加。在这个阶段中（总的）克分子体积V服从下式： 因此，当Ng从1