第三章溶液预案.ppt

Yuxi Chen Hunan Univ. * 3）规则溶液的活度系数与温度之间有以下关系 4）△G多余可由以下关系式求出： 其中 xB=1－xA ? Yuxi Chen Hunan Univ. * §3.6 热力学溶液理论在Fe-C-M 合金研究中的应用 3.6.1 微量元素在 Fe-C-M合金中溶解度 的热力学计算 微量合金元素对合金的性能影响很大，因此，用热力 学理论计算微量元素在合金中的溶解度非常重要。 将Fe-C-M合金溶液保持在氮气份中（PN2=0.1MPa）， 其溶解反应为： Yuxi Chen Hunan Univ. * 对Fe-C-M合金溶液中氮的质量分数采用1％作为标准 态，则上述反应的标准自由能为： ?Go = －RT ln(fN[%NS]) 查阅有关热力学资料可知： ?Go(1%) = 10794.72 + 21.00T 标准自由能变化，J/mol； N在Fe-C-M合金溶液中的活度系数； N在Fe-C-M合金溶液中的溶解度，％。 Yuxi Chen Hunan Univ. * 对于含有多种组元的Fe-C-M合金溶液，氮的活度系数 可表示为： lnfN = + [% j] 式中 为j 组元对氮的相互作用系数。 将Fe-C-M合金溶液假设为规则溶液，则有 Yuxi Chen Hunan Univ. * 因此T温度下的活度系数为 因此，可利用1600oC下热力学数据计算T温度下N在 Fe-C-M合金中溶解度的计算式 Yuxi Chen Hunan Univ. * Yuxi Chen Hunan Univ. * 3.6.2 微量元素对 Fe-C-M合金溶液 结晶温度的影响 微量元素对Fe-C-M合金溶液结晶温度的影响表现在 两个方面，一是对平衡结晶温度的影响； 二是对非平衡结晶温度的影响。 对于含有多种元素的Fe-C-M合金溶液，设铁为溶剂， 标记为1，其他元素为溶质，所研究的微量元素标记为 2，其它元素为3，4，5，。。。K。结晶时组元1在 液固两相中的偏摩尔自由能相等，则 Yuxi Chen Hunan Univ. * 在熔点时 纯组元1的熔化自由能，J/mol； 液态和固态溶液中组元1的摩尔分数； 液态和固态溶液中组元1的活度系数。 纯组元1的熔化潜热； 纯组元1的熔点。 Yuxi Chen Hunan Univ. * 由以上两式可得 设x2=0, x3,x4....xk分别为定值时Fe-C-M合金结晶 温度是Tm’。 设x2≠0, x3,x4....xk保持不变时Fe-C-M合金结晶 温度是Tm’’； Yuxi Chen Hunan Univ. * 则微量元素对Fe-C-M合金溶液结晶温度的影响符合 以下的热力学关系 如果微量元素在Fe-C-M合金溶液中的自相互作用系数 等于零，则 Yuxi Chen Hunan Univ. * 经过数学处理，可得 考虑到x2很小， 与 比较接近 Yuxi Chen Hunan Univ. * Yuxi Chen Hunan Univ. * 3.6.3 微量元素在 Fe-C-M合金溶液形成 碳化物的平衡浓度计算 微量元素在Fe-C-M合金溶液中是否形成碳化物与 Fe-C-M合金成份、温度和微量元素含量有关，其中 的相互作用可以运用热力学理论和数据进行计算研究。 以钒在铸铁溶液中形成钒化物为例，介绍微量元 素在Fe-C-M合金溶液中形成碳化物平衡浓度的计算 方法。 随条件的不同，钒在Fe-C3.6-Si2.5-Mn2.5合金中 可形成VC、V2C和V4C3三种碳化物。 Yuxi Chen Hunan Univ. * C(gr)=[C] ?GC0 = ?22590?42.26T V(S)=[V] ?GV0 = ?20710?45.6T V(S)+C(gr)=VC(S) ?GVC0 = ?102158+9.59T 2V(S)+C(gr)=V2C(S) ?GV2C0 = ?146538+3.35T V(S)+3/4C(gr)=V4C3(S) ?GV4C30 = ?97000+6.79T 由上式可得 [V] + [C] = VC(S) ?G10 = ?104038+97.45T 2[V] + [C] = V2C(S) ?G1/20 = ?1277