6--热力学--第五章二组元热力学范例.ppt

材料热力学 刘世凯 第五章 二组元材料热力学 二组元材料的热力学理论是材料热力学最基本的内容。 Goal: 以二元系相平衡(Phase equilibrium）为基础，分析材料学中的一些基本问题，掌握运用热力学分析材料平衡相成分以及平衡组织的基本方法。 第五章 二组元材料热力学 5.1 两相平衡 5.2 固-液两相平衡 5.3 溶解度曲线 5.4 固溶体间的两相平衡 5.5 相稳定化参数 5.1 两相平衡 For two phases to be in thermodynamic equilibrium, they must be in: 1. Thermal equilibrium (Temps are equal). 2. Mechanical equilibrium (Pressures are equal). 3. Chemical equilibrium (equilibrium with respect to transfer of components). 5.1 两相平衡 两相平衡的基本判据即平衡态判据(Equilibrium state criterion)：体系的Gibbs自由能为极小值(min)，即: G = min, 或 dG = 0 A-B二元系，在P、T一定时，在α和β两相平衡共存的状态下，根据平衡态判据应该有： Gα+β = min,或dGα+β = 0, dGα+β = dGα+dGβ=0 5.1 两相平衡 5.1 两相平衡 Condition for phases at equilibrium 两相平衡的热力学条件：每个组元在各相中的化学位相等. How about the condition for phases at equilibrium in single component materials? 单组元的化学位就是摩尔自由能。 单组元材料两相平衡的热力学条件： 相平衡的公切线法则 两相平衡的化学势相等条件——公切线法则(Common tangent law)。 对两相的自由能曲线作公切线，可求出：(1)两相平衡的成分范围;(2)平衡相的成分点。 切点成分满足同一组元 在两相中化学位相等—— 两相平衡的条件 相平衡的公切线法则 公切线法则(Common tangent law): 切点成分：给定温度下的两平衡相成分。 成分位于公切点之间的合金，处于多相平衡，因为此时自由能的值最低。 Why? 成分位于公切点之外，自由能？相？ 相平衡的公切线法则 相平衡的公切线法则 相平衡的公切线法则 Graphic construction of P. D. 根据材料的摩尔吉布斯自由能曲线和相平衡热力学条件，可以确定一定温度、成分下材料所存在的相的平衡状态。 材料中相状态与成分、温度的关系图 Graphic construction of P. D. Graphic construction of P. D. Graphic construction of P. D. Graphic construction of P. D. Graphic construction of P. D. Graphic construction of P. D. Graphic construction of P. D. 5.2 固-液两相平衡 5.2 固-液两相平衡 5.2 固-液两相平衡 5.2 固-液两相平衡 理想溶体二元匀晶相图的计算 5.2 固-液两相平衡 5.2 固-液两相平衡 5.2 固-液两相平衡 5.2 固-液两相平衡 Magnesium Alloys- Metal of the 21st Century 5.2 固-液两相平衡 5.2 固-液两相平衡 5.2 固-液两相平衡 5.3 溶解度曲线 5.3 溶解度曲线 严格地说，溶解度应该是—个相在另—个相的溶解度，而不是一个组元在另一个组元中的溶解度，也不是一个组元在一个相中的溶解度。 (1)渗碳体在奥氏体中的溶解度。√ (2)石墨在铁素体中的溶解度。√ (3)碳在奥氏体中的溶解度。× (4)碳在铁中的溶解度。× 相图