C5二组元材料热力学课件.ppt

T1 T2 ? ? ? ? 5.3.3 具有固溶度间隙相图的建立 T3 ? ? ? ? T4 ? ? ? 具有 公切线 共晶温度 L? ?1 + ?2 ? ? ? ? 5.3.3 具有固溶度间隙相图的建立 T5 ? ? ? ? 共晶相图 偏聚固溶体Gibbs自由能曲线 5.4 溶解度曲线 溶体相在与第二相平衡时的溶体平衡相成分浓度 solidus 固相线 solvus 固溶线 固液两相平衡时，根据化学势相等条件可以求得各个温度下的相平衡成分 :溶解度 溶解度曲线：指溶解度与温度的关系曲线 5.4 溶解度曲线 第二相有两种情况： ? 纯组元 钢铁材料(Fe-C合金): 石墨态碳在铁中的溶解度 金属系中的Fe-Cu、Al-Si、Al-Zn、AI-Ge、Cu-Ag、Cu-B、Cu-Mo、Cu-Nb、Cu-Ta、Cu-V等 无机非金属系中的MgO-CaO等 5.4.1 第二相为纯组元时的溶解度 以A-Fe为溶剂，以B-C为溶质的溶体相A(B)-奥氏体中，第二相是纯组元B-C，即B-C中不溶解组元A-Fe ?相：固溶体相A(B)-奥氏体 ?相：组元B-C 计算 纯组相元在固溶体中的溶解度的热力学分析 5.4.1 第二相为纯组元时的溶解度 ?、?两相平衡时应有： 因为?相为纯组元B，有： 5.4.1 第二相为纯组元时的溶解度 对于溶解度不大的稀溶体， 溶解度公式得到简化： 温度无关的熵因子： K(Entropy factor ) 5.4.1 第二相为纯组元时的溶解度 溶解度与热力学参数之间的关系： 作图 截距： 斜率： 利用 可求出 二元系相平衡热力学理论为基础， 运用热力学分析材料平衡相成分以及平衡组织。 研究对象：二组元材料 目标: 第五章：二组元材料的相平衡热力学 固-液两相平衡 相图的建立 溶解度曲线 相稳定化参数 第五章：二组元材料的相平衡热力学 等温等压下考虑组元作用 对于二元系， 对于?和?两相组成的合金系， 则： 组元A、B在?和?相中的摩尔量和为常数： Constant 5.1 两相平衡 — 相平衡的化学势判据 dG = ??i dni dGT,P = ?AdnA + ?BdnB dG = dG? + dG? Constant 两相处于平衡状态时，dGT,P = 0 多相平衡的热力学条件是各组元在各相中的化学势相等。 5.1 两相平衡 —相平衡的化学势判据 化学势的图解确定 摩尔量的切线在两纵轴上截距即为偏摩尔量， 因此作某一相的Gm ~ xB 曲线的切线，切线在两纵轴上的截距即为两个组元在这一相中的化学势 5.1 两相平衡 — 相平衡的公切线法则 a c A Gm B xB ? ? ? b(xB,Gm ) μB μA a ? ? ? ? b P Q ? ? A Gm B xB 5.1 两相平衡 — 相平衡的公切线法则 两相平衡的图形表达 ? 公切线法则 对?、?两相摩尔自由能曲线 作公切线—PQ线 各切点成分满足两组元 分别在两相中化学势相等 ◆ 切点成分点：给定T下的的两平衡相成分点 (相点) ◆ 成分位于公切点之外： 合金处于单相稳定态 ◆ 物系成分点位于公切点之间的合金：根据混合相自由能的直线规则，混合相的自由能低于单相自由能， 合金处于两相平衡 5.1 两相平衡 — 相平衡的公切线法则 a ? ? ? ? b P Q ? ? A Gm B xB ? e E A B Gm xB F ? ? ? ? G0 G1 ◆ 公切线法则确定偏聚固溶体分解为两相 ◆ 二相平衡成分： 切点E、F 对应 组成 和 以合金成分 分解前为G0， 为例： 5.1 两相平衡 — 相平衡的公切线法则 分解后降为G1 A B G ? ? xB L ? L ?+L L ? L+? ?-L或L-? 的两相平衡 A B G ? ? xB ? ? ? 二元合金系中的3相平衡 5.1 两相平衡 — 相平衡的公切线法则 液态L：完全互溶 固态：二组元互不相溶?、? 画出 V2 a V1 c A Vm B xB 偏摩尔量的图解确定 任意一点b有摩尔体积Vm ? ? ? Vm ~ xB图形 b(xB,Vm ) b(xB,Vm ) 通过b点画一切线交于a,c点，则: a(0,V1 ) c(1,V2 ) Vm = xAVA + xBVB V1=VA V2=VB 切线在摩尔量两纵轴上 截距即为偏摩尔量 推广到任何偏摩尔量 VB VA 如何求给定温度下的固液两相平衡成分？ 当A-B二元系固-液两相(?? L)均用正规溶体近似描述时： Gm=XA0GA+XB0GB+RT(XAlnXA+XBlnXB)+IABXAXB Gαm=XA0GαA+XB0GαB+RT(XαAlnXαA+XαB