相平衡与相图原理.ppt

第八章 相平衡与相图原理 一、基本概念 5、相：体系中具有相同物理与化学性质的，且与其他部分以界面分开的均匀部分称为相。  6、相图 表示合金系中合金状态、压力、温度及成分之间关系的图解。是研究不同成分合金平衡关系的图形。又称为平衡图或状态图。 二、相平衡条件和相律 3、自由度：在平衡系统中独立可变的因素。 注意： f=C-P+2 （1）平衡状态下f不可能为负数，相数p必须大于等于1，即在系统中至少有一个相存在，否则将不可能构成系统。 （2）相律给出了平衡状态下体系中存在的相数与组元数及温度、压力之间的关系，对分析和研究相图有重要的指导作用。 （3）相律只能表示体系中组元和相的数目，不能指明组元或相的类型和含量 （4）相律不能预告反应动力学（速度） 补充：单元系相图 二、相图分析 1. 三个单相区： 3.一个三相点：系统中的冰、水、汽三相共存的状态。 （f=1-3+2=0) 第二节 二元相图 二元系相图是研究二元体系在热力学平衡条件下，相与温度、成分之间关系 热分析法建立相图示意： 补充：多相平衡的公切线原理 1、公切线法则 3、二元系统的三相平衡 杠杆定律的说明： 两相平衡共存（两相区）  确定相的含量 （一）匀晶相图 1、匀晶相图 匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的过程。 匀晶相图：完全具有匀晶转变的相图。如 Cu-Ni、Au-Ag、Ag-Pt等相图。 组元特征：两个组元化学性质相近，晶体结构相同，晶格参数相差不大，在液态和固态都能完全互溶。 2、固溶体的平衡凝固 （2）固溶体成分的变化和相平衡 （3）固溶体的结晶规律 a. 固溶体的结晶与纯金属不同，它不在恒温下进行，而是在一个温度范围内不断降温条件下完成的 b. 固溶体的凝固过程与纯金属一样，也包括形核与长大两个阶段 c. 合金结晶形核时需要能量起伏和成分起伏 d. 固溶体的凝固依赖于两组元原子的扩散 e. 平衡凝固得到的固溶体显微组织和纯金属相同，除了晶界外，晶粒之间和晶粒内部的成分却是相同的。 固溶体平衡结晶示例 （二）共晶相图 1、共晶相图 共晶转变：是指从一个液相中同时结晶出两个成分不同的固相的过程。 共晶体（共晶组织）：共晶转变的产物（两相机械混合物）。 共晶温度：发生共晶转变时的液相的温度。 共晶相图：两个组元在液态无限互溶，而在固态有限互溶或互不相溶并发生共晶转变形成共晶组织的相图。 常用术语： 先共晶相：共晶转变形成前的相。 二次结晶（脱溶）：从一个固溶体中析出另一个固相的过程。 二次相（次生相）：二次结晶析出的相。 组织组成物：在结晶的各个阶段中形成清晰轮廓的独立组成部分。 相组成物：是指组成显微组织的基本相。 2、共晶合金的平衡凝固及其组织 （1）ω(Sn)＜19％的合金 （3）亚共晶合金 （4）过共晶合金 （三）包晶相图 1、包晶相图 包晶转变：由一个固相与液相作用生成另一个固相的过程。 包晶相图：两组元在液态无限互溶，固态下有限互溶（或不互溶），并发生包晶反应的二元系相图。 2、包晶合金的凝固及其平衡组织 （1）ω (Ag)为42.4％的Pt－Ag合金（合金I） （2）42.4％＜ω (Ag)＜66.3％的Pt-Ag（合金II） （3）10.5％＜ω (Ag)＜42.4％的 Pt-Ag合金（合金III） （四）其他类型的二元相图 1．具有化合物的二元相图 （1）形成稳定化合物的相图 （2）形成不稳定化合物的相图 2．具有偏晶转变的相图 3、具有合晶转变的相图 4、具有熔晶转变的相图 5、具有固态转变的二元相图 （1）具有共析转变的相图 （3）具有固溶体多晶型的转变 （5）具有有序－无序转变的相图 （一） 二元相图的几何规律 1、平衡相成分必须沿着相界线随温度而变化 2、相区接触法则：相图中相邻相区的相数差值与接触几何特征间的关系 （二）复杂二元相图的分析方法 一般的分析方法如下： （1）先看相图中是否存在稳定化合物，如有，则以这些化合物为界，把相图分成几个区域进行分析。 （2）根据相区接触法则，区别各相区。 （3）找出三相共存水平线，分析这些恒温转变的类型。 （4）应用相图分析具体合金随温度改变而发生的相转变和组织变化规律。 （5）在应用相图分析实际情况时，切记相图只给出体系在平衡条件下存在的相和相对量，并不能表示出相的形状、大小和分布；相图只表示平衡状态的情况，而实际生产条件下很少能达到平衡状态 五、相图与性能的关系 1．根据相图判断合金的使用性能 2、根据相图判别合金的工艺性能 （1）铸造性：主要取决于相图上液相线与固相线之间的水平距离及垂直距离，即结晶的温度间隔与液、固相间的成分间隔。此间隔越大，铸造性越差。 （