上交材料科学基础-三元相图.ppt

第8章 三元相图 三元相图的基本特点为： (1) 完整的三元相图是三维的立体模型。 (2) 二元系中可以发生3相平衡转变。由相律可以确定二元系中的最大平衡相数为3，而 三元系中的最大平衡相数为4。三元相图中的四相平衡区是恒温水平面。 (3) 根据相律得知， 三元系三相平衡时存在一个自由度，所以三相平衡转变是变温过程，反映在相图上，三相平衡 区必将占有一定空间，不再是二元相图中的水平线。 8.11 三元相图成分表示方法 1. 等边成分三角形 例如，三角形ABC内S点所代表的成分可通过下述方法求出： 设等边三角形各边长为100％，AB，BC，CA顺序分别代表B，C，A三组元的含量。由 S点出发，分别向A，B，C顶角对应边BC，CA，AB引平行线，相交于三边的c，a，b点。根据 等边三角形的性质，可得 Sa十Sb十Sc＝AB＝BC＝CA＝100％， 其中，Sc＝Ca=ωA/（%），Sa=Ab=ωB /（%）， Sb=Bc= ωC /（%）。 于是，Ca，Ab，Bc线段分别代 表S相中 三组元A，B，C的各自质量分数。 反之，如已知3个组元质量分数时， 也可求出S点 在成分三角形中的位置。 确定合金某组元（如B)成分的方法： 通过合金成分点作B组元对边的平行线 与另两边中任一边相交于（如 b点），则Ab长度就是B组元的成分。 2. 浓度三角形具有如下一些特性 (1)等含量规则——平行于三角形任一边的直线上所有合金中有一组元含量相同，该直线为直线所对顶角上的元素，如下图中的MN线上，B％之值恒定。（根据成分的确定方法） (2)等比例规则——通过三角形顶点的任何一直线上的所有合金，其直线两边的组元含量之比为定值，如图中CG线上的任何合金，A％与B％的比值为定值，即A％／B％＝BG/GA。 证明：在CG上任何一合金o，如下图所示， 过o点作MN//AC，bp//AB, aQ//BC。 3)推论：位于三角形高BH上任一点的合金，其两边组元的含量相等。 4）背向规则——从任一三元合金M中不断取出某一组元B，那么合金在浓度三角形位置将沿BM的延长线背离B的方向变化，这样满足B量不断变化减少，而A、C含量的比例不变。当B减为零时，合金成分到达AC线上。 5)直线定律——在一确定的温度下，当某三元合金处于两相平衡时，合金的成分点和两平衡相的成分点必定位于成分三角形中的同一条直线上。该规则成为直线定律。 证明如下：设合金P在某一温度下处于α相（s点）和β相（q点）两相平衡， α相和β相中的B组元含量分别为Ae’和Ag’，C组元含量分别为Ae和Ag。两相中C、B两组元的质量之和应等于合金中P中C、B两组元的质量之和。令合金P的质量为WP， α相的质量为Wα， β相的质量为Wβ，则WP＝Wα＋ Wβ，由于合金中的C、B组元的含量分别为Af和Af’，由C、B质量守恒分别的下两式： 6）杠杆定律——由以上推导可得： 假设合金o在某一温度由α、β和γ三相组成，则合金o的成分点一定在α、β和γ三相成分点i、j、k组成的共扼三角形中。可以设想先把α和β混合成一体，合金o便是由γ相和这个混合体组成。按照直线法则，这个混合体的成分点应在ij连线上，同时也应该在ko连线的延长线上。满足这个条件的成分点就是ko延长线和ij直线的交点r。利用杠杆法则，可以计算出γ相在合金中的百分含量： 同时可以导出α相和β相在合金中的百分含量： 上式表明，o点正好位于三角形ijk的质量重心，所以把它叫做三元系的重心法则。 3. 成分的其它表示方法 等腰成分三角形 b. 直角成分坐标 当三元系成分以某一组元为主、其他两个组元含量很少时，合金成分 点将靠近等边三角形某一项角。若采用直角坐标表示成分，则可使该部分相图清楚地表示出 来。设直角坐标原点代表高含量的组元，则两个互相垂直的坐标则代表其他两个组元的成 分。 C. 局部图形表示法 如果只需要研究三元系中一定成分范围内的材料，就可以在浓度三 角形中取出有用的局部(见图8.5)加以放大，这样会表现得更加清晰。 8.2 三元匀晶相图 1. 相图的空间模型 如右图所示，三条二元匀晶相图的液相线和固相线分别连结成三元合金相的液相曲面和固相曲面。液相面以上区域为液相区，固相面以下区域为固相区，而两面之间为液、固两相共存的两相区。 等温截面图又称水平截面图，它是以某一恒定温度所作的水平面与三元相图立体模型相截的图形在成分三角形上的投影。 由图中可见，等温线将等温截面分割成液相区、固相区和液、固两相区。 根据相律，三元合金处于两相平衡是具有两个自由度，即 f＝C－P＋1＝3－2＋1＝2， 如果温度恒定，则f＝C－P ＝