材料学设计——相图与材料设计.ppt

最多只有三相平衡的三元相图 ——三相平衡共晶相图及其合金凝固过程 其它类型的三相平衡相图 有四相平衡三元相图 ——固相互不相溶的三元共晶相图 有四相平衡三元相图——三元包晶相图、包共晶相图 投影图上三元相图的四相反应的特点 有化合物的三元相图的低温三相平衡区 在实际三元相图中经常出现若干二元化合物与三元化合物，这些化合物将浓度三角形划分为若干个三角形。如果某一温度下二元化合物的数量为b，三元化合物的数量为t，那么由这些化合物所划分出的子三角形数量为2t+b+1个。 A和C形成二元化合物D，B和C形成二元化合物E，连接AE或BD均可以构成子三角形，这时我们通常取AE与BD的交点g的成分的配样品，加热熔化并在给定温度下均匀化退火或在给定温度下烧结，检查样品中所存在的相，如果是A和E，则连接AE构成?ADE与?AEB两个子三角形是正确的，反之如果析出的是B和D则连接?BDE与?ADB两个子三角形是正确的。 在三元液相面投影图中，同分熔化化合物的成分点在初晶区之内，异分熔化化合物的成分点在初晶区之外。每一个固液四相反应都对应于一个固相面上的子三角形，构成子三角形三个顶点的三个相即固液四相反应的三个固相。 带一个同分熔化二元化合物、一个异分熔化二元化合物、一个同分熔化三元化合物或一个异分熔化三元化合物的相图的液相面投影图 有溶解度间隙的三元相图 多元相图与谢尔反应图（Scheil’s reaction scheme） 同素异形相界线——To线 相图坐标的选择 每一相图都与一定的状态函数相对应，相图中的每一点该的都是函数的最小值点。同一体系的状态可用不同的状态函数来表示，同样同一体系的相平衡关系也可以用不同变量为坐标来表示，从而得到用途与拓扑结构形式不同的相图。 dG=-SmdT+VmdP+??idxi dF=-SmdT+PdVm+??idxi 稳定态图——包含了一个或几个化学位坐标的相图 在材料研究过程中，可以根据系统的控制条件，直接利用相应形式的相图。对改善和提高已有材料的性能，特别是设计和开发具有特殊功能的新材料，具有重要的指导意义。 构造相图的几何规则 1、180度原理：相图中单相区的两边界线的相交，其夹角小于180度。也就是说，任一单相区的边界线在交点处延长不会落在该单相区内，只能进入其它相的单相区或包含该相的两相区或三相区。 构造相图的几何规则 相区接触法则：相区接触法则是Masing[35]、Palatnik与Landau[26]三人提出的因此又称为MPL边界法则（MPL boundary rule）。在R维以容量性质为坐标的相图中，穿过一个b维相界所增加的新相数D+与减少的旧相数D-之和等于R-b，用数学公式表示为：D+ +D-=R-b 根据这一原理，在多元相图的二维截面中，相邻相区相数差1。 构造相图的几何规则 施奈莱马克原理（Schreinemakers’ rule ）：在三元等温截面中单相区的边界线延长线单相区边界的延长线要么同时进入三相区，要么分别进入两个不同的两相区，不能一条进入两相区，一条进入三相区 。在以容量性质为坐标的二维截面上，一点只可能有四条相界线相交，而且相交的四条相界线将相图分为四个相区，假设相数最少的那个相区包含有d个相，那么d相区边界线在交点处的延长线要么同时进入与之相对的d+2相区，要么分别进入与之相邻的两个不同的d+1相区。 扩散通道 扩散偶样品中扩散层每一截面的平均成分在相图中的轨迹。它由质量守恒定律与各组元在各相中的扩散速度共同决定。质量守恒定律要求扩散通道与构成扩散偶的两原始成分点的连线至少相交一次。同时要求在扩散通道上扩散组元的活度降低的方向单调降低。扩散通道与相图中共轭线相交的情况与扩散偶的组织形貌一一对应。 习题 已知A-B-C三元系的等温截面如图(a)，以aA—xC/（xB+xC）为坐标的稳定态图如图(b),试画出以aB—xC/（xA+xC）为坐标的稳定态图。(提示：根据相律三相区自由度为零，三相平衡时所有组元的活度均是固定不变的，因此，三相区在以aB—xB/（xA+xB）为坐标的稳定态图中为一水平线，而两相区自由度为一，两相平衡为一系列水平结线的集合) 分别画出液相完全互溶固相部分互溶的简单二元共晶相图，在两固相结构相同与两固相结构不同两种情况下的To线，并将它外推到亚稳区。 根据液相面投影图画出mn、op和vc变温截面。 相图与材料设计 前言 什么是相图？ 相图表示在一定条件下，处于热力学平衡状态的物质系统中平衡相之间关系的图形。又称为平衡图、组成图或状态图。相图中的每一点都反映一定条件下，某一成分的材料平衡状态下由什么样的相组成，各相的成分与含量。 什么是材料设计？ 材料设计就是借助计算机技术应用充分运用现有的材料学科及其相邻学科如：物理、