在杠杆定律中.PPT

相图（平衡图、状态图）：平衡条件下，合金的相状态与温度、成份间关系的图形。是制订熔炼、铸造、热加工及热处理工艺的重要依据。 根据组元数, 分为单元系相图、二元相图和三元相图。 4.1 相、相平衡及相图制作 4.1.1 相平衡与相律 在指定的温度和压力下，若多相体系的各相中每一组元的浓度均不随时间而变，则体系达到相平衡。 实际上相平衡是一种动态平衡，从系统内部来看，分子和原子仍在相界处不停地转换，只不过各相之间的转换速度相同。 若体系内不发生化学反应，则相平衡的热力学条件是各组元在各相中的化学位相等。 相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数和平衡相数之间的关系式。 自由度数f是指在不改变系统平衡相的数目的条件下，可以独立改变的，影响系统状态的因素(如温度、压力、平衡相成分)的数目。 变压下：f=c-p+2 恒压下：f=c-p+1 c：组元数。C=1，单元系统；C=1，单元系统；C=3，三元系统。 p：相数。 由公式可知： fmin=c-pmax+1 故：pmax=c-fmin+1=c-0+1 在相图中，任意一点都叫“表象点”。一个表象点的坐标值反映一个给定合金的成分和温度。在相图中，由表象点所在的相区可以判定在该温度下合金由哪些相组成。二元合金在两相共存时，两个相的成分可由过表象点的水平线与相界线的交点确定。 二元相图中的成分按国家标准有两种表示法： ①质量分数（w）： ②摩尔分数（x）： 式中：ωA、ωB分别为A、B组元的质量分数；xA、xB分别为A、B组元的摩尔分数，RA、RB分别为A、B组元的相对原子质量。并且ωA+ωB=1（或100％），xA+xB=1（或100％）。 本课程中相图的成分，若未给出具体的说明，均以质量分数示之。 若二元相图中的组元A和B为化合物，则以组元A（或B）化合物的相对分子质量MrA（或MrB）取代上式中组元A（或B）的相对原子质量RA（或RB），以组元A（或B）化合物的分子质量分数来表示上式中对应组元的原子质量分数，即可得到化合物的摩尔分数表达式。这种摩尔分数表达方式在陶瓷二元相图和高分子二元相图中较普遍使用。 二元相图中的相区 单相区：f＝2-1+1=2，可独立改变温度和成分 两相区：f=1，温度和成分中只有一个独立变量， 三相共存： f＝0，三个平衡相的成分和温度都不变，属恒温转变，——在相图上表示为水平线，称为三相水平线。 4.2 二元匀晶相图 由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图称二元匀晶相图。 几乎所有的二元相图都包含有匀晶转变部分。 4.2.1 相图分析 随温度下降，固溶体重量增加，液相重量减少。同时，液相成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。 与纯金属相比，固溶体合金凝固过程有两个特点： 1.固溶体合金凝固时析出的固相成分与原液相成份不同，需成份起伏。 晶粒的形核位置是那些结构起伏、能量起伏和成分起伏都满足要求的地方。 2.凝固在一个温度区间内进行，在此温度范围的每一温度下，只能凝固出一定数量的固相，两相成分随温度发生变化。固溶体合金凝固时依赖于异类原子的互相扩散，凝固速率慢。 4.2.2.2 杠杆定律 处于两相区的合金，不仅由相图可知道任一成分的合金在两相区任一温度下两平衡相的成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。 现以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律： ① 确定两平衡相的成分：设合金成分为x，过x做成分垂线。 则 QL + Q? =1 QL x1 + Q? x2 =x 解方程组得 因此两相的相对重量百分比为： 上式与力学中的杠杆定律完全相似，因此称之为杠杆定律。即合金在某温度下两平衡相的重量比等于该温度下与各自相区距离较远的成分线段之比。 在杠杆定律中，杠杆的支点是合金的成分，杠杆的端点是所求的两平衡相（或两组织组成物）的成分。 杠杆定律只适用于两相区（或两种组织组成物）。 例（如图） （5）区域熔炼 ⑴ 相图分析 ① 相：相图中有L、?、?三种相, ?是溶质Sn在 Pb中的有限固溶体， ?是溶质Pb在Sn中的有限固溶体。 ② 相区：相图中有三个单相区： L、?、?；三个两相区： L+?、L+?、?+ ?；一个三相区：即水平线CED。 ③ 点：A、B分别为Pb、Sn的熔点。 ④ 相线： 液相线AEB，固