无机材料科学基础----第八章-三元相图.ppt

第八章三元相图8.1三元相图基础三元相图的基本特点：1、三维立体模型；2、最大平衡相数为4，四相平衡区是恒温水平面；3、三相平衡区占有一定空间，三相平衡转变是一变温过程。一、三元相图的成分表示方法一、三元相图成分表示方法成分（浓度）三角形—等边、直角、等腰1、等边成分三角形（1）3个顶点A、B、C分别表示3个纯组元；（2）3个边AB、BC、CA分别表示3个二元系A-B、B-C和C-A的成分；（3）三角形内的任意一点代表一定成分的三元合金。其中，三元相图的成分表示方法有网格的成分三角形读出图示成分三角形中，C、D、E、F、G、H各合金点的，它们在成分三角形的位置上有什么特点？点E、F、G的ωA:ωC=1:1点E、H中，ωC=10%点H、F、D中，ωB=40%点G、H中，ωB=50%2、等边成分三角形中的特殊线1）平行于三角形某一条边的直线凡成分位于该线上的合金，其所含与此线对应顶角代表的组元的质量分数相等2）通过三角形顶点的任一直线凡成分位于该直线上的合金，所含此线两旁的另两顶点所代表的两组元的质量分数的比值相等。3、成分的其他表示方法1）等腰成分三角形O点的成分2）直角成分坐标M点的成分3）局部图形表示法二、三元相图中的杠杆定律及重心定律1、直线（共线）法则：在一定温度下三组元材料两相平衡时，材料的成分点和其两平衡相的成分点必然位于成分三角形内的一条直线上。证明：合金O、α相和β相中B组元含量分别为Ao1、Aa1Ab1，C组元的含量分别为Ao2、Aa2和Ab2。设α相的质量分数ωα，β相的质量分数为1-ωα而α相和β相中B组元质量之和等于合金中B组元的质量，即同理可得：两式相除，得三元相图中的杠杆定律及重心定律2、杠杆定律：推论：当给定合金在一定温度下处于两相平衡状态下，若其中一相的成分给定，则根据直线法则，另一相的成分点必位于两已知成分点的延长线上；若两个平衡相的成分点已知，合金的成分点必然位于两个已知成分点的连线上。设两个合金P、Q的成分为：P—ωA=60%，ωB=20%，ωC=20%；Q—ωA=20%，ωB=40%，ωC=40%，并且P合金的质量分数占新合金R的75%，求新合金R的成分三元相图中的杠杆定律及重心定律3、重心法则1）三相平衡时，当温度恒定，自由度为0，三个平衡相的成分为确定值；2）三个两相平衡—连接三角形，P、Q、S分别代表三个平衡相α、β、γ的成分点；3）过程分析把三相中任意两相α和γ混合成一体，则混合体的成分必在PS线上；将混合体和β相混合成合金O，则混合体的成分必在QO的延长线上；则可以确定混合体的成分为PS线和QO延长线的交点R三元相图中的杠杆定律及重心定律4）重心定律的应用注意：O为质量重心而不是几何重心三、三元相图的空间模型三元匀晶相图1、相图分析ABC—成分三角形三根垂线—温度轴a、b、c—三个组元A、B、C的熔点三个侧面—三组元间形成的二元匀晶相图三个二元系的液相线作为边缘构成的向上凸的空间曲面—液相面三个二元系的固相线作为边缘构成的向下凹的空间曲面—固相面三个相区：液相区、固相区、液固两相共存区三元匀晶相图2、结晶过程蝴蝶形规律—合金凝固过程中，固相的成分和液相的成分分别沿着两个空间曲面变化，形成两条空间曲线（不在同一平面），投影到成分三角形中呈蝴蝶形。四、三元相图的截面图和投影图将三维立体图形分解成二维平面图形—水平截面和垂直截面1、水平截面（等温截面）相图分析：三个不同的相区—ABed为液相区，cgf为α相区，defg为两相平衡区三元相图的截面图和投影图由水平截面图确定平衡相的成分和相对量（T1＞T2＞T3）图(a)：合金O在T1温度液、固两平衡相的成分为和则两平衡的相对量分别为：三元相图的截面图和投影图2、垂直（变温）截面常用变温截面：①平行于成分三角形的一边所作的垂直截面；②通过成分三角形的某一顶点所作的截面思考：变温截面与二元相图的异同①截面过分析合金的成分点，不同温度下该成分在图中为一垂直线，垂线和两曲线的交点即为合金凝固开始和结束温度，曲线给出了冷却过程经历的各种相平衡，即清楚表达了凝固冷却过程，和冷却曲线有完好的对应关系。②固溶体凝固时，液相和固相的成分变化是空间曲线，并不都在截面上，所以这是液相线和固相线的走向不代表它们的成分变化，尽管形状类似二元相图，但这里不能应用杠杆定律来分析平衡相的成分和数量关系。三元相图的截面图和投影图