(材料科学基础)FH6-4三元相图

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1、n 0 绪论 n第1章 原子结构与结合键 Atomic Structure and binding bond n第2章 晶体学基础 Basis of Crystallography n第3章 晶体结构 Crystal Structure n第4章 晶体缺陷 Crystal defects n第5章 非晶体与准晶结构 Amorphous and Quasicrystal Structure n第6章 相图 Phase Diagram n第7章 固体扩散 Solid Diffusion n第8章 凝固与结晶 Solidification and Crystallization n第9章 烧结与聚合

2、 Sintering and Polymerization n第10章 固态 相变 Solid Phase Transformation 材料科学与工艺 的基础理论 第6章 相图 Phase Diagram 6.1 相图的基本知识 相与组织、 相图与相律 6.2 单元相图 (Unit phase diagram) 6.2.1 纯铁相图 6.2.2 SiO2相图 6.2.3 聚合物相图 6.3 二元相图 （Binary diagram） 6.3.1 匀晶相图与杠杆定律 6.3.2 二元共晶相图与共析相图 6.3.3 包晶相图与包析相图 6.3.4 其他类型二元相图 6.3.5 二元相图的几何规律

3、及分 析方法 6.3.6 铁碳相图 6.3.7 无机材料专业相图 6.4 三元相图 (Ternary diagram) 6.4.1 等边三角形的成 分表示法 6.4.2 三元相图中的基 本法则 6.4.3 三元匀晶相图 6.4.4 固态互不溶解的 三元共晶相图 6.4.5 三元相图的几何 规律及分析 6.4.6 典型的三元相图 6.5 相图热力学 第6章 相图 6.4 三元相图 (Ternary diagram) 6.4.1 等边三角形的成分表示法 6.4.2 三元相图中的基本法则 6.4.3 三元匀晶相图 6.4.4 固态互不溶解的三元共晶相图 6.4.5 三元相图的几何规律及分析 6.4.

4、6 典型的三元相图 6.5 相图热力学 三组元的材料在工程中相当普遍， 合金钢、铸铁、铝镁铜合金、ZrO2-Al2O3-Y2O3陶瓷等 。 二元相图：总数4950个，4000 （81%）； 三元相图：总数161700个， 8000 （5%）； 三元系： 温度和两个成分参数构成三个独立变量； 三元相图是空间立体图，表达和认知困难。 三元匀晶相图 空间模型： 三元匀晶相图 6 固态互不溶解的三元共晶相图的空间模型 6%96%99%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%9F%BA%E7%A1% 80/doc/chap8/82.htm 7 固态有限溶解的三元共晶相图的空间模型 8 固态 互不 溶解

5、 的 三元 包晶/ 共晶 相图 空间 模型 9 主要内容： 1. 三元相图:基本概念、规律 2. 反应类型：分析思路 3. 截面图和投影图 研究相和组织转变规律。 截面图 10 11 MgO-Al2O3-SiO2三元投影图 第六节 三元相图 6.4 三元相图 (Ternary diagram) 6.4.1 等边三角形的成分表示法 6.4.2 三元相图中的基本法则 6.4.3 三元匀晶相图 6.4.4 固态互不溶解的三元共晶相 图 6.4.5 三元相图的几何规律及分析 6.4.6 典型的三元相图 6.5 相图热力学 6.4.1 等边三角形的成分表示法 成分三角形： 等边三角形法 直角三角形 等腰

6、三角形 1.等边三角形法 uA/B/C顶点：三个纯组元； 数值值的标标注要方向一致， 顺时针或逆时针都可以。 uAB/BC/CA三边： 各定为100； 分别代表AB、BC、C A三个二元系的成分； u三角形内的点： 代表三元系的成分。 15 u三角形内的点： 代表三元系的成分。 FA%? 16 由O顺次作平行于三个边的线段oa、ob、oc。 a b c 用oa, ob, oc分别表示组元A、B、C的质量分数。 Oa+Ob+Oc = AB = 100% 数值值的标标注要方向一致， 顺时针或逆时针都可以。 顺时针顺时针 逆时针时针 平行于一边的直线上所有点， 表示这个边对应顶点的组元含量均相等；

7、6.4.2 三元相图中的基本法则 B% 等含量规则 1.等含量规则 过一顶点的直线上所有点， 另两个顶点代表的两组元的含量比为一定值。 等比例规则 2. 等比例规则 3.直线法则和杠杆定律 材料的成分点（O）和其两个平衡相的成分点(a，b） 必然位于成分三角形内的一条直线上， 称为直线法则或三点共线原则。 T温度下，两相平衡 ： 杠杆定律： 4.重心法则 O 点为合金成分， DEF分别 为 相的成分。 合金的成分点O为三角形abc的质心（重心法则）。 T温度下,三相平衡时： 直线法则 /f； f/ O. 6.4.3 三元匀晶相图 1. 相图构成 2. 合金的结晶过程 3. 等温截面（水平截面

8、） 4. 变温截面（垂直截面 ） 投影图 23 三元匀晶(动画）相图的空间模型： 1.相图构成 形成条件：三组元在液态和固态都能无限互溶。 2.合金的结晶过程 结晶在一温度范围内完成 。 两相平衡成分变化规律 液、固相面上 一条空间曲线； O S 1 S1 S2 2 27 投影图上，为一系列绕成分O点旋转的线段， O点分L-S连接线的比例随结晶过程在不断变化， 类似一只蝴蝶。 迹线的外缘是液、固成分变化曲线的投影。 3.等温截面（水平截面动画） 1 能分析 什么？ 2 杠杆定律 可否用？ 3.等温截面（水平截面动画） 两平衡相的相对数量比为： 杠杆定律 两相平衡区: 液/固相线（共轭线）： 连

9、接线： o n、m。 u连接线： u由试验数据标出。 T温度下，同一成分的合金有固定 的平衡相; 连接线不可能相交; 一般不平行于三角形的边。 连接线能相交吗？ 柯氏法则：连接线的走向受组元熔点制约。 过O点和某一顶点连线BS2： 则连接线mn的两端点在这 直线的两边； 其中固相点m在直线分隔的 另两组元的高熔点那一边。 高熔点组元 先结晶。 32 液相点n应在直线分隔的 另两组元的低熔点那一边。 4.变温截面（垂直截面动画） （1）平行于成分三角形一边的变温截面 （2）过成分三角形一顶点的变温截面 4.变温截面（垂直截面动画） （1）平行于成分三角形一边的变温截面 u截面 两边开口； u三个

10、区：L 、L、。 u截面 一边闭合。 u三个区：L、L、。 （2）过成分三角形一顶点的变温截面 合金凝固开始和结束温度， 给出了冷却过程经历的各种相平衡. 可以分析结晶过程。 1能分析 什么？ 2杠杆定律 可否用？ 37 L相和相成分变化是空间曲线， 并不都在同一垂直截面上（蝴蝶规律）; 变温截面上的液/固相线走向不代表成分变化。 尽管形状类似二元相图，不能用杠杆定律。 杠杆定律 可否用？ 38 小结： 等温截面 （水平截面） 39 变温截面 （垂直截面） 小结： 40 5.投影图小结： 5.投影图 合金O: t4t3温度开始凝固。 t6t5温度凝固终了。 t1 t2 t3 t4 所有相区的交

11、线投影到成分三角形中(共晶相图) 。 等温线投影图(匀晶相图）： 一系列等温截面中的相界线投影 到成分三角形中。 6.4.4 固态互不溶解的三元共晶相图 固态互不溶解的三元共晶相图投影图 固态有限互溶的三元共晶相图(自学） 90%E6%96%99%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%9F%B A%E7%A1%80/doc/chap8/82.htm 43 固态互不溶解的三元共晶相图相图的空间模型动画 6.4.4 固态互不溶解的三元共晶相图 tAE1EE3tA，tBE1EE2tB， tCE2EE3tC 分别是组元ABC的 初始结晶面 （液相面） 1. 相图构成 二元共晶转变线 ： E1E，E

12、2E，E3E E1E： L(A+B)， E2E ：L(C+B)， E3E ：L(A+C) 46 三元共晶点：E LE（A+BC） 三元共晶面（固相面） ：A1B1C1 三相平衡区：空间三棱柱（共6个） 二元共晶曲面： A3E1EA1A3等6个。 三相平衡区 L+A+B E1E: L(A+B) 三相平衡区 ：L+A+B 48 2. 等温截面分析 2. 等温截面分析 50 2. 等温截面分析 51 2. 等温截面分析 在固态完全不溶的 三元共晶相图投影图 3. 投影图 e1E，e2E和e3E是3条 共晶转变线的投影。 把投影图分成3个 液相面的投影。 E是三元共晶点的投影。 板书 固态互不溶解的三

13、元共晶相 图(动画）投影图组织分析 3. 投影图 54 合金成分位置相组成组织组成物 四相平衡EA+B +C（A+B +C） 液相面内 6个 A+B+CA初+（A+B）+（A+B+C） A+B+CB初+（A+B）+（A+B+C） A+B+CB初+（C+B）+（A+B+C） A+B+CC初+（C+B）+（A+B+C） A+B+CC初+（A+C）+（A+B+C） A+B+CA初+（A+C）+（A+B+C） 三相平衡 共晶线 e1E线上A+B+C（A+B）+（A+B+C） e2E线上A+B+C(B+C)+（A+B +C） e3E线上A+B+C（A+C）+（A+B+C） 二元共晶 曲面 和三元共 晶曲

14、面 交线 AE线上A+B+CA初+（A+B+C） BE线上A+B+CB初+（A+B+C） CE线上A+B+CC初+（A+B+C） 相:A+B+C 相对量： 杠杆定律 57 组织的相对量： 杠杆定律 58 O点成分合金的室温组织： 初晶A（A+C）（A+B+C) 5. 变温截面 59 u立体图：只能根据相区接触面， 而不能根据相区接触的线或点来判断； u截面图：只能根据相区接触线， 而不能根据相区接触的点来判断。 初+ (+) (+ )+ + 固态有限互溶的三元共晶相图(自学） 61 O的结晶过程： L初 L （） L （ ） 初+ (+) (+ )+ + 固态有限互溶的三元共晶相图(自学） n

15、1. 相区接触法则 （空间相图、水平/垂直截面）： u相邻相区的相数差1（点接触除外）。 6.4.5 三元相图的几何规律及分析方法 2. 相区接触规律 空间图形： 以面（曲面或连接三角形）相邻的两相区相数差1 （单双、双三、三四）； 以线(变温线或连接线)相邻的两相区相数差2（单 三、双四）； 以点（四相区平衡点）相邻的两相区相数差3（单 四）。 截面图中（水平/垂直截面）： 以线相分隔的两相邻相区相数差1； 以点相接的两相邻相区相数差2。 3.三相区特征 （1）转变类型判断：共轭三角形 反应相单变量线在前，生成相在后。 （2）转变类型判断：变温截面上曲边三角形的特征 中间的单相区在上。中间的单相区在下。 4.四相平衡（1）转变类型判断：邻接关系 （2）转变类型判断：变温截面（4个三相区的位置） 共晶反应 包晶反应 包共晶反应 （3）转变类型判断：投影图上液相单变量线的走向 共晶反应 包晶反应 包共晶反应 4.四相平衡 （4）转变类型判断：单变量线的位置和温度走向 共晶反应 包晶反应 包共晶反应 4.四相平衡 6.4.6 典型的三元相图 1 Fe-C-Si三元系垂直截面 2FeCCr三元系相图 Fe-CCr相图分析 4个单相区(L