《材料科学基础 第6章 三元相图综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料科学基础 第6章 三元相图综述（144页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、三元相图 第五章II 1. 基本概念：成分表示法、公切面法则、杠杆定理和重心法则 2. 二相平衡（匀晶）三元系 3. 三相平衡三元系 三相平衡区 4. 四相平衡三元系 共晶 包共晶 包晶 5. 形成化合物的三元系 6. 实用三元相图 四相平衡小结： 三相区、四相区的特征 三个组元组成的合金系 独立变量 ： 三元相图的几何形状 ： 5.10 三元相图的基本概念 5.10 三元相图的基本概念 三元系: 温度T 组元浓度 XA、XB （XC=1-XA-XB ） 完整的三元相图： 空间三维模型 实用三元相图： 平面图（截面图和投影图） 5.10 . 三元相图的基本概念 5.10.1.成分表示方法 1.
2、 等边三角形 3) 网格三角形 用途： 相当与坐标纸 已 知 三件形中某一点的位 置，可用网格三角形测出该 点对应的材料的成分 5.10 . 三元相图的基本概念 XA XB XB XC XC 1) 成分三角形 2) 三角形中的点如何表示成分 XA=Ca， XB=Ab， XC=Bc, 可证： XA+XB+XC=100% 4) 成分三角形中的特殊的点和线 顶点： 纯组元 三条边上的点： 二元系中的材料 平行于三角形某边的直线： 此材料中和边相对的组元含量相等 过三角形顶点的直线： 对应的材料中两组元浓度比相等 5.10.1 成分表示方法 5.10 三元相图的基本概念 OP M N 2.直角三角形表
3、示法 P点的成分： XBAb, XC=Ac, XA=1-XB-XC 3、其它表示法 5.10 三元相图的基本概念 5.10.1 成分表示方法 （1）等腰成分三角形 （2）局部图形 5.10.2. 自由能成分曲面和公切面法则 因此自由能与成分的关 系要用空间曲面表示 1.三元相图中的相律 f=C-P+1 C=3 f=0 时， P=4 最多只能是四相平衡； P=1时， f=3 有三个自由度 5.10 三元相图的基本概念 2. 公切面法则 l 两相平衡 公切面可在自由能成分曲面上滚动， 得到一对共轭曲线，这对曲线上的点是一一对 应的，对应点之间的连线称之为连接线 5.10.2 自由能成分曲面和公切面
4、法则 5.10 三元相图的基本概念 l 三相平衡 公切面是唯一的 l 四相平衡 有公切面，四点共面 5.10.2. 自由能成分曲面和公切面法则 5.10 . 三元相图的基本概念 5.10.3 杠杆定理和重心法则 1.杠杆定理 1）共线法则 当三元系处于两相平衡时，此两相的成分点和 材料的成分点位于成分三角形的同一直线上。此线即 为连接线。 5.10 . 三元相图的基本概念 成分三角形中有一点O，该点代表的材料由两相 组成 ，其中： a点表示 相的成分， b点表示 相 的成分 则：两相的百分数分别为： 2）杠杆定理 5.10.3 杠杆定理和重心法则 5.10 三元相图的基本概念 2、重心法则 重
5、心法则也可用行列式表示 5.10.3 杠杆定理和重心法则 5.10 三元相图的基本概念 三相平衡时各相的相对分数 三元系中O点代表的材料 由三相组成，三相的成分点 分别为：p()、Q()、S() 则：O点位于三角形PQS的质量重心上，各相的分数为 ： 5.11 三元匀晶相图 在液态和固态三组元完全固溶 如：AgAuPt CuNiPt等三元系 5.11.1 立体模型 共轭曲面之间 L+a 两相区 三个侧面： 三个匀晶相图 三侧面之间： 一对共轭曲面 上凸曲面液相面 下凹曲面固相面 5.11. 三元匀晶相图 2、截面通过三角形某一顶点 一段封口 5.11.2 垂直截面 二元相图的垂直曲面有两种形式
6、： 1、固定某一组元含量：类似于二元匀晶相图， 但两端不封口，且两端不代表组元 5.11 三元匀晶相图 垂直截面的用途： 确定在截面范围内的材料组织和相变温度 注意：（1）不能用杠杆定理 （2）使用前必须弄清垂直截面测定的条件 5.11 三元匀晶相图5.11.2 垂直截面 对匀晶相图，只有在液相面与固相面之间的水平截面 才有意义。 5.11 三元匀晶相图 5.11.3 水平截面 平行于底面三角形底的平面截立体模型-水平截面。 5.11.4 相平衡与连接线 1、连接线：共轭曲线对应点的连线 自由焓成分曲面公切 面切点连线 2、用途：计算 两相平衡时各相 的相对百分数。 3、连接线的确定： 实验测
7、定。 5.11 三元匀晶相图 垂直截面的缺陷：限于某一组元固定的材料 水平截面的缺陷：限于某一固定温度 投影图：反应不同温度的状态，将不同水平截面上的液相线和固 相线分别投影到两个成分三角形内，得到等温线投影图。 用途：研究凝固过程 5.11. 三元匀晶相图 5.11.5 等温线投影图 5.11.6. 组元在固态时有限固溶的匀晶相图 有些组元之间在固态下有限固溶， 此时相图中会出现两相区， 它由溶解度曲面包围而形成。 1、一对组元有限固溶 一对共轭曲面 5.11 三元匀晶相图 2、两对组元有限固溶 两对共轭面 共轭面之间可以是互相独立，也可能相交 5.11. 三元匀晶相图5.11.6 组元在固
8、态时有限固溶的匀晶相图 3. 三对组元有限固溶 三对共轭面 共轭面之间可以是互相独立，也可能相交 5.11 三元匀晶相图5.11.6 组元在固态时有限固溶的匀晶相图 5.12 三相平衡三元系 5.12.1 三相平衡区 空间模型: 三棱边是曲线的三棱柱 三条棱边称之为单变量线 用水平面去切空间模型 三角形 所以水平截面上的三相区 是三角形（边是直线） 5.12 三相平衡三元系 5.12.2 几种典型的三相平衡三元系 1. 两个共晶、一个匀晶二 元系组成的三元系 三相区界面 (aa1e1e) , (bb1e1e), (aa1b1b) 1） 空间模型 曲面 液相面 空间模型中最上面 的两个曲面 (T
9、ATCe1e), (TBee1) 固相面 (TATCa1a), (TBbb1) 溶解度曲面 (aa1c1c), (bb1dd1) 5.12 三相平衡三元系 l 相区 单相区 三个： L相区, 相区, 相区 两相区三个：L+, L+, + 三相区：L+ 5.12 三相平衡三元系 三相区的上下端封闭为直线： （aeb), (a1e1b1) 三相区的反应开始面： （aee1a1), (ee1b1b) 三相区的反应终止面： （aa1b1b) 5.12 三相平衡三元系 5.12.2 几种典型的三相平衡三元系 2）投影图 根据投影图可以做出各种成分的热分析曲线示意图 将空间模型中的单变量线投影到底面成分三
10、角形 从投影图可以看出在三相区内温度变化时，各相成 分变化的走向 从投影图可以看出各相区的投影，从而对成分进行区划 5.12三相平衡三元系5.12.2 几种典型的三相平衡三元系 1 2 3 4 56 A C B c aeb d c1 a1 e1 b1 d1 用水平截面可以得知在相应温度下各 相区的成分范围，及各种成分的材料 在此温度下的组成相。 3）水平截面 截面的高度不同，所得的截面 也不同。 5.12三相平衡三元系 5.12.2 几种典型的三相平衡三元系 4）垂直截面 对于三元相图，不能在垂直截面上 用杠杆定理 可以根据需要在不同的位置截得垂 直截面 用垂直截面可以准确地得到截面成 分范围
11、内各成分材料在各温度下的 组成相 5.12 三相平衡三元系5.12.2 几种典型的三相平衡三元系 2. 两包晶、一匀晶构成的三元相图 5.12 三相平衡三元系5.12.2 几种典型的三相平衡三元系 3、一共晶、一包晶、一匀晶构成的三元相图 三相区分成两部分 5.12 三相平衡三元系5.12.2 几种典型的三相平衡三元系 2、四相平衡反应温度小于各 二元系三相平衡反应温度 5.13 四相平衡共晶系 特点： 1、发生L 四相平 衡共晶反应 5.13 四相平衡共晶系 5.13.1 空间模型 曲面 ae1Ee3 be1Ee2 ce3Ee2 2. 固相面 5.13 四相平衡共晶系 1. 液相面 afml
12、 bgnh ckpi L+ L+ L+ 反应开始 fe1Em he2En le3Em e1Eng e2Epi e3Epk 反应终止面 fgnm hipn lkpm 5.13.1 空间模型 曲面 5.13 四相平衡共晶系 3.三相共晶反应区界面 fmmf hhnn kppk gnng iipp lmml mnp 5.13 四相平衡共晶系5.13.1 空间模型 4. 四相平衡面 5. 溶解度曲面 三对共轭面 三相区的特点：上端封闭为一条 直线，下端与四相区相接接口为 三角形。 相区 1、 单相区 L 2、 两相区 L+ L+ L+ + + + 3、 三相区 L L+ L+ + 在+相区发生的反应为
13、： 5.13 四相平衡共晶系5.13.1 空间模型 4、四相平衡区 mnp 发生四相平衡反应： LEa+bc 5.13 四相平衡共晶系5.13.1 空间模型 5.13 四相平衡共晶系 5.13.2 水平截面 5.13.3、垂直截面 5.13 四相平衡共晶系 2、用途： a、可得到各个面的投影 b、可得到各相区的投影 c、各种成分的平衡冷却 过程 d、组织分区图 5.13.4 综合投影图 1、作法：将立体图中 各空间曲面、曲线投 影到成分三角形 5.13 四相平衡共晶系 5.13 四相平衡共晶系 5.13.4 综合投影图 5.13 四相平衡共晶系 5.13.4 综合投影图 5.13 四相平衡共晶
14、系 5.13.4 综合投影图 5.13 四相平衡共晶系 5.13.4 综合投影图 q r 5.13 四相平衡共晶系 5.13.4 综合投影图 s 5.14 包共晶系 5.14.1 概述 1. 包共晶反应 2. 四相反应区四边形 5.14 包共晶系 L0abc 从反应相看像包晶，从生成相看像共晶 许多三元系中有包共晶反应， eg.Cu-Sn-Zn, Cu-Al-Ni等 5.14 包共晶系 5.14.1 概述 3.四相反应区上、下方均与两个三相平衡区相接， 上方的两个三相平衡区是： 下方： 可能是： L 或 L 5.14 包共晶系 可能是： L L L L L L L、L+ L 5.14.1 概述
15、5.14 包共晶系 无论是上方和下方各种搭配都可能，关键是包共晶 反应的温度必须在两个二元系的三相平衡反应温度 之下，在另一个二元系的三相平衡反应温度之上。 四相平衡反应面的上下接口： 5.14.1 概述5.14 包共晶系 5.14.2 典型实例一5.14 包共晶系 包晶共晶包共晶共晶三固相 5.14.2 典型实例一5.14 包共晶系 + + + L+ L+ L+ + + + 1、空间模型 1）液相面 A0E2Pp B0E1Pp C0E2PE1 2) 固相面 A0dai B0ebf C0hcg 5.14.2 典型实例一5.14 包共晶系 3) 三相平衡区界面 L 相区 5.14.2 典型实例一5.14 包共晶系 开始面：dpPa 终止面：deba、pPbe 上端封口dep， 下端abP L 相区 5.14.2 典型实例一5.14 包共晶系 上端封口iE2h ， 下端aPc 开
