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1、上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学冶金热力学 Metallurgical ThermodynamicsMetallurgical Thermodynamics主讲：吴永全主讲：吴永全上海大学现代冶金及材料制备国家重点上海大学现代冶金及材料制备国家重点 实验室培育基地实验室培育基地研究生课程冶金热力学Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 二元相图xBABpp*Ap*B从微观角度解释为什从微观角度解释为什 么会出现正负偏差？么会出现正负偏差？3). 3). 气液真实混合气液真实混合 液体与蒸气压平衡是指液体分子具有足够动能，克服克服 液体分子间的相互作用势能液体分
2、子间的相互作用势能，逸出液体表面变成蒸气 分子的过程； 因为分子相互作用分子相互作用，若u(A-B)u(A-A)或u(A-B)u(B-B)，意 味着形成混合物后的分子更难逸出液体表面，而产生 负偏差负偏差；若u(A-A)u(A-B)u(B-B)，意味着形成混合物 后A组分是正偏差，B组分是负偏差； 因为缔合缔合(Aggregation)(Aggregation)作用作用，纯物质有缔合作用，意味 着混合后混合物的分子数增多，蒸气压相对增大，产 生正偏差正偏差；相反，混合物有缔合作用则是负偏差负偏差。Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 二元相图恒温转变类型反应式图形特征分解型
3、 共晶式共晶转变共析转变偏晶转变熔晶转变化合型 包晶式包晶转变包析转变合晶转变LL2L1LL L1L2 Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 二元相图6). 6). 铁碳相图铁碳相图A AB BC C分析从A、B、C三条线体系 中相的变化及各相的量？Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 授课内容授课内容授课内容统计热力学基础统计热力学基础物理化学基础物理化学基础冶金热力学冶金热力学统计热力学基础统计热力学基础物理化学基础物理化学基础冶金热力学冶金热力学氧化还原反应氧化还原反应化学反应自由能、焓、熵化学反应自由能、焓、熵组元与活度组元与活度冶金熔体活度冶金
4、熔体活度相平衡及相律相平衡及相律二元相图二元相图三元相图三元相图计算物理化学简介计算物理化学简介氧化还原反应氧化还原反应化学反应自由能、焓、熵化学反应自由能、焓、熵组元与活度组元与活度冶金熔体活度冶金熔体活度相平衡及相律相平衡及相律二元相图二元相图三元相图三元相图Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础三元相图基础1 1完全互溶型三元相图完全互溶型三元相图2 2共晶型三元相图共晶型三元相图3 3包晶型三元相图包晶型三元相图4 4生成化合物的三元相图生成化合物的三元相图5 5三元相图小节三元相图小节6 6三元相图基础三元相图基础1 1Date上海大学钢铁冶金
5、专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础相律分析：FCP13P14P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。 这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角 形进行表示。BAC三个顶点代表三个纯组元：A、B、C三条边代表三个二元系：A-B、B-C、C-A三角形内部面积中的点代表由A、B和C三 组元组成的体系成分，其和为100%CD线上的组元A和B的比例相同EF线上的组元C的含量固定D DE EF FDate上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础相律分析：FCP13P14P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量
6、。 这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角 形进行表示。BACPGG D DF FE EI.浓度性质垂线性质：平行线性质：J JI IHHxA=PH/AB=PE/CDxB=PI/AB=PF/CD xC=PJ/AB=PG/CDDate上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础相律分析：FCP13P14P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。 这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角 形进行表示。BACPab对于任意点p，过该点做平行于AC、BC的线 并交AB线于a和b，则有：A AC CB BDate上海大学钢铁冶金专业
7、研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础相律分析：FCP13P14P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。 这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角 形进行表示。BACII.三元系杠杆原则直线规则在浓度三角形ABC中，设a、b代表两个三元系，他们 可能是单相或多相的混合体，如果令a、b混合成一个 三元体系c，问c的位置应在哪里？其中，A、B、C的 量分别为Wa、Wb、Wc。必然存在如下杠杆关系：ab cDate上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础相律分析：FCP13P14P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组
8、分的含量。 这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角 形进行表示。BACII.三元系杠杆原则重心规则在浓度三角形ABC中，如果处于平衡的三个相的 成分已知为x、y、z，则此三角形xyz称为“结线三 角形”。设这个结线三角形内任一点P体系都能分 解成x、y和z三个相，则这三个相的相对量可以通 过重心规则来计算。x yzPxyzDate上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础相律分析：FCP13P14P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。 这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角 形进行表示。BACII.三元系杠杆原则重
9、心规则x yzPxyz方法一：方法二：Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础三元相图的水平截面（等温截面）三元相图的水平截面（等温截面）Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础三元相图的垂直截面（等含量截面）三元相图的垂直截面（等含量截面）Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础三元相图的相界投影图（相界面之间的交线）三元相图的相界投影图（相界面之间的交线）ABCOe2e1e3Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础三元相图的等温投影图（等温
10、截面与相界的交线）三元相图的等温投影图（等温截面与相界的交线）Solid line: 液相线 Broken line: 固相线Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础三元相图的共轭线三元相图的共轭线图图1 1 三元系相图的两个等温截面中的共轭线三元系相图的两个等温截面中的共轭线 a: a: T TB B T T T TA A; b: ; b: T TA A T T T TC C对于点X，因为处于两相区，平衡状态下的两相的成分需要通过 一条直线确定，这条直线与液相 线的交点L3就是对应平衡液相的 成分点，与固相线的交点S3就是对应固相的成分点，这条直线就 是
11、所谓的共轭线共轭线。Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础三元相图基础1 1完全互溶型三元相图完全互溶型三元相图2 2共晶型三元相图共晶型三元相图3 3包晶型三元相图包晶型三元相图4 4生成化合物的三元相图生成化合物的三元相图5 5三元相图小节三元相图小节6 6三元相图基础三元相图基础1 1完全互溶型三元相图完全互溶型三元相图2 2Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图完全互溶型三元相图Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图完全互溶型三元相图由等温截面可以知道不同浓度的合金在 一定温度下的平衡相。在
12、两相区内两个 平衡相的浓度可连成一直线，称为连结 线。如图3a中,浓度为X的合金在此温度 下,可分解成具有浓度为L3的液相和浓度 为S3的固相。L3、X和S3三者同在一条直 线上，符合直线法则。三组元在液相和固相都完 全互溶的三元系相图如图1 所示。 二元系相图中具有液相线 和固相线，在三元系相图 中则具有液相面和固相面 。 这类三元系相图中的液相 面和固相面由各二元系的 液相线和固相线在空间伸 展组成。 将液相面上等温线和固相 面上等温线 分别以实线和 点线投影到浓度三角形底 面上,如图2所示。 分别取一定温度T1、T2 时液相面及固相面的等温 线可得一系列的等温截面 。 图3a表示低于B组
13、元熔点TB 而高于组元A的熔点T的 一个等温截面，图3b表示 低于T但高于C组元的熔 点TC的一个等温截面。图图1 1 三组元在液态三组元在液态 和固态都完全互溶和固态都完全互溶 的三元系相图的三元系相图图图2 2 液相面和固相液相面和固相 面上等温投影图面上等温投影图图图3 3 三元系相图的两个等温截面三元系相图的两个等温截面 a: a: T TB B T T T TA A; b: ; b: T TA A T T T TC CDate上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图完全互溶型三元相图图图1 1 三组元在液三组元在液 态和固态都完全态和固态都完全 互溶的三元系相互溶的
14、三元系相 图图O12O线的冷却过程：温度时间O O1 12 2L+SLSDate上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图三元相图基础三元相图基础1 1完全互溶型三元相图完全互溶型三元相图2 2共晶型三元相图共晶型三元相图3 3包晶型三元相图包晶型三元相图4 4生成化合物的三元相图生成化合物的三元相图5 5三元相图小节三元相图小节6 6三元相图基础三元相图基础1 1完全互溶型三元相图完全互溶型三元相图2 2共晶型三元相图共晶型三元相图3 3Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图共晶型三元相图1). 1). 固态互不溶解的三元共晶相图固态互不溶解的三元
15、共晶相图Date上海大学钢铁冶金专业研究生课程 吴永全冶金热力学 三元相图共晶型三元相图1). 1). 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E E点：点：三元共晶点三元共晶点E E1 1、E E2 2、E E3 3点：点：二元共晶点二元共晶点T TA A、T TB B、T TC C点：点：组元组元A A、B B、C C的熔点的熔点 EEEE1 1线：线：L=A+BL=A+B的共晶转变线的共晶转变线 EEEE2 2线：线：L=B+CL=B+C的共晶转变线的共晶转变线 EEEE3 3线：线：L=A+CL=A+C的共晶转变线的共晶转变线T TA AE E1 1EEEE3 3T TA A面：面：组元组元A A的初晶面的初晶面T TB BE E1 1EEEE3 3T TB B面：面：组元组元B B的初晶面的初晶面T TC CE E1 1EEEE2 2T TC C面：面：组元组元C C的初晶面的初晶面A A1 1B B1 1C C1 1平面：平面：L=A+B+CL=A+B+C四相平衡共晶平面四相平衡共晶平面 初晶面以上空间：初晶面以上空间：L L单相区单相区T TA AE E1 1EAEA1 1T TA AE E3 3E E空
