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1、1,第七章 三元相图 ternary phase diagram,2,工业上所使用的金属材料 多元合金体系,Basic binary system other elements alloying,Change solid solubility Form new phases,3,基本特点 （1）三维的立体模型，由曲面构成。 （2）可发生四相平衡转变，四相平衡区是恒温水平面。 （3）除单相区及两相平衡区外，三元相图中三相平衡区也占有一定空间，也是变温过程，不再是二元相图中的水平线。,7.1 三元相图的基础知识,4,三维坐标 等边三角立柱 等边三角形组成三角形 三个立柱侧面二元相图面 组成三角形的
2、边二元组成 组成三角形的顶点纯组元,相图表示法,5,相区相邻法则,三元相图中，相邻相区中的相数之差等于1.,通用的相区接触法则。,在立体图中，相区分界以面为界。 在等温或垂直截面图上，相区则以线为界。,6,1 三元相图成分表示方法, 浓度三角形,等边三角形,B,C,A, A%,已知点确定成分（浓度） 已知成分确定点,用途,(1)成分三角形,XA+XB+XC=100%,7,(2) 浓度（成分）确定、合金点的确定 determination of alloy compositions,How to determine the composition of O point?,1）过O作A角对边的平行
3、线,2）求平行线与A坐标的截距 得组元A的含量,3）同理求组元B、C的含量,8,Examples,A60B30C10,A20B50C30,determine alloy compositions,A20B20C60,A40C60,9,M：A75B10C15,Examples,determine alloy compositions,N：A50B20C30,N,M,10,（3）成分三角形中有特定意义的直线,与某一边平行的直线，含对角组元浓度相等,A20B50C30,A20B20C60,A40C60,11,绘出A40%的合金,绘出C30%的合金,Examples,A40BxC60-x,AxB70-
4、xC30,12,对于过某一顶点成分直线BD,相似三角形,在过B点的成分直线上，A/C =constant,13,绘出C / B 1/3的合金,绘出A / C 1/4的合金,Examples,AxC4x-B,A-B3xCx,14,成分三角形 composition triangle,（5）位于通过浓度三角形某一顶点的直线上的合金，其所含另外两个组元的成分比例是常数；,（4）平行于浓度三角形某一边的直线上的合金，含该线所对顶点组元的浓度相等。,（2）位于浓度三角形边上的合金 二元合金；,（1）三个顶点：代表三个纯组元；,(3) 浓度三角形内任意一点的合金 三元合金。,15,（1） 直线法则,成分为
5、R点的三元合金在某一温度下由，两相组成，则R的位置在Pa，Qb的连线上。,2. 三元相图中的杠杆定律和重心定律,在一定温度下三组元合金两相平衡时，合金的成分点和其两个平衡相的成分点必然位于成分三角形内的一条直线上，该规律称为直线法则或三点共线法则。,16,(2)杠杆定律, 适用于两相平衡的情况,，二相的相对含量（质量比）符合杠杆定律， 投影到任何一边上，按二元杠杆定律计算：,17,成分为R的三元合金在某一温度下,分解成,三个相,则R的成分点必定位于的重心位置上。,(3)重心法则, 适用于三相平衡的情况,d、e、f可分别看成是(+)、 (+a)、 (a+) 的混合体。,三相重量百分比,18,3.
6、 其它浓度三角形,1） 等腰浓度三角形,组元B的含量很少 ， 成分点靠近AC边 ， 按比例放大AB、BC边, 适用于研究微量第三组元的影响。,A,B,C,19,2） 直角浓度三角形,A,原点为基体组元A，,纵、横坐标为组元B和C，,B、C的浓度可以直接读出 A的浓度不能直接读出, 适用于研究B、C两组元很少的合金。,组元A占绝大多数时，,20,7.2 三元相图,21,三元匀晶相图 Ternary isomorphous phase diagram, 形成匀晶相图的条件, 匀晶转变：,由液相直接结晶出单相固溶体的转变（相变）,组元晶体结构相同、原子尺寸、电负性相似。,组元在液相、固相均可完全互溶
7、；,22,L,L ,固相线,液相线,单相区,双相区,二元匀晶,（1）相图及其投影图,组元在液相、固相均可完全互溶,23,液相面,固相面,（1）相图及其投影图, 由液相线演化而来, 由固相线演化而来,L + ,L,三元匀晶相图,24,（1）相图及其投影图,25,二元相图与三元相图的关系：,二元相图,（二维平面图）,三元相图,（三维立体图）,1维,平面相区,立体相区,线,面,点,线,组元,维数,自由度,1个,1维,1度,26,（2）三元匀晶结晶过程,27,液、固相连接线端点变化的轨迹为一蝴蝶形的图形,说明结晶过程中液、固相成分的变化.,28,等温截面图就是以一定温度所做的平面,与三元相图立体图相截
8、,所截得的平面在浓度三角形上的投影。,（3）等温截面及其投影,（立体图不实用）,29,L,L + ,等温截面向成分三角形的投影,30,等温截面图,平衡相成分点的连线。,共轭线：,31,m、n点怎么确定？ （1）其准确位置是根据实验确定; （2）也可按近似求法确定:即连接成分点O与顶点C的直线,与弧线S1S2的交点即为m点,与弧线L1L2的交点即为n点.,等温截面图,在等温截面图上的两相区中,只要合金的成分一定,两相的相对量就可以按直线法则求出.如O合金,过其成分点的mn共轭线确定后,其平衡两相的相对量即可确定。,32,等温截面图的应用,等温截面图可分析给定合金的相转变温度,可以确定不同成分合金
9、的结晶开始温度和终了温度范围。,液相线,固相线,33,（4）三元相图的垂直截面,垂直截面图是以垂直于浓度三角形的平面，与立体相图相截所得的截面图。,过顶点型 b. 平行于一边型,34,a. 过顶点型,AxBy,35,b. 平行于一边型,B1-ZCZ,A1-ZCZ,36,垂直截面的应用,与二元相图有本质的区别：在二元相图中，液、固相线可以用来表示合金凝固过程中，L与的成分随温度变化的规律。,三元合金的垂直截面就不能表示相的成分随温度而变化的关系，故不能确定两个平衡相的成分和相对量。,主要用于分析合金发生的相转变及其温度范围。,三元垂直截面,37,（1）组元在固态互不相溶的共晶相图,（2）组元在固
10、态有限相溶的共晶相图,三元共晶,2. 三元共晶相图 Ternary eutectic phase diagram,共晶转变：,一个液相 ，同时结晶出两个（或三个）固相, 共同结晶,38,液相线： TAETS,固相线： TAMENTS,线：,固溶度曲线： MF、NG,共晶线： M-E-N,点：,共晶点： E,最大溶解度点： M、N,L,L , ,TA,TS,M,E,N,F,G,二元共晶相图-回顾,39,（1）组元在固态互不相溶的简单共晶相图,40,（ 组元在固态互不相溶）,41,42,43,组元在固态互不相溶,组元在固态有限相溶,2. 三元共晶相图 Ternary eutectic phase
11、diagram,44,a 立体图,相区的立体图,曲面的立体图,曲线的立体图,点,组元在固态互不相溶,45,总立体图,46,L A,L B,L C,相区的立体图,初始结晶面,两相区,47,L A + C,L A + B,L B + C,三元体系中二元共晶转变线,三相区,48,A + B + C,三相区,49,L A + B + C,三元共晶反应,共晶面,四相区,50,单相区：,双相区：,三相区：,四相区：,L,L + A、L + B、L + C,L + A + B、L + B +C、 L + A + C、A + B + C,一个,三个,四个,一个,L + A + B + C,相区,51,液相面,
12、 初生相开始析出,曲面的立体图,52,L A + C,L A + B,L B + C,L A + B + C,固相面, 三相平衡共晶转变结束 四相平衡共晶,过共晶点E所作的平面,53,中间面, 三相平衡共晶转变开始,54,E,E3,E1,E2,L A + C,L A + B,L B + C, 三相平衡共晶线,曲线的立体图,55, 四 相 平 衡 共 晶 点,点的立体图,56,相区的投影,曲面的投影,曲线的投影,点的投影,b 投影图：,57,L A,L B,L C,相区的投影,两相区投影,58,e,L A,L B,L C,相区的投影,59,L A + C,L A + B,L B + C,相区的投
13、影,三相区投影,60,e,L A+C,L A+B,L B+C,相区的投影,三相区投影,61,A + B + C,L A + B + C,三元共晶 四相平衡 投影,相区的投影,四相区投影,62,A + B + C,L A + B + C,三元共晶 四相平衡 投影,相区的投影,四相区投影,63,E,E3,E1,TA,E,E1,E2,TB,E,E3,E2,TC,L A,L B,L C,液相面, 初生相开始析出,曲面的投影,64,e,L A,L B,L C,65,L A + C,L A + B,L B + C,L A + B + C,固相面, 三相平衡共晶转变结束 四相平衡共晶,66,L A + C,
14、L A + B,L B + C,E,A1,A2,B1,B2,E1,E,E3,C1,C3,A1,A3,E,E2,C1,C2,B1,B3,中间面, 三相平衡共晶转变开始,67,e,L A+C,L A+B,L B+C,曲面的投影,68,E,E3,E1,E2,L A + C,L A + B,L B + C,三相平衡共晶线,曲线的投影,69,e,L A + C,L A + B,L B + C,e1,e2,e3,三相平衡共晶线,70,四 相 平 衡 共 晶 点,e,点的投影,71,e,总 投 影 图,两相共晶转变线,三相共晶转变点,两相共晶区分界线,72,单相区,立体图,投影图,相变类型,L,相区,TA-
15、E1-TB-E2-TC-E3以上,A-B-C,双相区,L+A,TA-E1-E-E3-A2-A1,A-e1-e-e3-A,L+B,TB-E1-E-E2-B3-B1,B-e1-e-e2-B,L+C,TC-E2-E-E3-C3-C1,C-e2-e-e3-C,L A,L B,L C,三 元 简 单 共 晶 相 图 小 结,73,四相区,立体图,投影图,相变类型,L+A+B+C,相区,A1-B1-C1,A-B-C,三相区,L+A+B,A1A2-A2E1B2-B2B1-B1EA1-E1E,A-e-B,L+B+C,B1B3-B3E2C2-C2C1-C1EB1-E2E,B-e-C,L+C+A,C1C3-C3E3A3-A3A1-A1EC1-E3E,C-e-A,L A+B,
