*材料科学基础材料科学基础Fundamentals of Materials Science 授课教师：班级：u本课程配套教材：材料科学基础北京大学出版社 主编：付华 张光磊u丛书名：高等院校材料专业互联网+创新规划教材n 0 绪论绪论 n第第1章章 原子结构与结合键原子结构与结合键 Atomic Structure and binding bondn第第2章章 晶体学基础晶体学基础 Basis of Crystallographyn第第3章章 晶体结构晶体结构 Crystal Structuren第第4章章 晶体缺陷晶体缺陷 Crystal defectsn第第5章章 非晶体与准晶结构非晶体与准晶结构 Amorphous and Quasicrystal Structuren第第6章章 相图相图 Phase Diagramn第第7章章 固体扩散固体扩散 Solid Diffusionn第第8章章 凝固与结晶凝固与结晶 Solidification and Crystallizationn第第9章章 烧结与聚合烧结与聚合 Sintering and Polymerizationn第第10章章 固态固态 相变相变 Solid Phase Transformation 材料科学与工艺材料科学与工艺 的基础理论的基础理论 第第6章章 相图相图 Phase Diagram6.1 相图的基本知识相图的基本知识 相与组织、相与组织、 相图与相律相图与相律6.2 单元相图单元相图 (Unit phase diagram)6.2.1 纯铁相图纯铁相图6.2.2 SiO2相图相图6.2.3 聚合物相图聚合物相图 6.3 二元相图二元相图 （Binary diagram）6.3.1 匀晶相图与杠杆定律匀晶相图与杠杆定律6.3.2 二元共晶相图与共析相图二元共晶相图与共析相图6.3.3 包晶相图与包析相图包晶相图与包析相图6.3.4 其他类型二元相图其他类型二元相图6.3.5 二元相图的几何规律及分二元相图的几何规律及分析方法析方法6.3.6 铁碳相图铁碳相图6.3.7 无机材料专业相图无机材料专业相图6.4 三元相图三元相图 (Ternary diagram)6.4.1 等边三角形的成等边三角形的成分表示法分表示法6.4.2 三元相图中的基三元相图中的基本法则本法则6.4.3 三元匀晶相图三元匀晶相图6.4.4 固态互不溶解的固态互不溶解的三元共晶相图三元共晶相图6.4.5 三元相图的几何三元相图的几何规律及分析规律及分析6.4.6 典型的三元相图典型的三元相图6.5 相图热力学相图热力学第第6章章 相图 6.4 三元相图三元相图 (Ternary diagram)6.4.1 等边三角形的成分表示法等边三角形的成分表示法6.4.2 三元相图中的基本法则三元相图中的基本法则6.4.3 三元匀晶相图三元匀晶相图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6.4.5 三元相图的几何规律及分析三元相图的几何规律及分析6.4.6 典型的三元相图典型的三元相图6.5 相图热力学相图热力学三组元的材料在工程中相当普遍，三组元的材料在工程中相当普遍，合金钢、铸铁、铝镁铜合金、合金钢、铸铁、铝镁铜合金、ZrO2- -Al2O3- -Y2O3陶瓷陶瓷等。
等 二元相图：总数4950个，4000 （81%）；三元相图：总数总数161700个，个， 8000 （5%）；三元系：三元系：温度温度和和两个成分两个成分参数构成参数构成三个独立变量三个独立变量；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7固态互不溶解的三元共晶相图的空间模型http:/ :基本概念、规律基本概念、规律2.2.反应类型：分析思路反应类型：分析思路3.截面截面图图和和投影投影图图 研究相和组织转变规律研究相和组织转变规律 截面截面图图1112MgO- -Al2O3- -SiO2三元三元投影图投影图 第六节 三元相图6.4 三元相图三元相图 (Ternary diagram)6.4.1 等边三角形的成分表示法等边三角形的成分表示法6.4.2 三元相图中的基本法则三元相图中的基本法则6.4.3 三元匀晶相图三元匀晶相图6.4.4 固态互不溶解的三元共晶相固态互不溶解的三元共晶相图图6.4.5 三元相图的几何规律及分析三元相图的几何规律及分析6.4.6 典型的三元相图典型的三元相图6.5 相图热力学相图热力学6.4.1 等边三角形的成分表示法等边三角形的成分表示法成分三角形：等等边边三角形法三角形法 直角三角形直角三角形等腰三角形等腰三角形1.等边三角形法等边三角形法 uA/B/C顶点：三个纯组元；数数值的的标注要方向一致，注要方向一致，顺时针顺时针或或逆逆时针时针都可以。
都可以 uAB/BC/CA三边：各定为100；分别代表AB、BC、CA三个二元系的成分；u三角形内的点：三角形内的点： 代表三元系的成分代表三元系的成分16u三角形内的点：三角形内的点： 代表三元系的成分代表三元系的成分FA%?17由O顺次作平行于三个边的线段oa、ob、ocabc用用oa, ob, oc分别表示组元分别表示组元A、B、C的质量分数的质量分数Oa+Ob+Oc = AB = 100%数数值的的标注要方向一致，注要方向一致，顺时针顺时针或或逆逆时针时针都可以 顺时针逆逆时针 平行于一边平行于一边的直线上所有点， 表示这个边对应顶点对应顶点的组元含量均相等；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材料的成分点（成分点（O）和其两个和其两个平衡相平衡相的的成分点成分点(a，b）必然位于成分三角形内的必然位于成分三角形内的一条直线上一条直线上， 称为称为直线法则直线法则或或三点共线三点共线原则 T温度下，两相平衡两相平衡：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3.3.等温截面（水平截面）等温截面（水平截面）4.4.变温截面（垂直截面）变温截面（垂直截面） 5.5.投影图投影图24三元匀晶(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；OS1 S1S22 3.等温截面（水平截面动画）1 1 能分析能分析 什么？什么？2 2 杠杆定律杠杆定律 可否用？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：杠杆定律杠杆定律 两相平衡区:液液/固相线（共轭线）固相线（共轭线）：连接线：连接线： o n、mu连接线：连接线：u由试验数据试验数据标出T T温度下，同一成分的合金有固定温度下，同一成分的合金有固定的平衡相的平衡相; ;连连接接线线不可能相交不可能相交; ;一般不平行于三角形的一般不平行于三角形的边边 连连接接线线能相交能相交吗吗？4.4.变温截面（变温截面（垂直截面垂直截面动画动画） （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4.4.变温截面（变温截面（垂直截面垂直截面动画动画） （1）平行于成分三角形一边的变温截面u截面 两边开口两边开口；u三个区：L、L、。
u截面 一边闭合一边闭合u三个区：L、L、 （2）过成分三角形一顶点的变温截面 合金合金凝固开始凝固开始和和结束温度结束温度， 给出了冷却过程经历的各种相平衡给出了冷却过程经历的各种相平衡. . 可以分析结晶过程分析结晶过程1 1能分析能分析什么？什么？2 2杠杆定律杠杆定律可否用？可否用？38 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）（蝴蝶规律）; 变温截面上的液变温截面上的液/ /固相线走向固相线走向不代表成分变化不代表成分变化 尽管形状类似二元相图，尽管形状类似二元相图，不能用杠杆定律不能用杠杆定律 杠杆定律杠杆定律可否用？可否用？5.投影图投影图合金合金O:t4t3温度开始凝固温度开始凝固 t6t5温度凝固终了温度凝固终了t1 t2 t3 t4 .所有相区相区的交线交线投影到成分三角形中(共晶相图共晶相图) 等温线投影图(匀晶相图）匀晶相图）：一系列等温截面等温截面中的相界线相界线投影到成分三角形中6.4.4 固态互不溶解的固态互不溶解的三元共晶相图三元共晶相图 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） http:/ 6.4.4 固态互不溶解的三元共晶相图 tAE1EE3tA，tBE1EE2tB，tCE2EE3tC分别是分别是组元ABC的初始结晶面 （液相面）1. 相图构成二元共晶转变线：E1E，E2E，E3E E1E： L(A+B)， E2E ：L(C+B)， E3E ：L(A+C)47三元共晶点：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+BE1E: L(A+B)三相平衡区 ：L+A+B492. 等温截面分析512. 等温截面分析522. 等温截面分析 在固态完全不溶的在固态完全不溶的三元共晶相图投影图三元共晶相图投影图3. 投影图投影图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板书固态互不溶解的三元共晶相图(动画）投影图组织分析3. 投影图投影图合金成分合金成分位置位置相组成相组成组织组成物组织组成物四相平衡四相平衡EA+B +C（A+B +C）液相面内液相面内6个个A+B+CA初初+（A+B）+（A+B+C）A+B+CB初初+（A+B）+（A+B+C）A+B+CB初初+（C+B）+（A+B+C）A+B+CC初初+（C+B）+（A+B+C）A+B+CC初初+（A+C）+（A+B+C）A+B+CA初初+（A+C）+（A+B+C）三相平衡三相平衡共晶线共晶线e1E线上线上A+B+C（A+B）+（A+B+C）e2E线上线上A+B+C(B+C)+（A+B +C）e3E线上线上A+B+C（A+C）+（A+B+C）二元共晶二元共晶曲面曲面和三元共和三元共晶曲面晶曲面交线交线AE线上线上A+B+CA初初+（A+B+C）BE线上线上A+B+CB初初+（A+B+C）CE线上线上A+B+CC初初+（A+B+C）相相: :A+B+C相相对对量：量：杠杆定律杠杆定律58组织组织的相的相对对量：量：杠杆定律杠杆定律59O点成分合金的室温组织：初晶A（A+C）（）（A+B+C)5. 变温截面初初+ (+) (+ )+ +固态有限互溶的三元共晶相图(自学） n1. 1. 相区接触法则相区接触法则 （空间相图、水平（空间相图、水平/ /垂直截面）：垂直截面）：u相邻相区的相数差相邻相区的相数差1 1（点接触除外）（点接触除外）。
6.4.5 三元相图的几何规律及分析方法（3 3）转变类型判断：投影图上液相单变量线的走向）转变类型判断：投影图上液相单变量线的走向共晶反应共晶反应包晶反应包晶反应包共晶反应包共晶反应4.四相平衡6.4.6 典型的三元相图典型的三元相图1 1 Fe-C-Si三元系垂直截面三元系垂直截面2FeCCr r三元系相图三元系相图 Fe-CCr相图分析4个单相区(L );8个两相区;8个三相区;3条四相平衡的水平线C1和C2是Fe溶于 Cr7C3和Cr23C6中的碳化物;C3是以Fe3C 为基础溶有Cr原子的合金渗碳体3AlMgCu系投影图系投影图 （LY12）(Al为。