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1、材料科学基础太原科技大学材料科学与工程学院材料科学基础课程教学团队2021/6/161v6.1 三元相图的成分表示法三元相图的成分表示法v6.2 三元系平衡转变的定量法则三元系平衡转变的定量法则v6.3 三元匀晶相图三元匀晶相图v6.4 三元共晶相图三元共晶相图v6.5 三元合金相图的四相平衡转变三元合金相图的四相平衡转变v6.6 具有化合物的三元相图及三元相图的简化分割具有化合物的三元相图及三元相图的简化分割v6.7 三元相图应用举例三元相图应用举例第第6章章 三元相图三元相图2021/6/1623 三元相图的主要特点三元相图的主要特点 （1 1）是立体图形，主要由曲面构成；）是立体图形，主
2、要由曲面构成； （2 2）可发生四相平衡转变；）可发生四相平衡转变； （3 3）一、二、三相区为一空间。）一、二、三相区为一空间。 2021/6/1634 6.16.1三元相图的成分表示法三元相图的成分表示法 6.1.1 6.1.1 浓度三角形（浓度三角形（等边等边、等腰、直角三角形）、等腰、直角三角形） （1 1）已知点确定成分；）已知点确定成分； （2 2）已知成分确定点。）已知成分确定点。 等边浓度三角形等边浓度三角形2021/6/1645 直角浓度三角形直角浓度三角形等腰浓度三角形等腰浓度三角形2021/6/1656 6.1.2 6.1.2 成分三角形中特殊的点和线成分三角形中特殊的点
3、和线 （1 1）平平行行于于某某条条边边的的直直线线：其其上上合合金金所所含含由由此此边边对对应应顶顶点点所代表的组元的含量一定。所代表的组元的含量一定。 （2 2）通通过过某某一一顶顶点点的的直直线线：其其上上合合金金所所含含由由另另两两个个顶顶点点所所代表的两组元的比值恒定。代表的两组元的比值恒定。2021/6/1667 6.2.1 6.2.1 直线定律直线定律 （1 1）共共线线法法则则：在在一一定定温温度度下下，三三元元合合金金两两相相平平衡衡时时，合合金金的的成成分分点点和和两两个个平平衡衡相相的的成成分分点点必必然然位位于于成成分分三三角角形形内内的的同一条直线上。同一条直线上。
4、（由由相相率率可可知知，此此时时系系统统有有一一个个自自由由度度，表表示示一一个个相相的的成成分可以独立改变，另一相的成分随之改变。）分可以独立改变，另一相的成分随之改变。） 杠杆定律：用法与二元相同。杠杆定律：用法与二元相同。6.2 三元系平衡转变的定量法则三元系平衡转变的定量法则2021/6/1678 两条推论两条推论 （1 1）给给定定合合金金在在一一定定温温度度下下处处于于两两相相平平衡衡时时，若若其其中中一一个个相相的的成成分分给给定定，另另一一个个相相的的成成分分点点必必然然位位于于已已知知成成分分点点连连线的延长线上。线的延长线上。 （2 2）若若两两个个平平衡衡相相的的成成分分
5、点点已已知知，合合金金的的成成分分点点必必然然位位于两个已知成分点的连线上。于两个已知成分点的连线上。 2021/6/1689 6.2.2 6.2.2 重心定律重心定律 在在一一定定温温度度下下，三三元元合合金金三三相相平平衡衡时时，合合金金的的成成分分点点为为三三个个平平衡衡相相的的成成分分点点组组成成的的三三角角形形的的质质量量重重心心。（由由相相率率可可知知，此此时时系系统统有有一一个个自自由由度度，温温度度一一定定时时，三三个个平平衡衡相相的的成成分是确定的。）分是确定的。） 平平衡衡相相含含量量的的计计算算：所所计计算算相相的的成成分分点点、合合金金成成分分点点和和二二者者连连线线的
6、的延延长长线线与与对对边边的的交交点点组组成成一一个个杠杠杆杆。合合金金成成分分点点为支点。计算方法同杠杆定律。为支点。计算方法同杠杆定律。 2021/6/16910 1 相图分析相图分析 点：点：Ta, Tb, Tc-三个纯组元的熔点；三个纯组元的熔点； 面：液相面、固相面；面：液相面、固相面； 区：区：L, , L+。 6.3 三元匀晶相图三元匀晶相图2021/6/161011 2 2 三元固溶体合金的结晶规律三元固溶体合金的结晶规律 液液相相成成分分沿沿液液相相面面、固固相相成成分分沿沿固固相相面面，呈呈蝶蝶形形规规律律变变化。（立体图不实用）化。（立体图不实用） 共轭线：平衡相成分点的
7、连线。共轭线：平衡相成分点的连线。 2021/6/161112 3 等温截面（水平截面）等温截面（水平截面） （1）做法：某一温度下的水平面与相图中各面的交线。）做法：某一温度下的水平面与相图中各面的交线。 （2）截面图分析）截面图分析 3个相区：个相区：L, , L+; 2条相线：条相线：L1L2, S1S2（共轭曲线）（共轭曲线）; 若若 干干 连连 接接 线线 ： 可可 作作 为为 计计 算算 相相 对对 量量 的的 杠杠 杆杆 （ 偏偏 向向 低低 熔熔 点点组组元元；可可用用合合金金成成分分点点与与顶顶点点的的连连线线近近似似代代替替；过过给给定定合合金成分点，只能有唯一的共轭连线。
8、）金成分点，只能有唯一的共轭连线。）2021/6/161213 4 变温截面（垂直截面）变温截面（垂直截面） （1）做法：某一垂直平面与相图中各面的交线。）做法：某一垂直平面与相图中各面的交线。 （2）二种常用变温截面）二种常用变温截面 经平行于某条边的直线做垂直面获得；经平行于某条边的直线做垂直面获得； 经通过某一顶点的直线做垂直面获得。经通过某一顶点的直线做垂直面获得。 （3）结晶过程分析）结晶过程分析 成分轴的两端不一定是纯组元；成分轴的两端不一定是纯组元； *注意：注意： 液、固相线不一定相交；液、固相线不一定相交； 不能运用杠杆定律（液、固相线不是成分变化线）。不能运用杠杆定律（液、
9、固相线不是成分变化线）。2021/6/161314 6.4.1组元在固态互不溶，具有共晶转变的相图组元在固态互不溶，具有共晶转变的相图 1. 相图分析相图分析 点：熔点；二元共晶点；三元共晶点。点：熔点；二元共晶点；三元共晶点。6.4三元共晶相图三元共晶相图2021/6/161415 液相面液相面 固相面固相面 面：面： 两相共晶面两相共晶面 三相共晶面三相共晶面 两相区：两相区：3个个 区：区： 单相区：单相区：4个个 三相区：三相区：4个个 四相区：四相区：1个个2021/6/16152021/6/1616v投影图投影图2021/6/16172021/6/16186.4.2组元在固态有限溶
10、解，具有共晶转变的三元相图组元在固态有限溶解，具有共晶转变的三元相图（1）相图分析）相图分析液相面液相面固相面固相面(组成组成)面：面：二相共晶面二相共晶面三相共晶面三相共晶面溶解度曲面：溶解度曲面：6个个两相区：两相区：6个个区：区：单相区：单相区：4个个三相区：三相区：4个个四相区：四相区：1个个2021/6/161920 2021/6/162021 （2）变温截面）变温截面3个三相区个三相区共晶相图特征：水平线共晶相图特征：水平线1个三相区个三相区 三相共晶区特征：曲边三角形。三相共晶区特征：曲边三角形。 应应用用：分分析析合合金金结结晶晶过过程程，确确定定组组织织变化变化. 局局限限性
11、性：不不能能分分析析成成分分变变化化。（成成分分在单变量线上，不在垂直截面上）在单变量线上，不在垂直截面上） 2021/6/16212021/6/162223 （2）等温截面图）等温截面图应用：可确定平衡相及其成分；可运用杠杆定律和重心定律。应用：可确定平衡相及其成分；可运用杠杆定律和重心定律。是直边三角形是直边三角形三相平衡区三相平衡区两相区与之线接两相区与之线接（水平截面与棱柱面交线）（水平截面与棱柱面交线）单相区与之点接单相区与之点接（水平截面与棱边的交点，表（水平截面与棱边的交点，表 示三个平衡相成分。）示三个平衡相成分。）相率相区的相数差相率相区的相数差1；相区接触法则：相区接触法则
12、： 单相区单相区/两相区曲线相接；两相区曲线相接；两相区两相区/三相区直线相接。三相区直线相接。2021/6/162324 2021/6/162425 合金结晶过程分析；合金结晶过程分析；（4）投影图）投影图相组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律）相组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律）组织组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律）组织组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律）2021/6/1625v6.4.3三相平衡包晶转变的相图特征三相平衡包晶转变的相图特征v 垂直截面图上，具有包晶转变的三相区形状常为一个顶点垂直截面图上，具有包晶转变的三相区形状常为一个顶点在下（生成相），两个顶点在上（反应相）
13、的曲边三角形。在下（生成相），两个顶点在上（反应相）的曲边三角形。v 在水平截面图上具有包晶转变的三相区也为三角形。在水平截面图上具有包晶转变的三相区也为三角形。2021/6/162627 6.5 三元合金相图的四相平衡转变三元合金相图的四相平衡转变6.5.1立体图中的四相平衡立体图中的四相平衡共晶转变共晶转变 类型：类型：包共晶转变包共晶转变包晶转变包晶转变 相区邻接（四相平衡面）相区邻接（四相平衡面）4个单相区点接触；个单相区点接触；与与6个两相区线接触；个两相区线接触；与与4个三相区面接触。个三相区面接触。2021/6/162728 6.5.2投影图中的四相平衡平面投影图中的四相平衡平面
14、 根据根据12根单变量判断；根单变量判断； 根据液相单变量判断根据液相单变量判断.2021/6/162829 6.5.3变温截面中的四相平衡变温截面中的四相平衡 四相平衡区：上下都有三相区邻接。四相平衡区：上下都有三相区邻接。条件：邻接三相区达条件：邻接三相区达4时；时； 判断转变类型判断转变类型类型：共晶、包共晶、包晶。类型：共晶、包共晶、包晶。2021/6/162930 6.6 具有化合物的三元相图及三元相图的简化分割具有化合物的三元相图及三元相图的简化分割2021/6/1630v6.7 三元合金相图应用举例三元合金相图应用举例6.7.1 2021/6/16316.7.22021/6/16322021/6/16332021/6/16342021/6/1635v三元相图小结三元相图小结2021/6/16362021/6/1637 结束语结束语若有不当之处，请指正，谢谢！若有不当之处，请指正，谢谢！
