材料科學(xué)基礎(chǔ)-相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)-ppt課件

1、第四節(jié)第四節(jié) 相圖的熱力學(xué)根底相圖的熱力學(xué)根底 ABB%G對于理想溶體，對于理想溶體，Hm=0)lnln(00BBABBAAxxxAxRTxxG化學(xué)位可視作組元從某相中逸出的才干化學(xué)位可視作組元從某相中逸出的才干,組組元元i在某相中化學(xué)位越高在某相中化學(xué)位越高,它相化學(xué)位較低的它相化學(xué)位較低的一相轉(zhuǎn)移傾向越大一相轉(zhuǎn)移傾向越大,當(dāng)組元當(dāng)組元i在各相的化學(xué)位在各相的化學(xué)位相等時相等時,即處于平衡形狀。組元即處于平衡形狀。組元i在相在相j中的化中的化學(xué)位可用下式表示學(xué)位可用下式表示 i(j) = 1、化學(xué)位、化學(xué)位Gii如圖溶液的成分為如圖溶液的成分為，可過曲線上與，可過曲線上與此成分對應(yīng)點作切此成

2、分對應(yīng)點作切線，與縱軸的交點線，與縱軸的交點a、b的吉布斯自的吉布斯自在能值便是組元在能值便是組元A、B再成分為再成分為溶體溶體中的化學(xué)位。中的化學(xué)位。2、相圖中的相平衡、相圖中的相平衡1多相平衡條件多相平衡條件 kiiii321假設(shè)組元在各相中的化學(xué)位不相等，這個假設(shè)組元在各相中的化學(xué)位不相等，這個組元就會從化學(xué)位高的相中向化學(xué)位低的組元就會從化學(xué)位高的相中向化學(xué)位低的相發(fā)生遷移，使系統(tǒng)的自在能降低，直到相發(fā)生遷移，使系統(tǒng)的自在能降低，直到它在各相中的化學(xué)位相等為至，可見，溶它在各相中的化學(xué)位相等為至，可見，溶液中化學(xué)位梯度是物質(zhì)遷移的驅(qū)動力。液中化學(xué)位梯度是物質(zhì)遷移的驅(qū)動力。2一元系統(tǒng)的相

3、平衡一元系統(tǒng)的相平衡 1兩相平衡兩相平衡 f=CP+2，其中，其中f=1，兩相平衡共存的關(guān)系在兩相平衡共存的關(guān)系在pT圖上表現(xiàn)為圖上表現(xiàn)為一曲線。一曲線。純物質(zhì)的兩相平衡包括純物質(zhì)的兩相平衡包括LS、SG、LG、SS等。等。 2三相平衡三相平衡 f=0，在，在pT圖上表現(xiàn)圖上表現(xiàn)為一個點，即三相點。為一個點，即三相點。 3二元系統(tǒng)的相平衡公切線法那么二元系統(tǒng)的相平衡公切線法那么第五節(jié)第五節(jié) 三元系相圖及其類型三元系相圖及其類型 等邊三角形法 下頁下頁上頁上頁 圖圖5-77，以其三個頂點表示三，以其三個頂點表示三個純組元；三邊各定為個純組元；三邊各定為100%，分別，分別代表三個二元素代表三個二

4、元素A-B、B-C和和C-A的的成分；位于三角形內(nèi)部的點代表三成分；位于三角形內(nèi)部的點代表三元系的成分，且元系的成分，且a+b+c=AB=BC=CA=100%兩條特殊意義的線：兩條特殊意義的線：1平行于三角形某一邊的直線位平行于三角形某一邊的直線位于該線上的資料，它們所含的、由于該線上的資料，它們所含的、由這條邊對應(yīng)頂點所代表的組元量均這條邊對應(yīng)頂點所代表的組元量均相等。如圖相等。如圖5-78中中ab線上的兩種資線上的兩種資料料1、2的的C組元含量相等：組元含量相等：圖圖5-78 成分三角形中兩條特殊直線成分三角形中兩條特殊直線利用成分三角形網(wǎng)絡(luò)標(biāo)定合金利用成分三角形網(wǎng)絡(luò)標(biāo)定合金成分成分 成分

5、三角形中兩條特殊直線成分三角形中兩條特殊直線1b1=2b2=nbn等腰三角形法等腰三角形法 2經(jīng)過三角形頂點的任不斷線。經(jīng)過三角形頂點的任不斷線。位于該直線上的三元系資料，它們位于該直線上的三元系資料，它們所含的由另兩個頂點所代表的兩組所含的由另兩個頂點所代表的兩組元含量之比是一定值。圖元含量之比是一定值。圖5-78中中CE線上的各種成分。線上的各種成分。直角三角形法 三元系中以兩個組元為主，而第三組三元系中以兩個組元為主，而第三組元的濃度很低，可用等腰三角形。元的濃度很低，可用等腰三角形。 三元系中以一個組元為主，其三元系中以一個組元為主，其他兩個組元的濃度都相當(dāng)?shù)蜁r，可他兩個組元的濃度都相

6、當(dāng)?shù)蜁r，可用直角三角形法。如圖用直角三角形法。如圖5-79。圖圖5-79 三元相圖成分的其它表示方法三元相圖成分的其它表示方法a)等腰三角形法等腰三角形法 b)直角三角形法直角三角形法二、三元相圖的建立二、三元相圖的建立 三元合金在三元合金在T1溫度下成分不同出溫度下成分不同出現(xiàn)三個相區(qū)：現(xiàn)三個相區(qū)：曲線曲線s1s1右側(cè)為固相右側(cè)為固相相區(qū)；相區(qū)；曲線曲線l1l1左側(cè)為液相區(qū)；左側(cè)為液相區(qū)；兩曲線之間為兩曲線之間為L+兩相區(qū)。兩相區(qū)。對于三元合金系，當(dāng)：對于三元合金系，當(dāng)：P=1時，時，n=2即相鄰相區(qū)為面接觸即相鄰相區(qū)為面接觸P=2時，時，n=1即相鄰相區(qū)為線接觸即相鄰相區(qū)為線接觸P=3時，

7、時，n=0即相鄰相區(qū)為點接觸即相鄰相區(qū)為點接觸W = 100%onmnW= 100%momn3、勻晶相圖的平衡結(jié)晶過程分析、勻晶相圖的平衡結(jié)晶過程分析四具有兩相共晶反響的三元系相圖四具有兩相共晶反響的三元系相圖相圖分析圖所示相圖分析圖所示面及相區(qū)面及相區(qū)液相面：液相面：abee，cee固相面固相面aabb，ccd液固兩相區(qū)液固兩相區(qū)aabeeab為為L兩相區(qū)兩相區(qū)ceedce為為L兩相區(qū)兩相區(qū)相接觸情況及三相區(qū)相接觸情況及三相區(qū)三個單相區(qū)：三個單相區(qū)：L，L，兩相區(qū)與單相區(qū)是以面相連；兩相區(qū)與單相區(qū)是以面相連；三相區(qū)與兩相區(qū)為面接觸，與單相區(qū)是三相區(qū)與兩相區(qū)為面接觸，與單相區(qū)是以線相連的以線相

8、連的、三相平衡及三相平衡反響、三相平衡及三相平衡反響三元系中三相平衡時三元系中三相平衡時f假設(shè)溫度給定，三個共存相的成分都不可假設(shè)溫度給定，三個共存相的成分都不可變變重心法那么處于三相平衡的重心法那么處于三相平衡的合金，其成分點必位于共軛三角形的合金，其成分點必位于共軛三角形的重心位置有以下平衡關(guān)系：重心位置有以下平衡關(guān)系：oaabcbLc圖圖5-91 重心法那么重心法那么 WWoobbbWWLWocccWL W WooaaaW2三相平衡反響三相平衡反響兩種類型：兩種類型： 類共晶反響：類共晶反響：L (+分解型分解型 類包晶反響：類包晶反響： L+ 合成型合成型 如圖如圖5-93所示。所示。

9、五、三元系中的相平衡分析五、三元系中的相平衡分析1、吉布斯自在能、吉布斯自在能-成分曲面成分曲面 三元系的自在能擴展為一個內(nèi)凹三元系的自在能擴展為一個內(nèi)凹的空間曲面。如圖的空間曲面。如圖5-95所示。所示。2、三元系中兩相平衡及公切面、三元系中兩相平衡及公切面 如圖如圖5-96所示。所示。3、三元系三相平衡及共軛三角形、三元系三相平衡及共軛三角形如圖如圖5-97所示所示4、三元系四相平衡與四相平衡平面、三元系四相平衡與四相平衡平面如圖如圖5-98所示所示六、具有四相平衡反響的三元系相圖六、具有四相平衡反響的三元系相圖1四相區(qū)及周圍相區(qū)的接觸四相區(qū)及周圍相區(qū)的接觸1四相區(qū)與三相區(qū)的接觸：面接觸四

10、相區(qū)與三相區(qū)的接觸：面接觸共軛三角形共軛三角形U+V+R、V+R+Q、U+R+Q組成四相平面的上外表，組成四相平面的上外表，U+V+Q組成下外表；組成下外表；共軛三角形共軛三角形U+V+Q 、U+V+R、組、組成四相平面的上外表，成四相平面的上外表， V+R+Q、U+R+Q組成下外表；組成下外表； 共軛三角形共軛三角形U+V +Q 組成四相平面組成四相平面的上的上+ 外表，外表， U+V+R、 V+R+Q、U+R+Q組成下外表；組成下外表；2與兩相區(qū)的接觸：線接觸與兩相區(qū)的接觸：線接觸六個兩相區(qū)：六個兩相區(qū)：U+V、V+Q、Q+U、U+R、R+V、R+Q。3與單相區(qū)的銜接：點接觸與單相區(qū)的銜接

11、：點接觸四個單相區(qū)：四個單相區(qū)：U、V、Q、R。2四相平衡反響四相平衡反響1共晶型：共晶型： R Q+V+UT2包晶型反響：包晶型反響： R+Q U+V3雙包晶型：雙包晶型： U+V+Q R2、具有共晶型四相平衡反響的三元系、具有共晶型四相平衡反響的三元系相圖圖相圖圖5-103T1相圖分析：相圖分析：液相面：液相面：ce3Ee2c、ae1Ee3a、be2Ee1b。固相面：。固相面：cipkc、afmla、bgnhb。固溶度曲面：固溶度曲面：ffmmf、llmml、ggnng、hhnnh、iippi、kkppk。液相線：液相線：e1E、e2E、e3E。成分變溫線：成分變溫線：mm、nn、pp。圖

12、圖5-106為為立立體體分分解解圖圖四個單相區(qū)：四個單相區(qū)：六個兩相區(qū)：六個兩相區(qū)：四個三相區(qū)：四個三相區(qū)：一個四相平衡：一個四相平衡：、L、LLL、LLLLL2相圖中的相區(qū)相圖中的相區(qū)程度截面：程度截面：可用杠桿定律及重心法那么求相對量、某可用杠桿定律及重心法那么求相對量、某溫度下相的形狀。溫度下相的形狀。垂直截面：垂直截面：不能用杠桿定律及重心法那么求相對量、不能用杠桿定律及重心法那么求相對量、不同溫度下的冷凝過程。不同溫度下的冷凝過程。投影圖：分析冷凝過程，室溫下的組織。投影圖：分析冷凝過程，室溫下的組織。四、三元相圖舉例四、三元相圖舉例步驟：步驟：1首先確定是垂直、程度或投影圖，然后詳首先確定是垂直、程度或投影圖，然后詳細(xì)分析；細(xì)分析；2找程度線，判別其四相平衡反響類型，并找程度線，判別其四相平衡反響類型，并寫出反響式；寫出反響式；3分析合金的冷凝過程；分析合金的冷凝過程；4在程度截面上運用杠桿定律、重心法那么在程度截面上運用杠桿定律、重心法那么求相對量；求相對量；5給出室溫下的組織，闡明合金在一定條件給出室溫下的組織，闡明合金在一定條件下的特征、下的特征、 組織，預(yù)測性能。組織，預(yù)測性能。1、三元系變溫截面圖分析、三元系變溫截面圖分析六個單相區(qū)：六個單相區(qū)：、C1、C2、C3、L八個三相區(qū)：八個三相區(qū)：L+、L+C1、+C1+C2、+C1+C3、+C1