材料科學(xué)基礎(chǔ)-第7章-三元相圖

1Chapter7合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶材料科學(xué)基礎(chǔ)李謙–寧向梅主講27.8.1三元合金相圖的成分表示方法

7.8.2三元系平衡相的定量法則

.7.8.3三元?jiǎng)蚓鄨D

7.8.4三元共晶相圖7.8.5兩相平衡、三相平衡和四相平衡的類型和一般規(guī)律

7.8.6三元相圖應(yīng)用舉例

7.8三元合金相圖37.8.1三元合金相圖的成分表示方法

1.成分三角形（濃度三角形）等邊成分三角形等腰成分三角形直角成分三角形4（1）已知點(diǎn)確定成分BCA←A%B%↗C%↘過(guò)O作平行于BC邊的直線求平行線與A坐標(biāo)的截距得組元A的含量XA。O同理求組元B、C的含量XB、XC。XA+XB+XC=100％

7.8.1三元合金相圖的成分表示方法

5練習(xí)：確定合金I成分ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%↗C%↘II點(diǎn)：A%=60%B%=30%C%=10%6（2）已知成分確定點(diǎn)標(biāo)出

75%A+10%B+15%C

的合金ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%↗C%↘72.兩條特例線（1）與某一邊平行的直線，含對(duì)角組元濃度相等。PQB%=Aa/AB=定值BCA←A%B%↗C%↘a8（2）過(guò)某一頂點(diǎn)作直線BCA←A%B%↗C%↘Da1′a2′c2c1a1a2FE97.8.2三元系平衡相的定量法則1.直線法則和杠桿定律(適用于兩相平衡)在一定溫度下三組元材料兩相平衡時(shí)，材料的成分點(diǎn)和其兩個(gè)平衡相的成分點(diǎn)必然位于成分三角形內(nèi)的一條直線上，該規(guī)律稱為直線法則或三點(diǎn)共線原則。10成分為P和Q的兩個(gè)三元合金，混合熔化后，得到新的成分為R的三元合金，則新合金R的位置一定處在連接P、Q點(diǎn)的直線上。。

杠桿定律：7.8.2三元系平衡相的定量法則11合金R在某溫度處于+兩相平衡，則R的成分必定落在連接兩個(gè)成分點(diǎn)的直線上。。，

杠桿定律：7.8.2三元系平衡相的定量法則12推論（1）當(dāng)給定合金在一定溫度下處于兩相平衡時(shí)，若其中一相的成分給定，另一相的成分點(diǎn)必在已知相成分點(diǎn)與合金成分點(diǎn)連線的延長(zhǎng)線上；（2）若兩平衡相的成分點(diǎn)已知，合金的成分點(diǎn)必然位于兩個(gè)已知成分點(diǎn)的連線上。7.8.2三元系平衡相的定量法則132.重心定律(適用于三相平衡)三元合金R在某溫度處于++三相平衡狀態(tài)，則該合金成分點(diǎn)必定處在這三相成分點(diǎn)組成的三角形的重心。7.8.2三元系平衡相的定量法則14BCA←A%B%↗C%↘efdR157.8.3三元?jiǎng)蚓鄨D1.相圖分析特征點(diǎn)：A1、B1、C1…三個(gè)純組元的熔點(diǎn)；特征面：液相面、固相面；相區(qū)：L、α、L+α。16液相成分沿液相面，固相成分沿固相面，在一定溫度下的固液相成分連線在濃度三角形中投影呈蝴蝶狀。共軛線：平衡相成分點(diǎn)的連線。2.三元固溶體合金的結(jié)晶過(guò)程7.8.3三元?jiǎng)蚓鄨D173.等溫截面圖及投影圖做法：某一溫度下的水平面與相圖中各面的交線。截面圖分析：相區(qū)：L,α,L+α;

相線：L1L2,S1S2（共軛曲線）;連接線：可作為計(jì)算相對(duì)量的杠桿。（1）等溫截面7.8.3三元?jiǎng)蚓鄨D1819（2）投影圖

等溫線投影圖可確定合金結(jié)晶開(kāi)始、結(jié)束溫度7.8.3三元?jiǎng)蚓鄨D─液相線┄固相線204.變溫截面圖（垂直截面圖）做法：某一垂直平面與相圖中各面的交線。二種常用變溫截面:

過(guò)平行于濃度三角形的一條邊的成分線;

過(guò)一個(gè)頂點(diǎn)。結(jié)晶過(guò)程分析－－確定相變臨界點(diǎn)，并可推測(cè)不同溫度下合金的組織。

成分軸的兩端不一定是純組元；液、固相線不一定相交；不能運(yùn)用杠桿定律（液、固相線不是成分變化線）。7.8.3三元?jiǎng)蚓鄨D21227.8.4三元共晶相圖1.組元在固態(tài)互不相溶，具有共晶轉(zhuǎn)變的相圖點(diǎn)：熔點(diǎn)；二元共晶點(diǎn)；三元共晶點(diǎn)。線：EnE

兩相共晶面交線液相單變量線液相區(qū)與兩相共晶面交線液相面交線面：液相面、固相面、兩相共晶面、三相共晶面區(qū)：兩相區(qū)：3個(gè)、三相區(qū)：4個(gè)單相區(qū)：4個(gè)、四相區(qū)：1個(gè)

23三相區(qū)：

以三條單變量線作為棱邊的空間三棱柱體7.8.4三元共晶相圖二元共晶反應(yīng)L→A+BL→C+BL→A+C241.水平截面圖（等溫截面

）（1）單相區(qū)與兩相區(qū)以曲線分界。（2）兩相區(qū)和三相區(qū)以直線分界。（3）單相區(qū)和三相區(qū)則為點(diǎn)接觸。7.8.4三元共晶相圖三相區(qū)為直邊三角形25應(yīng)用：可確定合金在該溫度下的相組成；可運(yùn)用杠桿定律和重心法則確定合金中各相的成分及其含量。7.8.4三元共晶相圖262.垂直截面與投影圖（1）投影圖O點(diǎn)合金室溫相組成物：A＋B＋C7.8.4三元共晶相圖27典型合金平衡結(jié)晶后的室溫組織：O點(diǎn)合金室溫組織組成物：A＋（A+C)＋（A+B+C)28（2）垂直截面圖O點(diǎn)合金的室溫組織：A＋（A+C)＋（A＋B＋C）LLALA＋CLA＋B＋Ct/sT/℃7.8.4三元共晶相圖L+AL+A+(A+C)29課下練習(xí)：7.8.4三元共晶相圖302.組元在固態(tài)有限溶解的共晶相圖（1）相圖分析點(diǎn)：熔點(diǎn)、二元共晶點(diǎn)、三元共晶點(diǎn)。

兩相共晶線

液相面交線

線：EnE

兩相共晶面交線

液相單變量線

固相單變量線7.8.4三元共晶相圖31液相面固相面

面：二相共晶面三相共晶面溶解度曲面：6個(gè)

區(qū)：?jiǎn)蜗鄥^(qū)：4個(gè)兩相區(qū)：6個(gè)

三相區(qū)：4個(gè)

四相區(qū)：1個(gè)

7.8.4三元共晶相圖L→L→L→L→＋L→＋＋L→＋L→＋→Ⅱ＋Ⅱ→Ⅱ＋Ⅱ→Ⅱ＋Ⅱ→Ⅱ

→Ⅱ→Ⅱ→Ⅱ→Ⅱ

→Ⅱ32（2）等溫截面

特點(diǎn)：直邊三角形兩相區(qū)與之線接（等溫截面與棱柱面交線）單相區(qū)與之點(diǎn)接（等溫截面與棱邊的交點(diǎn)，表示三個(gè)平衡相成分。）應(yīng)用：可確定平衡相及其成分；可運(yùn)用杠桿定律和重心定律。三相區(qū)7.8.4三元共晶相圖33（3）投影圖7.8.4三元共晶相圖34（4）垂直截面ⅠⅡⅢ（課下練習(xí)：分析合金Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的結(jié)晶過(guò)程。）7.8.4三元共晶相圖LL→L→＋L→＋＋→Ⅱ＋Ⅱ＋Ⅱ＋Ⅱ＋（＋）＋（＋＋）t/sT/℃L+L++(＋)合金Ⅰ的結(jié)晶過(guò)程Ⅳ35垂直截面應(yīng)用：分析合金結(jié)晶過(guò)程，確定組織變化.（二次相的析出只考慮初生相。）垂直截面局限性：不能分析成分變化。（成分在單變量線上，不在垂直截面上）7.8.4三元共晶相圖367.8.5兩相平衡、三相平衡和四相平衡的類型

和一般規(guī)律

兩相平衡的類型（1）液相與固相的平衡，反應(yīng)式為L(zhǎng)→。（2）固相與固相的平衡，反應(yīng)式為→（脫溶轉(zhuǎn)變）。（3）液相與液相的平衡，反應(yīng)式為L(zhǎng)1→L2，主要在合金的偏晶或合金轉(zhuǎn)變前。37圖7-57平衡兩相濃度變化規(guī)律（蝴蝶形規(guī)律）

（a）勻晶轉(zhuǎn)變時(shí)（b）三相平衡轉(zhuǎn)變之前（c）脫溶轉(zhuǎn)變時(shí)382.三相平衡的類型（1）三相共晶型平衡（由一相轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€(gè)相）共晶轉(zhuǎn)變L→＋共析轉(zhuǎn)變→＋偏晶轉(zhuǎn)變1→＋2垂直截面中正三角形7.8.5兩相平衡、三相平衡和

四相平衡的類型和一般規(guī)律

39（2）三相包晶型平衡（由兩個(gè)相反應(yīng)生成一個(gè)相）

包晶轉(zhuǎn)變L＋

→包析轉(zhuǎn)變→＋合晶轉(zhuǎn)變L1＋L2→垂直截面中倒三角形7.8.5兩相平衡、三相平衡和

四相平衡的類型和一般規(guī)律

40三相平衡圖形特點(diǎn)：立體圖：三棱柱，棱邊是三個(gè)平衡相單變量線。等溫截面圖：直邊三角形，頂點(diǎn)是平衡相成分點(diǎn)。垂直截面圖：曲邊三角形，頂點(diǎn)不代表成分。7.8.5兩相平衡、三相平衡和

四相平衡的類型和一般規(guī)律

413.三元相圖中四相平衡的類型（1）共晶型：共晶轉(zhuǎn)變：L→＋＋共析轉(zhuǎn)變：→＋＋δ垂直截面中的四相平衡區(qū)：上下都有三相區(qū)鄰接。條件：鄰接三相區(qū)達(dá)4時(shí)類型：共晶、包共晶、包晶判斷轉(zhuǎn)變類型水平線31（水平線上方共有的相生成水平線下方共有的相）42（2）包共晶型包共晶型轉(zhuǎn)變：L+→＋包共析轉(zhuǎn)變：δ+

→＋水平線217.8.5兩相平衡、三相平衡和

四相平衡的類型和一般規(guī)律

43（3）包晶型：包晶轉(zhuǎn)變：L＋

＋→

包析轉(zhuǎn)變：＋＋→δ水平線137.8.5兩相平衡、三相平衡和

四相平衡的類型和一般規(guī)律

447.8.6三元相圖應(yīng)用舉例

1.Fe-C-Si三元系變溫（垂直）截面452.Fe-Cr-C相圖（等溫截面）C1：（Cr、Fe)7C3，C2:（Cr、Fe)23C6，C2:（Cr、Fe)3C7.8.6三元相圖應(yīng)用舉例

46Fe－（ωCr＝13％）Cr－C垂直截面①②③④⑤⑥1175℃760℃795℃①L+→②

L→+C1③

+C1→C3④

+C1→C2⑤

→+C2⑥

→+C1三相區(qū)：1175℃L+C1→+C3795℃+C2→+C1760℃+C1→+C