材料科學(xué)基礎(chǔ)4-4相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)4-5課件

第四節(jié)相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)

一．G-X曲線

ABB%G對(duì)于理想溶體，ΔHm=0下頁(yè)二．相平衡條件化學(xué)位可視作組元從某相中逸出的能力,組元i在某相中化學(xué)位越高,它相化學(xué)位較低的一相轉(zhuǎn)移傾向越大,當(dāng)組元i在各相的化學(xué)位相等時(shí),即處于平衡狀態(tài)。組元i在相j中的化學(xué)位可用下式表示

μi(j)

=下頁(yè)后退1、化學(xué)位?Gi?χi如圖溶液的成分為χ，可過(guò)曲線上與此成分對(duì)應(yīng)點(diǎn)作切線，與縱軸的交點(diǎn)a、b的吉布斯自由能值便是組元A、B再成分為χ溶體中的化學(xué)位。下頁(yè)后退（2）一元系統(tǒng)的相平衡1）兩相平衡f=C–P+2，其中f=1，兩相平衡共存的關(guān)系在p–T圖上表現(xiàn)為一曲線。純物質(zhì)的兩相平衡包括L–S、S–G、L–G、S–S等。2）三相平衡f=0，在p–T圖上表現(xiàn)為一個(gè)點(diǎn)，即三相點(diǎn)。3）二元系統(tǒng)的相平衡公切線法則下頁(yè)后退三.G曲線與相平衡下頁(yè)后退下頁(yè)后退第五節(jié)三元系相圖及其類型

一．三元相圖表示方法

●等邊三角形法

下頁(yè)上頁(yè)返回圖5-77，以其三個(gè)頂點(diǎn)表示三個(gè)純組元；三邊各定為100%，分別代表三個(gè)二元素A-B、B-C和C-A的成分；位于三角形內(nèi)部的點(diǎn)代表三元系的成分，且χa+χb+χc=AB=BC=CA=100%兩條特殊意義的線：（1）平行于三角形某一邊的直線位于該線上的材料，它們所含的、由這條邊對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)所代表的組元量均相等。如圖5-78中ab線上的兩種材料χ1、χ2的C組元含量相等：下頁(yè)后退χ1b1=χ2b2=χnbn●等腰三角形法

（2）通過(guò)三角形頂點(diǎn)的任一直線。位于該直線上的三元系材料，它們所含的由另兩個(gè)頂點(diǎn)所代表的兩組元含量之比是一定值。圖5-78中CE線上的各種成分。下頁(yè)后退●直角三角形法

三元系中以兩個(gè)組元為主，而第三組元的濃度很低，可用等腰三角形。三元系中以一個(gè)組元為主，其余兩個(gè)組元的濃度都相當(dāng)?shù)蜁r(shí)，可用直角三角形法。如圖5-79。下頁(yè)后退圖5-79三元相圖成分的其它表示方法a)等腰三角形法b)直角三角形法下頁(yè)后退三．三元?jiǎng)蚓鄨D

下頁(yè)后退W

β=×100%onmnWα=×100%momn下頁(yè)后退3、勻晶相圖的平衡結(jié)晶過(guò)程分析四具有兩相共晶反應(yīng)的三元系相圖

（１）相圖分析（圖５－８８所示）１）面及相區(qū)液相面：abe′e，ce′e．固相面aa′b′b，cc′d．液固兩相區(qū)aa′b′e′eab為L(zhǎng)＋α兩相區(qū)ce′edc′e′為L(zhǎng)＋β兩相區(qū)．下頁(yè)后退（２）相接觸情況及三相區(qū)．三個(gè)單相區(qū)：L＋α，L＋β，α＋β．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)是以線相連的．２、三相平衡及三相平衡反應(yīng)三元系中三相平衡時(shí)f＝４－３＝１．若溫度給定，三個(gè)共存相的成分都不可變．下頁(yè)后退下頁(yè)后退（１）重心法則處于三相平衡的合金，其成分點(diǎn)必位于共軛三角形的重心位置．有以下平衡關(guān)系：oαa′ab′c′bLβc圖5-91重心法則下頁(yè)后退（2）三相平衡反應(yīng)兩種類型：

類共晶反應(yīng)：L(α+β）分解型類包晶反應(yīng)：L+αβ合成型如圖5-93所示。下頁(yè)后退下頁(yè)后退3、三元系三相平衡及共軛三角形如圖5-97所示4、三元系四相平衡與四相平衡平面如圖5-98所示六、具有四相平衡反應(yīng)的三元系相圖（1）四相區(qū)及周圍相區(qū)的接觸下頁(yè)后退下頁(yè)后退1）四相區(qū)與三相區(qū)的接觸：面接觸①共軛三角形U+V+R、V+R+Q、U+R+Q組成四相平面的上表面，U+V+Q組成下表面；②共軛三角形U+V+Q、U+V+R、組成四相平面的上表面，V+R+Q、U+R+Q組成下表面；

③共軛三角形U+V+Q組成四相平面的上+表面，U+V+R、V+R+Q、U+R+Q組成下表面；下頁(yè)后退2）與兩相區(qū)的接觸：線接觸六個(gè)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(diǎn)接觸四個(gè)單相區(qū)：U、V、Q、R。（2）四相平衡反應(yīng)1）共晶型：

R（Q+V+U）T下頁(yè)后退下頁(yè)后退2）包晶型反應(yīng)：

R+QU+V3）雙包晶型：

U+V+QR2、具有共晶型四相平衡反應(yīng)的三元系相圖（圖5-103）T下頁(yè)后退下頁(yè)后退1）相圖分析：液相面：ce3Ee2c、ae1Ee3a、be2Ee1b。固相面：cipkc、afmla、bgnhb。固溶度曲面：ff′m′mf、ll′m′ml、gg′n′ng、hh′n′nh、ii′p′pi、kk′p′pk。液相線：e1E、e2E、e3E。成分變溫線：mm′、nn′、pp′。下頁(yè)后退圖5-106為立體分解圖●四個(gè)單相區(qū)：●六個(gè)兩相區(qū)：●四個(gè)三相區(qū)：●一個(gè)四相平衡：下頁(yè)后退2）相圖中的相區(qū)水平截面：可用杠桿定律及重心法則求相對(duì)量、某溫度下相的狀態(tài)。垂直截面：不能用杠桿定律及重心法則求相對(duì)量、不同溫度下的冷凝過(guò)程。投影圖：分析冷凝過(guò)程，室溫下的組織。下頁(yè)后退下頁(yè)后退四、三元相圖舉例步驟：1）首先確定是垂直、水平或投影圖，然后具體分析；2）找水平線，判斷其四相平衡反應(yīng)類型，并寫出反應(yīng)式；3）分析合金的冷凝過(guò)程；4）在水平截面上運(yùn)用杠桿定律、重心法則求相對(duì)量；5）給出室溫下的組織，說(shuō)明合金在一定條件下的特征、組織，預(yù)測(cè)性能。下頁(yè)后退1、三元系變溫截面圖分析六個(gè)單相區(qū)：α、γ、C1、C2、C3、L八個(gè)三相區(qū)：L+α+γ、L+γ+C1、γ+C1+C2、γ+C1+C3、α+γ+C1、α