材料科學(xué)基礎(chǔ)付華課件 6-4三元相圖

*材料科學(xué)基礎(chǔ)FundamentalsofMaterialsScience石家莊鐵道大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)系：付華聯(lián)系電話Q:1115279899

0緒論第1章原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵AtomicStructureandbindingbond第2章晶體學(xué)基礎(chǔ)BasisofCrystallography第3章晶體結(jié)構(gòu)CrystalStructure第4章晶體缺陷Crystaldefects第5章非晶體與準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)AmorphousandQuasicrystalStructure第6章相圖PhaseDiagram第7章固體擴(kuò)散SolidDiffusion第8章凝固與結(jié)晶SolidificationandCrystallization第9章燒結(jié)與聚合SinteringandPolymerization第10章

固態(tài)

相變SolidPhaseTransformation

材料科學(xué)與工藝

的基礎(chǔ)理論第6章相圖PhaseDiagram6.1相圖的基本知識(shí)

相與組織、

相圖與相律6.2單元相圖(Unitphasediagram)6.2.1純鐵相圖6.2.2SiO2相圖6.2.3聚合物相圖

6.3二元相圖（Binarydiagram）6.3.1勻晶相圖與杠桿定律6.3.2二元共晶相圖與共析相圖6.3.3包晶相圖與包析相圖6.3.4其他類型二元相圖6.3.5二元相圖的幾何規(guī)律及分析方法6.3.6鐵碳相圖6.3.7無機(jī)材料專業(yè)相圖6.4三元相圖

(Ternarydiagram)6.4.1等邊三角形的成分表示法6.4.2三元相圖中的基本法則6.4.3三元?jiǎng)蚓鄨D6.4.4固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖6.4.5三元相圖的幾何規(guī)律及分析6.4.6典型的三元相圖6.5相圖熱力學(xué)第6章相圖

6.4三元相圖(Ternarydiagram)6.4.1等邊三角形的成分表示法6.4.2三元相圖中的基本法則6.4.3三元?jiǎng)蚓鄨D6.4.4固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖6.4.5三元相圖的幾何規(guī)律及分析6.4.6典型的三元相圖6.5相圖熱力學(xué)三組元的材料在工程中相當(dāng)普遍，合金鋼、鑄鐵、鋁鎂銅合金、ZrO2-Al2O3-Y2O3陶瓷等。

二元相圖：總數(shù)4950個(gè)，4000

（81%）；三元相圖：總數(shù)161700個(gè)，8000（5%）；三元系：溫度和兩個(gè)成分參數(shù)構(gòu)成三個(gè)獨(dú)立變量；三元相圖是空間立體圖，表達(dá)和認(rèn)知困難。

三元?jiǎng)蚓鄨D空間模型：三元?jiǎng)蚓鄨D7固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖的空間模型/21cn/%E6%9D%90%E6%96%99%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%9F%BA%E7%A1%80/doc/chap8/82.htm8固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖的空間模型9固態(tài)互不溶解的三元包晶/共晶相圖空間模型10主要內(nèi)容：三元相圖:基本概念、規(guī)律反應(yīng)類型：分析思路截面圖和投影圖研究相和組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。

截面圖1112MgO-Al2O3-SiO2三元投影圖

第六節(jié)三元相圖6.4三元相圖

(Ternarydiagram)6.4.1等邊三角形的成分表示法6.4.2三元相圖中的基本法則6.4.3三元?jiǎng)蚓鄨D6.4.4固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖6.4.5三元相圖的幾何規(guī)律及分析6.4.6典型的三元相圖6.5相圖熱力學(xué)6.4.1等邊三角形的成分表示法成分三角形：等邊三角形法

直角三角形等腰三角形1.等邊三角形法

A/B/C頂點(diǎn)：三個(gè)純組元；數(shù)值的標(biāo)注要方向一致，順時(shí)針或逆時(shí)針都可以。

AB/BC/CA三邊：①各定為100％；②分別代表A－B、B－C、C－A三個(gè)二元系的成分；三角形內(nèi)的點(diǎn)：代表三元系的成分。16三角形內(nèi)的點(diǎn)：代表三元系的成分。A%?17由O順次作平行于三個(gè)邊的線段oa、ob、oc。abc用oa,ob,oc分別表示組元A、B、C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。Oa+Ob+Oc=AB=100%數(shù)值的標(biāo)注要方向一致，順時(shí)針或逆時(shí)針都可以。

順時(shí)針逆時(shí)針

平行于一邊的直線上所有點(diǎn)，表示這個(gè)邊對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的組元含量均相等；6.4.2三元相圖中的基本法則B%等含量規(guī)則1.等含量規(guī)則②過一頂點(diǎn)的直線上所有點(diǎn)，

另兩個(gè)頂點(diǎn)代表的兩組元的含量比為一定值。等比例規(guī)則2.等比例規(guī)則3.直線法則和杠桿定律材料的成分點(diǎn)（O）和其兩個(gè)平衡相的成分點(diǎn)(a，b）必然位于成分三角形內(nèi)的一條直線上，稱為直線法則或三點(diǎn)共線原則。

T溫度下，兩相平衡：杠桿定律：4.重心法則O點(diǎn)為合金成分，D\E\F分別為α\β\

相的成分。合金的成分點(diǎn)O為三角形abc的質(zhì)心（重心法則）。T溫度下,三相平衡時(shí)：直線法則→

α/β→f；

f/→O.6.4.3三元?jiǎng)蚓鄨D相圖構(gòu)成合金的結(jié)晶過程等溫截面（水平截面）變溫截面（垂直截面）投影圖24三元?jiǎng)蚓?動(dòng)畫）相圖的空間模型：1.相圖構(gòu)成

形成條件：三組元在液態(tài)和固態(tài)都能無限互溶。2.合金的結(jié)晶過程結(jié)晶在一溫度范圍內(nèi)完成。兩相平衡成分變化規(guī)律

液、固相面上一條空間曲線；OS?1S1?S2?228投影圖上，為一系列繞成分O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的線段，O點(diǎn)分L-S連接線的比例隨結(jié)晶過程在不斷變化，類似一只蝴蝶。跡線的外緣是液、固成分變化曲線的投影。3.等溫截面（水平截面動(dòng)畫）1能分析什么？2杠桿定律可否用？3.等溫截面（水平截面動(dòng)畫）兩平衡相的相對(duì)數(shù)量比為：杠桿定律

兩相平衡區(qū):液/固相線（共軛線）：連接線：

o\n、m。連接線：由試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)出。T溫度下，同一成分的合金有固定的平衡相;連接線不可能相交;一般不平行于三角形的邊。

連接線能相交嗎？柯氏法則：連接線的走向受組元熔點(diǎn)制約。過O點(diǎn)和某一頂點(diǎn)連線BS2：①則連接線mn的兩端點(diǎn)在這直線的兩邊；②其中固相點(diǎn)m在直線分隔的另兩組元的高熔點(diǎn)那一邊。高熔點(diǎn)組元先結(jié)晶。33③液相點(diǎn)n應(yīng)在直線分隔的另兩組元的低熔點(diǎn)那一邊。4.變溫截面（垂直截面動(dòng)畫）

（1）平行于成分三角形一邊的變溫截面（2）過成分三角形一頂點(diǎn)的變溫截面4.變溫截面（垂直截面動(dòng)畫）

（1）平行于成分三角形一邊的變溫截面截面兩邊開口；三個(gè)區(qū)：L、L＋α、α。截面一邊閉合。三個(gè)區(qū)：L、L＋α、α。（2）過成分三角形一頂點(diǎn)的變溫截面

①合金凝固開始和結(jié)束溫度，

給出了冷卻過程經(jīng)歷的各種相平衡.可以分析結(jié)晶過程。1能分析什么？2杠桿定律可否用？38

②L相和α相成分變化是空間曲線，并不都在同一垂直截面上（蝴蝶規(guī)律）;

變溫截面上的液/固相線走向不代表成分變化。盡管形狀類似二元相圖，不能用杠桿定律。

杠桿定律可否用？39小結(jié)：等溫截面

（水平截面）

40變溫截面

（垂直截面）

小結(jié)：415.投影圖小結(jié)：5.投影圖合金O:t4~~t3溫度開始凝固。t6~~t5溫度凝固終了。t1t2t3t4……..②所有相區(qū)的交線投影到成分三角形中(共晶相圖)

。①

等溫線投影圖(勻晶相圖）：一系列等溫截面中的相界線投影到成分三角形中。6.4.4固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖

固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖投影圖

固態(tài)有限互溶的三元共晶相圖(自學(xué)）

/21cn/%E6%9D%90%E6%96%99%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%9F%BA%E7%A1%80/doc/chap8/82.htm44固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖相圖的空間模型動(dòng)畫6.4.4固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖

tAE1EE3tA，tBE1EE2tB，tCE2EE3tC分別是組元A\B\C的初始結(jié)晶面（液相面）1.相圖構(gòu)成二元共晶轉(zhuǎn)變線：E1E，E2E，E3E

E1E：

L(A+B)，E2E

：L(C+B)，E3E

：L(A+C)47三元共晶點(diǎn)：E

LE（A+B＋C）三元共晶面（固相面）：A1B1C1三相平衡區(qū)：空間三棱柱（共6個(gè)）二元共晶曲面：A3E1EA1A3等6個(gè)。三相平衡區(qū)L+A+BE1E:L→(A+B)三相平衡區(qū)：L+A+B492.等溫截面分析2.等溫截面分析512.等溫截面分析522.等溫截面分析

在固態(tài)完全不溶的三元共晶相圖投影圖3.投影圖e1E，e2E和e3E是3條共晶轉(zhuǎn)變線的投影。把投影圖分成3個(gè)液相面的投影。E是三元共晶點(diǎn)的投影。板書固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖(動(dòng)畫）投影圖組織分析3.投影圖55合金成分位置相組成組織組成物四相平衡EA+B+C（A+B+C）液相面內(nèi)6個(gè)①A+B+CA初+（A+B）+（A+B+C）②A+B+CB初+（A+B）+（A+B+C）③A+B+CB初+（C+B）+（A+B+C）④A+B+CC初+（C+B）+（A+B+C）⑤A+B+CC初+（A+C）+（A+B+C）⑥A+B+CA初+（A+C）+（A+B+C）三相平衡共晶線e1E線上A+B+C（A+B）+（A+B+C）e2E線上A+B+C(B+C)+（A+B+C）e3E線上A+B+C（A+C）+（A+B+C）二元共晶曲面和三元共晶曲面交線AE線上A+B+CA初+（A+B+C）BE線上A+B+CB初+（A+B+C）CE線上A+B+CC初+（A+B+C）相:A+B+C相對(duì)量：杠桿定律58組織的相對(duì)量：杠桿定律59O點(diǎn)成分合金的室溫組織：初晶A＋（A+C）＋（A+B+C)5.變溫截面60立體圖：只能根據(jù)相區(qū)接觸面，而不能根據(jù)相區(qū)接觸的線或點(diǎn)來判斷；截面圖：只能根據(jù)相區(qū)接觸線，而不能根據(jù)相區(qū)接觸的點(diǎn)來判斷。

α初+(α+β)＋(α+β+γ)+αⅡ+βⅡ+γⅡ固態(tài)有限互溶的三元共晶相圖(自學(xué)）

62O的結(jié)晶過程：Lα初L

（α＋β）L

（α＋β＋γ）αβⅡ＋γⅡβαⅡ＋γⅡγβⅡ＋αⅡα初+(α+β)＋(α+β+γ)+αⅡ+βⅡ+γⅡ固態(tài)有限互溶的三元共晶相圖(自學(xué)）

1.相區(qū)接觸法則

（空間相圖、水平/垂直截面）：相鄰相區(qū)的相數(shù)差1（點(diǎn)接觸除外）。6.4.5三元相圖的幾何規(guī)律及分析方法2.相區(qū)接觸規(guī)律

空間圖形：以面（曲面或連接三角形）相鄰的兩相區(qū)相數(shù)差1（單雙、雙三、三四）；以線(變溫線或連接線)相鄰的兩相區(qū)相數(shù)差2（單三、雙四）；以點(diǎn)（四相區(qū)平衡點(diǎn)）相鄰的兩相區(qū)相數(shù)差3（單四）。

截面圖中（水平/垂直截面）：以線相分隔的兩相鄰相區(qū)相數(shù)差1；以點(diǎn)相接的兩相鄰相區(qū)相數(shù)差2。

3.三相區(qū)特征（1）轉(zhuǎn)變類型判斷：共軛三角形反應(yīng)相單變量線在前，生成相在后。（2）轉(zhuǎn)變類型判斷：變溫截面上曲邊三角形的特征中間的單相區(qū)在上。中間的單相區(qū)在下。4.四相平衡（1）轉(zhuǎn)變類型判斷：鄰接關(guān)系（2）轉(zhuǎn)變類型判斷：變溫截面（4個(gè)三相區(qū)的位置）共晶反應(yīng)包晶反應(yīng)包共晶反應(yīng)（3）轉(zhuǎn)變類型判斷：投影圖上液相單變量線的走向共晶反應(yīng)包晶反應(yīng)包共晶反應(yīng)4.四相平衡（4）轉(zhuǎn)變類型判斷：單變量線的位置和