二組元材料熱力學(xué)2

1材料熱力學(xué)與動力學(xué)北京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院處于熱力學(xué)平衡中的兩相，遵守如下規(guī)則：熱平衡(兩相溫度相同)

力平衡(壓力相同)

化學(xué)平衡(傳質(zhì)相同)兩相平衡的基本判據(jù)即平衡態(tài)判據(jù):體系的Gibbs自由能為極小值A(chǔ)-B二元系，在P,T一定時,在和兩相平衡共存的狀態(tài)下，根據(jù)平衡態(tài)判據(jù)應(yīng)該有：兩相平衡二組元材料的熱力學(xué)理論是材料熱力學(xué)最基本的內(nèi)容。二元系相平衡(Phaseequilibrium)是分析多組元體系材料中相平衡的基礎(chǔ)。以此為基礎(chǔ)，掌握運用熱力學(xué)分析材料平衡相成分以及平衡組織的基本方法。3兩相平衡的化學(xué)勢相等條件-公切線法則切點成分滿足同一組元在兩相中化學(xué)位相等-兩相平衡的條件對兩相的自由能曲線作公切線，可求出：平衡相的成分點兩相平衡的成分范圍某一溫度T合金的初始成分為a的合金在溫度T1熔化后，液體平衡成分為結(jié)晶出的固溶體成分為,固溶體雜質(zhì)含量低于液體相。合金成分為p的合金在溫度T2熔化后，液體平衡成分…..合金成分為r的合金在溫度T3熔化后，液體平衡成分…..

重凝區(qū)的雜質(zhì)含量低于熔化區(qū)固－液相平衡

合金的初始成分為a的液體凝固后，固體平衡成分為n液體相中的雜質(zhì)含量低于固溶體雜質(zhì)含量重凝區(qū)域的雜質(zhì)含量高于熔化區(qū)域6理想溶體模型規(guī)則溶體模型溶體的性質(zhì)亞規(guī)則溶體模型化學(xué)勢與活度兩相平衡(含固-液平衡)固-固平衡-溶解度曲線7溶解度：溶體相在與第二相平衡時的溶體成分(濃度)。固溶體與第二相平衡時的濃度也稱為固溶度。溶解度曲線:指溶解度與溫度的關(guān)系曲線(相圖)固溶度問題實際上就是固態(tài)下的兩相平衡問題固-固平衡-溶解度曲線8固溶體在與第二相平衡時的溶體濃度稱為固溶度

純組元或者端際固溶體

中間相或者中間化合物第二相有兩種情況：鋼鐵材料(Fe-C合金):石墨態(tài)碳在鐵中的溶解度金屬系中的Fe-Cu、Al-Si、Al-Zn、Cu-Ag、Cu-B、Cu-Mo、Cu-Nb、Cu-Ta、Cu-V等無機非金屬系中的MgO-CaO等第二相為純組元時的溶解度10以A為溶劑，以B為溶質(zhì)的溶體相A(B)中第二相是純組元B,即B中不溶解組元A相:固溶體相A(B)相:組元B(與固溶體結(jié)構(gòu)不同)組成相平衡的兩相為:建立溶解度與熱力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系11當(dāng)、兩相平衡時無論用怎樣的溶體模型，化學(xué)勢的一般形式為：由于B中不溶解組元A1213對于溶解度不大的稀溶體溶解度表達(dá)式可以簡化溶解度與熱力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系14Al稀溶體中各溶質(zhì)溶解度與溫度的關(guān)系由已知的lnX-1/T曲線，可以求得溶體的的熱力學(xué)參數(shù)，如:15第二相為化合物時的溶解度

鋼鐵材料(Fe-C合金):金屬系中的Ni-Al、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、Cu-Mg、Cu-Ti、Al-Mg等大多數(shù)無機非金屬的二元系統(tǒng)典型體系18若A-取B二元建系中巷存在因化合遍物中似間相AmBn()，則憲溶體娘相與化規(guī)合物覺相的平鳳衡條遲件為斑：溶體悔摩爾睬自由窄能與柏化學(xué)蓄勢的縱關(guān)系對于AmBn()相，摩困爾自兇由能Gm當(dāng)相懇與化合剖物相平衡蚊時19以規(guī)則蘭溶體順模型描述聾相，盛溶體衫的化倉學(xué)勢你可表男示為代入對于斃稀溶蘭體,即在幅相中勺的溶渾解度20化合教物AmBn()的形季成自庸由能第二斷相為逝純組景元時艘相中餃溶解醋度第二虜相為畫化合門物時榮相中玻溶解謎度第二懼相為繁純組辯元和電化合鼠物時供溶解勺度的拒形式燭非常私相似21化合鈴物的甘形成拾自由報能越負(fù)彎，溶高解度輸就越扇小組元猴間相住互作散用能的絕嶄對值菠越小右，溶濃解度乳就越芹小如何晝理解對溶策解度辜的作莊用？溫度昂越高版，溶堪解度漸越大【例】向Cu中加己入微崇量的Bi、As合金蓮時所贈產(chǎn)生夾的效忽果完右全不韻同。順加入刪微量瓜的Bi會使Cu顯著憂變脆宜，而山電阻依沒有決顯著鏟變化賀，加渡入微拔量的As并不緩會使Cu變脆蓄，但弄是能術(shù)顯著安提高菠電阻歌。試元從溶土解度咽角度烤對上鞠述現(xiàn)趨象加涂以解倦釋。從相津圖可站以看黃出，Bi在Cu中的續(xù)溶解視度可糠以忽網(wǎng)略，車加入占微量疤的Bi會出牙現(xiàn)純怖組元Bi，并煉分布究在晶墊界，婆降低沃晶界玻的強頂度，旺使Cu變脆父。CuCuCu23As在Cu中有榨一定資的溶板解度川，添址加微胞量的As會形高成固仇溶體犯，不摧會有您第二親相Cu3As析出唉，因暈此不萬會使補得Cu脆化蘿，但豈是由詢于合箱金化篩的作稅用，勤合金廳的電擊阻率盾提高遷。24固溶珍體間愁的相辰平衡雙相抽低碳羊低合侵金鋼(+巧)鈦合蜜金Ni基高友溫合賠金黃銅眉合金實際冷材料糕體系菊中經(jīng)害常出塑現(xiàn)兩繞相均編為固稍溶體將且相右互平紹衡的邪情況典型處實例A-絲式B二元醉系中薪兩種賄固溶盡體和相均鑒為以A為基的固勺溶體蓄：-枕A(魄B)，-嗎A(祥B)許,+兩相員平衡男時應(yīng)己有如何哨建立談兩個潔平衡陶相的際關(guān)系坑呢？26如何慰兩個當(dāng)溶體拜均為否稀溶涉體，下那么逐上式申中的乞化學(xué)醋勢過早剩項敵或者針為0或者登為1同理27例如:低合種金含方量的Fe套-M合金報，奧夜氏體與鐵安素體平衡斧時的氏兩相唉成分發(fā)差只搭取決猛于該喂溫度降下純星鐵的刃的-相變傾的自漁由能算。如果,兩相臨都是擋稀溶悄體，由于物理載意義純：若和相均執(zhí)為稀礦溶體缸，則櫻平衡鉗兩相罵的濃價度差(兩相未區(qū)的值寬度)與溶償質(zhì)無離關(guān)，谷而只旁取決暮于該溫看度下溶劑得的相懲變自梳由能湯。28由此挖二式趟，可猜以求宰得任普意溫刷度下察兩個霜固溶態(tài)體相鞭的平饒衡成聾分29此式斜產(chǎn)生聾一個招非常福重要俯的概犧念－罷溶質(zhì)跪元素登的分形配比分配絨比是溶闖質(zhì)元粉素的胡重要鐘性質(zhì)吩，用規(guī)它可貓以判綱斷溶棉質(zhì)元偷素對平衡尤兩相尿穩(wěn)定宏性的影趙響。鐵基絡(luò)合金(F常e-透M合金)，溶貨質(zhì)元話素M在和兩相斑中的估分配絕比為夫：奧氏源體穩(wěn)深定化阻參數(shù)【例】已知判純Ti的-相變拋溫度娃為11彩55旱K，相產(chǎn)變焓賞為33購49討J/棒mo畫l,試估舞算在10墊73和12癢73柱K下各局種合拾金元潔素在和兩相柄中的斧平衡戚成分郵差，憤并與擔(dān)實測垮結(jié)果橡加以嚇比較捏，對而合金進元素羽加以敞分類鈴。解：級如果Ti與各名種合撞金元婦素構(gòu)它成的和固溶洲體相迎看成幣是規(guī)啟則溶哄體,那么80婦0C10灘00C312.加67-3.鞋1上面惠的數(shù)安據(jù)表每明，晴即使?jié)O用簡鼓單的規(guī)則氏溶體湯模型，計探算求居得的誘差值援與多蘿數(shù)二粘元系窮的實夾測結(jié)研果仍但符合傳得較松好。漠因為果對于Ti瘋-M二元鏟系，和固溶鋸體相語都是音濃度刃不高觀的稀命溶體湯。當(dāng)續(xù)然，宗利用亞規(guī)飾則溶訓(xùn)體模爭型可取呢得更宵精確阿的計培算結(jié)我果。32可以齒看出店，