金屬學基礎三元相圖

金屬學基礎三元相圖2023/6/253:20第一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六金屬學基礎主講：郭艷玲材料科學與工程學院冶金工程教研室辦公室：日新樓412Email：yanling_guo@第二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六三元合金相圖（4學時）金屬與合金的塑性變形及斷裂（4學時）回復、再結(jié)晶與擴散（6學時）金屬的晶體結(jié)構(gòu)（6學時）復習與討論（2學時）純金屬的結(jié)晶（6學時）二元合金的相結(jié)構(gòu)與結(jié)晶（8學時）鐵碳合金（4學時）金屬學基礎授課內(nèi)容和學時分配三元合金相圖（4學時）第三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六三元相圖表示法1三元系平衡相的定量法則2三元勻晶相圖3三元共晶相圖4三元相圖表示法1三元相圖總結(jié)5三元相圖的應用6第五章三元合金相圖第四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PP=1,則F=3：獨立變量為溫度和兩個組分的含量。BAC三個頂點代表三個純組元：A、B、C三條邊代表三個二元系：A-B、B-C、C-A三角形內(nèi)部面積中的點代表由A、B和C三組元組成的體系成分，其和為100%CD線上的組元A和B的比例相同EF線上的組元C的含量固定DEF第五章三元合金相圖5.1三元合金相圖的表示方法_成分三角形這樣需要用三維空間的相圖表示。xBxcxA第五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六BACPab對于任意點p，過該點做平行于AC、BC的線并交AB線于a和b，則有：ACB第五章三元合金相圖5.1三元合金相圖的表示方法_成分三角形相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PP=1,則F=3：獨立變量為溫度和兩個組分的含量。這樣需要用三維空間的相圖表示。第六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六三元相圖表示法1三元系平衡相的定量法則2三元勻晶相圖3三元共晶相圖4三元相圖表示法1三元相圖總結(jié)5三元相圖的應用6三元系平衡相的定量法則2第五章三元合金相圖第七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.2三元系平衡相的定量法則_直線法則和杠桿定律當合金O在某一溫度時處于α+β兩相平衡，且兩相成分點分別位于點a和b，則aOb一定在一條直線上，兩相的質(zhì)量必然存在如下杠桿關(guān)系：相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PP=2,則F=2：獨立變量為溫度和一個相的成分。兩個平衡相的成分存在著一定的對應關(guān)系，這個關(guān)系便是直線法則。三元合金在兩相平衡時，合金的成分點和兩個平衡相的成分點，必定在同一條直線上。BACabO第八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.2三元系平衡相的定量法則_重心法則相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PP=3,則F=1：三個相的成分依賴溫度變化，溫度恒定時，三個相的成分也確定。BACENd三相平衡時，意味著存在兩個兩相平衡，兩相平能連線為直線，三條直線組成三角形，稱為連接三角形。如果N成分的合金分解為α、β、γ三個相，三個相的成分點為D、E、F，則合金N的成分必定位于三個兩相平衡的連線所組成的ΔDEF的重心（是三相的質(zhì)量重心而不是三角形的幾何重心）。DFfe第九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.2三元系平衡相的定量法則_重心法則BACENdDFfe設想β、γ兩相混合成一個合金，則合金成分點d必定位于EF線上，且有：此時，三相平衡可以看做α相和d合金的兩相平衡，則DNd必在一條直線上，且有：d為EF的重心N為Dd的重心同樣：N為ΔDEF的重心各相含量：第十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六三元相圖表示法1三元系平衡相的定量法則2三元勻晶相圖3三元共晶相圖4三元相圖表示法1三元相圖總結(jié)5三元相圖的應用6三元系平衡相的定量法則2三元勻晶相圖3第五章三元合金相圖第十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖形成勻晶相圖的條件：勻晶轉(zhuǎn)變：由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的轉(zhuǎn)變（相變）。組元晶體結(jié)構(gòu)相同、原子尺寸、電負性相似組元在液相、固相均可完全互溶L→α第十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖ABC第十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖相圖分析：點：三個組元的熔點液相面：上方凸曲面固相面：下方凹曲面相區(qū)：液相面以上為液相區(qū)固相面以下為固相區(qū)液相面與固相面之間的區(qū)域為液固兩相共存區(qū)tAtBtCLL+

第十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六BCAt1t3第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖結(jié)晶過程溫度時間O12LSOl1l2l3S2S1S3t2固溶體合金結(jié)晶過程的蝴蝶型規(guī)律第十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六BCABCA第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖_等溫截面L1L2S1S2L1L2S1S2LL

+

L1L2為液相等溫線，或稱液相線S1S2為固相等溫線，或稱固相線t1t1t1第十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六由等溫截面可以知道不同濃度的合金在一定溫度下的平衡相。在兩相區(qū)內(nèi)兩個平衡相的濃度可連成一直線，稱為連結(jié)線。比如成分為O的合金在t1溫度下，Ln和αm平衡，兩相含量可以用杠桿定律確定。第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖_等溫截面

L+

LOnmBCAt1截面L1S1L2S2第十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六類型一：通過成分三角一個頂點BCACDD第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖_變溫截面tCtLtStLtSLL+

第十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六BCA類型二：平行于成分三角形一邊第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖_變溫截面EFFEtLFtSFtLEtSEtLFtSFtLEtSEOt1t2表示結(jié)晶開始和結(jié)束的溫度不能表示平衡相成分LL+

第十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖_投影圖BCAt1t2t1t2t3t3把一系列等溫截面中的相界線都投影到成分三角形中，在每一條線上都注明相應的溫度，得到的圖形稱為等溫線投影圖?？梢苑从晨臻g相圖中各種相界面的變化趨勢。投影圖上等溫線距離越密，表示這個相界面的溫度變化越陡。可以方便地確定合金的熔點。液相線固相線第二十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.3三元勻晶相圖_投影圖第二十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六三元相圖表示法1三元系平衡相的定量法則2三元勻晶相圖3三元共晶相圖4三元相圖表示法1三元相圖總結(jié)5三元相圖的應用6三元系平衡相的定量法則2三元勻晶相圖3三元共晶相圖4第五章三元合金相圖第二十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.4三元共晶相圖_相圖分析相區(qū)：L單相區(qū)：初晶面以上空間液固兩相區(qū)：L+A兩相區(qū)L+B兩相區(qū)L+C兩相區(qū)三相區(qū)：L+A+B三相區(qū)L+B+C三相區(qū)L+C+A三相區(qū)A+B+C三相區(qū)第二十三頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.4三元共晶相圖_相圖分析相律分析：F＝4－PF=0時，P=4：最多四相共存點：三個組元熔點，三個二元共晶點（e1，e2，e3）

三元共晶點一個（e）液相面：三個組元的初晶面固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖ee3e2e1第二十四頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.4三元共晶相圖_等溫截面第二十五頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.4三元共晶相圖_等溫截面第二十六頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.4三元共晶相圖_變溫截面EtAbLL+AA+B+Cbt1t2tAAt1L+BL+A+BL+B+C第二十七頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六第五章三元合金相圖5.4三元共晶相圖_投影圖EE1E2E3MNSnPbBiOKPM合金冷卻過程分析冷卻到液相面，首先析出Sn，液相成分沿MN變化；到達N點：二元共晶反應液相成分沿E2E變化到達E點：三元共晶M合金室溫下的平衡組織為：初晶Sn+兩相共晶體（Sn+Bi）+三相共晶體（Sn+Bi+Pb）。第二十八頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六三元相圖表示法1三元系平衡相的定量法則2三元勻晶相圖3三元共晶相圖4三元相圖表示法1三元相圖總結(jié)5三元相圖的應用6三元系平衡相的定量法則2三元勻晶相圖3三元共晶相圖4三元相圖總結(jié)5第五章三元合金相圖第二十九頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六單相狀態(tài)時，F(xiàn)=4-1=3，獨立變量包括溫度和兩個成分變量。在三元相圖中，自由度為3的單相區(qū)占據(jù)了一定的溫度和成分范圍，在這個范圍內(nèi)溫度和成分可以獨立變化，彼此間不存在相互制約的關(guān)系。單相區(qū)截面可以是各種形狀的平面圖形。第五章三元合金相圖5.5三元相圖總結(jié)相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P第三十頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六兩相平衡時，F(xiàn)=4-2=2，獨立變量包括一個溫度和一個相成分。一定溫度下的兩個平衡相之間存在著共扼關(guān)系。無論在垂直截面還是水平截面中，都由一對曲線作為它與兩個單相區(qū)之間的界線。在等溫截面上，平衡相的成分由兩相區(qū)的連線確定，可以用杠桿定律確定其成分。在變溫截面上，只能判斷兩相轉(zhuǎn)變的溫度范圍，不反應平衡相的成分，不能用杠桿定律計算含量。第五章三元合金相圖5.5三元相圖總結(jié)相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P第三十一頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六三相平衡時，F(xiàn)=4-3=1，溫度和各相成分只有一個是可以獨立變化的。這時系統(tǒng)稱單變量系，三相平衡的轉(zhuǎn)變稱為單變量系轉(zhuǎn)變。第五章三元合金相圖5.5三元相圖總結(jié)相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PLαβLαβ共晶型包晶型三相平衡區(qū)的立體模型是一個三棱柱體，三條棱邊為三個相成分的單變量線。等溫截面為直邊三角形，頂點連接單相區(qū)，邊連接兩相區(qū)，可用重心法則計算各相含量。第三十二頁，共三十六頁，編輯于2023年，星期六四相平衡時，F(xiàn)=4-4=0，溫度和各相成分都是確定的。第五章三元合金相圖5.5三元相圖總結(jié)相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P三元相圖立體模型中四相平衡是由四個成分點構(gòu)成的等溫面。第三十三頁，共三十六頁，編輯于2023年