材料科学基础-三元相图

1、 第八章第八章 三元相图三元相图一、三元相图的成分表示法一、三元相图的成分表示法二、杠杆定律及重心法则二、杠杆定律及重心法则三、匀晶三元相图三、匀晶三元相图 四、简单三元共晶相图四、简单三元共晶相图五、固态有限溶解的三元共晶相图五、固态有限溶解的三元共晶相图六、有包共晶反应的三元相图六、有包共晶反应的三元相图七、七、 三元包晶相图三元包晶相图八、形成稳定化合物的三元相图八、形成稳定化合物的三元相图九、三元相图分析法总结九、三元相图分析法总结十、三元相图实例十、三元相图实例必要性：工业材料为多元合金 本章主要内容： 1. 三元相图的表达方式，使用方法 2几种基本的三元相图立体模型 3各种等温截面

2、，变温截面及各相区在浓 度三角形上的投影图 4典型合金的凝固过程及组织，各种相变过程及相平衡关系。一、三元相图的成分表示法一、三元相图的成分表示法 1浓度等边三角形：三个顶点为纯组元，三条边为二元合金，三角形内任一点为三元合金 一三元相图的成分表示法：三元相图的成分表示法：等腰三角形一三元相图的成分表示法：三元相图的成分表示法：直角坐标系3浓度三角形中特殊线： 3.1 平行浓度三角形任一边的直线 3.2 从浓度三角形的一个顶点到对边的任意直线二、杠杆定律及重心法则二、杠杆定律及重心法则 单相平衡勿须计算，四相平衡无从计算1两相平衡：杠杆定律 共线法则：三元合金中两相平衡时合金成分点与两平衡相成

3、分点在浓度三角形的同一直线上 杠杆定律表达式%=EO/DE100%，=OD/DE100%注意：当一个合金O在液相的凝固过程中，析出相成分不变时，液相成分一定沿相成分点与O点连线延长线变化。2三相平衡重心法则（重量三角形重心）x，y，z分别为，成分点，则%=oa/ax100%，=ob/by100%，%=oc/cz100%三、匀晶三元相图三、匀晶三元相图 1 1 立体模型 液相区，固相区，液、固两相区 匀晶三元相图匀晶三元相图-合金凝固过程及组织a.平衡凝固b.蝶形法则：如图 匀晶合金凝固中相成分变化 ，凝固中固、液相成分沿固相面、液相面呈曲线变化，每一个温度下的固、液相成分连线在浓度三角形中投影

4、呈蝴蝶状3 3匀晶三元系的等温截面 匀晶三元系两相区中的共轭线，等温截面中两相区平衡两相的成分连线共轭线的确定：实验确定，测定两平衡相中任一相的一个组元含量匀晶三元系等温截面作用等温截面作用：n该温度下三元系中各合金的相态 n 2杠杆定律计算平衡相的相对量 3反映液相面、固相面走向和坡度，确定熔点、凝固点 匀晶三元系变温截面变温截面：某合金不同温度下状态分析合金的相变过程 四、简单三元共晶相图四、简单三元共晶相图 1立体模型： 简单三元共晶相图模型3个初晶液相面，3条单变量线或二元共晶线， 一个三元共晶点, 三相区开始面，结束面， 各相区在浓度三角形上的投影图简单三元共晶中共晶点 3.二元共晶

5、成分的确定二元共晶成分的确定 F4-14 二元共晶成分的确定共晶成分在变化，切线法确定简单三元共晶结晶过程简单三元共晶结晶过程 如图x合金LA，LA+B，LA+B+C2 合金的凝固过程和组织 4 简单三元共晶的等温截面 二相区：共轭线，三相区：三角形，三个顶点代表成分点 5简单三元共晶的变温截面：平行于浓度三角形一边的变温截面cd ，合金x的结晶过程：LB，LA+B，LA+B+C， 练习：分析p-f之间合金的结晶过程简单三元共晶的变温截面：通过顶点的变温截面，注意：不能用杠杆定律，F4-17中A1g1 非四相平衡 五、固态有限溶解的三元共晶相图五、固态有限溶解的三元共晶相图1 固态有限溶解三元

6、共晶立体模型三个液相面，三个固溶体相面，一个三元共晶固相面 三个二元共晶完毕固相面， 三组二元共晶开始面固态有限溶解三元共晶三组六个固溶度面 ：三条同析线及构成的一个同析台固态有限溶解三元共晶各相区在浓度三角形上的投影图2固态有限溶解三元共晶合金的凝固过程和组织合金IV L，L+，合金VI：L，L + ， L+ 同析反应 固态有限溶解三元共晶合金的凝固过程和组织2 3 4 3 3固态有限溶解三元共晶合金的等温截面等温截面 4 4固态有限溶解三元共晶合金的变温截面变温截面 xy变温截面x1：L+，L+x2：L，L+x3：L，L+，L+x4：L，L+， x5：L，L+， nOP变温截面n六、有包共

7、晶反应的三元相图六、有包共晶反应的三元相图 1 1立体模型立体模型 包共晶反应 L+AM+C4个液相面5条单变量线三相平衡反应开始面与结束面（二元共晶结束与四相面重合）二元包晶反应开始面，结束面 2个水平面，2个四相平衡点2 2合金的凝固过程和组织合金的凝固过程和组织各点合金的组织如表4-3（表中nmp区需修正）如合金I：LA剩余液相交np于n1：L+AM至n2点，A消失，LM液相沿e1E：LM+B 液相成分在E点：LM+B+C3 3等温截面等温截面 4 4。变温截面变温截面 x合金结晶：LA，L+AM，LM，LM+C，LM+B+C y合金结晶：LA，L+AM，L+AM+C，LM+C，LM+B

8、+C 5 5固相有固溶度时的包共晶固相有固溶度时的包共晶 包共晶：L+PMd1+c1包晶反应 LEMd2+b+c2d1d2，c2c1为M+二元共晶结束面投影x合金凝固过程： L， 液相与np接触，L+M， 至P点LP+aMd1+c1，消失多余液相发生LM+结束七、有三元包晶反应七、有三元包晶反应的三元相图的三元相图 1空间模型（可以与有固溶度三元共晶比较）三个液相面 三个单相固相面一个三元包晶 反应水平面一组二元共晶 开始、结束面两组二元包晶 反应开始、结束面六个单相固度面 七、 三元包晶相图三元包晶由二元相图推断三元包晶相图三元包晶相图： 浓度三角形的上投影图八、形成稳定化合物的三元相图八、

9、形成稳定化合物的三元相图 1形成一个稳定二元化合物的三元相图 特殊截面特殊截面2.形成一个稳定三元化合物的三元相图及简化 3.形成几个稳定化合物的三元相图及简化 两种划分法：CX及BY , 正确的划分：检查W的成分九、三元相图分析法总结九、三元相图分析法总结-两相平衡两相平衡-等温截面等温截面- -成分变化：蝶形规则，共轭线：可用杠杆定律三元相图分析法总结三元相图分析法总结-两相平衡之两相平衡之变温截面变温截面-判定转变温度范围和相转变过程，不能用杠杆定律。2 2三元相图分析法总结三元相图分析法总结-三相平衡三相平衡-等温截面：直边三角形，三顶点为相成分点，可用重心法则 三元相图分析三元相图分

10、析法总结法总结-三相平衡三相平衡变温截面：曲边三角形或多边形 三元相图分析法总结三元相图分析法总结-三相平衡三相平衡-三相反应的判定： 1. 变温截面上 2.三元相图分三元相图分析法总结析法总结-三相平衡三相平衡-三相反应的判定-：投影图判断三相反应 液相单变量线穿过两旁固相成分点连线的为二元共晶型，而单变线穿过两旁固相成分点连线延长线为二元包晶反应，且靠近单变线的为生成相3 3三元相图分析法总结三元相图分析法总结-四相平衡四相平衡反应类型判断-液相面投影图： 指向结点单变量线数为产物数3 3三元相图分析法总结三元相图分析法总结-四相平衡四相平衡变温截面：根据水平线上、下方三相区判断（见实例）

11、 4 4三元相三元相图 截 面 图图 截 面 图上 相 区 接上 相 区 接触法则触法则 相数差为1的两相邻相区线段为界，差大小1或等于零的为点接触等温截面上单相区边界线走向 十、三元相图实例十、三元相图实例- - 1 1Pb-Sn-BiPb-Sn-Bi系，系，单变量线的反应及四相平衡点的反应 2 2Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系系 （a）固相面投影图 （b）不同温度下固溶度变化Al-Cu-Mg合金热处理依据 3.W-C-Co3.W-C-Co系系 -液相面投影图，四相反应部分W-C-CoW-C-Co系系变温截面：分析 W-Co硬质合金生产工艺相图示例-4 4MgO-MgO-AlAl2 2O O3 3- -SiOSiO2 2系系 四相平衡反应 5 Fe-Cr-CFe-Cr-C系系- - 三相区1-6- 及四相平衡转变Fe-Cr-CFe-Cr-C系系三相区 1-61：L+ 2：L+C1 3:+C24:+C1C25:+C1 6