相图第六章第3节课件

1、 6.3 二元系统相图 （简称二元相图） 一、二元系统相图的表示方法 二、杠杆规则 成分为x%Ni的合金在t温度下由两相La+b组成。 设：液相含量为WL，对应的成分在a点，为xL； 固相含量为W，对应的成分在b点，为x； 则有： WL|ar| =W|rb| WL(xxL) =W(xx) 杠杆定律的表达式 对上述方程进行转换： 即：两个相的相对含量可以通过成分计算出来。 说明：1、杠杆定律的使用步骤 找出三个成分点位置。 分别求得合金、液相L、固相的成分 。 按公式计算含量（成反比）。2、杠杆定律的使用条件 平衡条件。 两相区。 三、二元系统相图的基本类型 1、形成连续固溶体的二元系统相图 （

2、匀晶相图） 由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 如果两个组元在液态无限互溶，在固态也无限互溶（即形成单一的固溶体），此时将只存在匀晶转变。这种只有匀晶转变的合金所形成的相图，就称为匀晶相图。 （1）相图分析 特性点 a点：A组元的熔点； b点：B组元的熔点。 相界线 液相线：冷却时，由液相结晶出固相的起始线； 加热时，由固相转变为液相的终了线。 固相线：冷却时，液相转变为固相的终了线； 加热时，固相转变为液相的起始线。 相区 液相线以上为液相区：L； 固相线以下为固相区：S； 中间为两相并存区：L+S。 （2）固溶体的平衡凝固 T2温度 ：温度 相平衡 液相成分 固相成分 T1 L1S

3、1 L1S1T2 L2S2 L2S2T3 L3S3 L3S3固溶体凝固的特点： 异分结晶 异分结晶指的是结晶出的固相与母相化学成分不同的结晶过程，也称为选择结晶。 通常，固相中含有较多的高熔点组元，而液相中含有较多的低熔点组元。 而纯物质结晶时，所结晶出的晶体与母相的化学成分完全一样，所以称为同分结晶。 在冷却过程中，液相的成分一直沿液相线变化，而固相的成分沿固相线变化 平衡凝固的一个重要特征 固溶体合金的凝固，需要一定的温度范围 在这个温度范围内，每一温度下只能结晶出一定数量的固相。随着温度的降低，固相的数量增加。（3）固溶体的不平衡凝固 不平衡凝固时，固相的成分不是沿固相线变化，而是要偏离

4、固相线。 而且，冷却速度越大，偏离固相线的程度越大。 凝固后，固相内部的成分不均匀。这种现象称为偏析。 而偏析的程度，可以用分布系数K0来描述。分布系数是指溶质在固相中的浓度与在液相中的浓度的比值 。 式中：k0分布系数，也称为平衡分配系数； CS固相的平衡浓度，即某温度下相平衡时固相的溶质浓度； CL液相的平衡浓度，即某温度下相平衡时液相的溶质浓度。 两种情况： （a）、 1 此时，k0越小，则液固相线之间的水平距离越大，说明偏析越严重。（b）、 1 此时，k0越大，液固相线之间的水平距离越大，则偏析越严重。 2、形成不连续固溶体的二元系统相图 大多数二元系统的组元之间在液态下可以无限互溶，

5、而在固态下只能有限溶解， 从而形成更加复杂的二元相图。（1）具有低共熔点并形成有限固溶体的二元相图 （共晶相图） 、相图分析 特性点 ：a：纯A的熔点b：纯B的熔点C：B组元在A组元中的最大溶解度点 B在A中形成的固溶体，以符号SA(B)表D：A在B中的最大溶解度点 A在B中的固溶体以符号SB(A)表示E：称为低共熔点，或共晶点，其对应温度称为共晶温度 ，或低共熔温度 成分对应于共晶点（E点）的合金，称为共晶合金； 成分位于共晶点以左，C点以右的合金，称为亚共晶合晶； 成分位于共晶点以右，D点以左的合金，称为过共晶合金； 若成分位于C点以左，或D点以右，则合金只有固溶体转变，故称为固溶体合金。

6、F：室温下，B在SA(B)固溶体中的溶解度点G：室温下，A在SB(A)固溶体中的溶解度点。 特性线 ：aE、bE为液相线： aE：冷却时，LSA(B)的起始线； 加热时，SA(B)L的终了线 bE：冷却时，LSB(A)的起始线； 加热时，SB(A)L的终了线 aCDb为固相线： aC：冷却时，LSA(B)的终了线； 加热时，SA(B)L的起始线 bD：冷却时，LSB(A)的终了线； 加热时，SB(A)L的起始线 CED：称为共晶线，它是一根水平线，即恒温 线，共晶线的特征如图所示： 共晶线上发生的转变是：L(E)SA(B)(C)+ SB(A)(D)，这种在恒温下，由一定成分的液相同时结晶出两个

7、成分一定的固相的转变过程，就是共晶转变，或共晶反应。 CF、DG为溶解度曲线或称为固溶度曲线，简称为固溶线。CFB在SA(B)固溶体中的溶解度曲线，其含义为：冷却时，随温度，溶解度，则从SA(B)相中析出多余的B来，一般是析出SB(A)相来。DGA在SB(A)固溶体中的溶解度曲线，随温度下降，将从SB(A)固溶体中析出SA(B)相来。 相区 ：三个单相区： L：液相 SA(B)：B在A中的固溶体 SB(A)：A在B中的固溶体。三个两相区： L+ SA(B) L+ SB(A) SA(B)+ SB(A)一个三相区（CED线）：LSA(B)SB(A)相接触法则：相邻相区的相数相差一个。、典型合金的平

8、衡结晶过程 合金M的结晶过程： L1点H点之间 ：匀晶转变 温度刚到H点时 ： SB(A)%= 100% L(E)%= 100% H点 ：剩余液相发生共晶转变 L(E)SA(B)(C)+ SB(A)(D) 使所有液相全部消耗完 SA(B)%= 100% SB(A)%= 100% H点以后 ：固态下的脱溶转变。 通常，将脱溶转变析出的相称为次生相（次生相也可以用下标表示）。 SA(B)（C）SB(A) SB(A)（D）SA(B) 直到室温，转变结束。 SA(B)%= 100% SB(A)%= 100% 路径图： 练习：分析合金O1、O2的平衡凝固过程 （用路径图表示） （2）具有转熔点并形成有限

9、固溶体的二元相图 （包晶相图） 相图分析特性点 ：a，纯A的熔点b，纯B的熔点P，包晶转变液相成分点，也称为转熔点C，B在A中（或SA(B)固溶体中）的最大溶解度点D，A在B中（即SB(A)固溶体中）的最大溶解度点 F，室温下B在A中的最大溶解度G，室温下A在B中的最大溶解度 特性线 ：aPb为液相线： aP线：冷却时LSA(B)的起始线， 加热时SA(B)L的终了线 Pb线：冷却时LSB(A)的起始线， 加热时SB(A)L的终了线 aCDb线为固相线： aC线：冷却时LSA(B)的终了线， 加热时SA(B)L的起始线 Db线：冷却时LSB(A)的终了线， 加热时SB(A)L的起始线 PCD称

10、为转熔转变线，或包晶转变线： 这种在一定温度下，由一定成分的液相与一定成分的固相作用，形成另外一个一定成分的固相的转变过程，称为转熔转变，或包晶转变或包晶反应。CF、DG线是两条溶解度曲线： CF线：是B在SA(B)固溶体中的溶解度曲线 SA(B) SB(A) DG线：A在SB(A)固溶体中的溶解度曲线 SB(A)SA(B) 相区 ：三个单相区： L：液相 SA(B)：B在A中的固溶体 SB(A)：A在B中的固溶体。三个两相区： L+ SA(B) L+ SB(A) SA(B)+ SB(A)一个三相区（PCD线）：LSA(B)SB(A) 典型合金的平衡结晶过程 合金O1的平衡结晶过程： 冷却结晶

11、过程中各相含量的计算 刚刚冷却到2点温度时，由LSB(A)组成： 在2点包晶转变结束后，由LSA(B)组成： 在室温下，又是由SA(B)SB(A)组成： 练习：分析合金O2、O3的平衡凝固过程（用路径图表示） 不平衡结晶（简介） 包晶转变是一个十分缓慢的过程。 在实际生产中，由于冷却速度比较快，可能造成本来应该消失的固相（B晶相）部分地被保留下来，从而形成不平衡组织。 3、其它类型的二元合金相图 （1）具有其它形式恒温转变的相图 共晶转变是指在恒温下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分一定的固相的转变过程。 共析转变是指在恒定温度下，由一个固相分解为另外两个成分一定的固相的转变。 偏晶转变是指

12、由一个液相分解为一个固相和另一个液相的恒温转变。 熔晶转变是指从一个固相转变成一个液相和另一个固相的恒温转变。 包晶转变是指在一定温度下，由一定成分的液相与一定成分的固相作用，形成另外一个一定成分的固相的转变过程。 包析转变是指两个成分一定的固相在恒温下转变为另外一个新固相的过程。 合晶转变是指由两个液相L1、L2相互作用，生成一个一定成分的固相的恒温转变。 （2）两个组元在固态完全不溶的二元共晶相图 A、B两个组元在固态完全不溶解，则它们之间不会形成固溶体，而是以纯组元的形式存在。两个固相的单相区在相图中压缩成两条垂线，同时没有固态下的脱溶转变。 合金M的平衡结晶过程为： （3）两组元形成化

13、合物的二元相图 具有稳定化合物的相图 所谓稳定化合物，是指具有固定熔点，在熔点以下能够稳定存在，即始终保特其固有结构而不发生分解的化合物，也称为一致熔融化合物，或同成分熔融化合物。 A、B组元之间形成了一个稳定化合物AmBn。对于这种相图，可以将化合物作为组元对待，而将相图分成左右两个部分来分析： 若成分在AAmBn之间，则按左边部分相图（AAmBn相图）分析； 若成分在AmBnB之间，则按右边部分相图（AmBnB相图）分析； 形成不稳定化合物的相图 不稳定化合物是指加热至一定温度即发生分解的化合物。不稳定化合物也称为不一致熔融化合物，或异成分熔融化合物。 对于这种相图，要进行整体分析，不能将

14、化合物作为组元对待。 合金1结晶过程： （4）固相中有化合物生成与分解的二元系统相图图6.31中 ：T1温度下生成化合物：T2温度下发生化合物的分解：图6.32中只有化合物的生成，没有化合物的分解。 （5）具有多晶转变的二元系统相图 TP水平线上发生的就是多晶转变。 图6.33中，多晶转变温度高于低共熔温度 A A 通常将P点称为多晶转变点 。图6.34中，多晶转变温度低于低共熔温度。 A A （6）具有液相分层的二元系统相图 （简介） 区域CKD，称为二液区。 K点的温度称为临界温度。 KC线：冷却时，L1L2的起始线； 加热时，L2L1终了线。 KD线：冷却时，L2L1的起始线； 加热时，

15、L1L2终了线。 HCD线：偏晶转变线 合金M结晶过程： 四、二元系统专业相图 1、分析方法 （1）了解系统中各种物质的性质。 （2）分析系统中各点、线、区所表达的相平衡 关系。（3）找出三相共存水平线，确定三相平衡转变 的性质。（4）分析熔体的冷却结晶过程或加热过程。应用 杠杆规则计算系统中两平衡相的相对含量。2、Al2O3-SiO2系统相图 A3S2为莫来石3Al2O32SiO2的简称。莫来石是一种化合物，但它可以溶入少量Al2O3形成有限固溶体 。 图(a) 的条件：使用高纯原料试样并在密封条件下进行相平衡实验，A3S2是一致熔融化合物。 图(b)的条件：当试样中含有少量碱金属等杂质，或

16、相平衡实验是在非密封条件下进行时，A3S2为不一致熔融 。（1）相图分析 图(a)中，两条水平线均为共晶转变 ： 图(b)中，两条水平线分别为包晶转变线和共晶转变线 （2）相图应用 对硅铝质耐火材料分类，确定矿物组成 分析Al2O3含量对硅铝质耐火材料性能的影响 出现液相的温度越低或在该温度下产生的液相量越多，则耐火度越低，耐火性能越差。 对于硅质耐火材料：若Al2O3的含量增加，则液相线，即熔点急剧下降，这样就会使硅砖的耐火度大大下降。这说明Al2O3是硅砖中极为有害的杂质组分。 对于粘土砖和高铝砖，随Al2O3的含量增加，材料的耐火性能又是逐步得到改善。这是由于Al2O3含量的增加使液相线

17、的温度不断提高和耐高温的莫来石晶相的含量不断增加的缘故。 3、Na2O-SiO2系统相图N2S正硅酸钠（2Na2OSiO2） NS偏硅酸钠（Na2OSiO2） NS2二硅酸钠（Na2O2SiO2）N3S8（3Na2O8SiO2） Na2O-NS分二元系统 ： 1180，包晶转变： 1022，共晶转变： NS-NS2分二元系统 ： 846，共晶转变： 710，多晶转变： NS2-SiO2分二元系统 ： 1470，多晶转变： 870，多晶转变： 808，包晶转变： 799，共晶转变： 710，多晶转变： 700，共析转变： 4、CaO-SiO2系统相图 可以形成四种化合物： CS硅灰石（CaOSi

18、O2）C3S2硅钙石（3CaO2SiO2）C2S硅酸二钙（或称贝利特）（2CaOSiO2）C3S硅酸三钙（或称阿利特）（3CaOSiO2）5、MgO-SiO2系统相图 有两个化合物： Mg2SiO4镁橄揽石（或写为2MgOSiO2，以 M2S表示），它是一致熔融化合物；MgSiO3顽火辉石（或写为MgOSiO2，以MS 表示），它是不一致熔融化合物。6、CaO-Al2O3系统相图 该系统共有C3A，C12A7，CA，CA2和CA6五个化合物，其中C3A、CA、CA2和CA6均为不一致熔融化合物，分解温度分别为1535、1608，1770和1860。C12A7在通常温度的空气中为一致熔融化合物。 7、MgO-Al2O3系统相图 图中MgO和Al2O3之间可以互相溶解，因此，它们均以固溶体的形式存在。另外，MgO和Al2O3之间还可以形成一个稳定化合物MA，即镁