金属学基础三元相图

金属学基础三元相图2023/6/253:20第一页，共三十六页，编辑于2023年，星期六金属学基础主讲：郭艳玲材料科学与工程学院冶金工程教研室办公室：日新楼412Email：yanling_guo@第二页，共三十六页，编辑于2023年，星期六三元合金相图（4学时）金属与合金的塑性变形及断裂（4学时）回复、再结晶与扩散（6学时）金属的晶体结构（6学时）复习与讨论（2学时）纯金属的结晶（6学时）二元合金的相结构与结晶（8学时）铁碳合金（4学时）金属学基础授课内容和学时分配三元合金相图（4学时）第三页，共三十六页，编辑于2023年，星期六三元相图表示法1三元系平衡相的定量法则2三元匀晶相图3三元共晶相图4三元相图表示法1三元相图总结5三元相图的应用6第五章三元合金相图第四页，共三十六页，编辑于2023年，星期六相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PP=1,则F=3：独立变量为温度和两个组分的含量。BAC三个顶点代表三个纯组元：A、B、C三条边代表三个二元系：A-B、B-C、C-A三角形内部面积中的点代表由A、B和C三组元组成的体系成分，其和为100%CD线上的组元A和B的比例相同EF线上的组元C的含量固定DEF第五章三元合金相图5.1三元合金相图的表示方法_成分三角形这样需要用三维空间的相图表示。xBxcxA第五页，共三十六页，编辑于2023年，星期六BACPab对于任意点p，过该点做平行于AC、BC的线并交AB线于a和b，则有：ACB第五章三元合金相图5.1三元合金相图的表示方法_成分三角形相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PP=1,则F=3：独立变量为温度和两个组分的含量。这样需要用三维空间的相图表示。第六页，共三十六页，编辑于2023年，星期六三元相图表示法1三元系平衡相的定量法则2三元匀晶相图3三元共晶相图4三元相图表示法1三元相图总结5三元相图的应用6三元系平衡相的定量法则2第五章三元合金相图第七页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.2三元系平衡相的定量法则_直线法则和杠杆定律当合金O在某一温度时处于α+β两相平衡，且两相成分点分别位于点a和b，则aOb一定在一条直线上，两相的质量必然存在如下杠杆关系：相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PP=2,则F=2：独立变量为温度和一个相的成分。两个平衡相的成分存在着一定的对应关系，这个关系便是直线法则。三元合金在两相平衡时，合金的成分点和两个平衡相的成分点，必定在同一条直线上。BACabO第八页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.2三元系平衡相的定量法则_重心法则相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PP=3,则F=1：三个相的成分依赖温度变化，温度恒定时，三个相的成分也确定。BACENd三相平衡时，意味着存在两个两相平衡，两相平能连线为直线，三条直线组成三角形，称为连接三角形。如果N成分的合金分解为α、β、γ三个相，三个相的成分点为D、E、F，则合金N的成分必定位于三个两相平衡的连线所组成的ΔDEF的重心（是三相的质量重心而不是三角形的几何重心）。DFfe第九页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.2三元系平衡相的定量法则_重心法则BACENdDFfe设想β、γ两相混合成一个合金，则合金成分点d必定位于EF线上，且有：此时，三相平衡可以看做α相和d合金的两相平衡，则DNd必在一条直线上，且有：d为EF的重心N为Dd的重心同样：N为ΔDEF的重心各相含量：第十页，共三十六页，编辑于2023年，星期六三元相图表示法1三元系平衡相的定量法则2三元匀晶相图3三元共晶相图4三元相图表示法1三元相图总结5三元相图的应用6三元系平衡相的定量法则2三元匀晶相图3第五章三元合金相图第十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图形成匀晶相图的条件：匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变（相变）。组元晶体结构相同、原子尺寸、电负性相似组元在液相、固相均可完全互溶L→α第十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图ABC第十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图相图分析：点：三个组元的熔点液相面：上方凸曲面固相面：下方凹曲面相区：液相面以上为液相区固相面以下为固相区液相面与固相面之间的区域为液固两相共存区tAtBtCLL+

第十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期六BCAt1t3第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图结晶过程温度时间O12LSOl1l2l3S2S1S3t2固溶体合金结晶过程的蝴蝶型规律第十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期六BCABCA第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图_等温截面L1L2S1S2L1L2S1S2LL

+

L1L2为液相等温线，或称液相线S1S2为固相等温线，或称固相线t1t1t1第十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期六由等温截面可以知道不同浓度的合金在一定温度下的平衡相。在两相区内两个平衡相的浓度可连成一直线，称为连结线。比如成分为O的合金在t1温度下，Ln和αm平衡，两相含量可以用杠杆定律确定。第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图_等温截面

L+

LOnmBCAt1截面L1S1L2S2第十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期六类型一：通过成分三角一个顶点BCACDD第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图_变温截面tCtLtStLtSLL+

第十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期六BCA类型二：平行于成分三角形一边第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图_变温截面EFFEtLFtSFtLEtSEtLFtSFtLEtSEOt1t2表示结晶开始和结束的温度不能表示平衡相成分LL+

第十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图_投影图BCAt1t2t1t2t3t3把一系列等温截面中的相界线都投影到成分三角形中，在每一条线上都注明相应的温度，得到的图形称为等温线投影图。可以反映空间相图中各种相界面的变化趋势。投影图上等温线距离越密，表示这个相界面的温度变化越陡。可以方便地确定合金的熔点。液相线固相线第二十页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.3三元匀晶相图_投影图第二十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期六三元相图表示法1三元系平衡相的定量法则2三元匀晶相图3三元共晶相图4三元相图表示法1三元相图总结5三元相图的应用6三元系平衡相的定量法则2三元匀晶相图3三元共晶相图4第五章三元合金相图第二十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.4三元共晶相图_相图分析相区：L单相区：初晶面以上空间液固两相区：L+A两相区L+B两相区L+C两相区三相区：L+A+B三相区L+B+C三相区L+C+A三相区A+B+C三相区第二十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.4三元共晶相图_相图分析相律分析：F＝4－PF=0时，P=4：最多四相共存点：三个组元熔点，三个二元共晶点（e1，e2，e3）

三元共晶点一个（e）液相面：三个组元的初晶面固态互不溶解的三元共晶相图ee3e2e1第二十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.4三元共晶相图_等温截面第二十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.4三元共晶相图_等温截面第二十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.4三元共晶相图_变温截面EtAbLL+AA+B+Cbt1t2tAAt1L+BL+A+BL+B+C第二十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期六第五章三元合金相图5.4三元共晶相图_投影图EE1E2E3MNSnPbBiOKPM合金冷却过程分析冷却到液相面，首先析出Sn，液相成分沿MN变化；到达N点：二元共晶反应液相成分沿E2E变化到达E点：三元共晶M合金室温下的平衡组织为：初晶Sn+两相共晶体（Sn+Bi）+三相共晶体（Sn+Bi+Pb）。第二十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期六三元相图表示法1三元系平衡相的定量法则2三元匀晶相图3三元共晶相图4三元相图表示法1三元相图总结5三元相图的应用6三元系平衡相的定量法则2三元匀晶相图3三元共晶相图4三元相图总结5第五章三元合金相图第二十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期六单相状态时，F=4-1=3，独立变量包括温度和两个成分变量。在三元相图中，自由度为3的单相区占据了一定的温度和成分范围，在这个范围内温度和成分可以独立变化，彼此间不存在相互制约的关系。单相区截面可以是各种形状的平面图形。第五章三元合金相图5.5三元相图总结相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P第三十页，共三十六页，编辑于2023年，星期六两相平衡时，F=4-2=2，独立变量包括一个温度和一个相成分。一定温度下的两个平衡相之间存在着共扼关系。无论在垂直截面还是水平截面中，都由一对曲线作为它与两个单相区之间的界线。在等温截面上，平衡相的成分由两相区的连线确定，可以用杠杆定律确定其成分。在变温截面上，只能判断两相转变的温度范围，不反应平衡相的成分，不能用杠杆定律计算含量。第五章三元合金相图5.5三元相图总结相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P第三十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期六三相平衡时，F=4-3=1，温度和各相成分只有一个是可以独立变化的。这时系统称单变量系，三相平衡的转变称为单变量系转变。第五章三元合金相图5.5三元相图总结相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－PLαβLαβ共晶型包晶型三相平衡区的立体模型是一个三棱柱体，三条棱边为三个相成分的单变量线。等温截面为直边三角形，顶点连接单相区，边连接两相区，可用重心法则计算各相含量。第三十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期六四相平衡时，F=4-4=0，温度和各相成分都是确定的。第五章三元合金相图5.5三元相图总结相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P三元相图立体模型中四相平衡是由四个成分点构成的等温面。第三十三页，共三十六页，编辑于2023年