5-3--二元系相图

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5-3,二元系相图,二元系统有两个组元，根据相律：,F=C-P+2,。,对于凝聚（恒压）系统：,F=C-P+1,，,二元系统最大的自由度数目,F=2,，,这两个自由度就是温度和成分。,故二元凝聚系统的相图，仍然可以采用二维的平面图形来描述。即以温度和任一组元浓度为坐标轴的温度,-,成分图表示。,状态点,温度轴,成分轴,一、,二元系相图的建立,实验方法,热分析法,金相组织法,X,射线分析法,硬度法,电阻法,热膨胀法,磁性法,计算法,相图热力学计算,热分析法,(Thermal Analysis),：,Cu-Ni,合金相图,无限缓冷下测各合金的冷却曲线,标注在温度,成分坐标中,连接各相变点,选组元，配合,金系，熔化,确定各合金的相变温度,确定相区,用热分析法建立,Cu-Ni,相图,二、杠杆定律（,Lever Rule),杠杆定律的证明,随结晶过程的进行，合金中各相的成分及其相对量都将发生变化。杠杆定律可解决相的成分和相对量的变化问题。,证明,合金,C,在,t,1,温度时处于液、固两相平衡状态,设合金,C,的总质量为,1,，液相的成分为,C,L,，重量为,w,L,，固相成份为,C,，重量为,w,，那么,由以上两式可以得出,杠杆定律,杠杆定律解决某一成分的合金在某一温度下的相组成。,一垂线：成分线。,一水平线：温度线。,三点：原始成分点：垂线与成分,线的交点。,两个组成相成分点：水平,线与相界线的交点。,注意：,只能计算双相区的相组成。,1.,匀晶相图,（,Isomorphous,system),由液相结晶出单相固溶体的过程称为,匀晶转变。,当两个组元化学性质相近，晶体结构相同，晶格常数相差不大时，它们不仅可以在液态或熔融态完全互溶，而且在固态也完全互溶，形成成分连续可变的固溶体，称为无限固溶体或连续固溶体，它们形成的相图即为,匀晶相图,。,三、二元系相图的类型,具有这类相图的合金系主要有,Cu-Ni,、,Cu-Au,、,Au-Ag,、,Mg-,Cd,、,W-Mo,等。,（,1,）相图分析,2,条线：,液相线,固相线,2,个单相区：固相区,液相区,L,1,个两相区：,L+,A,B,W,B,%,T,液相线,固相线,+L,L,（,2,）平衡凝固,1,点以上液相,1,点开始凝固，固体成分在对应固相线处,1,2,之间，温度下降，液体数量减少，固体数量增加，成分沿液相线和固相线变化，,到,2,点，液体数量为,0,，固体成分回到合金原始成分，凝固完成,2,点以下固相冷却，无组织变化,合金,C,冷却曲线及结晶过程示意图,L,t,1,t,2,L+,A,B,C,L,L,t,时间,B,（,3,）有极值的匀晶相图,a,）,具有极大点,b,）,具有极小点,Fe-Co,、,Co-,Pb,、,Fe-Ni,、,Fe-V,、,Fe-W,、,Mn,-Co,、,Mn,-Ni,、,Pb,-Ti,、,V-W,、,Ti-,Zr,等。,T,A,B,L,L+,+,（,4,）有晶型转变,的匀晶相图,如：,Nd,-Pr,、,Sc-,Zr,Sc-Y,、,Hf,-Ti,、,Ca-,Sr,一个液相同时结晶出两个不同固相的过程称为,共晶转变,。,两组元在液态下无限互溶，而在固态下互不相互溶或有限互溶，并发生共晶转变，形成共晶组织的相图，称为二元,共晶相图,。,2.,共晶相图,(Eutectic Phase Diagram),L,A+B,A,B,L+A,L+B,w,B,%,两,组元完全不溶,（,1,）相图分析,L,+,L+,L+,液相线,液相线,固溶线,固溶线,固相线,固相线,：,B,原子溶入,A,基体中形成的固溶体,：,A,原子溶入,B,基体中形成的固溶体,固溶线（固溶度曲线）：反映不同温度时的溶解度变化。,相区：,3,个单相区,L,3,个两相区,L,，,L+,+,1,个三相区,L+,(,水平线,CED),根据相律，三相平衡时：,F=C-P+1=2-3+1=0,此时三个平衡相的,成分,及反应,温度,都是确定的，在冷却曲线中出现一个平台。,共晶线,eutectic line,水平线,CED,共晶点,eutectic point,E,共晶温度,eutectic temperature,T,E,共晶反应,在一定温度下，由一固定成分的液相同时结晶出两个固定成分的固相的反应，称为共晶反应。,（,2,）平衡凝固及其组织,Pb-Sn,相图,w(Sn,）,19,的合金,室温下 相组成物,组织组成物,相对量,共晶合金 合金,w(Sn,）,61.9,室温下 相组成物,:,组织组成物,:,h,I,j,亚,共晶合金 合金,w(Sn,）,50,从一个固溶体中析出另一个固相,脱溶。次生的 固溶体以 表示（）。,2,室温下 相组成物,组织组成物,组织组成物相对量,过,共晶合金 合金,w(Sn,）,85,合金,成分,w(Sn,）,97.5,结晶过程与亚共晶合金类似。,室温平衡组织,结晶过程与合金类,类似。,室温平衡组织,合金,、合金,（共晶合金）、合金,（亚共晶合金）,室温平衡,组织,合金,合金,合金,3.,包晶相图,(,Peritectic,Phase Diagram),包晶反应,在一定温度下，由一固定成分的液相与一个固定成分的固相作用，生成另一个成分固相的反应，称为,包晶反应,。,根据相律,包晶反应时,F=0,此时三个平衡相的,成分,及反应,温度,都是确定的。,（,1,）相图分析,液相线,固相线,固溶线,（,1,）相图分析,T,A,CT,B,-,液相线,T,A,DPT,B,-,固相线,DF-,固溶体溶解度曲线,PG-,固溶体溶解度曲线,DPC,（水平线）,-,包晶线,P,包晶点,相区：,3,个单相区,L,3,个两相区,L,，,L+,+,1,个三相区,L+,(,水平线,DPC),（,2,）平衡凝固及其组织,合金,（包晶点成分合金）,时间,室温平衡组织,L,L,一般,相是在,相上生核，形成一层,相的外壳，把,相包起来与,L,相隔绝，然后通过原子相两边扩散，消耗,相和,L,相而长大。,当温度降到包晶点温度,T,P,时，计算包晶反应前,相和液相,L,的相对含量，用杠杆定律可得，,室温平衡组织,相对量,理论上讲,液相,L,和,相,同时消耗完毕,，得到单一的,相晶体。,发生包晶反应时，,相的成分在,P,点，液相,L,和,相的成分分别在,C,、,D,，它们消耗的比例为,对于包晶点成分合金，即将发生包晶反应时，,合金,（,D,P,间成分合金）,合金,的,平衡结晶过程示意图,室温平衡组织,相的量比包晶反应时所需的量多，即,（包晶转变后,相有剩余）,室温平衡组织,合金,（,P,C,间成分合金）,合金,的,平衡结晶过程示意图,L,相的量比包晶反应时所需的量多，即,（包晶转变后,L,相有剩余）,4.,形成化合物的相图,相图中间存在化合物，又称中间相。,根据化合物的稳定性可以分为两类：,稳定化合物指具有一定的熔点，在熔点以下，保持自己固有的结构而不发生分解，当温度达到熔点时，化合物发生熔解，熔解时所生成的熔体与化合物成分完全一致。,不稳定化合物加热至一定温度时，不是发生本身的熔化，而是分解为两个相，所生成的液相与原化合物显然不同。,（,1,）形成稳定化合物的相图,Mg-,Si,相图,（,1,）形成稳定化合物的相图,Cd-Sb,相图,（,2,）形成不稳定化合物的相图,K-Na,相图,（,1,）具有共析转变,的相图,5.,具有固态相变,的相图,Cu-,Sn,相图,（,2,）具有固溶体,多晶型转变,的相图,Fe-Ti,相图,1.,两个单相区只能有一个点接触；,2.,两个单相区之间，必定是一个由这两个单相构成的两相区；,3.,三相共存，必定是一条水平线，它和三个两相区相邻；,4.,如果两个三相区中有两个共同的相，这两条水平线之间必定是这两个相组成的两相区；,5.,所有两相区边界线不应延伸到单相区，而应进入相邻的两相区。,四、二元相图的几何规律,恒 温 转 变 类 型,反应式,相图特征,分解型,（共晶型）,共晶转变,L,+,共析转变,+,偏晶,转变,L,1,L,2,+,熔晶转变,+L,合成型,（包晶型）,包晶转变,L,+,包析转变,+,合晶转变,L,1,+L,2,二元相图各类恒温转变类型、反应式和相图特征,五、二元相图的分析方法,1.,若有稳定的中间相，可依此把相图分为几个部分。,2.,根据相区接触法则填写各相区。,相区接触法则,：,二元系相图中，相邻相区的相数之差均为一（点接触除外）。,3.,找出三相共存水平线，确定其转变性质和反应式,4.,分析典型成分合金的结晶过程及组织转变，并利用杠杆定律计算各相相对含量。,注意事项：,相图是在平衡条件下测定的，而实际中的很少能达到平衡状态。,相图不能给出相的形状、大小和分布。,相图可能存在误差和错误。,Thanks,