第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理1资料.pptVIP

第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 在实际工业中，广泛使用的不是前述的单组元材料，而是由二组元及以上组元组成的多元系材料。 本章将简单描述二元相图的表示和测定方法，复习相图热力学的基本要点，着重对不同类型的相图特点及其相应的组织进行分析，也涉及合金铸件的组织与缺陷，最后对高分子合金进行简述。 7.1 相图的表示和测定方法 二元相图中的成分在国家标准有两种表示方法：质量分数（ω）和摩尔分数（x），两者换算如下： 二元相图是根据各种成分材料的临界点绘制的，临界点表示物质结构状态发生本质变化的相变点。 用热分析测量临界点来绘制二元相图的过程。 在二元相图中有单相区和两相区。由相律可知，二元系最多只能三相共存，且在相图上为水平线。 7.2 相图热力学的基本要点 固溶体的自由能为 按三种不同的情况，分别作出任意给定温度下的固溶体自由能-成分曲线。 相互作用参数的不同，导致自由能—成分曲线的差异，其物理意义为： 当Ω ＜0，A－B对的能量低于A—A和B—B对的平均能量，所以固溶体的A，B组元互相吸引，形成短程有序分布，在极端情况下会形成长程有序，此时ΔHm＜0。 当Ω ＝0，A—B对的能量等于A-A和B-B对的平均能量，组元的配置是随机的，这种固溶体称为理想固溶体，此时ΔHm ＝0。 当Ω ＞0，A—B对的能量高于A-A和B-B对的平均能量，意味着 A—B对结合不稳定，A，B组元倾向于分别聚集起来，形成偏聚状态，此时ΔHm ＞0。 7.2.2 多相平衡的公切线原理 两相平衡时的成分由两相自由能—成分曲线的公切线所确定。 对于二元系在特定温度下可出现三相平衡： 7.2.3 混合物的自由能和杠杆法则 混合物中B组元的摩尔分数为： 两平衡相共存时，两相的成分是切点所对应的成分x1和x2，即固定不变，可导出： 7.2.4 从自由能—成分曲线推测相图 根据公切线原理可求出体系在某一温度下平衡相的成分：匀晶相图。 图7.8表示了由5个不同温度下L，α和β相的自由能一成分曲线求得A，B两组元形成共晶系的相图。 7.2.5 二元相图的几何规律 根据热力学的基本原理，可导出相图应遵循的一些几何规律，由此能帮助我们理解相图的构成，并判断所测定的相图可能出现的错误。 (1)相图中所有的线条都代表发生相转变的温度和平衡相的成分，所以相界线是相平衡的体现，平衡相成分必须沿着相界线随温度而变化。 (2)两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界。两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开。 (3)二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示恒温反应。 (4)当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区内。 第七章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 7.1　相图的表示和测定方法 7.2　相图热力学的基本要点 7.3 二元相图分析 7.4 二元合金的凝固理论 7.5 高分子合金概述 7.6 陶瓷合金概述 第七章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 7.1　相图的表示和测定方法 7.2　相图热力学的基本要点 7.3 二元相图分析 7.4 二元合金的凝固理论 7.5 高分子合金概述 7.6 陶瓷合金概述 7.3.1 匀晶相图和固溶体凝固-匀晶相图 由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 匀晶相图还可有其他形式，如Au-Cu，Fe-Co等在相图上具有极小点，而在Pb—Tl等相图上具有极大点。 2. 固溶体的平衡凝固 平衡凝固是指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分时间进行组元间的扩散，以达到平衡相的成分。 需要着重指出的是，在每一温度下，平衡凝固实质包括三个过程： 液相内的扩散过程； 固相的继续长大； 固相内的扩散过程。 3. 固溶体非平衡凝固 在工业生产中，合金溶液浇涛后的冷却速度较快，使凝固过程偏离平衡条件，称为非平衡凝固。非平衡凝固时液、固两相成分变化的示意图。 固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝间的成分不同，故称为枝晶偏析。 图7.18是Cu-Ni合金的铸态组织，树枝晶形貌的显示是由于枝干和枝间的成分差异引起浸蚀后颜色的深浅不同。 经扩散退火后的Cu-Ni合金的显微组织，树枝状形态消失，由电子探针微区分析的结果也证实枝晶偏析已消除。 a. ω(Ag)为42.4%的Pt-Ag合金(合金Ⅰ) 包晶反应时原子迁移过程示于图7.32中： 实际生产中的冷速较快，导致包晶反应的不完全性，形成包晶反应的非平衡组织。如图7.35所示： 另外，某些原来不发生包晶反应的合金，在快冷条件下，出现某些平衡状态下不应出现的相，如图 7．36中的合金