第七章 相图课件.ppt

第7章 相图（p229） 图为Pt-Au相图（局部）。成分为Pt-40mol%Au的合金，在o点时（1400 oC）处于固相S与液相L的双相平衡状态。S和L的成分分别由图中的a点和b点确定。即Pt-20mol%Au和Pt-72mol%Au。合金、S相、L相这三者的成分，分别由图中的C，Ca，Cb这三点表示。 设处于o点时，合金中所含的S相和L相的数量分别为Ma和Mb，并设合金总量为M， 即 合金的含Au量应等于S相与L相中含Au量之和，即 设想一个杠杆以o点为支点，其左右力臂的长度分别为和，左右悬挂的物体质量分别为Ma和Mb，当杠杆达到平衡时，即满足上式。 利用相图，量出ob和ao的比值即可得出Ma与Mb的比值。这给分析相图带来很大方便。如果用线段ab长度表示合金总量M，则ob和ao这两线段的长度分别表示Ma与Mb。 图4-3处于o点的合金，其成分为40mol%Au。现利用杠杆定则计算其中S相和L相的数量 比 匀晶转变（uniform grain）：晶体材料从高温液相冷却下来的凝固转变产物包括多相混合物晶体和单相固溶体两种，其中由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 这种相图的特点是两组元不但在液态无限互溶，而且在固态也无限互溶。 如果合金冷却速度较快，固体中原子难以通过扩散满足相图中的平衡成份，则就产生了不平衡凝固过程。此时，通常先结晶的固溶体内部含高熔点组元，而后结晶的外部则富含低熔点组元。这种在晶粒内部出现的成份不均匀现象称为晶内偏析。如果固溶体是以树枝状结晶长大的，则枝干与枝间会出现成份差别，称为枝晶偏析。 例如Cu-Ni合金不平衡凝固的铸态组织，Ni熔点高，先结晶出的枝干富含Ni，耐浸蚀，呈白亮色。枝间后结晶含Cu多，易受浸蚀，呈黑色。严重的偏析会使材料强度下降，特别是韧性下降，并且耐蚀性下降。 液态合金从液相转变为固相的过程，是一个结晶过程：首先生出多个晶核，随后的晶核成长为晶粒。例如图7-4所示的匀晶相图中，成分为C0的合金融化后冷却到温度T1时，开始析出成分为C1的S相，组成晶粒的核心部分。继续冷却到T2时，析出成分为C2的S相在其外围生长。C1的含B量低于C2，于是B组员由液相通过晶粒外围向核心扩散，A组员以相反的方向扩散。结果是使整个晶粒都达到成分C2。 如果快速冷却阻止了固相中的扩散，结果是冷却到T2时的晶粒核心部分为C1而外围为C2;整个晶粒的平均成分位于含B量比C2少的a点。结果是在整个结晶过程中，固相的平均成分偏离相图所示的固相线，而是沿a，b，c变化，直到d点平均成分等于C4时，合金全部凝固。此时，凝固温度降到低于平衡状态凝固温度T4的Tf。 上述过程的最终结果是造成晶粒成分不均匀：晶粒核心的成分为C1，然后向外围逐渐变为C4。其成分是从C1到C4连续变化的。这种晶粒内部的成分不均匀称为晶内偏析。 图7-8 为LiCl-NaCl相图。其液相与固相线在552 oC有一切点a。切点左右两侧可以分别视为单独的匀晶相图。 相图中出现切点的原因在于自由能曲线相切。 a点进行的L-S转变是原成分转变，而a点成分以外的任何成分，所进行的L-S转变是匀晶转变。 a点进行的L-S转变是原成分转变，而a点成分以外的任何成分，所进行的L-S转变是匀晶转变。 图7-8切点所进行的原成分转变，始终处于稳定平衡态。这不同于快速冷却（例如水冷）使母相处于高度过冷状态进行的界稳态原成分转变，前者的母相和产生的新相都是稳定相，而后者产生的母相和产生的新相都是界稳相。 原成分转变的表达式为： L和S的下标C表示组成成分，T0为转变温度。 图7-10为ZrO2-ThO2相图。其S相区中，有一片面积为S1+S2双相区。 对于任何双相区，确定相成分的边界成分定则以及确定相数量的杠杆定则都是适用的。例如，成分为50%ThO2(摩尔分数)的L冷却时，首先经过L+S双相区进行匀晶转变，凝固为S。冷却到2700 oC，S相分解为S1+S2双相。到达2500 oC时，S1和S2的成分分别为24%(摩尔分数)和74%(摩尔分数)。 S，S1，S2这三种相都是固溶体，彼此结构相同，只是成分不同而已，是同一相区中的相。可以将S1+S2双相区视为S相区中挖去的一片面积。 某一固相或液相分解为同一相区中成分不同的另两种相，称为相分离。 相分离转变的表达式为： 图7-12为Ag-Cu相图。图中有3个单相区，即L, α，β; 3个双相区，即L+α,L+β, α+β;1个三相区，即L+α+β。 根据相律，二元相图的单相区和双相区都是占据一片面积；而三相区的自由度为0，为一条水平线，即BD线。也就是说，三相只能共存于确定的温度，并且相成分也是确定的。 图中AE和GE线为液相线。液相L冷却时越过这两条线