7.2二元合金相图的建立预案.pptxVIP

什么是相图？ 平衡图、状态图 相图的应用及重要性： 1）合金工业 2）硅酸盐工业 3）新材料的开发 7.2 二元合金相图的建立 一、相平衡与相律 1、相平衡 机械平衡：合力为零； 热 平 衡：温差为零； 化学平衡：各相化学势相等 相平衡就是指各相的化学热力学平衡（简称热力学平衡或平衡） 化学热力学平衡 （1）平衡 2、系统 选择的研究对象称为系统； 系统以外的一切物质都称为环境。 如： 合金、硅酸盐系统 ★凝聚系统：不含气相或气相可以忽略的系统 （2）相平衡条件 系统中每一组元在所有各相中的化学势相等。 3、相 系统中成分结构相同，性能一致的均匀组成部分。 例：1）一般系统 水、空气、酒精溶液、水与油、水与冰 2）凝聚系统 机械混合物、化合物、固溶体、同质多晶 一个系统中所含相的数目叫相数，用P表示: 4、组分与独立组分 组分：系统中每一个可以单独分离出来，并能独立存在的化学物质。 例：1）NaCl水溶液； 2）CaCO3（S）、CaO（S）、CO2（g）三种物质形成的系统 独立组分：足以表示形成平衡系统中各相组成所需要的最少数目的化学纯物质；其数目称为独立组分数，用C表示。 5、自由度 在相平衡系统中，可以独立改变的变量（如温度、压力或组分浓度等）称为自由度；这些变量的数目叫自由度数，用 f 表示。 6、外界影响因素 影响系统平衡状态的外界因素包括：温度、压力、电场、磁场、重力场等； 外界影响因素的数目称为影响因素数，用 n 表示。 一般系统：n＝2（T、P） 凝聚系统：n=1 （T） 吉布斯相律： f ＝C－P＋n 7、相律 一般系统相律： f ＝C－P＋2 凝聚系统相律： f ＝C－P＋1 单元系相图： 水的相图 纯铁的相图 二、二元合金相图的表示与建立 1、表示方法 质量分数（w）: 摩尔分数（X）: 静态法 —— 淬冷法 动态法 —— 热分析法 冷却（加热）曲线法 差热分析法 凝聚系统相平衡研究方法有： 2、测定方法（相图的建立） 三、杠杆定律 设合金C的总质量为1，液相质量为wL，固相质量为wα，则： 或 —— 两相平衡 二元系统相图基本类型： 匀晶相图 共晶相图 包晶相图 其他类型相图 相图基本单元： 相区接触法制 单相区、两相区、三相水平线 二元相图的几何规律—— （2）两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区隔开，而不能有边界线；两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开，即在二元相图中，相邻相区的相数相差为1（点接触除外）。 （3）二元相图中的三相平衡必为一条水平线，表示恒温反应；在这条水平线上存在3个表示平衡相的成分点，其中两点应在水平线的两端，另一点在端点之间；水平线上下方分别与3个两相区相接。 相区接触法则： （1）相图中所有的线条都代表相转变的温度和平衡相的成分，即相界线是平衡相的体现，平衡相成分必须沿着相界线随温度而变化。 （4）当两相区与单相区的分界线与三相水平线相交，则分界线的延长线应进入另一个两相区内，而不会进入单相区。 7.3 匀晶相图 匀晶系：合金二组元在液态及固态均能完全互溶的系统。 匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程。 如：Cu－Ni，Au－Ag，Fe－Ni，NiO－MgO，CaO－MnO…… 一、二元匀晶相图分析 两条曲线：液相线、固相线 三个区域：液相区、固相区、液固混和区 L+α(Ni，Cu) 二、合金的平衡结晶过程 室温平衡组织图 三、非平衡结晶与枝晶偏析 非平衡结晶： 枝晶偏析： 扩散退火： 具有极值的匀晶系相图 有晶型转变的匀晶系相图 例： （1）固溶体合金的相图所示，试根据相图确定： a）成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分； b）若首先凝固出来的固体成分含60%B，合金的成分为多少？ c）成分为70%B的合金最后凝固的液体成分； d）合金成分为50%B，凝固到某温度时液相含有40%B，固体含有80%B，此时液体和固体各占多少分数？ （2）A的熔点为300℃和B的熔点为700℃，A和B在液态和固态时均能彼此无限互溶，ωA=50%的合金在500℃时开始凝固出成分为ωB=90%的固相。ωA=80%的合金在400℃时开始凝固出成分为ωB=60%的固相。根据上述条件，要求： 1）绘出A－B相图，并标出各线和相区的名称； 2）从相图上确定含B量为ωB=40%的合金的开始结晶和结晶终了温度，并求出它在400℃时的平衡相成分及其含量。 7.4 共晶相图 两组元在液态可无限互溶，而固态只能部分互溶，甚至完全不溶，凝固过程具有共晶转变的系统。 共晶系： 如：Pb—Sb、 Pb—Sn、 Al—Si、Al2O3—ZrO2…… 共晶转变：