第五章相图传2.pptVIP

二元系统存在中间相 根据相关公式，求出体系中在某一温度和成分下平衡相的自由能G ，作出相应的自由能-成分曲线； 根据公切线原理，引自由能G—成分曲线的公切线，找出平衡相存在的温度和成分的范围； 将其综合绘制到温度-成分坐标图上，并将相同意义的点连接起来，完成相图。 三、由自由能—成分曲线合成相图 1.无限互溶的匀晶相图的合成 在A、B两组元形成的二元系统中，若液固两相都是理想溶液，利用相关公式求得液固两相在不同温度的自由能，并作出自由能-成分曲线。A、B的熔点分别为900K和1300K。 合成相图： 1.无限互溶的匀晶相图的合成 2.有溶解度间隙的相图的合成 若液相为理想溶液，而固溶体为偏聚态，A、B两组元的熔点分别为900K和1300K，计算并画出各温度下的自由能-成分曲线。合成相图： 2.有溶解度间隙的相图的合成 3.共晶相图的合成 若液相为理想溶液，而Ω（S）=16.74×103J/mol，固溶体为偏聚态，A、B两组元的熔点分别为900K和1300K，计算并整理得出各温度下的自由能-成分曲线。合成相图： * G0: 0K时两组元机械混合时的自由能 ?Hm: 混合热熵(焓), ?Sm:混合熵 用途 制造承受压力和震动的零件,如机床床身、各种箱体、壳体、泵体、缸体。 大型船用柴油机汽缸体(HT-300) 变速箱体 可锻铸铁：石墨呈团絮状的灰口铸铁，是由白口铸铁经石墨化退火获得的。 组织： 基体(F、P)＋团絮状G 性能：强度为碳钢的４0~７0%，接近于铸钢。 可锻铸铁的显微组织 黑心可锻铸铁 珠光体可锻铸铁 可锻铸铁的石墨化退火 用途 用于制造形状复杂且承受振动载荷的薄壁小型件，如汽车、拖拉机的前后轮壳、管接头、低压阀门等。 可锻铸铁管件 球墨铸铁:石墨呈球形的灰口铸铁。由液态铁水经石墨化得到。 组织：基体（F、F+P、P）+ 球状G 球状石墨是液态铁水经球化处理得到的。 球化剂为镁、稀土和稀土镁。 硅铁 硅钙 稀土镁 球墨铸铁的显微组织 铁素体加珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁 珠光体球墨铸铁 球墨铸铁中的石墨球 用途 承受震动、载荷大的零件，如曲轴、传动齿轮等。 核燃料贮存运输容器(QT350-22) 铸铁曲轴 蠕墨铸铁：蠕墨铸铁是20世纪60年代发展起来的一种新型铸铁。 蠕墨铸铁是液态铁水经蠕化处理和孕育处理得到的。 蠕化剂为稀土硅铁镁合金、稀土硅铁合金、稀土硅铁钙合金等。 蠕墨铸铁的组织： 基体（F、F+P、P）+ 蠕虫状G 蠕墨铸铁中的石墨 蠕墨铸铁的显微组织 蠕墨铸铁中的石墨 珠光体基体 铁素体基体 蠕墨铸铁的强度、塑性和抗疲劳性能优于灰铸铁，其力学性能介于灰铸铁与球墨铸铁之间。 灰铸铁 灰铸铁 蠕墨铸铁 蠕墨铸铁 球墨铸铁 球墨铸铁 灰铸铁 蠕墨铸铁 球墨铸铁 蠕墨铸铁常用于制造承受热循环载荷的零件和结构复杂、强度要求高的铸件。如钢锭模、玻璃模具、柴油机汽缸、汽缸盖、排气阀、液压阀的阀体、耐压泵的泵体等。 玻璃模具 制动鼓 （2）基体对铸铁机械性能的影响 F多，塑性、韧性提高；P多，强度、硬度提高。 ⑴ 石墨对机械性能的影响 由于石墨相当于钢基体中的裂纹或空洞，破坏了基体的连续性，且易导致应力集中。 铸铁与铸钢的强度比较 3、石墨与基体对铸铁机械性能的影响 1.自由能随温度的变化 恒压时，比定压热容Cp和焓H的关系为 如果定义纯组元在298K（25℃）时，为最稳定状，H=0则H随T的变化即可对上式积分而得 可得到H-T的关系曲线，斜率为CP,如图5-56所示，在所有温度范围内液相的H（内能）均比固相高，即HL＞HS 第五节 相图的热力学解释 一、单元系相图的热力学 熵随温度的变化也可由CP导出，由热力学可知 令T=0K，S=0，积分可得S随T变化的关系，即 吉布斯自由能表达式 恒压下，dP=0,则 表明随着温度T的升高，自由能G以-S的速率降低，但液相比固相的自由能降低快，故两者相交，见图5-56。 纯金属固相和液相的焓（H）和自由能（G）随温度变化关系。 Lm是熔化潜热；Tm是平衡熔化温度 2.自由能随压力的变化 自由能不仅随温度变化，也跟压力相关，随压力变化而改变，恒温下，相的自由能随压力的变化为 设α,β为两平衡相，其物质的量均为1mol，由dG = Vdp-SdT,可得 α和β处于平衡状态， 则： （5-8） 于是方程5-8就变为： 由热力学方程 则ΔG=ΔH-TΔS， α,β两相平衡时,ΔG=0,所以 令： 上式称为克劳修斯—克拉珀龙方程 如果相变后体积收缩，即