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第五章 相平衡与相图 一基本题型 1解释下列名词和术语 合金、组元、二元合金、相律、杠杆定律、相图、热分析法、平衡相、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、有序~无序转变、熔晶转变、偏晶转变、合晶转变、平衡凝固、不平衡凝固、正常凝固、平衡分配系数、有效分配系数、枝晶偏析、比重偏析、晶界偏析、胞状偏析、共晶体、稳定化合物、不稳定化合物、共晶合金、亚共晶合金、过共晶合金、伪共晶合金、不平衡共晶、离异共晶、铁素体、奥氏体、莱氏体、珠光体、渗碳体。 相图(phase diagram)平衡状态下物系的组分、物相和外界条件间相互关系的几何描述,也称状态图或平衡图。凝聚体系的相图多数是恒压下的温度-组分关系图。 杠杆定律(lever law)确定某种成份的合金在二相区中各相的相对含量的法则。首先要确定各单相的成份。在一定温度下，两单相的成份是确定的，就是温度水平线与相界线的交点所对应的成份。如图2-58所示，现在我们考虑成份为C%(wt)的A合金在t1温度下液、固二相的相对含量。从图中可以看出，液相浓度为CL%(wt)，固相浓度为Cα%(wt),假设合金的质量为1，液相质量为WL，固相质量为Wα，则WL+Wα=1，另外合金A中的含Ni 量应该等于液相含Ni量和固相合Ni量之和，即WL·CL+Wα·Cα=1xC，由这二式可以得出WL/Wα=( Cα－C)/(CCL)=rb/ar，再变换一下可得WL·ar = Wα·rb，这个关系式与以r为支点，以a、b二点为受力端点的杠杆平衡时的关系类似，故称其为杠杆定律。 匀晶相图(somorphous)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。结晶时，都是从液相中结晶出单相固溶体。我们把从液相结晶出单相固溶体的结晶过程称为匀晶转变。具有这类相图的二元合金系有Cu~Ni、Ag~Au、Fe~Ni、Cr~Mo、Cu~Au等，有些硅酸盐材料如镁橄榄石(Mg2SiO4)~铁橄榄石(Fe2SiO2)等也具有此类特征。 共晶反应（eutectic reaction）在共晶相图上有单相区。两单相区之间为双相区。另外还都有一条水平线，如Pb-Sn相图上MEN，这表示在水平线所对应的这个特定温度下有三相共存。E点是二条液相线AE和BE的交点，在E点的上方是液相，其下方是α、β二相共存区。这说明，相当于E点成份的液相在冷却至三相共存线的温度时，会同时结晶出成份为M的α相和成份为N的β相，这种反应可以写成如下形式：这种由某一成份液相在恒温下同时结晶出二个成份不同的固相的反应称为共晶反应，发生共晶反应的温度TE 为共晶温度，成份为E点的合金为共晶合金。共晶组织为α相和β相的机械混合物，它们通常呈层片状相间分布。 共晶相图（eutectic phase diagram）两组元液态无限互溶，固态有限互溶或完全不互溶，冷却过程中发生共晶反应的相图为共晶相图。具有共晶相图的合金系有Pb~Sn、Al~Si、Pb~Bi等,一些硝酸盐也具有共晶相图。 包晶反应（peritectic reaction）包晶反应是由一固定成份的液相和一固定成份的固相相互作用生成另一个固定成份的固相其反应式可表示为，包晶反应的产物是单相固溶体。 包晶相图 (peritectic phase diagram)两组元在液态无限固溶，固态下有限互溶（或不互溶）并发生包晶反应的二元系相图称为包晶相图，Pb~Ag就形成包晶相图，陶瓷ZrO2~CaO也形成包晶相图。在包晶相图上也存在单相区、双相区、三相区，也是只有在特定的温度下才能三相共存。Fe~C相图(Fe~C phasediagram)。 Fe~C相图Fe~C合金的二元相图，是材料科学尤其是金属热处理最重要的相图之一。 二提高题型： 1如图所示：一匀晶相图，试根据相图确定： 1) WB=0.40 的合金开始凝固出来的固相成分是多少？ 2) 若开始凝固出来的固相成分为WB=0.60 的合金成分为多少? 3) 成分为WB=0.70 的合金最后凝固时的液体成分是多少？ 4) 若合金成分为WB=0.50，凝固到某温度时液相成分WB=0.40，固相成分为WB=0.80， 此时液相和固相的相对量各是多少？ 图5.1 二元匀晶相图解：1) 在合金成分线与液相线相交点作水平线，此水平线与固相线的交点处的合金成分就为刚开始凝固出来的固体成分WB=0.85。 2) 作WB=0.60 处的垂直线与α固相线交点的水平线，此水平线与L 液相线的交点处的合金成分就为合金成分WB≈0.15。 3) 作WB=0.70 处的垂直线与α固相线交点的水平线，此水平线与L 液相线的交点处的合金成分就为合金成分WB≈0.20。 4) 由杠杆定律计算得： 液相相对量：mL=(80-50)/(80-40)×100%=75%；固相相对量