孙会元固体物理基础教案第六章晶体结合、晶体缺陷与相图6.7 相图简介.pptVIP

本章主要内容：; 前面我们曾简单介绍了合金的概念，知道合金是两种或两种以上的金属(也包括非金属元素)，经过熔合过程而得到的宏观均匀体系。; 所以，固体的成分可以决定它的相结构。为了直观描述上述变化，我们引入相图(phase diagram)这一概念。 ; 所以相图上的一个点代表体系的一个热力学平衡态，相图上的一条线表示一个准静态过程。 ; 相律是分析和检验相图的工具。;2. 组分 ; 其中，对于状态参量数n来说，通常选温度与压强作为状态参量，即n = 2。上式称为相律 ; 当相数目为?=2时，即体系为固-液、固-气或液-气两相平衡共存时，体系的自由度数f = 1。只有一个独立变量，在相图上为一条曲线； ; 图中的OB、OC和OD线将相图分为三个单相区，三条线上的点代表两相平衡共存，OB为气液、OC为气固、OD为液固平衡共存，它们的共同交点O为三相点。图中的虚线表示在一定的压强下，随着温度的升高，金属从固相开始，到虚线与OD线的交点处为液固两相平衡共存，金属的凝固或熔解全在该点完成；虚线与OB线的交点处为气液两相平衡共存，金属从气态凝结为液态的全部相变全在该点完成。 ;四、二元合金相图; 通常用竖直轴表示温度，水平轴表示组分。图中的一些曲线把平面划分为几个区域，每个区域代表一定的相结构，它们可以是单相，也可以是两相平衡共存。 ; 许多二元合金的共晶反应(液相在冷却过程中同时结晶出两个不同结构的固相的过程)、包晶反应(一个液相与一个固相相互作用，生成一个新的固相的过程)、共析反应(从一个固相同时结晶出两个不同结构的固相的恒温转变)、包析反应(两个固相相互作用，生成一个新的固相的过程)等都是在恒温下进行的，并且，最多只能有三个相平衡共存。 ; 所有A、B二元合金相图的最上方都是高温熔融的液态，这个区域的下界称为液相线。液相线与竖直的温度轴有两个交点，分别对应纯金属A和纯金属B的熔点。液相线的下方都出现固液两相平衡共存区，该区域下方的边界线称为固相线。对于连续固溶体来说，其液相线和固相线都是随温度单调变化的. ; 而非连续固溶体的液相线都由若干段折线组成，而且，每一段液相线都有相应的固相线。不同的线段表明凝固出的固相是不同的。需要注意的是，一般不同组分对应不同的凝固温度，否则液相线为一条水平线；凝固出来的固相一般具有和液相不同的组分。 ; 过交点l0的水平等温线与固相线相交，交点为s0，表示凝固出的固相，过s0引一条竖直线，它与横轴的交点就是此时凝固出的固相的组分x0，显然与开始时的液相m对应的组分x不同。 ; 特别指出的是，上述过程对应的都是理想的准静态过程。这样的过程，每一点对应的都是平衡态。所以，s1不仅表示对应温度T1时由液相凝固出的固体，而且，整个已凝固出的固体都必须处于s1态。这意味着原来已经凝固的固体组分并不是不变的，而是依靠原子在固体中的扩散而不断调整以保持整个固相均匀。; 图中温度降为T1时，相图中我们所讨论的组分为x的样品的代表点对应n，此时液相和固相共存。;由于凝固前液相中金属B的重量为; 这个简单而有重要的结果形象地称为杠杆定则。因为把l1和s1之间的连线看作一个杠杆，支点在n处，Ml1和Ms1分别看作杠杆两端的负荷，上式恰好是杠杆平衡条件。;五、共晶型相图; Pb-Sn合金从液相m点开始准静态降温过程中，当它到达与液相线相交的h点时，表示凝固的开始，析出固相α；在h与n点之间，为液相L和固相α平衡共存区，可以通过杠杆定则确定固液比例。; 人们把在一定温度下由一定组分的液相同时结晶出两种固相的过程称为共晶转变，共晶转变的产物是两种固相的机械混合物，称为共晶体。共晶转变中析出的αc和βd的重量之比也满足杠杆定则，为ed的长度与ce的长度之比。 ; 下图给出了Pt-Ag合金的相图及其相变过程，这是一个典型的包晶型相图。和共晶型相图相比，包晶相图也有一段水平等温线，但在液相线与水平线的交点e附近，液相线随组分单调变化(e为拐点)，而共晶型相图的液相线在共晶点e取极小值。; 刚到达n点时，只存在液相Le和固相αd，两相的重量之比为dn的长度与ne的长度之比。由于Le相中Ag的含量最高，只能通过按照比例df的长度与fe的长度之比同时减少Le相和αd相来析出βf相。又因为f点在n点右侧，Le相将先消耗尽。完成由(Le相+αd相)向(αd相+βf相)转变后，体系才进入水平线下面的α+β相区。 ; 这种由一种液相与一种固相相互作用产生另一种新固相的反应过程称为包晶反应或包晶转变。dfe水平线称为包晶线，f点称为包晶点，f点的温度和组分分别称为转熔温度和包晶组分。 ; 固相之间也