三元合金相图.pptVIP

* §5-8 三元合金相图 一、概述 工业上使用的金属材料大多含有2种以上的主要合金元素，当第3种元素含量较低、对合金状态影响不大时，仍可以应用二元合金相图，但是如果第3种元素对合金的状态、组织、性能影响不能忽略时，就要用三元合金相图来分析了。 工程上使用的许多材料是三元或多元的。常用的三元合金有： 合金钢 Fe-C-M（M是合金元素，如Si,Mn,Ti,V等） 轴承钢 Fe-C-Cr 不锈钢 Fe-Cr-Ni 高锰（耐磨）钢 Fe-C-Mn 铸 铁 Fe-C-Si 铝合金 Al-Mg-Si, Al-Cu-Mg等 陶瓷材料有： 硅酸盐产品 CaO-Al2O3-SiO2 耐火材料 MgO-Al2O3-SiO2 可见，三元相图有重要的实用价值。但三元相图测定困难，工作量太大，完整的三元相图资料不多。现有的也多是局部的截面图或投影图。 1、三元合金的成分表示方法 成分（浓度）三角形 采用等边三角形表示三个组元的成分。三角形的三个顶点分别为3个组成元素（100％），三角形内任一点（如o点），即可代表任一三元合金的成分。 确定o点合金成分的具体方法： 通过o点分别作三角形3 个边的3条平行线，则Ca = wA，即o点合金中A组元的含量；同样， Ab = wB， Bc = wC。 证明：根据等边三角形的性质 Ca +Ab +Bc =AB = BC = CA=1 所以，wA+wB+wC =1=100% 例：在成分三角形ABC中确定三元合金40％A-30%B-30%C的成分点。 先在成分三角形的3条边上找出各组元的含量点，通过这3个点作出3条平行线，它们的交点就是该合金的成分点。 成分三角形的两条特殊直线 平行于一边的直线——等量规则 此直线上任一点都含有等量的对面顶点的组元。如右上图所示，直线MN上任一点合金的C %相等。 通过三角形顶点的直线——等比规则 此直线上任一点合金的其他（直线为通过顶点的）两种组元含量之比不变。如右下图所示，直线CD上任一点的合金：wA/wB=常数 2、三元相图的表示方法 三元相图以成分三角形作水平面，以垂直于成分三角形平面的纵轴表示温度，整个三元相图是一个三角棱柱的立体图形。由于立体图复杂，测定困难，实际经常使用的是等温（水平）截面图、垂直截面图、和投影图。 3、三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心法则 直线法则与杠杆定律 在三元相图的水平截面中的二相区，合金o此温度为L+α状态，则此时合金平均成分、液相和固相成分必在一条直线上，且平均成分点在液、固相成分点之间。这就是直线法则，这条直线称为共轭线。 共轭线——又称两相平衡连接线 ?同一种合金在不同温度时的共轭线不同（长度、方向），一般随温度下降绕O点旋转。 ?共轭线两端点表示该温度时平衡的两相的成分点。 ?只有在共轭线上才能应用杠杆定律。 ?共轭线是由实验测出的。 应用杠杆定律计算此温度时L相和α相的相对量： 重心法则 在三元相图的水平截面中的三相区（直边三角形——共轭三角形），合金O此温度为3相共存状态。共轭三角形的三个顶点分别为三个相的成分点，过共轭三角形的三个顶点和合金平均成分点分别作三条直线，即可利用杠杆定律分别计算出三个相的相对量： 由于O点象共轭三角形的重心，所以称为重心法则。 注意，直线法则、杠杆定律和重心法则仅适用于三元相图的等温（水平）截面。 二、三元匀晶相图 1、立体相图分析 液相面，固相面 相区： 液相区——液相面以上区域 固相区——固相面以下区域 二相区——液相面和固相面之间的区域 立体相图的用途 应用立体相图可以分析某成分的合金的冷却凝固过程，与二元相图类似。例如，分析合金o的冷却凝固过程：温度降低到液相面开始结晶出固相α，随着温度继续下降，液相逐渐减少，固相逐渐增多，温度低于固相面时液相全部转变成固相。凝固过程中，液相成分沿液相面变化，固相成分沿固相面变化。 水平截面的用途 ?用于分析某一温度下不同成分三元合金的状态， ?可以应用直线法则、杠杆定律、重心法则计算相的相对量。 2、水平截面分析 水平截面有3个区域：L，L+α， α 合金o此温度为L+α二相共存。 在共轭直线上应用杠杆定律计算L、α相的相对量为： 说明：液、固二相的成分是由实验测得的。 3、等温线投影图分析 将立体相图投影到成分三角形上，所得图形就是投影图。由于三元匀晶相图简单，投影图反映不出温度信息，所以把不同温度的水平截面与液相线、固相线的交线投影到成分三角形上，如图所示。 如果把合金O在不同温度的共轭直线投影到成分三角形上，则共轭线两端点的轨迹投影的形状象蝴蝶，因此称为碟