第二十一节课二元相图的表示测定和要点.ppt

不平衡结晶过程的特点： 1)固相的平均成分线和液相的平均成分线与固相线和液相线不同 偏离程度与冷却速度有关，冷却速度越快，偏离越严重。 冷却速度越慢，越接近固相线和液相线，表明冷却速度越接近与平衡冷却条件。 2)先结晶部分总是富高熔点组元，后结晶部分总是富低熔点组元。 3)非平衡凝固导致凝固终结温度低于平衡凝固时的终结温度。 * * 西安石油大学材料科学与工程学院 青海玉树结古镇旁的新寨玛尼堆 材 料 科 学 基 础 第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 二元系相图：研究二元体系在热力学平衡条件下，相与温度、成分之间关系的工具。 金属合金熔液黏度小、易流动，常可直接凝固成所需的零部件。也可把合金熔液浇注成锭子，然后热压开坯，再通过热加工或冷加工等工序制成产品。 本章内容： 1)二元相图的表示和测定方法 2)相图热力学的基本要点 3)不同类型的相图特点及其相应的组织 4)合金铸件的组织与缺陷 西安石油大学材料科学与工程学院 7.1 相图的表示和测定方法 若同时考虑成分、温度、压力，则二元相图为三维立体相图。 假设体系处于一个大气压的状态下，相图仅考虑体系在成分、温度两个变量下的热力学平衡状态，相图为二元相图。 二元相图的横坐标表示成分，纵坐标表示温度。如果体系由A、B两组元组成，横坐标一端为组元A，而另一端表示组元B，那么体系中任意两组元不同配比的成分均可在横坐标上找到相应的点。 T(℃) 西安石油大学材料科学与工程学院 溶液中溶质的质量分数：溶质质量与溶液质量之比。也指混合物中某种物质质量占总质量的百分比。 相对原子质量：任何一种原子的平均原子质量跟一个碳-12原子（原子核有6个质子和6个中子）质量的1/12的比值。 西安石油大学材料科学与工程学院 二元相图中的成分按现在国家标准有两种表示方法：质量分数(?)和摩尔分数(x)。若A，B组元为单质，两者换算如下： 质量分数 摩尔分数 式中，wA、wB分别为A、B组元的质量分数， wA+wB=1(或100％) xA、xB分别为组元A、B的摩尔分数， xA+xB=1(或100％) ArA、ArB分别为组元A、B的相对原子质量。 西安石油大学材料科学与工程学院 二元相图是根据各种成分材料的临界点绘制的，临界点：物质结构、状态发生本质变化的相变点。 测定材料临界点有动态法和静态法两种方法。 动态法有热分析法、膨胀法、电阻法等 静态法有金相法、X射线结构分析等 本教材中，二元相图的成分，均以质量分数表示 合金凝固时，结晶潜热较大，结晶时冷却曲线上转折明显。常用热分析法。 热分析法：物质加热或冷却→物理或化学状态变化→ 热力学性质(如焓、比热、导热系数等)或其它性质(如质量、力学性质、电阻等)改变→测量某些参数可得到相变临界温度点。 西安石油大学材料科学与工程学院 结晶过程开始 长大过程释放潜热 结晶过 程结束 纯金属缓慢冷却的冷却曲线 为了精确测定相变的临界点，用热分析法测定时必须缓慢冷却，以达到热力学的平衡条件。一般控制在每分钟0.5-0.15℃之内。 西安石油大学材料科学与工程学院 冷却曲线 相图 用热分析法建立Cu-Ni相图 1、配置不同成分的合金。 2、测冷却曲线。 3、找相变临界点。 4、相图中标示临界点并连线。 西安石油大学材料科学与工程学院 相区：相图中由相界线划分出来的区域，表明在此范围内存在的平衡相类型和数目。 二元相图中:有单相区和两相区。 单相区: f=c-p+1=2-1+1＝2，不改变相，温度和成分都可改变。 两相区: f=c-p+1=2-2+1=l，温度和成分中只有一个独立变量。在此相区内，任意改变温度，则成分变化。不能独立变化。反之亦然。 T(℃) 西安石油大学材料科学与工程学院 Al2O3-ZrO2 系相图 陶瓷材料中A12O３－ZrO２二元相图中的红点表示：?(ZrO2)＝42.6％的液相在1710℃同时结晶出Al2O3固相和ZrO2固相，三相在此温度共存。 合金中三相共存，则f=3-2+1=0。 说明：自由度为0。三个平衡相的成分不变、温度不变。属恒温转变。在相图上为水平线（称为三相平衡水平线）。 二元系最多只能三相共存。 西安石油大学材料科学与工程学院 7.2.5 二元相图的几何规律 (1)相图中，所有的线条：表示发生相转变的温度和平衡相的成分，相界线：相平衡的体现，平衡相成分必须沿着相界线随温度而变化。 (2) 相区接触法则：在二元相图中，相邻相区的相数差为1(点接触情况除外)。两个单相区之间必定有一个由该两