相图的建立及匀晶相图分析.ppt

0%a1100%L1t1a2L2t2a3成分变化趋势αＬ温度100%0%L3t3变化趋势质量分数质量分数成分在液固两相共存区，随着温度的降低，液相的量不断减少，固相的量不断增多，同时液相的成分沿液相线变化，固相成分沿固相线变化。复习相律。复习单组元相图的表示方法。引入二元相图的表示方法。图中给出纯铜、ω(Ni)为20％，40％，60％、60％的Cu-Ni合金及纯Ni的冷却曲线。由图可见，纯组元Cu和Ni的冷却曲线相似，都有一个水平台，表示其凝固在恒温下进行，凝固温度分别为1083℃和1452℃。其他3条二元合金曲线不出现水平台，而为二次转折，温度较高的转折点（临界点）表示凝固的开始温度，而温度较低的转折点对应凝固的终结温度。这说明3个合金的凝固与纯金属不同，是在一定温度范围内进行的。将这些与临界点对应的温度和成分分别标在二元相图的纵坐标和横坐标上，每个临界点在二元相图中对应一个点，再将凝固的开始温度点和终结温度点分别连接起来，就得到右图)所示的Cu-Ni二元相图。由凝固开始温度连接起来的相界线称为液相线，由凝固终结温度连接起来的相界线称为固相线。为了精确测定相变的临界点，用热分析法测定时必须非常缓慢冷却，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。在二元相图中有单相区和两相区。根据相律可知，在单相区内，f＝2-1+1=2，说明合金在此相区范围内，可独立改变温度和成分而保持原状态。若在两相区内，f=1，这说明温度和成分中只有一个独立变量，即在此相区内任意改变温度，则成分随之而变，不能独立变化；反之亦然。若在合金中有三相共存，则f＝0，说明此时三个平衡相的成分和温度都不变，属恒温转变，故在相图上表示为水平线，称为三相水平线。本章知识结构*合金中的相及相结构包晶相图及合金的凝固匀晶相图及固溶体的凝固相图分析其他类型的二元合金相图共晶相图及合金的凝固二元相图的分析和使用二元合金相图的建立3.2二元合金相图的建立*（1）相平衡条件在平衡条件下，合金系中各相的成分保持着相对的稳定性，宏观上没有组元在相间转移。在恒温恒压下，相间成分的改变引起的体系自由能的变化等于组元的转移量和它们在各相化学位乘积的叠加，即式中为i组元的化学位；dni为i组元在相间的转移量。化学位差是组元在相间转移的驱动力。（1）相平衡条件*……….在平衡条件下dG=0,故如果dni的i组元从α相中转移到β相中，则体系的自由能变化既α、β两相平衡的条件是，两相中同一组元的化学位相等。若合金有n个组元，P个相，则它们的平衡条件可以写成：（2）相律*在平衡条件下，合金的组元数和相数之间存在一定的关系，这种关系称为相律。Gibbs相律：在只受外界温度和压力影响的平衡系统中，它的自由度数等于系统的组元数和相数只差再加上2。1式中f为系统的自由度数；C为系统的组元数；P为相数。所谓的系统的自由度数，就是平衡系统的独立可变因素（如温度、压力、浓度等）的数目。这些因素可在一定范围内任意独立地改变而不会影响到原有的共存相数和状态，即不会影响原有的平衡状态。对于不含气相的凝聚系统，通常范围的压力改变对平衡影响极小，一般可忽略压力的影响，则自由度数f=C-P+123.2二元合金相图的建立*二元Pb-Sb合金相图二元相图表示方法二元合金相图常用温度、成分相图，表示合金的状态随成分和温度变化而发生变化的情况。在相图中，由表象点所在的相区可以判定在该温度下合金由哪些相组成。二元合金在两相共存时，两个相的成分可由过表象点的水平线与相界线的交点确定。在相图中，任意一点都叫“表象点”。一个表象点的坐标值反映一个给定合金的成分和温度。二元相图中的成分按国家标准有两种表示法：质量分数（w）：摩尔分数（x）：式中：wA、wB分别为A、B组元的质量分数；xA、xB分别为A、B组元的摩尔分数，RA、RB分别为A、B组元的相对原子质量。（4）二元相图的建立*建立相图的关键是要准确地测出各成分合金的相变临界点（临界温度）。01临界点：物质结构状态发生本质变化的相变点。02测临界点的方法通常有热分析法、硬度法、金相分析、X射线结构分析、磁性法、膨胀法、电阻法等。03由于合金凝固时的结晶潜热较大，结晶时冷却曲线上的转折比较明显，因此常用热分析法来测合金的结晶温度，即测液相线、固相线。04热分析法*利用合金在转变时伴有热学性能变化的特性，通过测量系统温度的变化来得到临界温度，从而建立起相图。热分析法建立二元合金相图