《金属材料学》课程PPT教学课件讲稿（金属学基础）第四章 相图

第四章相图 41相、相平衡及相图制作 42二元匀晶相图 43二元共晶相图 44二元包晶相图 45其他二元相图 46二元相图的分析方法 47铸锭(件)的组织与偏析 48相图的热力学解释 49三元相图

第四章 相图 4.1 相、相平衡及相图制作 4.2 二元匀晶相图 4.3 二元共晶相图 4.4 二元包晶相图 4.5 其他二元相图 4.6 二元相图的分析方法 4.7 铸锭（件）的组织与偏析 4.8 相图的热力学解释 4.9 三元相图

相图(平衡图、状态图):平衡条件下,合金的相状态与温 度、成份间关系的图形。是制订熔炼、铸造、热加工及热处理 工艺的重要依据。 根据组元数,分为单元系相图、二元相图和三元相图。 41相、相平衡及相图制作 41.1相平衡与相律 在指定的温度和压力下,若多相体系的各相中每一组元的浓 度均不随时间而变,则体系达到相平衡。 实际上相平衡是一种动态平衡,从系统内部来看,分子和原 子仍在相界处不停地转换,只不过各相之间的转换速度相同。 若体系内不发生化学反应,则相平衡的热力学条件是各组元 在各相中的化学位相等

相图（平衡图、状态图）：平衡条件下，合金的相状态与温 度、成份间关系的图形。是制订熔炼、铸造、热加工及热处理 工艺的重要依据。 根据组元数, 分为单元系相图、二元相图和三元相图。 4.1 相、相平衡及相图制作 4.1.1 相平衡与相律 在指定的温度和压力下，若多相体系的各相中每一组元的浓 度均不随时间而变，则体系达到相平衡。 实际上相平衡是一种动态平衡，从系统内部来看，分子和原 子仍在相界处不停地转换，只不过各相之间的转换速度相同。 若体系内不发生化学反应，则相平衡的热力学条件是各组元 在各相中的化学位相等

相律是表示在平衡条件下,系统的自由度数、组元 数和平衡相数之间的关系式。 自由度数f是指在不改变系统平衡相的数目的条件下, 可以独立改变的,影响系统状态的因素(如温度、压力、 平衡相成分)的数目。 变压下:仁=cp+2 恒压下:f=cp+1 c:组元数。C=1,单元系统;c=1,单元系统; C=3,三元系统。 p:相数。 由公式可知:fmn= C-p+1 故:pmax=c-mn+1=c0+1

相律是表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元 数和平衡相数之间的关系式。 自由度数f是指在不改变系统平衡相的数目的条件下， 可以独立改变的，影响系统状态的因素(如温度、压力、 平衡相成分)的数目。 变压下：f=c-p+2 恒压下：f=c-p+1 c：组元数。C=1，单元系统；C=1，单元系统； C=3，三元系统。 p：相数。 由公式可知： fmin=c-pmax+1 故：pmax=c-fmin+1=c-0+1

412相图的表示 温度六 单元系:单元系成分不变,恒压下只 有温度可变,故相图由一根温度纵坐标 1538Tm 轴组成。 a-Fe 1394A4 二元系:二元系恒压下有一个独立可 变的成分变量和一个温度变量,故相图 .Fe 有一根成分横坐标轴和一根温度纵坐标 912+A3 轴组成平面图。 768}A2a-FE 元系:三元系恒压下有两个独立可 变的成分变量和一个温度变量,故相图 有两根成分横坐标轴和一根温度纵坐标 轴组成立体图。 恒压下纯铁的相图

4.1.2 相图的表示 单元系：单元系成分不变，恒压下只 有温度可变，故相图由一根温度纵坐标 轴组成。 二元系：二元系恒压下有一个独立可 变的成分变量和一个温度变量，故相图 有一根成分横坐标轴和一根温度纵坐标 轴组成平面图。 三元系：三元系恒压下有两个独立可 变的成分变量和一个温度变量，故相图 有两根成分横坐标轴和一根温度纵坐标 轴组成立体图。 恒压下纯铁的相图

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。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 二元相图中的成分按国家标准有两种表示法 ①质量分数(w) R AA R BB Rx+R BB Rx +R BB ②摩尔分数(x): WR WB/RE /R4+。/R B /R+W/R 式中:OA、O分别为A、B组元的质量分数;xA、x分别为A、 B组元的摩尔分数,RA、R9分别为A、B组元的相对原子质量。 并且oA+0B-1(或100%),x+x1=1(或100%)

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。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。 二元相图中的成分按国家标准有两种表示法： ①质量分数（w）： ②摩尔分数（x）： 式中：ωA、ωB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。 并且ωA+ωB=1（或100％），xA+xB=1（或100％）。 , A A B B A B A A B B A A B B R x R x w w R x R x R x R x = = + + / / , / / / / A A B B A B A A B B A A B B w R w R x x w R w R w R w R = = + +

本课程中相图的成分,若未给出具体的说明,均以质量分 数示之。 若二元相图中的组元A和B为化合物,则以组元A(或B)化 合物的相对分子质量MA(或M3)取代上式中组元A(或B) 的相对原子质量RA(或R),以组元A(或B)化合物的分子 质量分数来表示上式中对应组元的原子质量分数,即可得到 化合物的摩尔分数表达式。这种摩尔分数表达方式在陶瓷二 元相图和高分子二元相图中较普遍使用

本课程中相图的成分，若未给出具体的说明，均以质量分 数示之。 若二元相图中的组元A和B为化合物，则以组元A（或B）化 合物的相对分子质量MrA（或MrB）取代上式中组元A（或B） 的相对原子质量RA（或RB），以组元A（或B）化合物的分子 质量分数来表示上式中对应组元的原子质量分数，即可得到 化合物的摩尔分数表达式。这种摩尔分数表达方式在陶瓷二 元相图和高分子二元相图中较普遍使用

413相图的建立 方法:实验法和计算法。 实验法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

4.1.3 相图的建立 方法：实验法和计算法。 实验法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

由凝固开始温度 用热分析建立CuNi相图 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, 时间 w(Ni)% 以达到热力学的平 (a)冷却曲线 (b)相图 衡条件,一般控制 在每分钟05 015℃之内。 用热分析法建立CuN相图

用热分析法建立 Cu-Ni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

二元相图中的相区 单相区:=2-1+1=2,可独立改变温度和成分 两相区:f=1,温度和成分中只有一个独立变量, 三相共存:=0,三个平衡相的成分和温度都不 变,属恒温转变,—在相图上表示为水平线, 称为三相水平线

二元相图中的相区 单相区：f＝2-1+1=2，可独立改变温度和成分 两相区：f=1，温度和成分中只有一个独立变量， 三相共存： f＝0，三个平衡相的成分和温度都不 变，属恒温转变，——在相图上表示为水平线， 称为三相水平线

42二元匀晶相图 由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 L<→a 两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图 称二元匀晶相图。 几乎所有的二元相图都包含有匀晶转变部分 4.21相图分析

4.2 二元匀晶相图 由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 两组元在液态和固态下均无限互溶时所构成的相图 称二元匀晶相图。 几乎所有的二元相图都包含有匀晶转变部分。 4.2.1 相图分析 L 