海南大学：《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）Chapter 5 相图 5.2 二元相图 Binary phase diagrams

基本概念 组元Component:指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的 物质，有确定的熔点，不会转化为其他组成物，是组成一个系统 的基本单元，例如，单质（元素)、化合物 合金Ay:指由两个或两个以上元素或化合物（组元），按不同 比例配制的一系列不同成分的材料体系 相Phase:是指具有相同的状态（气、液、固）、相同的物理与化 学性能，以及成分和结构，并与其它部分以界面分开的均匀区域 相区Phase region:相图中代表不同相的状态的区域，可分为单相 区和双相区。单相区中液相一般以L表示，当有几个固态单相区 时，则由左向右依次以α，B,Y等符号表示。在两个单相区之间有 对应的两相区存在 海南大学材料科学写工程基础电子教案

组元 Component：指组成合金的最简单、最基本、能够独立存在的 物质，有确定的熔点，不会转化为其他组成物，是组成一个系统 的基本单元，例如，单质（元素）、化合物 合金 Alloy：指由两个或两个以上元素或化合物（组元），按不同 比例配制的一系列不同成分的材料体系 相 Phase：是指具有相同的状态（气、液、固）、相同的物理与化 学性能，以及成分和结构，并与其它部分以界面分开的均匀区域 相区 Phase region：相图中代表不同相的状态的区域，可分为单相 区和双相区。单相区中液相一般以L表示，当有几个固态单相区 时，则由左向右依次以α，β，γ等符号表示。在两个单相区之间有 对应的两相区存在 海南大学材料科学与工程基础电子教案

材料组成的层次 组元 相 材料体系 加一点盐 加盐过量 完全溶解 过饱和 纯水 NaC水溶液 NaCI过饱和溶液 相：1个 相：1个 相：2个 组元：H20 组元：H2O、NaCI 组元：HO、NaCl 组元、相的关系 海南大学材料科学与工程基础电子教案

组元 相 材料体系 相：1个 组元：H2O、NaCl 相：1个 组元：H2O 相：2个 组元：H2O、NaCl 纯水 加一点盐 完全溶解 加盐过量 过饱和 NaCl水溶液 NaCl过饱和溶液 组元、相的关系 海南大学材料科学与工程基础电子教案

基本概念 相界线Phase boundaries:在相图上将各相区分隔开的线叫相界线 L ①液相线—其上全为液相，线下有固相出现，可以表示为 L+a ②固相线—其下全为固相，可表示为 ③固溶线一当单相固溶体处于有限溶解时，其饱和溶解度决定于 温度，温度降低，溶解度减少，因此自固溶体中析出第二相，相图 中以固溶线反映这种析出转变 ④水平反应线一在共晶、包晶等类型相图中有水平线，代表在此 恒定温度下发生某种三相反应，也叫三相水平线 ⑤其他相界线—不具有以上特性，仅作为相区分界线的相界线 组织0 rganization:指在显微镜下观察，具有独特形态的组成部分，组 织由相组成，有单相组织和两相组织。 组织区Organization area:指室温下具有不同组织状态的区域 海南大学材料科学与工程基础电子教案

相界线 Phase boundaries：在相图上将各相区分隔开的线叫相界线 ①液相线——其上全为液相，线下有固相出现，可以表示为 ②固相线——其下全为固相，可表示为 ③固溶线——当单相固溶体处于有限溶解时，其饱和溶解度决定于 温度，温度降低，溶解度减少，因此自固溶体中析出第二相，相图 中以固溶线反映这种析出转变 ④水平反应线——在共晶、包晶等类型相图中有水平线，代表在此 恒定温度下发生某种三相反应，也叫三相水平线 ⑤其他相界线——不具有以上特性，仅作为相区分界线的相界线 组织Organization：指在显微镜下观察，具有独特形态的组成部分，组 织由相组成，有单相组织和两相组织。 组织区Organization area：指室温下具有不同组织状态的区域 L L  α L α α  海南大学材料科学与工程基础电子教案

500 400 327.5 A 300 2 液相线 231.9 B a M L+a 183 E L+8 N 200 19 粒线 2 61.9 97.5 a+B 100 Pb 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn Wsn (% 固溶线 海南大学材料科学基础电子教案

液相线 固相线 固溶线 水平反应线

基本概念 相变Phase transformation:随着温度和压力的变化，材料的组成成 分、相会随之变化，发生从一种相到另一种相的转变 凝固Solidification:由液相至固相的转变，如果凝固后的固体是晶 体，则又可称之为结晶 固态相变Solid phase transformation:不同固相之间的转变 海南大学材料科学与工程基础电子教案

相变 Phase transformation：随着温度和压力的变化，材料的组成成 分、相会随之变化，发生从一种相到另一种相的转变 凝固 Solidification：由液相至固相的转变，如果凝固后的固体是晶 体，则又可称之为结晶 固态相变 Solid phase transformation：不同固相之间的转变 海南大学材料科学与工程基础电子教案

相图 Phase diagram 一单元、二元、三元相图 相图：是一个材料系统在不同的化学成分、温度、压力条 件下所处状态的图形表示，也称为状态图。由于相图都是 在平衡条件（极缓慢冷却）下测得的，相图也称为平衡 (状态)相图，是在一定温度、压力和成分条件下热力学 最稳定、吉布斯自由能最低的状态 气相 教相私 1538℃ 1500 &FbCG】 100 Fe(FCC)139Fc 92% a+0 500 u-Fe(BCC) 10100 1010°109 Cu 10 压力atm) 纯Fe相图（温度-压力） C-Ag相图（温度-成分） 三元相图（温度-成分） 海南大学材料科学写工程基础电子教案

纯Fe相图（温度-压力） Cu-Ag相图（温度-成分） 三元相图（温度-成分） 相图：是一个材料系统在不同的化学成分、温度、压力条 件下所处状态的图形表示，也称为状态图。由于相图都是 在平衡条件（极缓慢冷却）下测得的，相图也称为平衡 （状态）相图，是在一定温度、压力和成分条件下热力学 最稳定、吉布斯自由能最低的状态 海南大学材料科学与工程基础电子教案

相图 Phase diagram 一单元、二元、三元相图 ,单组元相图：成分单一的纯物质，由于没有成分的变 化，一般采用温度-压力相图 >合金相图：对于常用的合金相图，因为压力的影响很 小（常规定1个大气压)，不再把压力当作变量考虑，而 采用温度-成分相图 10 气相 教私 2000 538G /&-FeBCC) 1000 rc05r℃ 912 500 u-Fe(BCC) 10 l0 压力〔atn) 纯Fe相图（温度-压力） Cu-Ag相图（温度-成分） 三元相图（温度成分） 海南大学材料科学写工程基础电子教案

Ø单组元相图：成分单一的纯物质，由于没有成分的变 化，一般采用温度-压力相图 Ø合金相图：对于常用的合金相图，因为压力的影响很 小（常规定1个大气压），不再把压力当作变量考虑，而 采用温度-成分相图 纯Fe相图（温度-压力） Cu-Ag相图（温度-成分） 三元相图（温度-成分） 海南大学材料科学与工程基础电子教案

相图提供的信息 √某一成分的合金，在一定温度下，所处的状态、相组成 √合金在冷却过程中，发生了哪些反应或转变，以及其开 始与终了温度 √一定成分的合金，在室温下具有什么样的平衡组织，可 以根据组织与性能的关系，预测材料的性能 √相图与材料的加工工艺性能（如 1000 962℃ 流动性)存在一定的对应关系 900 a 2+ √在新材料研发、材料加工过程 780 600 a+0 中，都起着十分重要的作用 500 10203000607000 A度1 Cu-Ag相图（温度-成分） 海南大学材料科学写工程基础电子教案

ü 某一成分的合金，在一定温度下，所处的状态、相组成 ü 合金在冷却过程中，发生了哪些反应或转变，以及其开 始与终了温度 ü 一定成分的合金，在室温下具有什么样的平衡组织，可 以根据组织与性能的关系，预测材料的性能 ü 相图与材料的加工工艺性能（如 流动性）存在一定的对应关系 ü 在新材料研发、材料加工过程 中，都起着十分重要的作用 Cu-Ag相图（温度-成分） 海南大学材料科学与工程基础电子教案

研究相图的意义 √研制、开发新材料，确定材料成分 √利用相图指定材料生产和处理工艺 √利用相图分析平衡态的组织和推断不平衡态可能的组织变化 √利用相图与性能关系预测材料性能 √利用相图进行材料生产过程中的故障分析 组织结构 相图 加工处理 特性 性能 海南大学材料科学与工程基础电子教案

ü 研制、开发新材料，确定材料成分 ü 利用相图指定材料生产和处理工艺 ü 利用相图分析平衡态的组织和推断不平衡态可能的组织变化 ü 利用相图与性能关系预测材料性能 ü 利用相图进行材料生产过程中的故障分析 组织结构 加工处理 特性 性能 相图 海南大学材料科学与工程基础电子教案

区域熔炼 随着科技的发展，要求有很高纯度的金属，如半 导体材料锗和硅，要求纯度达99.999999%以上， 一般的化学方法难以达到。 培区() 固体，=】 固体() Ks Cs C 培区移动方向 蛋度 C与C分 别表示杂 质在液相 和固相中 的浓度 C Cn C(B)M CBIN 1k1 传)1t 海南大学材料科学基础电子教案

区域熔炼 随着科技的发展，要求有很高纯度的金属，如半 导体材料锗和硅，要求纯度达99.999999%以上， 一般的化学方法难以达到。 l s s C C K  Cs与Cl分 别表示杂 质在液相 和固相中 的浓度