《材料科学基础》课程教学资源（PPT课件）第6章 相图 Phase Diagram 6.5 相图热力学

第6章相图Phase Diagram6.1相图的基本知识相与组织、相图与相律6.4三元相图6.2单元相图（Unitphasediagram)(Ternarydiagram)6.2.1纯铁相图6.4.1等边三角形的成6.2.2 SiO,相图分表示法6.2.3聚合物相图6.4.2三元相图中的基6.3二元相图（Binarydiagram）本法则6.3.1匀晶相图与杠杆定律6.4.3三元匀晶相图6.3.2二元共晶相图与共析相图6.4.4固态互不溶解的6.3.3包晶相图与包析相图三元共晶相图6.3.4其他类型二元相图6.4.5三元相图的几何6.3.5二元相图的几何规律及分规律及分析析方法6.4.6典型的三元相图6.3.6铁碳相图6.5相图热力学6.3.7无机材料专业相图

第6章 相图 Phase Diagram 6.1 相图的基本知识 相与组织、相图与相律 6.2 单元相图 (Unit phase diagram) 6.2.1 纯铁相图 6.2.2 SiO2相图 6.2.3 聚合物相图 6.3 二元相图 （Binary diagram） 6.3.1 匀晶相图与杠杆定律 6.3.2 二元共晶相图与共析相图 6.3.3 包晶相图与包析相图 6.3.4 其他类型二元相图 6.3.5 二元相图的几何规律及分 析方法 6.3.6 铁碳相图 6.3.7 无机材料专业相图 6.4 三元相图 (Ternary diagram) 6.4.1 等边三角形的成 分表示法 6.4.2 三元相图中的基 本法则 6.4.3 三元匀晶相图 6.4.4 固态互不溶解的 三元共晶相图 6.4.5 三元相图的几何 规律及分析 6.4.6 典型的三元相图 6.5 相图热力学

3L6.5相图热力学L+βL+a.BaCEDI相图：表述物质成分、环境条件与α.+β平衡相之间关系的图形HGBA/平衡状态：系统吉布斯自由能处于最低所对应的状态相图是相平衡时热力学变量轨迹的几何表达热力学数据实验测定相图相图的测定：二元相图：4000个（81%）（4950):三元相图：8000(5%）（161700）(3921225)四元相图：1000（0.1%）

6.5 相图热力学 相图：表述物质成分、环境条件与 平衡相之间关系的图形。 ✓平衡状态：系统吉布斯自由能处于最低所对应的状态。 实验测定相图 热力学数据 ⚫相图的测定： ⚫二元相图：4000个（81%）（4950）； ⚫三元相图：8000(5%)（161700）。 ⚫四元相图：1000（0.1%）（3921225） 相图是相平衡时热力学变量轨迹的几何表达

V计算法预测相图：依据：吉布斯自由能随成分的变化。成分一→一→可能的相结构一→→计算某一温度下自由能→→合适组成相， 能量最低(平衡态)→一→确定相图的结构。了解内容：？?合金自由能的计算RLAL2？?自由能随成分变化规律L+(53.相平衡原理？？L+0βC0.ED4.相图与吉布斯自由能曲线？？α+βHGAB

✓计算法预测相图： 依据：吉布斯自由能随成分的变化。 ✓成分→→可能的相结构→→计算某一温度下 自由能→→合适组成相，能量最低(平衡态) →→确定相图的结构。 了解内容： 1. 合金自由能的计算 ？？ 2. 自由能随成分变化规律 ？？ 3. 相平衡原理 ？？ 4. 相图与吉布斯自由能曲线 ？？

金展鹏“轮椅教授6中国的霍金7中南大学材料科学与工程学院教授博士生导师1主要从事相图热力学与相变动力学研究。1998年，因颈椎病瘫痪。承担了1项国家“863”课题、3项国家自然科学基金课题，美国通用电气公司合作课题

▪ 中南大学材料科学与工程学院教授, 博士生导师。 ▪ 主要从事相图热力学与相变动力学研究。 金展鹏“轮椅教授”“中国的霍金” ▪ 1998年，因颈椎病瘫痪。 承担了1项国家“863” 课题、3项国家自然科 学基金课题，美国通用 电气公司合作课题

金展鹏“轮椅教授”“中国的霍金首创了在一个试样上测量三元相图整个等温截面的方法，而当时德国科学家做同样的试验却用了52个试样，还没得到想要的相图。这个方法就是后来饮誉世界的“三元扩散偶一电子探针微区成分”分析法，又称“金氏相图测定法”。国际同行称为“中国金”。这一方法已被国外50多种著名杂志的作者引用，为美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、橡树岭国家实验室以及加州大学、俄罗斯科学院、英国皇家学会等科研单位广泛采用

金展鹏“轮椅教授”“中国的霍金” ▪ 首创了在一个试样上测量三元相图整个等温截面 的方法，而当时德国科学家做同样的试验却用了 52个试样，还没得到想要的相图。这个方法就是 后来饮誉世界的“三元扩散偶—电子探针微区成 分”分析法，又称“金氏相图测定法”。国际同 行称为“中国金”。 ▪ 这一方法已被国外50多种著名杂志的作者引用， 为美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、橡树岭国家实 验室以及加州大学、俄罗斯科学院、英国皇家学 会等科研单位广泛采用

1000V6.5.1单元系相图热力学900865?800(0.)775温度720.T汽力A700βC水压Tb1160020406080 LaCe水冰La%O汽TmCe-La相图B.冰T(C)温度(a)(b)P1538KTm液bcelo-Fe30-01394KA4？自由能随温度的变化-Fefcc气相变点？912A3768J2)a-Fe bccT(C)(b）T,P变动（a）只有T变动Fe的相图

6.5.1单元系相图热力学 ？自由能随温度的变化： 相变点 ？

6.5.1单元系相图热力学G(T) = H(T)- TS(T)aHaGCP-SdG=-SdT+VdPaTaTd温度H(L)纯金属汽HGLmH(S)巧水b>T/KTmTmG(L)a冰G(S)(a)G(S)f固相稳定一液相G(L)自由能随温度的变化稳定

6.5.1单元系相图热力学 dG=－SdT+VdP 自由能随温度的变化

6. 5. 2二元相图热力学固溶体自由能(一)回α，β相？？(二)混合相的自由能BT/ALα+β ? ?L+βL+0βCa.DE16001414MgSiL+L+Si度1200α.+β1087946.7L+Mg温GHL+Mg2SiL+Mg,si800638.8Mg2Si+Si649AB1.38Mg+Mg,Si3060708090SiMg20405010Mg-Si相图

6.5.2 二元相图热力学 （一）固溶体自由能 （二）混合相的自由能 α，β相 ？？ α+β ？？

一)[固溶体自由能BTLAL1.固溶体自由能与成分温度的关系L+IBL+d.BaCED设N.和N.为固溶体中A、B的原子数，X和X.为两组元的摩尔浓度，即α+βHGNANBABXA"; XB= NA+NBNA+NBG(x) = G + AGmG0混合前的自由能GO的值由纯组元公式计算出。G°= xAG + XgGg△Gm混合过程中自由能变化AG"=AH"-TAS"V计算混合过程中H、S变化量，计算△Gm变化

1.固溶体自由能与成分温度的关系 设NA和NB为固溶体中A、B的原子数 ， XA和XB为两组元的摩尔浓度，即 G0——混合前的自由能， G0 的值由纯组元公式计算出。 ΔGm——混合过程中自由能变化。 ✓计算混合过程中H、S变化量， 计算ΔGm变化。 （一）固溶体自由能

(1)混合过程中H的变化：△H=QXAXB2=NZ8AA + U BBN为原子数，8=UAB2Z为配位数。混合能参量，形成一个A-B键内能的变化。Q:相互作用参数，A,B原子间作用的大小。8(2)0，A,B原子倾向于偏聚ε(2)0，原子随机分布，理想固溶体

（1）混合过程中H的变化： ：混合能参量，形成一个A-B键内能的变化。 Ω: 相互作用参数， A,B原子间作用的大小。 • (Ω)0, A-B键稳定，A,B原子一般均匀混合。 •  (Ω) 0， A,B原子倾向于偏聚。 •  (Ω) ＝0，原子随机分布，理想固溶体。 N为原子数 ， Z为配位数