相图的建立及匀晶相图分析.ppt

本章知识结构 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： ①质量分数（w）： ②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。 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）。 临界点：物质结构状态发生本质变化的相变点。 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。 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。 热分析法建立二元合金相图的步骤 将给定两组元配制成一系列不同成分的合金； 将它们分别熔化后在缓慢冷却的条件下，分别测出它们的冷却曲线； 找出各冷却曲线上的相变临界点（曲线上的转折点）； 将各临界点注在温度——成分坐标中相应的合金成分线上； 连接具有相同意义的各临界点，并作出相应的曲线； 用相分析法测出相图中各相区（由上述曲线所围成的区间）所含的相，将它们的名称填入相应的相区内，即得到一张完整的相图。 由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变。 两组元在液态无限溶解，在固态无限固溶，并且发生匀晶反应的相图，称为匀晶相图。 点：相图中Ta，Tb点分别为纯组元Cu，Ni的熔点。 线：TaTb凸曲线为液相线。各不同成分的合金加热到该线以上时全部转变为液相，而冷却到该线时开始凝固出α固溶体。 相区：在TaTb凸曲线以上为液相的单相区，用L表示；在TaTb凹曲线以下为固相的单相区，用α表示；α是Cu-Ni互溶形成的置换式无限固溶体。在 TaTb凸曲线和TaTb凹曲线之间为液、固两相平衡区，用L+α表示。 平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。 当合金缓慢冷却至L1点以前时，均为单一的液相; 冷却到L1点时，开始从液相中析出α固溶体，冷却到a3点时，合金全部转变为α固溶体; 若继续从a3点冷却到室温，为单一的α固溶体。 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。 （１）异分结晶 固溶体合金结晶时所结晶出的固相成分与液相成分不同，这种结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶称为异分结晶，或称选择结晶。 （２）固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围 固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围内进行，在此温度范围内的每一温度下，只能结晶出一定数量的固相。 随着温度的降低，固相的数量增加，同时固相和液相的成分分别沿着固相线和液相线而连续地改变，直至固相的成分与原合金的成分相同时，才结晶完成。 ①??? 相同点：基本过程：形核－长大； 热力学条件：⊿T>0； 能量条件：能量起伏； 结构条件：结构起伏。 ② 不同点：合金在一个温度范围内结晶 可能性：相律分析； 必要性：成分均匀化。 合金结晶是异分结晶：需成分起伏。 平衡分配系数：在一定温度下，固、液两平衡相中溶质浓度的比值。 本节要点 概念：匀晶转变、平衡凝固 匀晶相图的分析 固溶体的凝固过程 平衡凝固时固相的溶质分布 形核→相界平衡→扩散破坏平衡→长大→相界平衡 下节内容：共晶相图及其合金凝固 二元合金相图的坐标系为 A 压力—温度；B 压力—成分；C 温度—成分。 思考题 ?答案：C 单元系相图一般采用“压力—温度”坐标系统，二元系相图则采用“温度—成分”坐标系统。 2.杠杆定律仅适用于平衡相图的二相区。 是 否 思考题 ?答案：A ?杠杆定律只能在平衡相图的二相区应用。 思考题 ?答案：A ?匀晶合金的室温组织为单相固溶体，即使是非平衡凝固的匀晶合金也是如此。 3. 匀晶合金的室温组织为单相固溶体。 是 否 * * 二元合金相图的建立 相图分析 二元相图的分析和使用 匀晶相图及固溶体的凝固 共晶相图及合金的凝固 包晶相图及合金的凝固 其他类型的二元合金相图 合金中的相及相结构 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 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 在平