固体材料的热力学状态自由能相图相和组织.pptxVIP

;第6章 固体材料的热力学状态： 自由能、相图、相和组织;第六章 固体材料的热力学状态;;;△U= Q+W 或 du=δQ+δw(以系统为主);Ⅰ律是能量平衡关系,不能判断能否反应, 过程的 方向及限制 需用热力学Ⅱ律。;;;;6.1.4 材料系统的化学势;?G; 6.1.5 材料系统中的热力学平衡与相平衡;6.2 材料系统影响自由能的因素;③ 临界温度Tc时（如图中Tt，Tm）：△G=0。不能发生转变，须有△T即过冷或过热，对应的△G即相变驱动力。 SiO2的同素异构转变;② △Hm取决于原子间互作用，其正、负取决于互作用能： ΩAB =;6.3 材料中的相组成; 6.3.2 材料组成的几个相关概念 ●组元：组成材料最基本独立的物质。金属材料多为纯 金属，陶瓷材料多为化合物 。 ●相：具有同一化学成分且结构相同的均匀部分（物、 化性质相同）。 相即材料存在的状态。相/相之间有明显界面（相界）。 例1：冰浮在水面上，形成液、固、气三相（组成均为H2O） 例2：物质三态：气相总为单相；液相多为单相，差异大时多相（如水与油）；固态可为一个相（单相奥氏体），多相更常见（由铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）二相的复合体（珠光体））。;; ;●组成： ①晶相：氧化物（Al2O3等）、含氧酸盐（硅酸盐等）、碳化物（SiC、WC等），决定材料性能的是主晶相。 ;●ABS 塑料：苯乙烯+丙烯腈+丁二烯 兼顾三组分（相）的共同性能，具有“坚韧，质硬， 刚性好”的特点。 ●复合材料：基体相+增强相 基体相：金属、陶瓷、石墨等 增强相：碳纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维、晶须。; 6.4 材料中的热力学Ⅰ; （1） 相图的表示和内涵 相图又称状态图或平衡图，是用图解方式描述处于热力学平衡状态下材料的成分、相和外界条件之间的相互关系。相图遵循相律（组元数、相数与自由度的关系）。 混合相的相对量计算遵从杠杆定律。 ;6.5.1 一元相图（单元系） ★ 二变数（P，T）：P—T系（成分不变），如H2O、碳。 ★ 单变数T（固定P）：如Fe ，α-Fe→γ-Fe→δ-Fe→L; 陶瓷材料:NiO-MgO匀晶相图和SiO2-Al2O3相图 L+Al2O3（固）→Mullite（莫来石，SiO2-60％molAl2O3） （1828℃） 包晶反应 L→SiO2（固）+莫来石（固） （1587 ℃ ） 共晶反应 Fe-Fe3C相图： L+δ-Fe→A（奥氏体，高塑性） 包晶反应（1495℃） L→A+Fe3C 共晶反应（1148℃） 生成粗大莱氏体，极脆； A→α-Fe（F）+Fe3C 共析反应（727℃） 生成片层状珠光体，较好强度和塑性。; 6.6.1 单相多晶体的组织与性能 ◆单相固溶体 性能：一般塑性很好，但强度较低；且性能随成分连续变化。 ◆单相多晶体描述 晶粒大小：常用直径来表示，工程上用ASTM晶粒度 评级，一般细晶粒材料性能好。 晶粒形状：分等轴晶（各方向尺寸大致相等）,片状晶(某方向拉长,各向异性),以及择优取向晶（晶粒位向沿某方向,各向异性）三类。 晶粒取向：取向是任意的，特殊情况下也有方向性。; 6.6.2 多相材料的组织与性能 ◆多相组织： 基体+第二、三相（另一种固溶体或强化相）。 ◆两相合金的组织特征： ①固溶体+固溶体，如双相黄铜，数量相近、均布、性能为加权平均,具有一定强度、较好塑韧性。 ②固溶体+化合物（少量，强化相），第二相有多种形态，对性能影响大。;◆具体影响： ①第二相大小：同数量下，细小的强化效果好， 且对韧性、塑性 伤害小。 ②第二相形状：球粒状优于片层状；若粗大针状或片状，则极脆。 ③第二相分布：均布最佳；若呈连续分布尤其呈晶界网络，则性 能恶化。 图6-24 ④第二相数量：性能连续变化，有的符合混合法则；有的不符