第二章相图基础 冶金反应多发生在不同的相组成的复杂体系中,对这种复杂体系的分子与研究需借助 于相平衡、相律和相图的基础知识 2.1相律初步 相律中的几个基本概念 相个相是指体系中性质和成份均匀一致的一部分物质。体系中具有同一性质,但彼 此分开的均匀部分,仍然被认为是相同的相。随温度和成份的变化,一个相可能转化为另 个相。 组元任一给定的体系中所包含的一系列不同的元素或稳定的化合物称为组元或组分。可 独立变化而不影响体系其它性质的组元称为独立组元 自由度为了完全确定体系所必须的独立变量数称为自由度数。换句话说,所谓自由度 是指在不改变体系中相的数目的条件下,可在一定范围内独立改变的影响系统状态的内部 和外部因素(如温度、压力、成份等)的数目,即每一给自由度对应一个变量(影响系 态的因素),且与其它变量无关,在改变其数值时不改变体系中存在的相的数目
第二章 相图基础 冶金反应多发生在不同的相组成的复杂体系中，对这种复杂体系的分子与研究需借助 于相平衡、相律和相图的基础知识。 2．1 相律初步 一、 相律中的几个基本概念 相 一个相是指体系中性质和成份均匀一致的一部分物质。体系中具有同一性质，但彼 此分开的均匀部分，仍然被认为是相同的相。随温度和成份的变化，一个相可能转化为另 一个相。 组元 任一给定的体系中所包含的一系列不同的元素或稳定的化合物称为组元或组分。可 独立变化而不影响体系其它性质的组元称为独立组元。 自由度 为了完全确定体系所必须的独立变量数称为自由度数。换句话说，所谓自由度数 是指在不改变体系中相的数目的条件下，可在一定范围内独立改变的影响系统状态的内部 和外部因素（如温度、压力、成份等）的数目，即每一给自由度对应一个变量（影响系统 状态的因素），且与其它变量无关，在改变其数值时不改变体系中存在的相的数目
相律 相律是体系平衡条件的数学表示式它表示了一个体系中自由度、组元数和相数之间的 关系。 设体系有C个独立组元,有P个相,则体系的自由度数F可表示为 F=C-P+2 其中2是体系的压力和温度两个因素 对冶金过程而言,由于所研究的体系一般都是由凝聚相组成的,压力的影响很小,所 以相律可表示为 F=C-P+1 相律只适合平衡过程。对非平衡过程,可能会出现与相律不符的情况
一、 相律 相律是体系平衡条件的数学表示式它表示了一个体系中自由度、组元数和相数之间的 关系。 设体系有 C 个独立组元，有 P 个相，则体系的自由度数 F 可表示为 F=C-P+2 其中 2 是体系的压力和温度两个因素。 对冶金过程而言，由于所研究的体系一般都是由凝聚相组成的，压力的影响很小，所 以相律可表示为 F=C-P+1 相律只适合平衡过程。对非平衡过程，可能会出现与相律不符的情况
2.2二元相图 相图是用图解的方法表示体系中成份、温度与存在相的关系,指出温度和成份变化时, 在体系中出现的相的变化。和相律一样,相图表示的是平衡时的体系状态。在许多实际情 况下,没有足够的时间完成平衡过程,会使体系偏离平衡状态,但其相变趋势等是-致的 如过程进行的很慢,可以近似按平衡相图分析。 复杂相图可看成是简单平衡相图组成的
2．2 二元相图 相图是用图解的方法表示体系中成份、温度与存在相的关系，指出温度和成份变化时， 在体系中出现的相的变化。和相律一样，相图表示的是平衡时的体系状态。在许多实际情 况下，没有足够的时间完成平衡过程，会使体系偏离平衡状态，但其相变趋势等是一致的。 如过程进行的很慢，可以近似按平衡相图分析。 复杂相图可看成是简单平衡相图组成的
Li+acr 2200 L+C 2130 2065 aCS+C L1 acrS+Ci as CS, +3 CIS+C Litas L1+a方英 l400 1455 1250 acs a鳞石英+acs Cr 1210 CrS+C Cr 鳞石英+BcS 870 C a石英+pCS 575 yC,S+C CI B石英+BCS ' s cs Caz
从冷却过程看,相变反应可分为两种基本类型 (1)分解类型 共晶反应:由液相分解为两个固相。固相可能是纯组元,也可能是固溶体或化合物。 共析反应:由固溶体或固体化合物分解成两个固相的反应。 单晶反应:即由一液相分解成一个固相和另一组成的液相。 (2)化合类型 包晶反应:即液相与固相化合成为另一固相 包析反应:由两个固相化合成另一固相
从冷却过程看，相变反应可分为两种基本类型： （1） 分解类型 共晶反应：由液相分解为两个固相。固相可能是纯组元，也可能是固溶体或化合物。 共析反应：由固溶体或固体化合物分解成两个固相的反应。 单晶反应：即由一液相分解成一个固相和另一组成的液相。 （2） 化合类型 包晶反应：即液相与固相化合成为另一固相； 包析反应：由两个固相化合成另一固相
二元相图的组成规则及杠杆规则 组成规则和杠杄规则是二元相图极为重要的规则。组成规则能解答出在某一温度下, 两相区中的某一相是什么相?其各自的化学组成是什么?而杠杆规则能解答出两个相的 重量各是多少? 1.组成规则 在某温度下欲求两相区中两个相的组成,则先对应于该温度画一条平行于横坐标的横线 横线与两相区的界限相交的两个点所对应的组成即为两个相的组成。 杠杆规则 设Ws为杠杆重量,W1为液相重量,W为体系的总重量,当固相与液相平衡并共存时, 此两相区中的总重量为 Wt 那么各为多少呢?可用杠杆规则求之
一、 二元相图的组成规则及杠杆规则 组成规则和杠杆规则是二元相图极为重要的规则。组成规则能解答出在某一温度下， 两相区中的某一相是什么相？其各自的化学组成是什么？而杠杆规则能解答出两个 相的 重量各是多少？ 1. 组成规则 在某温度下欲求两相区中两个相的组成，则先对应于该温度画一条平行于横坐标的横线， 横线与两相区的界限相交的两个点所对应的组成即为两个相的组成。 2. 杠杆规则 设 WS 为杠杆重量，Wl为液相重量，Wt 为体系 的总重量，当固相与液相平衡并共存时， 则此两相区中的总重量为 Wt=Ws+Wl 那么各为多少呢？可用杠杆规则求之
2.3三元相图有关表示方法和规则 23.1三元系浓度三角形 为了表示三元系的组成,常用罗策布浓度三角形表示。 罗策布浓度三角形我示 罗策布浓度三角形也是一等边三角形,所根据的定理是:由等边三角形内任意一点, 分别向三条边作平行线,按顺时针方向或逆时针方向读取平行线在各边所截取之三条线段 条线段之和等于该等边三角形任一边之长,即为常数。这样,只要把三角形的每一条边 分为100等分,每一等分即代表1%浓度,每个顶点其组元浓度为100%,即纯组元
2．3 三元相图有关表示方法和规则 2．3．1 三元系浓度三角形 为了表示三元系的组成，常用罗策布浓度三角形表示。 罗策布浓度三角形也是一等边三角形，所根据的定理是：由等边三角形内任意一点， 分别向三条边作平行线，按顺时针方向或逆时针方向读取平行线在各边所截取之三条线段， 三条线段之和等于该等边三角形任一边之长，即为常数。这样，只要把三角形的每一条边 分为 100 等分，每一等分即代表 1%浓度，每个顶点其组元浓度为 100%，即纯组元
23.2浓度三角形的性质及规则 (1)等含量规则 在浓度三角形ABC中任一直线,当其平行于三角形中某一边时,则在该直线上任一点 对应定点组元的浓度是相等的。在图25中,当E’∥BC时,则在EE线上诸物系点对 顶点组元A的含量是相等的,均为a%;当G’∥AC时,则在G线上诸物系点中组元B的 含量是相等的,均为b%:当FF∥AB时,则在F线上各物系点中组元C的含量相等, 为 % % 图25等上量则示意用 图26定比例烟则录意
2．3．2 浓度三角形的性质及规则 （1）等含量规则 在浓度三角形 ABC 中任一直线，当其平行于三角形中某一边时，则在该直线上任一点 对应定点组元的浓度 是相等的。在图 2-5 中，当 EE′∥BC 时，则在 EE 线上诸物系点对应 顶点组元 A 的含量是相等的，均为 a%；当 GG′∥AC 时，则在 GG 线上诸物系点中组元 B 的 含量是相等的，均为 b%；当 FF′∥AB 时，则在 FF 线上各物系点中组元 C 的含量相等，均 为 c%。 图 2-5 图 2-6
(2)定比例规则 通过浓度三角形某一顶点到对边的任意直线,如图2-6中直线Ag,直线上各物系点中 所含两个顶点所表示的组元的量之比是一定的。在图所示的情况下,有下述关系: c1%/b1=c2%/b2=c3/b3=……=常数 这一关系符合相似四边形的原理。 (3)背向原理 在冷却过程中,液相组成随温度变化而变化,但其方向总是背向析出组元A的方向 这就是所谓的背向规则。 TP(C) 图27二元系背向则示意图 图28三元系背向则示意图
（2）定比例规则 通过浓度三角形某一顶点到对边的任意直线，如图 2-6 中直线 Ag，直线上各物系点中 所含两个顶点所表示的组元的量之比是一定的。在图所示的情况下，有下述关系： c1%/b1=c2%/b2=c3/b3=……=常数 这一关系符合相似四边形的原理。 （3）背向原理 在冷却过程中，液相组成随温度变化而变化，但其方向总是背向析出组元 A 的方向。 这就是所谓的背向规则。 图 2-7 图 2-8
(4)直线规则 将二元系的杠杆规则推广到三元系,则成为直线规则和重心规则。在图2-9所示的浓 度三角形ABC内,任取两个三元系物物点,它们可能是单相的或多相的混合物。当由a和b 混合成另一新组元c时,那么c应位于浓度三角形中a和b的连线上。这就是直线规则。 (5)重心规则 所谓重心规则是指在浓度三角形ABC内,当由物系点E,D和F构成一新的物系点M 时,则M必落在三角形EDF的“重心”上,字重心是物理重心。用重心规则可确定出物系 点M的化学组成和相组成。 M 图 29线斯玉意 图2-10:重心妮则确定组成示堂图
（4）直线规则 将二元系的杠杆规则推广到三元系，则成为直线规则和重心规则。在图 2-9 所示的浓 度三角形 ABC 内，任取两个三元系物物点，它们可能是单相的或多相的混合物。当由 a 和 b 混合成另一新组元 c 时，那么 c 应位于浓度三角形中 a 和 b 的连线上。这就是直线规则。 （5）重心规则 所谓重心规则是指在浓度三角形 ABC 内，当由物系点 E，D 和 F 构成一新的物系点 M 时，则 M 必落在三角形 EDF 的“重心”上，字重心是物理重心。用重心规则可确定出物系 点 M 的化学组成和相组成。 图 2-9 图 2-10