第四章二元相图相图描述物质的状态与温度、压力及成分之间关系的图解作用作用：根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时可能发生的变化。注意：相图仅在热力学平衡条件下成立，不能确定结构、分布状态和具体形貌
1 第四章 二元相图 相图 • 描述物质的状态与温度、压力及成分之间关系的 图解 作用 • 作用：根据相图可确定不同成分的材料在不同温度下组 成相的种类、各相的相对量、成分及温度变化时可能发 生的变化。 注意： • 相图仅在热力学平衡条件下成立，不能确定结构、分布状态和 具体形貌
16001538ID1495*AHNB8(Fo)LN14001394c'L+Y(4.26)/1227'D12001154"L+Fe,C2.08FFY(Fe)/E(2.11)1148C(4.30)1000Y+Fe,C912's3./FeC-G(0.68)800738K770'K7270S(0.77)600a+Fe,Ca(Fo)400230*200oQFe0.51.01.52.02.33.03.54.04.35.05.56.06.56.69wc(%)一Fe-Fe,C相图铁素体的居里温度FeC液相线（计算）一X（Fe22C）转变（计算）---Fe石相图铁-碳相图图5-47
第一节相图的基本知识1.相律由度(1)口二元系恒压相图的相律表达为：数之f=C-P+13相平衡：f=0。在相图上表现为恒温下三个点，(2)也就是三相区。称为零变量平衡或不变平衡。定义因素2相平衡：f=1。两相平衡点的集合构成一对共轭曲线，若要维持两相平衡，当温度改变时，两个平（如衡相的成分随之而变。单相平衡：f=2。即相的温度和成分可以独立改变表达而不改变平衡状态，即单相平衡点的集合构成任意形状的区域
3 第一节 相图的基本知识 1.相律 （1）相律：热力学平衡条件下，系统的组元数、相数和自由度 数之间的关系。 （2）自由度 定义：系统中保持平衡相数不变的条件下， 独立可变的因素 （如温度，压力， 浓度等） 表达式：f=c-p+2 f=c-p+1（压力恒定时）
第一节相图的基本知识（3）应用可确定系统中可能存在的最多平衡相数。如单元系2个，二元系3个。II.可以解释纯金属与二元合金的结晶差别。纯金属结晶恒温进行，二元合金变温进行。2、相图的表示与建立(1)状态与成分表示法状态表示：温度-成分坐标系成分表示：质量分数或摩尔分数例p1164.1.14.1.2
4 （3）应用 第一节 相图的基本知识 I. 可确定系统中可能存在的最多平衡相数。如单元系2个，二元系3个。 II. 可以解释纯金属与二元合金的结晶差别。纯金属结晶恒温进行，二 元合金变温进行。 2、 相图的表示与建立 （1）状态与成分表示法 状态表示：温度－成分坐标系。 成分表示：质量分数或摩尔分数。 例p116 4.1.1 4.1.2
第一节相图的基本知识（2）相图的建立方法：实验法和计算法。（相变时，性质的变化带有突变性）过程：配制合金-测冷却曲线－确定转变温度填入坐标-绘出曲线两线、三区。相图结构：两点、cuCutCac.80%S20%40%60%Ni1500150014004005/单1300130012001200dA1100110010001000900900Ni20406080Cu时间-we(%)a)b)图5-9相图建立的方法原理5
5 第一节 相图的基本知识 （2）相图的建立 方法：实验法和计算法。 (相变时，性质的变化带有突变性） 过程：配制合金－测冷却曲线－确定转变温度－填入坐标－绘出曲线。 相图结构：两点、两线、三区
第一节相图的基本知识r设合金I的总Or质量为1，.1bL+a度A液相的质量为WL'QQ.a固相的质量为WNiwhiOTWa'则:图5-10杠杆定律证明及力学比略Wi + Wa=13、杠杆定律Wi· CL + WaCa=1·C（1）平衡相成分的确定（根据相律，若温度一定，rb× 100%Wi=则自由度为0，平衡相成分随之确定。）ab（2）数值确定：直接测量计算或投影到成分轴测量计算arWa× 100%-ab（3）注意：只适用于两相区：三点（支点和端点）要选准6
6 第一节 相图的基本知识 3、 杠杆定律 （1）平衡相成分的确定（根据相律，若温度一定， 则自由度为0，平衡相成分随之确定。） （2）数值确定：直接测量计算或投影到成分轴测量计算。 （3）注意：只适用于两相区；三点（支点和端点）要选准。 r r
第二节二元匀晶相图1匀晶相图及其分析（1）匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变。（2）匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图（3）相图分析两点：纯组元的熔点：两线：L，S相线：-21b三区:L,α,L+α。L+WNiWNiO
7 第二节 二元匀晶相图 1 匀晶相图及其分析 （1）匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变。 （2）匀晶相图：具有匀晶转变特征的相图。 （3）相图分析 两点：纯组元的熔点； 两线：L, S相线； 三区：L, α, L+α
第二节二元匀晶相图组织可以理解为是2、固溶体合金的平衡结晶一种结合(1)平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程形态。（2）平衡结晶过程分析冷却曲线：结晶过程冷却曲线组织形式1500温度-时间曲线C123+0鑫N②相（组织）与相变a+a（各温区相的类型、相1200L21变反应式、杠杆律应用11001000组织示意图5时间6080CuNi2040Cu, %成分均匀化：
8 第二节 二元匀晶相图 2、 固溶体合金的平衡结晶 （1）平衡结晶：每个时刻都能达到平衡的结晶过程。 （2）平衡结晶过程分析 ① 冷却曲线： 温度－时间曲线 ② 相（组织）与相变 （各温区相的类型、相 变反应式、杠杆律应用）； ③ 组织示意图； ④ 成分均匀化： 组织可以 理解为是 一种结合 形态
第二节二元匀晶相图（3）与纯金属结晶的比较相同点：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：结构起伏不同点：合金在一个温度范围内结晶[可能性：相律分析（恒压条件下，只有T可在一定范围变化）；必要性：成分均匀化。1合金结晶是选分结晶：需成分起伏
9 第二节 二元匀晶相图 （3）与纯金属结晶的比较 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 （恒压条件下， 只有T可在一定范围变化）；必要性：成分均匀 化。] 合金结晶是选分结晶：需成分起伏
选分结晶也称异分凝固，其特点是结晶出的晶体和母液的化学成分不一样，即在结晶过程中，成分和结构同时都发生变化。绝大部分合金特别是实际应用合金的结晶，都属于选分结晶。对于选分结晶的合金来说，由于它的凝固温度随成分而变化，凝固温度处于个温度范围，因此判断这类合金的液体是否过冷时，不但要考虑液体的实际温度，还要考虑液体的实际成分。选分结晶的合金过冷度具有复合的二重性，即一方面是由于温度真正降低而引起的过冷，称之为温度过冷；另一方面是由于液体浓度变化而表现出的过冷，称之为浓度过冷。二者合起来，才是真正对结晶起实际作用的过冷，称之为组成过冷，或本质过冷。组成过冷是影响选分结晶以及结晶后组织的关键性因素之一
选分结晶也称异分凝固，其特点是结晶出的晶体和母液的化学成分 不一样，即在结晶过程中，成分和结构同时都发生变化。绝大部分合金， 特别是实际应用合金的结晶，都属于选分结晶。 对于选分结晶的合金来说，由于它的凝固温度随成分而变化，凝固温 度处于一个温度范围，因此判断这类合金的液体是否过冷时，不但要考 虑液体的实际温度，还要考虑液体的实际成分。选分结晶的合金过冷度 具有复合的二重性，即一方面是由于温度真正降低而引起的过冷，称之 为温度过冷；另一方面是由于液体浓度变化而表现出的过冷，称之为浓 度过冷。二者合起来，才是真正对结晶起实际作用的过冷，称之为组成 过冷，或本质过冷。 组成过冷是影响选分结晶以及结晶后组织的关键性因素之一