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文檔簡介
1、材料科學(xué)基礎(chǔ)三元相圖第1頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四必要性:工業(yè)材料為多元合金 本章主要內(nèi)容: 1. 三元相圖的表達(dá)方式,使用方法 2幾種基本的三元相圖立體模型 3各種等溫截面,變溫截面及各相區(qū)在濃 度三角形上的投影圖 4典型合金的凝固過程及組織,各種相變過程及相平衡關(guān)系。第2頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四一、三元相圖的成分表示法 1濃度等邊三角形:三個(gè)頂點(diǎn)為純組元,三條邊為二元合金,三角形內(nèi)任一點(diǎn)為三元合金 第3頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四一三元相圖的成分表示法:等腰三角形第4頁,共66頁,2022年,5月20
2、日,4點(diǎn)30分,星期四一三元相圖的成分表示法:直角坐標(biāo)系第5頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四3濃度三角形中特殊線: 3.1 平行濃度三角形任一邊的直線 3.2 從濃度三角形的一個(gè)頂點(diǎn)到對邊的任意直線第6頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四二、杠桿定律及重心法則 單相平衡勿須計(jì)算,四相平衡無從計(jì)算1兩相平衡:杠桿定律 共線法則:三元合金中兩相平衡時(shí)合金成分點(diǎn)與兩平衡相成分點(diǎn)在濃度三角形的同一直線上 杠桿定律表達(dá)式%=EO/DE100%,=OD/DE100%注意:當(dāng)一個(gè)合金O在液相的凝固過程中,析出相成分不變時(shí),液相成分一定沿相成分點(diǎn)與O點(diǎn)連線延長線變化
3、。第7頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四2三相平衡重心法則(重量三角形重心)x,y,z分別為,成分點(diǎn),則%=oa/ax100%,=ob/by100%,%=oc/cz100%第8頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四三、勻晶三元相圖 1立體模型 液相區(qū),固相區(qū),液、固兩相區(qū) 第9頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四勻晶三元相圖-合金凝固過程及組織a.平衡凝固b.蝶形法則:如圖 勻晶合金凝固中相成分變化 ,凝固中固、液相成分沿固相面、液相面呈曲線變化,每一個(gè)溫度下的固、液相成分連線在濃度三角形中投影呈蝴蝶狀第10頁,共66頁,2022年,
4、5月20日,4點(diǎn)30分,星期四3勻晶三元系的等溫截面 第11頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四勻晶三元系兩相區(qū)中的共軛線,等溫截面中兩相區(qū)平衡兩相的成分連線共軛線的確定:實(shí)驗(yàn)確定,測定兩平衡相中任一相的一個(gè)組元含量第12頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四 等溫截面作用勻晶三元系等溫截面作用:該溫度下三元系中各合金的相態(tài) 2杠桿定律計(jì)算平衡相的相對量 3反映液相面、固相面走向和坡度,確定熔點(diǎn)、凝固點(diǎn) 第13頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四勻晶三元系變溫截面:某合金不同溫度下狀態(tài)分析合金的相變過程 第14頁,共66頁,2022年,
5、5月20日,4點(diǎn)30分,星期四四、簡單三元共晶相圖 1立體模型: 簡單三元共晶相圖模型3個(gè)初晶液相面,3條單變量線或二元共晶線, 一個(gè)三元共晶點(diǎn), 三相區(qū)開始面,結(jié)束面, 第15頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四第16頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四各相區(qū)在濃度三角形上的投影圖第17頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四簡單三元共晶中共晶點(diǎn) 3.二元共晶成分的確定 F4-14 二元共晶成分的確定共晶成分在變化,切線法確定第18頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四簡單三元共晶結(jié)晶過程 如圖x合金LA,LA+B,L
6、A+B+C第19頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四2合金的凝固過程和組織第20頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四簡單三元共晶 4 簡單三元共晶的等溫截面 二相區(qū):共軛線,三相區(qū):三角形,三個(gè)頂點(diǎn)代表成分點(diǎn)第21頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四 5簡單三元共晶的變溫截面:平行于濃度三角形一邊的變溫截面cd ,合金x的結(jié)晶過程:LB,LA+B,LA+B+C, 練習(xí):分析p-f之間合金的結(jié)晶過程第22頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四簡單三元共晶的變溫截面:通過頂點(diǎn)的變溫截面,注意:不能用杠桿定律,F(xiàn)4-17中
7、A1g1 非四相平衡 第23頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四五、固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖1 固態(tài)有限溶解三元共晶立體模型三個(gè)液相面,三個(gè)固溶體相面,一個(gè)三元共晶固相面 三個(gè)二元共晶完畢固相面, 三組二元共晶開始面第24頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖固態(tài)有限溶解三元共晶三組六個(gè)固溶度面 :三條同析線及構(gòu)成的一個(gè)同析臺第25頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四固態(tài)有限溶解三元共晶各相區(qū)在濃度三角形上的投影圖第26頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四第27頁,共66頁,2022年,5
8、月20日,4點(diǎn)30分,星期四固態(tài)有限溶解的三元共晶凝固過程2固態(tài)有限溶解三元共晶合金的凝固過程和組織合金IV L,L+,合金VI:L,L + , L+ 同析反應(yīng) 第28頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四固態(tài)有限溶解三元共晶合金的凝固過程和組織2 3 4 第29頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四 3固態(tài)有限溶解三元共晶合金的等溫截面 第30頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四 4固態(tài)有限溶解三元共晶合金的變溫截面 xy變溫截面x1:L+,L+x2:L,L+x3:L,L+,L+x4:L,L+, x5:L,L+, 第31頁,共66頁,2
9、022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四OP變溫截面第32頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四六、有包共晶反應(yīng)的三元相圖 1立體模型 包共晶反應(yīng) L+AM+C4個(gè)液相面5條單變量線三相平衡反應(yīng)開始面與結(jié)束面(二元共晶結(jié)束與四相面重合)第33頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四二元包晶反應(yīng)開始面,結(jié)束面 2個(gè)水平面,2個(gè)四相平衡點(diǎn)第34頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四2合金的凝固過程和組織各點(diǎn)合金的組織如表4-3(表中nmp區(qū)需修正)如合金I:LA剩余液相交np于n1:L+AM至n2點(diǎn),A消失,LM液相沿e1E:LM+B 液相成分在
10、E點(diǎn):LM+B+C第35頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四第36頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四3等溫截面 第37頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四4。變溫截面 第38頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四x合金結(jié)晶:LA,L+AM,LM,LM+C,LM+B+C y合金結(jié)晶:LA,L+AM,L+AM+C,LM+C,LM+B+C 5固相有固溶度時(shí)的包共晶 包共晶:L+PMd1+c1包晶反應(yīng) LEMd2+b+c2d1d2,c2c1為M+二元共晶結(jié)束面投影x合金凝固過程: L, 液相與np接觸,L+M, 至P點(diǎn)LP
11、+aMd1+c1,消失多余液相發(fā)生LM+結(jié)束第39頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四七、有三元包晶反應(yīng)的三元相圖 1空間模型(可以與有固溶度三元共晶比較)三個(gè)液相面 三個(gè)單相固相面一個(gè)三元包晶 反應(yīng)水平面一組二元共晶 開始、結(jié)束面兩組二元包晶 反應(yīng)開始、結(jié)束面六個(gè)單相固度面 七、 三元包晶相圖第40頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四三元包晶第41頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四由二元相圖推斷三元包晶相圖第42頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四三元包晶相圖: 濃度三角形的上投影圖第43頁,共66頁,2022
12、年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四八、形成穩(wěn)定化合物的三元相圖 1形成一個(gè)穩(wěn)定二元化合物的三元相圖 特殊截面第44頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四2.形成一個(gè)穩(wěn)定三元化合物的三元相圖及簡化 第45頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四3.形成幾個(gè)穩(wěn)定化合物的三元相圖及簡化 兩種劃分法:CX及BY , 正確的劃分:檢查W的成分第46頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四九、三元相圖分析法總結(jié)-兩相平衡-等溫截面-成分變化:蝶形規(guī)則,共軛線:可用杠桿定律第47頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四三元相圖分析法總結(jié)-兩相
13、平衡之變溫截面-判定轉(zhuǎn)變溫度范圍和相轉(zhuǎn)變過程,不能用杠桿定律。第48頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四2三元相圖分析法總結(jié)-三相平衡-等溫截面:直邊三角形,三頂點(diǎn)為相成分點(diǎn),可用重心法則 第49頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四三元相圖分析法總結(jié)-三相平衡變溫截面:曲邊三角形或多邊形 第50頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四三元相圖分析法總結(jié)-三相平衡-三相反應(yīng)的判定: 1. 變溫截面上 第51頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四2.三元相圖分析法總結(jié)-三相平衡-三相反應(yīng)的判定-:投影圖判斷三相反應(yīng) 液相單變
14、量線穿過兩旁固相成分點(diǎn)連線的為二元共晶型,而單變線穿過兩旁固相成分點(diǎn)連線延長線為二元包晶反應(yīng),且靠近單變線的為生成相第52頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四3三元相圖分析法總結(jié)-四相平衡反應(yīng)類型判斷-液相面投影圖: 指向結(jié)點(diǎn)單變量線數(shù)為產(chǎn)物數(shù)第53頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四3三元相圖分析法總結(jié)-四相平衡變溫截面:根據(jù)水平線上、下方三相區(qū)判斷(見實(shí)例)第54頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四 4三元相圖截面圖上相區(qū)接觸法則 相數(shù)差為1的兩相鄰相區(qū)線段為界,差大小1或等于零的為點(diǎn)接觸等溫截面上單相區(qū)邊界線走向 第55頁,共6
15、6頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四十、三元相圖實(shí)例- 1Pb-Sn-Bi系,單變量線的反應(yīng)及四相平衡點(diǎn)的反應(yīng) 第56頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四第57頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四 2Al-Cu-Mg系 (a)固相面投影圖 (b)不同溫度下固溶度變化第58頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四Al-Cu-Mg合金熱處理依據(jù) 第59頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四3.W-C-Co系 -液相面投影圖,四相反應(yīng)部分第60頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四W-C-Co系變溫截面:分析 W-Co硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝第61頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四相圖示例-4MgO-Al2O3-SiO2系 四相平衡反應(yīng)第62頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四 5Fe-Cr-C系- 三相區(qū)1-6- 及四相平衡轉(zhuǎn)變第63頁,共66頁,2022年,5月20日,4點(diǎn)30分,星期四Fe-Cr-C系三相區(qū) 1-61:L+ 2:L+C1 3:+C24:+C1C25:+C1 6:+C1C31215364第64
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