材料科學(xué)基礎(chǔ)-三元相圖

三元相圖

三元相圖三元相圖的基本特點(diǎn)為：(1)是三維的立體模型。(2)二元系中可以發(fā)生3相平衡轉(zhuǎn)變，而三元系中的最大平衡相數(shù)為4，三元相圖中的四相平衡區(qū)是恒溫水平面。(3)根據(jù)相律得知，三元系三相平衡時(shí)存在一個(gè)自由度，所以三相平衡轉(zhuǎn)變是變溫過(guò)程，反映在相圖上，三相平衡區(qū)必將占有一定空間，不再是二元相圖中的水平線(xiàn)。1三元相圖基礎(chǔ)二元相圖三元相圖成分表示方法1.等邊成分三角形Sa+Sb+Sc=AB=BC=CA=100%

Sc=Ca=

wA%,

Sa=Ab=wB%,

Sb=Bc=wC%BAC908070605040302010102030405060708090102030405060708090B%↗C%↘IIII點(diǎn)：A%=20%B%=50%C%=30%2.等邊成分三角形中的特殊線(xiàn)BACgfe（1）凡成分點(diǎn)位于與等邊三角形某一邊相平行的直線(xiàn)上的各三元相，它們所含與此線(xiàn)對(duì)應(yīng)頂角代表的組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等。(ef線(xiàn))（2）凡成分點(diǎn)位于通過(guò)三角形某一頂角的直線(xiàn)上的所有三元系，所含此線(xiàn)兩旁的另兩頂點(diǎn)所代表的兩組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值相等。(Cg線(xiàn))3.成份的其他表示方法等腰成分三角形

某一組元含量較少，另兩個(gè)組元含量較多b.直角成分坐標(biāo)某一組元含量較多，另兩個(gè)組元含量較少c.局部圖形表示法四、三元相圖中的杠桿定律及重心定律1.直線(xiàn)法則

在一定溫度下三組元材料兩相平衡時(shí)，材料的成分點(diǎn)和其兩個(gè)平衡相的成分點(diǎn)必然位于成分三角形內(nèi)的一條直線(xiàn)上，該規(guī)律稱(chēng)為直線(xiàn)法則或三點(diǎn)共線(xiàn)原則。

2.杠桿定律推論：當(dāng)給定材料在一定溫度下處于兩相平衡狀態(tài)時(shí)，若其中一相的成分給定，另一相的成分點(diǎn)必在兩已知成分點(diǎn)連線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上；若兩個(gè)平衡相的成分點(diǎn)已知，材料的成分點(diǎn)必然位于此兩個(gè)成分點(diǎn)的連線(xiàn)上。

3.重心定律當(dāng)一個(gè)相完全分解成三個(gè)新相，或是一個(gè)相在分解成兩個(gè)新相的過(guò)程時(shí)，研究它們之間的成分和相對(duì)量的關(guān)系，則須用重心定律。8.2三元?jiǎng)蚓鄨D1.相圖的空間模型

如右圖所示，三條二元?jiǎng)蚓鄨D的液相線(xiàn)和固相線(xiàn)分別連結(jié)成三元合金相的液相曲面和固相曲面。液相面以上區(qū)域?yàn)橐合鄥^(qū)，固相面以下區(qū)域?yàn)楣滔鄥^(qū)，而兩面之間為液、固兩相共存的兩相區(qū)。三元相圖的截面圖和投影圖

欲將三維立體圖形分解成二維平面圖形，必須設(shè)法“減少”一個(gè)變量：（1）將溫度固定

只剩下兩個(gè)成分變量，所得的平面圖表示一定溫度下三元系狀態(tài)隨成分變化的規(guī)律；（2）將一個(gè)成分變量固定

剩下一個(gè)成分變量和一個(gè)溫度變量，所得的平面圖表示溫度與該成分變量組成的變化規(guī)律。2.等溫截面圖

固定溫度的截面圖必定平行于濃度三角形，這樣的截面圖稱(chēng)為水平截面，也稱(chēng)為等溫截面。2.垂直截面固定一個(gè)成分變量并保留溫度變量的截面圖，必定與濃度三角形垂直，所以稱(chēng)為垂直截面，或稱(chēng)為變溫截面3.三元相圖的投影圖為了使復(fù)雜二元相圖的投影圖更加簡(jiǎn)單、明了，也可以根據(jù)需要只把一部分相界面的等溫線(xiàn)投影下來(lái)。經(jīng)常用到的是液相面投影圖或固相面投影圖。圖8．9為三元?jiǎng)蚓鄨D的等溫線(xiàn)投影圖，其中實(shí)線(xiàn)為液相面投影，而虛線(xiàn)為固相面投影。8.2固態(tài)不溶解的三元共晶相圖1.相圖的空間模型ABCCABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBLALBLCCABEE3E1E2C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATB22

CABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBLA+CLA+BLB+CCABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBA+B+CLA+B+CCABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBEE3E1E2LA+CLA+BLB+C——

三相平衡共晶線(xiàn)2.垂直截面圖rs和At垂直截面如圖8.14所示。注意：1）垂直截面圖中的水平線(xiàn)不一定是恒溫轉(zhuǎn)變線(xiàn)，如兩相區(qū)和三相區(qū)的水平線(xiàn)：a’q’,而三相區(qū)之間的水平線(xiàn)是恒溫轉(zhuǎn)變線(xiàn)；2）At截面是一個(gè)特殊截面，結(jié)晶出的是純組元A相，由直線(xiàn)法則可知，a’q’是連結(jié)線(xiàn)，故在該溫度可求A和L兩相的相對(duì)量。8.15是該三元共晶相圖在不同溫度的水平截面。1)兩相區(qū)和單相區(qū)之間的分界線(xiàn)是曲線(xiàn)2)兩相區(qū)和三相區(qū)之間的分界線(xiàn)是直線(xiàn)，實(shí)際上是兩個(gè)相區(qū)分界的聯(lián)結(jié)線(xiàn)3)三相區(qū)是三角形3.投影圖圖8．16所示的投影圖中，粗線(xiàn)e1E，e2E和e3E是3條共晶轉(zhuǎn)變線(xiàn)的投影，它們的交點(diǎn)是三元共晶點(diǎn)的投影。利用這個(gè)投影圖分析合金的凝固過(guò)程，不僅可以確定相變臨界溫度，還能確定相的成分和相對(duì)含量

合金組織組成物的相對(duì)含量可以利用杠桿法則進(jìn)行計(jì)算。如合金o剛要發(fā)生兩相共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，液相成分為q，初晶A和液相L的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：合金o中兩相共晶（A+C）和三相共晶（A+B+C）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)為：用同樣