二元合金相圖的建立

第八講二元合金相圖的建立第三節(jié)二元合金相圖的建立一、主要內(nèi)容：二元合金相圖的表示方法二元合金相圖的測定方法相律及杠桿定律二、要點：二元合金相圖的表示方法，表象點的概念，二元合金相圖的測定方法，相律，杠桿定律三、方法說明：說明二元相圖的表示方法及應用，說明二元合金相圖的測定方法，說明相律及相律的應用，在說明杠桿定律之前，應說明異分結(jié)晶的概念，對杠桿定律進行推導授課內(nèi)容：一、二元相圖的表示方法合金的熔煉都是在常壓下進行的，所以合金的狀態(tài)可以由成分和溫度兩個因素確定。二元合金相圖通常用橫坐標表示成分，縱坐標表示溫度。在成分和溫度坐標平面內(nèi)的任意一點稱為表象點。二、二元合金相圖的測定方法建立相圖的方法有：實驗測定和理論計算兩種方法。熱分析法測定二元合金相圖的過程：二元相圖是根據(jù)各種成分材料的臨界點繪制的點表示物質(zhì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生本質(zhì)變化的相變點測材料臨界點有動法和靜態(tài)法兩種方法如前者有熱分析膨法、電阻法等；后者有金相法X射結(jié)構(gòu)分析等。相圖的確測定必須由多種方法配合使用。下面介紹用室溫的冷卻曲線，得到各臨界點。圖給出純銅％，％，70的Cu-Ni合及純Ni的卻曲線。由圖可見，純組元Cu和Ni的冷卻曲線相似，都一個水平臺，表示其凝固在恒溫下進行，凝固溫度分別為℃和1452。其他3條元合金曲線不出現(xiàn)水平臺，而為二次轉(zhuǎn)折，溫度較高的轉(zhuǎn)折（界點）表示凝固的開溫度溫度較低的轉(zhuǎn)折點對應凝固的終結(jié)溫度。這說明

合金的凝固與純金屬不同，是在一定度范圍內(nèi)進行的。將這些與臨界點對應的溫度和成分分別標在二元相圖的縱坐標和橫坐標上個臨界點在二元相圖中對應一個點將固的開始溫度點和終結(jié)溫度點分別連接起來，就得到如圖所示的二相圖。由凝固開始溫度連接起來的相界線稱為液相線凝終結(jié)溫度連接起來的相界線稱為固相線了精確測定相變的臨界點析法測定時必須非常緩慢冷卻到力學的平衡條件，一般控制在每分鐘～0.15℃之內(nèi)。三、相律相律是表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度數(shù)元數(shù)、和相數(shù)之間的關(guān)系系平衡條件的數(shù)學表達式。f＝c－＋當系統(tǒng)的壓力為常數(shù)時，則;f＝c－p＋c是統(tǒng)的組元數(shù)p是平條下系統(tǒng)中的相數(shù)f自由度數(shù)。自由度是指在保持合金相數(shù)不的條件下金可以獨立改變的影響合金狀態(tài)的內(nèi)部及外部因素的數(shù)目。相律的應用：1、可確定系統(tǒng)中可能存在的最多平衡相數(shù)、可純金屬與二合金結(jié)晶時的一些差別組成一個體系的基本單元，例如單質(zhì)（元素）和化合物，稱為組元。體系中具有相同物理與化學性質(zhì)的與他部分以界分開的均勻部分稱為相常把具有n個元都是獨立的體系稱為元系組元數(shù)為一的體系稱為單元系。處于平衡狀態(tài)下的多相（P個相體系，每個組元（共有個元）在各相中的化學勢都必須彼此相等于衡狀態(tài)多元系中可能存在的相數(shù)將有一定的限制種限制可用吉布斯相律表示之：式中，為系的自由度數(shù)．它是指不影響體系平衡狀態(tài)的獨立可變參數(shù)（如溫度、壓力、濃度等）的數(shù)目C為體的組元數(shù)P為相數(shù)。對于不含氣相的凝聚體系，壓力在通常范圍的變化對平衡的影響極小，一般可認為是常量。因此相律可寫成下列形式：相律給出了平衡狀態(tài)下體系中存在的相數(shù)與組元數(shù)及溫度之間的關(guān)系分和研究相圖有重要的指導作用。單元系相圖單元系相圖是通過幾何圖形描述由單一組元構(gòu)成的體系在不同溫度和壓力條件下所可能存在的相及多相的平衡。現(xiàn)以水為例說明單元系相圖的表示和測定方法。

22水可以以氣態(tài)（水氣態(tài)（）和固態(tài)（冰）的形式存在。繪制水的相圖，首先在不同溫度和壓力條件下，測出水汽汽和水冰兩相平衡時相應的溫度和壓力，然后，通常以溫度為橫坐標壓為縱坐作圖把每一個數(shù)據(jù)都在圖上標出一個點將些點連接起來，得到如圖6所示HO相圖根據(jù)相律f=C-P+2=3-P由于f，以P≤3，故在溫和壓力這兩個外界條件變化下，單元系中最多只能有三相平衡OAOB和OC3條曲交O點，它是汽、水、冰三相平衡點。根據(jù)相律，此＝0，因此要保此三相共存，溫度和壓力都不能變動。如果外界壓力保持恒如個標準大氣壓系相圖只要一個溫度軸來表示，如水的情況見圖6.1（據(jù)律，在汽、水、冰的各單相區(qū)內(nèi)f＝1度在一定范圍內(nèi)變動。在熔點和沸點處，兩相共存f0，故溫度不能變動，即相變?yōu)楹銣剡^程。在單元系中，除了可以出現(xiàn)氣固三相之間的轉(zhuǎn)變外，某些物質(zhì)還可能出現(xiàn)固態(tài)中的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。除了某些純金屬如鐵等具有同異構(gòu)轉(zhuǎn)變之外某些化合物中也有類似的轉(zhuǎn)變稱為同分異構(gòu)轉(zhuǎn)變或多晶型轉(zhuǎn)變。在二元合金相圖中，有單相區(qū)和兩相區(qū)。根據(jù)相律可知，在單相區(qū)內(nèi)2-1+1=2，說明合金在此相區(qū)范圍內(nèi)，可獨立改變溫度和成分而保持原狀態(tài)。若在兩相區(qū)內(nèi)f=1，這說明溫度和成分中只有一個獨立變量在此相區(qū)內(nèi)任意改變溫度則成分隨之而變不能獨立變化；反之亦然。若在合金中有三相共存，則f0，說明此時三個平衡相的成分和溫度都不變，屬恒溫轉(zhuǎn)變，故在相圖上表示為水平線