材料科學(xué)基礎(chǔ)一 Ch05相圖1

第五章相圖相圖(Phasediagrams)是材料科學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，是進(jìn)行材料研究和開(kāi)發(fā)的非常有用的工具，對(duì)材料的生產(chǎn)加工也具有指導(dǎo)作用。通過(guò)本章對(duì)相圖知識(shí)的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握和了解以下一些主要內(nèi)容。亞共晶Pb-Sn合金的顯微組織照片

幾種基本相圖

勻晶相圖（Cu-Ni合金相圖）

共晶相圖（Pb-Sn合金相圖）

包晶相圖（Pt-Ag合金相圖）

相律，杠桿定律及其應(yīng)用

二元合金相圖中的幾種平衡反應(yīng)共晶反應(yīng)共析反應(yīng)包晶反應(yīng)包析反應(yīng)

Fe-Fe3C相圖幾種典型合金的冷卻過(guò)程分析：共晶Fe-Fe3C合金

亞共晶Fe-Fe3C合金

過(guò)共晶Fe-Fe3C合金

共析Fe-Fe3C合金

亞共析Fe-Fe3C合金

過(guò)共析Fe-Fe3C合金§5-1引言相圖(Phasediagrams)是一個(gè)材料系統(tǒng)在不同的化學(xué)成分、溫度、壓力條件下所處狀態(tài)的圖形表示，因此，相圖也稱為狀態(tài)圖。由于相圖都是在平衡(Equilibrium)條件（極緩慢冷卻）下測(cè)得的，所以，相圖也稱為平衡相（狀態(tài)）圖。相圖中的相(Phase)是指具有相同的狀態(tài)（氣、液、固）、相同的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的區(qū)域。對(duì)于成分單一的純物質(zhì)，如純水、純金屬、純氧化物等，由于沒(méi)有成分的變化，一般采用壓力(Pressure)-溫度(Temperature)相圖(PTphasediagrams)。對(duì)于常用的合金相圖，因?yàn)閴毫Φ挠绊懞苄?，況且一般都是處在1個(gè)大氣壓的條件下，所以不再把壓力當(dāng)作變量考慮，而采用溫度-成分相圖。本章所介紹的主要是這一類(lèi)的二元合金相圖。純鐵的T-P相圖銅-銀合金(的T-C)相圖水的T-P相圖我們可以從相圖中得到許多重要的信息：

1某一成分的合金，在一定的溫度所處的狀態(tài)及相的組成；

2合金在冷卻過(guò)程中發(fā)生了哪些反應(yīng)或轉(zhuǎn)變，以及發(fā)生反應(yīng)或轉(zhuǎn)變的開(kāi)始與終了溫度；

3一定成分的合金室溫下具有什么樣的平衡組織，進(jìn)一步可以根據(jù)組織與性能的關(guān)系，預(yù)測(cè)材料的性能；

4相圖與材料的加工工藝性能也存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

因此，相圖在新材料的研究和開(kāi)發(fā)、材料的生產(chǎn)加工過(guò)程中都起著十分重要的作用?！?-2相律和相圖的建立

一、相律在平衡條件下，一個(gè)系統(tǒng)的組成物的組元數(shù)、相數(shù)、和自由度數(shù)之間的關(guān)系可以由相律(Gibbsphaserule)來(lái)確定。相律的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：式中各符號(hào)的意義分別為：

F

——系統(tǒng)的自由度數(shù),即不影響系統(tǒng)狀態(tài)的條件下，能夠獨(dú)立變化的因素?cái)?shù)。這些因素有：溫度、壓力、成分、相數(shù)。

C

——組成物的組元數(shù)，即系統(tǒng)由幾種物質(zhì)（純凈物）組成。例如：純水系統(tǒng)，C=1;

對(duì)于鹽水來(lái)說(shuō)，由于水中含有NaCl，所以C=2;

Al–Si合金系統(tǒng)，組成物為Al和Si，故C=2。

P

——系統(tǒng)中能夠同時(shí)存在的相（如：固相、液相等）數(shù)。2

——表示溫度(Temperature)和壓力(Pressure)兩個(gè)變量。對(duì)于絕大多數(shù)的常規(guī)材料系統(tǒng)而言，壓力的影響極小，可以不把壓力當(dāng)作變量而看作常量：1個(gè)大氣壓(atm)，因此自由度數(shù)減少一個(gè)，相律的表達(dá)式為：在壓力不變（1atm）的條件下，F(xiàn)=C–P+1=2–P。自由度數(shù)F的最小值為0，當(dāng)F=0時(shí)，P=2。這說(shuō)明，在壓力不變(1atm)條件下，單元系統(tǒng)最多只能有二相同時(shí)存在。1