材料科學(xué)基礎(chǔ)-三元相圖

1、 第八章第八章 三元相圖三元相圖一、三元相圖的成分表示法一、三元相圖的成分表示法二、杠桿定律及重心法則二、杠桿定律及重心法則三、勻晶三元相圖三、勻晶三元相圖 四、簡(jiǎn)單三元共晶相圖四、簡(jiǎn)單三元共晶相圖五、固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖五、固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖六、有包共晶反應(yīng)的三元相圖六、有包共晶反應(yīng)的三元相圖七、七、 三元包晶相圖三元包晶相圖八、形成穩(wěn)定化合物的三元相圖八、形成穩(wěn)定化合物的三元相圖九、三元相圖分析法總結(jié)九、三元相圖分析法總結(jié)十、三元相圖實(shí)例十、三元相圖實(shí)例必要性：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

2、，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(guò)程及組織，各種相變過(guò)程及相平衡關(guān)系。一、三元相圖的成分表示法一、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 一三元相圖的成分表示法：三元相圖的成分表示法：等腰三角形一三元相圖的成分表示法：三元相圖的成分表示法：直角坐標(biāo)系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(duì)邊的任意直線二、杠桿定律及重心法則二、杠桿定律及重心法則 單相平衡勿須計(jì)算，四相平衡無(wú)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

3、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(guò)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(zhǎng)線變化。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%三、勻晶三元相圖三、勻晶三元相圖 1 1 立體模型 液相區(qū)，固相區(qū)，液、固兩相區(qū) 勻晶三元相圖勻晶三元相圖-合金凝固過(guò)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

4、呈蝴蝶狀3 3勻晶三元系的等溫截面 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(cè)定兩平衡相中任一相的一個(gè)組元含量勻晶三元系等溫截面作用等溫截面作用：n該溫度下三元系中各合金的相態(tài) n 2杠桿定律計(jì)算平衡相的相對(duì)量 3反映液相面、固相面走向和坡度，確定熔點(diǎn)、凝固點(diǎn) 勻晶三元系變溫截面變溫截面：某合金不同溫度下狀態(tài)分析合金的相變過(guò)程 四、簡(jiǎn)單三元共晶相圖四、簡(jiǎn)單三元共晶相圖 1立體模型： 簡(jiǎn)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， 各相區(qū)在濃度三角形上的投影圖簡(jiǎn)單三元共晶中共晶點(diǎn) 3.二元共晶

5、成分的確定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，切線法確定簡(jiǎn)單三元共晶結(jié)晶過(guò)程簡(jiǎn)單三元共晶結(jié)晶過(guò)程 如圖x合金LA，LA+B，LA+B+C2 合金的凝固過(guò)程和組織 4 簡(jiǎn)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) 5簡(jiǎn)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(guò)程：LB，LA+B，LA+B+C， 練習(xí)：分析p-f之間合金的結(jié)晶過(guò)程簡(jiǎn)單三元共晶的變溫截面：通過(guò)頂點(diǎn)的變溫截面，注意：不能用杠桿定律，F(xiàn)4-17中A1g1 非四相平衡 五、固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖五、固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖1 固態(tài)有限溶解三元

6、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(tái)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2固態(tài)有限溶解三元共晶合金的凝固過(guò)程和組織合金IV L，L+，合金VI：L，L + ， L+ 同析反應(yīng) 固態(tài)有限溶解三元共晶合金的凝固過(guò)程和組織2 3 4 3 3固態(tài)有限溶解三元共晶合金的等溫截面等溫截面 4 4固態(tài)有限溶解三元共晶合金的變溫截面變溫截面 xy變溫截面x1：L+，L+x2：L，L+x3：L，L+，L+x4：L，L+， x5：L，L+， nOP變溫截面n六、有包共

7、晶反應(yīng)的三元相圖六、有包共晶反應(yīng)的三元相圖 1 1立體模型立體模型 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）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)2 2合金的凝固過(guò)程和組織合金的凝固過(guò)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E點(diǎn)：LM+B+C3 3等溫截面等溫截面 4 4。變溫截面變溫截面 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

8、+C 5 5固相有固溶度時(shí)的包共晶固相有固溶度時(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(guò)程： L， 液相與np接觸，L+M， 至P點(diǎn)LP+aMd1+c1，消失多余液相發(fā)生LM+結(jié)束七、有三元包晶反應(yīng)七、有三元包晶反應(yīng)的三元相圖的三元相圖 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、 三元包晶相圖三元包晶由二元相圖推斷三元包晶相圖三元包晶相圖： 濃度三角形的上投影圖八、形成穩(wěn)定化合物的三元相圖八、

9、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 特殊截面特殊截面2.形成一個(gè)穩(wěn)定三元化合物的三元相圖及簡(jiǎn)化 3.形成幾個(gè)穩(wěn)定化合物的三元相圖及簡(jiǎn)化 兩種劃分法：CX及BY , 正確的劃分：檢查W的成分九、三元相圖分析法總結(jié)九、三元相圖分析法總結(jié)-兩相平衡兩相平衡-等溫截面等溫截面- -成分變化：蝶形規(guī)則，共軛線：可用杠桿定律三元相圖分析法總結(jié)三元相圖分析法總結(jié)-兩相平衡之兩相平衡之變溫截面變溫截面-判定轉(zhuǎn)變溫度范圍和相轉(zhuǎn)變過(guò)程，不能用杠桿定律。2 2三元相圖分析法總結(jié)三元相圖分析法總結(jié)-三相平衡三相平衡-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 三元相圖分析三元相圖分

10、析法總結(jié)法總結(jié)-三相平衡三相平衡變溫截面：曲邊三角形或多邊形 三元相圖分析法總結(jié)三元相圖分析法總結(jié)-三相平衡三相平衡-三相反應(yīng)的判定： 1. 變溫截面上 2.三元相圖分三元相圖分析法總結(jié)析法總結(jié)-三相平衡三相平衡-三相反應(yīng)的判定-：投影圖判斷三相反應(yīng) 液相單變量線穿過(guò)兩旁固相成分點(diǎn)連線的為二元共晶型，而單變線穿過(guò)兩旁固相成分點(diǎn)連線延長(zhǎng)線為二元包晶反應(yīng)，且靠近單變線的為生成相3 3三元相圖分析法總結(jié)三元相圖分析法總結(jié)-四相平衡四相平衡反應(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)3 3三元相圖分析法總結(jié)三元相圖分析法總結(jié)-四相平衡四相平衡變溫截面：根據(jù)水平線上、下方三相區(qū)判斷（見實(shí)例）

11、 4 4三元相三元相圖 截 面 圖圖 截 面 圖上 相 區(qū) 接上 相 區(qū) 接觸法則觸法則 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 十、三元相圖實(shí)例十、三元相圖實(shí)例- - 1 1Pb-Sn-BiPb-Sn-Bi系，系，單變量線的反應(yīng)及四相平衡點(diǎn)的反應(yīng) 2 2Al-Cu-MgAl-Cu-Mg系系 （a）固相面投影圖 （b）不同溫度下固溶度變化Al-Cu-Mg合金熱處理依據(jù) 3.W-C-Co3.W-C-Co系系 -液相面投影圖，四相反應(yīng)部分W-C-CoW-C-Co系系變溫截面：分析 W-Co硬質(zhì)合金生產(chǎn)工藝相圖示例-4 4MgO-MgO-AlAl2 2O O3 3- -SiOSiO2 2系系 四相平衡反應(yīng) 5 Fe-Cr-CFe-Cr-C系系- - 三相區(qū)1-6- 及四相平衡轉(zhuǎn)變Fe-Cr-CFe-Cr-C系系三相區(qū) 1-61：L+ 2：L+C1 3:+C24:+C1C25:+C1 6