材料科学基础一-Ch05相图.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 相图,相图(Phase diagrams),是材料科学的基础内容之一，是进行材料研究和开发的非常有用的工具，对材料的生产加工也具有指导作用。通过本章对相图知识的学习，应掌握和了解以下一些,主要内容,。,亚共晶Pb-Sn合金的显微组织照片,几种基本相图,匀晶相图（Cu-Ni合金相图）共晶相图（Pb-Sn合金相图）包晶相图（Pt-Ag合金相图）,相律，杠杆定律及其应用,二元合金相图中的几种平衡反应,共晶反应,共析反应,包晶反应,包析反应,Fe-Fe,3,C,相图,几种典型合金的冷却过程分析：,共晶,Fe-Fe,3,C,合金,亚共晶,Fe-Fe,3,C,合金,过共晶,Fe-Fe,3,C,合金共析,Fe-Fe,3,C,合金,亚共析,Fe-Fe,3,C,合金,过共析,Fe-Fe,3,C,合金,5-1,引 言,相图,(Phase diagrams),是一个材料系统在不同的化学成分、温度、压力条件下所处状态的图形表示，因此，相图也称为,状态图,。由于相图都是在平衡(Equilibrium)条件（极缓慢冷却）下测得的，所以，相图也称为,平衡,相（状态）图,。,相图中的,相(Phase),是指具有相同的状态（气、液、固）、相同的化学成分和结构的区域。对于成分单一的纯物质，如纯水、纯金属、纯氧化物等，由于没有成分的变化，一般采用,压力,(Pressure)-,温度,(Temperature),相图(,PT,phase diagrams),。对于常用的合金相图，因为压力的影响很小，况且一般都是处在1个大气压的条件下，所以不再把压力当作变量考虑，而采用,温度-成分相图,。本章所介绍的主要是这一类的二元合金相图。,纯铁的,T-P,相图,铜-银合金(的,T-C,)相图,水的,T-P,相图,我们可以从相图中得到许多重要的信息：,1,某一成分的合金，在一定的温度所处的状态及相的组成；,2,合金在冷却过程中发生了哪些反应或转变，以及发生反应或转变的开始与终了温度；,3,一定成分的合金室温下具有什么样的平衡组织，进一步可以根据组织与性能的关系，预测材料的性能；,4,相图与材料的加工工艺性能也存在一定的对应关系。,因此，相图在新材料的研究和开发、材料的生产加工过程中都起着十分重要的作用。,5-2,相律和相图的建立,一、相律,在平衡条件下，一个系统的组成物的组元数、相数、和自由度数之间的关系可以由,相律,(Gibbs phase rule),来确定。相律的数学表达式如下：,式中各符号的意义分别为：,F,系统的自由度数,即不影响系统状态的条件下，能够独立变化的因素数。这些因素有：温度、压力、成分、相数。,C,组成物的组元数，即系统由几种物质（纯净物）组成。例如：纯水系统，,C,=1;,对于盐水来说，由于水中含有,NaCl,，所以,C,=2;AlSi,合金系统，组成物为,Al,和,Si,，故,C,=2,。,P,系统中能够同时存在的相（如：固相、液相等）数。,2,表示,温度,(Temperature),和,压力,(Pressure),两个变量。对于绝大多数的常规材料系统而言，压力的影响极小，可以不把压力当作变量而看作常量：,1,个大气压,(atm)，因此自,由度数减少一个，相律的表达式为：,在压力不变（,1atm,）的条件下，,F=C,P,+1=2,P,。自由度数,F,的最小值为,0,，当,F,=0,时，,P,=2,。这说明，,在压力不变,(1atm),条件下，单元系统最多只能有二相同时存在,。,1、单元系统(,C,=1),如果压力也是可变的，,F,=0,时，,由公式,F,=,C,-,P,+2可知,P,=3,，这意味着单元系统最多可以有三相共存。,F,=0,的含义是,：在保持系统平衡状态不变的条件下，没有可以独立变化的变量。即，任何变量的变化都会造成系统平衡状态的变化。,纯水的,PT,相图：在,a,点，水在,1,大气压、,(0,),条件下，保持液,(,水,),固,(,冰,),二相平衡。温度升高，冰溶化成水；温度降低，水结晶成冰。也就是说，此时水的液,-,固平衡转变是在恒温,(0,),下进行的,。,b,点是气,液二相平衡点，意义与,a,点相似。在,a,、,b,之间,(0,100,),，水是单一的液相,(,P,=1),，此时,F,=1,，这说明在此范围内温度的变化不会引起状态的改变。,纯水的,PT,相图,将上述合金分别熔化后，以非常缓慢的速度冷却到室温，,测出各合金的,(,温度时间,),冷却曲线,。合金在冷却过程中发生转变,(,如：结晶,),的起始温度和结束温度，对应着冷却曲线上的折点,(,如：,L,1,、,L,2,和,S,1,、,S,2,等,),，即临界点。,1),冷却速度越慢，越接近平衡条件，测量结果越准确；,2),纯金属在恒温下结晶，冷却曲线应有一段水平线。,测量合金的冷却曲线,将冷却曲线上的临界点分别标在,温度成分坐标,内，用光滑曲线把意义相同的临界点连接起来。这样就得到了,A-B,二元合金相图。,连接临界点,，得到相图,测冷却曲线Flash,相图Flash,上述方法称为,热分析法,，它是利用合金在转变时伴有热学性能变化的特性，通过测量系统温度的变化来得到临界温度，从而建立起相图。,除此之外，还可以利用材料在发生转变时伴随有体积变化的特性，通过测量试样长度随温度的变化得到临界点，从而作出相图。这种方法称为,热膨胀法,。,另外还有,电阻法,，它是利用材料电阻率随温度的变化来建立相图的。后两种方法适用于测定材料在固态下发生的转变。,