冶金物理化学简明教程第三章相图.ppt
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1、第3章 相图,(8 学时),一、基本概念,1 相图基础,相图:相平衡体系的几何图示。描述多相体系中相状态与T、P、x等的关系。凝聚系:没有或不考虑气相的体系。自由度:在一定范围内可以任意独立改变而不致发生相变化的变数(如温度、压力和浓度等)的个数。组元:组成系统的独立化学组成物。合金中元素视为组元,熔渣中某一化合物视为组元。相数:在一个多相体系中由界面分开的物质的均匀部分,它们具有相同的物理、化学性质和晶体结构。气液有几个分层就有几个相;固有几种晶型就有几个相。,一、基本概念,1 相图基础,相律:多相体系平衡的基本规律。说明平衡体系中相数、独立组元数与自由度的关系。考虑到温度、压力两个变数时:
2、f=K+2f:自由度;K:独立组元数;:相数对有其他影响因素的平衡体系,如磁场、电场等:为:f=K+n对于凝聚系,可以不考虑体系压力:为:f=K+1,一、基本概念,1 相图基础,实例:FeO-Fe-O2系,当FeO、Fe是固态时,体系有3相,有一个氧化反应:Fe+1/2O2=FeO,K=3-1=2,自由度 f=2-3+2=1。分解压是温度的函数。,对于铁液中的FeO、Fe,相数为2,自由度f=2-2+2=2,影响氧分压的除了温度,还有铁液中FeO的活度。,二、二元相图,1 相图基础,2.基本类型,A,(1)共晶反应L=S1+S2,E,二、二元相图,1 相图基础,2.基本类型,(2)包晶反应(转
3、熔反应)L+S1=S2,D,AmBn,二、二元相图,1 相图基础,2.基本类型,(3)偏晶反应L1=S1+L2,D,二、二元相图,1 相图基础,2.基本类型,8.连续固溶体型,二、二元相图,1 相图基础,2.基本类型,A,E,二、二元相图,1 相图基础,3.相变反应类型,分解型共晶反应L S1+S2 共析反应S S1+S2 偏晶反应L1 L2+S 熔晶反应S1L+S2,二、二元相图,1 相图基础,4.相变反应类型,合成型包晶反应L+S1 S2 包析反应 S1+S2 S3 固相合成 A+B Am B n 合晶反应L1+L2S,2 铁氧二元相图,典型的二元相图,FeO二元相图是分析铁的氧化、铁氧化
4、物还原与分解的基础,特殊线,单相区,2 铁氧二元相图,浮士体:溶解O的FeO相不同温度下含氧量不同不存在化学计量的FeO表示FexO,x1,2 铁氧二元相图,570,CaO-SiO2系二元相图,一、概论,1.相律,四维空间图,对凝聚体系:,即得三维空间立体图,又称三元立体熔度图。,3 三元相图,3 三元相图,1.投影平面图,缺点:难以表达清楚解决办法:1.投影平面图2.等温截面图,3 三元相图,2.等温截面图,等温线:封闭曲线(线上各点温度相等)。,L+A,L+C,L+B,L+AC,200结线三角形,f,每边分成100份,二、浓度三角形,3 三元相图,B,c,b,a,AC,BC,AB,Pc,P
5、b,Pa,C,Pc,B,Pb,A,Pa,=,=,=,+,+,=,=,=,%,%,%,=,=,=,Bc,aC,Ab,三、浓度三角形规则,3 三元相图,等含量规则:与某一边平行的直线上,任一点对应顶点组元的量都相等。,d,B,ad/BC,ad上含A%均等。,三、浓度三角形规则,2定比例规则:AP线上,每点B、C含量比值相等。,3 三元相图,A,C,P,a,c,b,B,D,e,三、浓度三角形规则,3 三元相图,直线规则:由D、E所组成的新体系点必落在原体系点连线上,该点至原体系点的距离和原体系点的量成反比。,背向规则:液相组成向远离析出组元的方向变化。,3 三元相图,B,A,C,D,E,三、浓度三角
6、形规则,体系点D冷却到液相面温度,开始析出固相A。,5质心规则:D、E、F混合成一个新三元系M,则成分点M必位于DEF质心处。,3 三元相图,M点位于DEF的物理质心处;,三、浓度三角形规则,5质心规则:,3 三元相图,质心的确定方法:,作图法(两次应用杠杆规则)计算法(物料平衡),应用:三个三元母合金配一新合金,求新合金成分;已知最终产物成分点,求平衡相组成。,三、浓度三角形规则,6.相对位规则,3 三元相图,质心位:M点位于DEF内。,重量关系:WM=WD+WE+WF,反应:DF E M,三、浓度三角形规则,三元共晶点:DE+F M,6.相对位规则,3 三元相图,重量关系:WM+WF=WD
7、+WE,三元包晶点:DEF M,M点位于DEF外情况(析出),1.交叉位,或:WM=WDWE WF,M点位于DEF外,居于DE、DF延长线范围内,必有DE M+F,三、浓度三角形规则,6.相对位规则,3 三元相图,重量关系:WF=WM+WD+WE,M点位于DEF外情况:,2.共轭位,或:WM=WF(WD+WE),此外,还有温度最高点规则(A1kemade规则)及切线规则,将放在有关部分讨论。,三、浓度三角形规则,3 三元相图,四、立体熔度图与平面投影图关系,立体图 三元相图,3 三元相图,四、立体熔度图与平面投影图关系,三元相图,点、线、面的自由度与相数关系,一、简单三元共晶相图,4 共晶类相
8、图,相图组成,读图(点、线、面的物理意义),4 共晶类相图,相图组成,4 共晶类相图,相图组成,4 共晶类相图,相图组成,E,A,B,C,e1,e2,e3,E,e2,e1,e3,tA,tB,tC,一、简单三元共晶相图,4 共晶类相图,LE=A(s)+B(s)+C(s),相图组成,P1ALA(S)L、A(S)2,4 共晶类相图,2缓冷过程分析,一、简单三元共晶相图,A,B,C,e1,e2,e3,E,1,P,液相 固相 相变化 共存相 f,1ALA(S)+B(S)L、A(S)、B(S)1,1EAbLA(S)+B(S)L、A(S)、B(S)1,EbPLA(S)+B(S)+C(S)L、A(S)、B(S
9、)、C(S)0,3注意,4 共晶类相图,一、简单三元共晶相图,物系点位置不变,改变的是液固相组成;任意时刻,液、固相总组成点与物系点共线。,4 共晶类相图,二、生成稳定化合物类型,仅有一种稳定化合物存在:,4 共晶类相图,二、生成稳定化合物类型,4 共晶类相图,二、生成稳定化合物类型,仅有一种稳定化合物存在:,分成两个简单三元共晶系。,相图分析面:初晶区4个初晶区(A)、(B)、(C)、(AmBn)线:二次共晶线(界线)内界线,侧界线点:二元、三元共晶点2.缓冷分析,AmBn与C的二元共晶点,是该线上的温度最低点,又是E1E2线上的温度最高点。,D,温度最高点规则:(内界线上的交点),4 共晶
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