相图基础(武汉科技大学) (6)
合集下载
1 相图基本知识 一元相图
材料科学基础
秦文静 60215746 qq:78976819 E-mail：wjqin@
注意事项
考勤
以随机点名、随堂测验作为考勤，三次不到取 消考试资格
作业
作为平时成绩的参考
考试
无划重点
课堂纪律
请尽量不要迟到早退，课堂上不许喧哗
课代表
-材料学科的基础 -课程的重中之重
f=c-p+2=3-p p = 1 f = 2; p = 2 f = 1; p = 3 f = 0
水的相图
单元系相图
纯铁的相图（同素异晶转变）
图中有4个特性点：
• α-Fe ←→γ-Fe ←→δ-Fe ←→ L相
单元系相图
课堂练习——SiO2的相图
教学大纲
固态相变
固态相变形核与长大 过饱和固溶体分解 共析转变 马氏体转变 贝氏体转变
教学大纲
材料的变形与再结晶
单晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形 材料的加工硬化 冷变形金属的回复与再结晶
本节大纲
相图基本知识
1 2 3 4 5
背景知识 相与组元 相平衡 自由度与相律 单元系相图
相变：一个相转变为其它相的过程。
自由度与相律
自由度
在平衡系统中独立可变的因素
• 温度、压力、相的成分
自由度数 f：自由度的最大数目
水：
• 温度、压力 • f=2
自由度与相律
ห้องสมุดไป่ตู้相律
表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数 和相数之间的关系，是系统的平衡条件的数学 表达式。
相律数学表达式： f=c-p+n
p：平衡相数 ； c ：体系的组元数； f ：体系自由度数 ； n：温度和压力等因素
秦文静 60215746 qq:78976819 E-mail：wjqin@
注意事项
考勤
以随机点名、随堂测验作为考勤，三次不到取 消考试资格
作业
作为平时成绩的参考
考试
无划重点
课堂纪律
请尽量不要迟到早退，课堂上不许喧哗
课代表
-材料学科的基础 -课程的重中之重
f=c-p+2=3-p p = 1 f = 2; p = 2 f = 1; p = 3 f = 0
水的相图
单元系相图
纯铁的相图（同素异晶转变）
图中有4个特性点：
• α-Fe ←→γ-Fe ←→δ-Fe ←→ L相
单元系相图
课堂练习——SiO2的相图
教学大纲
固态相变
固态相变形核与长大 过饱和固溶体分解 共析转变 马氏体转变 贝氏体转变
教学大纲
材料的变形与再结晶
单晶体的塑性变形 多晶体的塑性变形 材料的加工硬化 冷变形金属的回复与再结晶
本节大纲
相图基本知识
1 2 3 4 5
背景知识 相与组元 相平衡 自由度与相律 单元系相图
相变：一个相转变为其它相的过程。
自由度与相律
自由度
在平衡系统中独立可变的因素
• 温度、压力、相的成分
自由度数 f：自由度的最大数目
水：
• 温度、压力 • f=2
自由度与相律
ห้องสมุดไป่ตู้相律
表示在平衡条件下，系统的自由度数、组元数 和相数之间的关系，是系统的平衡条件的数学 表达式。
相律数学表达式： f=c-p+n
p：平衡相数 ； c ：体系的组元数； f ：体系自由度数 ； n：温度和压力等因素
武汉理工大学相图第六章第3节
包晶转变是指在一定温度下，由一定成分 的液相与一定成分的固相作用，形成另外一个 一定成分的固相的转变过程。
包析转变是指两个成分一定的固相在恒温 下转变为另外一个新固相的过程。
合晶转变是指由两个液相L1、L2相互作用， 生成一个一定成分的固相的恒温转变。
（2）两个组元在固态完全不溶的二元共晶相图
A、B两个组元在固态完全不溶解，则 它们之间不会形成固溶体，而是以纯组元的形 式存在。两个固相的单相区在相图中压缩成两 条垂线，同时没有固态下的脱溶转变。
（3）固溶体的不平衡凝固 ① 不平衡凝固时，固相的成分不是沿固相
线变化，而是要偏离固相线。 而且，冷却速度越大，偏离固相线
的程度越大。
② 凝固后，固相内部的成分不均匀。这种 现象称为偏析。
而偏析的程度，可以用分布系数K0 来描述。分布系数是指溶质在固相中的
浓度与在液相中的浓度的比值 。
k0
CS CL
相平衡 L1↔S1 L2↔S2 L3↔S3
液相成分 固相成分
L1
S1
L2
S2
L3
S3
T2温度 ：
WL
S2O S2 L2
100 %
WS
OL 2 S2 L2
100 %
固溶体凝固的特点： ① 异分结晶
异分结晶指的是结晶出的固相与母相化学 成分不同的结晶过程，也称为选择结晶。
通常，固相中含有较多的高熔点组元，而 液相中含有较多的低熔点组元。
① 相图分析 特性点 ： a，纯A的熔点 b，纯B的熔点 P，包晶转变液相成分点，也称为转熔点 C，B在A中（或SA(B)固溶体中）的最大溶解度点 D，A在B中（即SB(A)固溶体中）的最大溶解度点
F，室温下B在A中的最大溶解度 G，室温下A在B中的最大溶解度
相图基础
第二章相图基础冶金反应多发生在不同的相组成的复杂体系中，对这种复杂体系的分子与研究需借助于相平衡、相律和相图的基础知识。
2．1 相律初步一、 相律中的几个基本概念相一个相是指体系中性质和成份均匀一致的一部分物质。
体系中具有同一性质，但彼此分开的均匀部分，仍然被认为是相同的相。
随温度和成份的变化，一个相可能转化为另一个相。
组元任一给定的体系中所包含的一系列不同的元素或稳定的化合物称为组元或组分。
可独立变化而不影响体系其它性质的组元称为独立组元。
自由度为了完全确定体系所必须的独立变量数称为自由度数。
换句话说，所谓自由度数是指在不改变体系中相的数目的条件下，可在一定范围内独立改变的影响系统状态的内部和外部因素（如温度、压力、成份等）的数目，即每一给自由度对应一个变量（影响系统状态的因素），且与其它变量无关，在改变其数值时不改变体系中存在的相的数目。
二、 相律相律是体系平衡条件的数学表示式它表示了一个体系中自由度、组元数和相数之间的关系。
设体系有C个独立组元，有P个相，则体系的自由度数F可表示为F=C-P+2其中2是体系的压力和温度两个因素。
对冶金过程而言，由于所研究的体系一般都是由凝聚相组成的，压力的影响很小，所以相律可表示为F=C-P+1相律只适合平衡过程。
对非平衡过程，可能会出现与相律不符的情况。
2．2 二元相图相图是用图解的方法表示体系中成份、温度与存在相的关系，指出温度和成份变化时，在体系中出现的相的变化。
和相律一样，相图表示的是平衡时的体系状态。
在许多实际情况下，没有足够的时间完成平衡过程，会使体系偏离平衡状态，但其相变趋势等是一致的。
如过程进行的很慢，可以近似按平衡相图分析。
复杂相图可看成是简单平衡相图组成的。
2．2．1 二元相图一、 二元相图的一些特点图2-1 二元系平衡相图图2-3 罗策布浓度三角形表示法罗策布浓度三角形也是一等边三角形，所根据的定理是：由等边三角形内任意一点，分别向三条边作平行线，按顺时针方向或逆时针方向读取平行线在各边所截取之三条线段，取平行线在三条边上的截距BE=a%，组元C 在三元系M 中的浓度为AF=c%，组元B 在三元系M 中的浓度为CG=b%。
6.1二元相图-相图的基本知识
时，合金全部转变为α固溶体; • 若继续从α4点冷却到室温，为单一的α固溶体。
温度
t1 t2 t3 t4
成分 l1 l2
l3
l4
Ｌ 质量分数
100%
2 X0 2 l2
3 X0 3 l3
0%
α
变化趋势 成分 质量分数 变化趋势
α1
0%
α2
X 0 l2
2 l2
α3
X 0 l3
3 l3
• 实际生产中的凝固是在偏离平衡条件下进行的，这种凝固 过程被称为不平衡凝固。
图 匀晶系合金的不平衡凝固
温 L α α平均 L平
度
均
t1 L1 α1 1
L1
t2 L2 α2 2
L2
t3 L3 α3 3
L3
t4 L4 α4 4 L4
t5
C0 L5
• 如果将各温度下固溶体和液相的平均成分点分别连接成线， 则该线分别称为固相平均成分线和液相平均成分线。
图 电阻法测定相图
6.1.4 二元相图的一些几何规律
• 1.两个单相区之间必定有一个由这两个相组成的两相区，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ而不能以一条线接界。两个两相区必须以单相区或三相水 平线隔开。
• 2.在二元相图中，若是三相平衡，则三相区必为一水平线， 这条水平线与三个单相区的接触点确定了三个平衡相及相 浓度。每条水平线必与三个两相区相邻。
液 气
固
图 水的单元相图
• 水在25℃及1.0×105Pa的压强下呈液态，如果在一定范 围内任意改变水的温度和压强，水仍能保持液态，则此时 系统的自由度数为2。
• 水与水蒸气在100℃、1.0×105Pa的压强下可以两相平衡 共存。若温度变为90℃，为了保持水与水蒸气的两相共存， 必须将压强相应地变为7.0×104Pa。这就是说，温度和压 强这两个参数中只能有一个可以独立变化，另一个只能随 之而变。所以，此时系统的自由度数为1。
温度
t1 t2 t3 t4
成分 l1 l2
l3
l4
Ｌ 质量分数
100%
2 X0 2 l2
3 X0 3 l3
0%
α
变化趋势 成分 质量分数 变化趋势
α1
0%
α2
X 0 l2
2 l2
α3
X 0 l3
3 l3
• 实际生产中的凝固是在偏离平衡条件下进行的，这种凝固 过程被称为不平衡凝固。
图 匀晶系合金的不平衡凝固
温 L α α平均 L平
度
均
t1 L1 α1 1
L1
t2 L2 α2 2
L2
t3 L3 α3 3
L3
t4 L4 α4 4 L4
t5
C0 L5
• 如果将各温度下固溶体和液相的平均成分点分别连接成线， 则该线分别称为固相平均成分线和液相平均成分线。
图 电阻法测定相图
6.1.4 二元相图的一些几何规律
• 1.两个单相区之间必定有一个由这两个相组成的两相区，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ而不能以一条线接界。两个两相区必须以单相区或三相水 平线隔开。
• 2.在二元相图中，若是三相平衡，则三相区必为一水平线， 这条水平线与三个单相区的接触点确定了三个平衡相及相 浓度。每条水平线必与三个两相区相邻。
液 气
固
图 水的单元相图
• 水在25℃及1.0×105Pa的压强下呈液态，如果在一定范 围内任意改变水的温度和压强，水仍能保持液态，则此时 系统的自由度数为2。
• 水与水蒸气在100℃、1.0×105Pa的压强下可以两相平衡 共存。若温度变为90℃，为了保持水与水蒸气的两相共存， 必须将压强相应地变为7.0×104Pa。这就是说，温度和压 强这两个参数中只能有一个可以独立变化，另一个只能随 之而变。所以，此时系统的自由度数为1。
6.相图PPT课件
算得到合金III在室温下的三种组织组成物的相对质量为
（请自行推导） ω：( )
c g fg
2d cd
100%
ω
(
II
)
fc 2 d 1 0 0 % fg cd
ω (
)
2c 100% .c d
20
合金III结晶过程和合金组织
图6-12 亚共晶合金的结晶过程示意图 图6-13 亚共晶合金组织
此外，图6-23中成分c点的合金在平衡条件下不发 生包晶反应，但在快冷不平衡条件下由于扩散受抑制， α相出现枝晶偏析，平均固相线成分偏移，在包晶反应 温度，仍会有液相存在，也可发生包晶反应，形成β 相。
线上标出临界点温度。
将具有相同意义的点连接成线，标明各区域 内所存在的相，即得到Cu-Ni合金相图，见图6-2。
.
4
建立相图的示意图
图6-2 建立Cu-Ni相图的示意图
..2.1 相律
相律是表示材料在平衡条件下，系统的
自由度数f与组元数c和平衡相数p三者之间
关系的定律。它们之间的关系为：
.
11
6.3.2 平衡结晶过程分析
图6-4 匀晶相图合金的结晶过程
在1点温度以上，合金
为液相L。缓慢冷却至1－
2温度之间时，合金发生
均晶反应：
L
从液相中逐渐结晶出
固溶体，2点温度时，合
金全部结晶α为固溶体。 2－3温度区间为固溶体α
的降温过程。其他成分合
金的结晶过程与其类似。
.
12
匀晶结晶特点
材料的相状态由其成分和所处温度来决定。 相图就是反映材料在平衡状态下相状态与成分和 温度关系的图形。相图不仅反映了不同成分材料 在不同温度下所存在的相及其相平衡关系，而且 反映了温度变化时的相变过程及组织形成的规律。 因此，相图是研究和使用材料、制订材料生产和 加工工艺的主要依据。本章仅研究二元相图。
材料科学基础 -二元合金相图
3、非平衡结晶过程
非平衡结晶：冷速较快的结晶过程。结晶时原子来不及充分扩散，接近实际结晶情况。
液固界面上成分仍按各自相变线变化。 枝晶偏析与扩散退火（均匀化处理）。 不能用杠杆定律计算两相相对量。
二、共晶相图
1、相图分析
共晶相图是指两组元有共晶反应的相图，相当于两个匀晶相图的组合。 也是最基本的相图形式之一。如Pb-Sn, Al-Si, Al-Cu, Mg-Si, Fe-C, Mg-Al系等。
共晶转变
共晶相图中的核心转变，定义式：LE T→E aM＋bN 反应生成的相组成物：a＋b 反应生成的组织组成物：（a＋b)共晶，称共晶体或共晶组织 共晶反应时的相律：f＝C－P＋1＝2－3＋1＝0，即恒温结晶
2、平衡结晶过程
（1）端部固溶体
B%≤M的合金。 与匀晶相图平衡凝固分析过程相似，仅当B%＞F时有次生相析出过程。
B%＝ME成分之间的合金。
组织：
a
＋（
0
a＋b）共晶＋bII
(其中bII
仅指由a0中析出的部分)
组织组成物相对量计算：
W(a
b
＝
)共
Mx2 ME
100%
Wb II
FM FG
x2E 100% ME
Wa0
x2 E ME
100%
Wb
II
（4）过共晶合金
B%＝EN成分之间的合金。 组织：b 0＋（a＋b）共晶＋ aII (其中aII 仅指由b0中析出的部分)
相区
单相区：L, a, b 两相区： L+a, L+ b，a+b
相变线
TAE及TBE：初生（初晶）a及b析出线 即L→a, L→b
TAM及TBN：初生a及b结晶终了线 MF及NG： a及b溶解度变化线
1、相图的基本知识及匀晶相图
1 K0 RX mCo / K0+GX T A mCo1 TA exp ÷ K D 0
G m Co 1 K R D K0
化简得：
(8)
② 影响成分过冷的因素 ·合金本身 m、Co越大，D越小，K0<1 时K0值越小，K0>1时K0值越大。成分 过冷倾向增大。 – ·外界条件 G越小(实际温度分布越平 缓）， 凝固速度R越大，成分过冷倾 向增大。临界过冷度G1，成分过冷消 失
2．液体中仅借扩散而混合的情况 • 当凝固速度很快，无搅拌时，固体中无扩散而液体中 仅靠扩散而混合。这种情况比较符合实际凝固情况
Ke=1
X C S C 0 1 L
11
C0
1 K0 RX C L C 0 1 exp K D 0
式中 R：凝固速度 δ：边界层厚度 D：扩散系数 • A 当凝固速度非常缓慢时， Rδ/D 0 ，Ke K0 即为液体中溶质完全混合的情况。 • B．当凝固速度非常大时，e - Rδ/D 0 ， Ke=1，为液 体中溶质仅有通过扩散而混合的情况。 • C．当凝固速度介于上面二者之间， K0＜Ke＜ 1， 液体中溶质部分混合的情况。 • Ke方程式图解
临界过冷度g1成分过冷消失六固溶体凝固时的生成形态当在液固界面前沿有较小的成分过冷区时平面生长生长就不稳定如液固界面有些偶然的突起的部分它们就伸入过冷区中其生长速度加快而进一步凸向液体使界面出现胞状组织如界面前沿的成分过冷区甚大凸出部分就能继续伸向过冷液相中生长同时在其侧面产生分枝形成树枝状组织
相图的基本知识
□ ○
正常凝固过程
在讨论金属合金的实际凝固问题时,一般不考虑固相内 部的原子扩散，而仅讨论液相中的溶质原子混合均匀程度问 题。以下讨论的均为正常凝固过程。
G m Co 1 K R D K0
化简得：
(8)
② 影响成分过冷的因素 ·合金本身 m、Co越大，D越小，K0<1 时K0值越小，K0>1时K0值越大。成分 过冷倾向增大。 – ·外界条件 G越小(实际温度分布越平 缓）， 凝固速度R越大，成分过冷倾 向增大。临界过冷度G1，成分过冷消 失
2．液体中仅借扩散而混合的情况 • 当凝固速度很快，无搅拌时，固体中无扩散而液体中 仅靠扩散而混合。这种情况比较符合实际凝固情况
Ke=1
X C S C 0 1 L
11
C0
1 K0 RX C L C 0 1 exp K D 0
式中 R：凝固速度 δ：边界层厚度 D：扩散系数 • A 当凝固速度非常缓慢时， Rδ/D 0 ，Ke K0 即为液体中溶质完全混合的情况。 • B．当凝固速度非常大时，e - Rδ/D 0 ， Ke=1，为液 体中溶质仅有通过扩散而混合的情况。 • C．当凝固速度介于上面二者之间， K0＜Ke＜ 1， 液体中溶质部分混合的情况。 • Ke方程式图解
临界过冷度g1成分过冷消失六固溶体凝固时的生成形态当在液固界面前沿有较小的成分过冷区时平面生长生长就不稳定如液固界面有些偶然的突起的部分它们就伸入过冷区中其生长速度加快而进一步凸向液体使界面出现胞状组织如界面前沿的成分过冷区甚大凸出部分就能继续伸向过冷液相中生长同时在其侧面产生分枝形成树枝状组织
相图的基本知识
□ ○
正常凝固过程
在讨论金属合金的实际凝固问题时,一般不考虑固相内 部的原子扩散，而仅讨论液相中的溶质原子混合均匀程度问 题。以下讨论的均为正常凝固过程。
相图
1 相图的基本知识
根据相图可确定不同 成分的材料在不同温度下 组成相的种类、各相的相 对量、成分及温度变化时 可能发生的变化。 仅在热力学平衡条件 下成立，不能确定结构、 分布状态和具体形貌。
§1 相 律
相律：研究相态变化的规律。 相数(P )，组元数(C )，自由度数（f ） 一、相与相数（P）
• ① ② ③
注意：在材料学中 各微区的成分不完全均匀，存在成分偏聚 同一相的不同晶粒也存在界面 材料中的相，均匀是指成分、结构、及性质要 么宏观上完全相同，要么呈现连续变化没有突 变现象。
基本概念
• 单组元晶体(纯晶体)：由一种化合物或金属组成的 晶体。该体系称为单元系 • 从一种相转变为另一种相的过程称为相变（phase transformation）。 若转变前后均为固相，则成为固 态相变（solid phase transformation ）。 • 从液相转变为固相的过程称为凝固(solidification)。 若凝固后的产物为晶体称为结晶(crystallization)。 • 相图(phase diagram)：表示合金系中合金的状态与 温度、成分之间的关系的图形，又称为平衡图或状 态图。 • 单组元相图(single phase diagram)是表示在热力学平 衡条件下所存在的相与温度，压力之间的对应关系 的图形。
• 整理上式： • 式中: Sm为1mol物质由相变为相的熵变;
•
Vm为1mol物质由相变为相的体积变化.
• 因为是平衡相变,有: • Sm=Lm/T • Lm: 物质的相变潜热; • T: 平衡相变的温度. • 代入(2)式: • dp/dT=Lm/TVm (3) • (3)式称为克拉贝龙方程. • 克拉贝龙方程适用于纯物质任何平衡相变过程,应用范围 很广.
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
23
Fe2O3→Al2O3：0.6; V2O5→Al2O3：1.02; K2O →CaO/MgO：0.3/0.21; ：
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
进行组成换算： 进行组成换算： w(Al2O3)=64.56+0.57×0.57+0.1×0.6+0.07×1.7+0.7×1.02 × × × × +0.06×1.56=65.87 × w(CaO)=10.93+0.043×0.3=10.94 × w(MgO)=22.85+0.37×0.32=22.96 × w(Al2O3+CaO+ CaO)=99.77 换算成质量百分比： 换算成质量百分比： w(Al2O3)=66.02% 对应摩尔比： 对应摩尔比： m(Al2O3)=45.6% m(CaO)=13.8% m(MgO)=40.6%
转换系数＝ 如：FeO→MgO 转换系数＝(40:2)培育基地
◆转换系数根据新建系统和被转换领域不同而变 部分氧化物转换系数
非常规计算的转换系数
4
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
通常不考虑领域之分， 对于 MgO-Cr2O3-SiO2系，通常不考虑领域之分， 其某些氧化物转换系数： 其某些氧化物转换系数： FeO→MgO MnO→MgO CaO→MgO Na2O→MgO Al2O3→Cr2O3 Fe2O3→Cr2O3 TiO2→ SiO2 0.55 0.56 0.71 0.32 1.47 0.94 0.76
11
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
滑石： ■ 滑石：
原料 名称 滑石 Al2O3 0.46 SiO2 64.96 TiO2 Fe2O3 0.33 CaO 1.27 MgO 32.98
w(Al2O3)=0.46+0.33×0.6=0.658； ； w(MgO)=32.98+1.27×0.70=33.87； ； w(SiO2)=64.98； ； w(Al2O3+MgO+SiO2)=99.498 换算成质量百分数： 换算成质量百分数：w(Al2O3)=0.66%； ； w(MgO)=34.05%； ； w(SiO2)=65.29%
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
20
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
21
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 思考题： 思考题：
有一种工业固体废弃物，其化学成分如下， 有一种工业固体废弃物，其化学成分如下，请利 三元系统相图， 用MgO-Al2O3-CaO三元系统相图，判断这种料 三元系统相图 可能在多高温度下开始形成液相， 可能在多高温度下开始形成液相，1600℃下的矿 ℃ 相组成。 相组成。
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
第五节 多元系统转换为三元系统
1
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 1、利希特（Richter）近似规则 、利希特（ ）
耐火材料——多组分多相非均质材料 ◆ 耐火材料 多组分多相非均质材料
多元 系统
利希特规则
三元 系统
2
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
13
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
M：堇青石 ： A：高铝矾土 ： B：滑石 ： C：粘土 ：
Aa：29.5mm, ： ab：44.5mm, ： bB：10.0mm ：
如：高铝矾土需(bB/AB)×１００％ 高铝矾土需 ×１００％
14
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 例2
钢包Al 系材料， 钢包 2O3-MgO系材料，MgO为6%，纯铝酸钙结合剂 系材料 为 ， （CaO25%，Al2O375%）加入量 。为了改善作业性能和 ， ）加入量5%。 使用性能，一般需添加少量的二氧化硅微粉。请问 使用性能，一般需添加少量的二氧化硅微粉。请问1600℃条 ℃ 件下氧化硅微粉对系统相组成是如何影响的？ 件下氧化硅微粉对系统相组成是如何影响的？
12
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
粘土： ■ 粘土：
原料 名称 粘土 Al2O3 43.38 SiO2 51.80 TiO2 1.40 Fe2O3 1.81 CaO 0.51 MgO 1.09
w(Al2O3)=43.38+1.81×0.6=44.466 × w(MgO)=1.09+0.51×0.70=1.447 × w(SiO2)=51.80+1.40×0.76=52.864； × ； w(Al2O3+MgO+SiO2)=98.777 换算成质量百分数： 换算成质量百分数：w(Al2O3)=45.01%； ； w(MgO)=1.47%； ； w(SiO2)=53.52%
成分 含量 (wt%) SiO2 0.57 Al2O3 Fe2O3 64.33 0.10 CaO 10.89 MgO 22.85 K2O 0.04 Na2O 0.37 TiO2 0.07 V2O5 0.7 MnO2 0.06 IL 0.36
22
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
换算成无灼减的组成： 换算成无灼减的组成：
MgO-Al2O3-CaO三元系统 三元系统1600℃等温截面图 三元系统 ℃
27
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 《相图应用》考查题目：小论文 相图应用》考查题目： 要求： 要求：
1、选择耐火材料或陶瓷领域中某一问题，利用相图进行分析。 、选择耐火材料或陶瓷领域中某一问题，利用相图进行分析。 2、请写成 字小论文， 、请写成500-1000字小论文，并列出参考文献。 字小论文 并列出参考文献。
氧化硅加入量 Al2O3+CaO 结晶相量 α-Al2O3 CA6 液相量 0 100 15.24 13.08 0 a 98.26 18.29 8.13 1.89 2a 96.56 20.65 3.77 3.91 3a 94.73 23.25 0 5.07 4a 93.0 22.66 0 5.7
19
6
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 2、转换举例 、
某单位合成堇青石所用原料的化学组成见表， 例1 某单位合成堇青石所用原料的化学组成见表，用 MgO-Al2O3-SiO2三元相图确定三种原料的比例。 三元相图确定三种原料的比例。
7
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
8
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
堇青石理论化学组成： 堇青石理论化学组成： Al2O3 34.9%,SiO2 51.3%, MgO 3.8%
9
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
将含有灼减的原料换算成灼减为零的基础组成。 ◆ 将含有灼减的原料换算成灼减为零的基础组成。
原料名称 高铝矾土 滑石 粘土 Al2O3 92.18 0.46 43.38 SiO2 3.36 64.96 51.80 1.40 TiO2 2.61 Fe2O3 1.70 0.33 1.81 CaO 0.06 1.27 0.51 MgO 0.09 32.98 1.09
三种原料的化学成分， 三种原料的化学成分，%
原料名称 高铝矾土 滑石 粘土 Al2O3 78.47 0.44 36.48 SiO2 2.86 61.76 43.56 1.8 TiO2 2.22 Fe2O3 1.45 0.31 1.52 CaO 0.05 1.21 0.43 MgO 0.08 31.35 0.92 灼减 14.52 4.92 15.92
成分 SiO2 0.57 Al2O3 64.56 Fe2O3 0.10 CaO MgO K2O 0.04 Na2O 0.37 TiO2 0.07 V2O5 0.7 MnO2 0.06
含量(wt%) 含量
10.93
22.93
经计算，各氧化物的转换系数分别为： 经计算，各氧化物的转换系数分别为： SiO2 →Al2O3：0.57； ； TiO2 →Al2O3：1.7; MnO2→Al2O3：1.56; Na2O→MgO：0.32； ： ；
18
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
如果按材料中MgO全部与 2O3反应生成镁铝尖晶石 全部与Al 如果按材料中 全部与 被消耗后，剩余的Al 参与CaO-Al2O3-SiO2三元系 被消耗后，剩余的 2O3参与 反应，根据杠杆规则计算， 反应，根据杠杆规则计算，1600℃时系统各平衡相含 ℃ 量： 材料CaO-Al2O3-SiO2系物相组成，% 系物相组成， 材料
SiO2
Al2O3
MgO
10
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
◆ 进行组成计算 高铝矾土： ■ 高铝矾土：
原料 名称 高铝 矾土 Al2O3 92.18 SiO2 3.36 TiO2 2.61 Fe2O3 1.70 CaO 0.06 MgO 0.09
w(Al2O3)=92.18+1.7×0.6=93.20； × ； w(MgO)=0.09+0.06×0.70=0.132； × ； w(SiO2)=3.36+2.61×0.76=5.3436； × ； w(Al2O3+MgO+SiO2)=98.68 换算成质量百分数： 换算成质量百分数：w(Al2O3)=94.45%； ； w(MgO)=0.13%； ； w(SiO2)=5.42%
5
大家可以尝试计算
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
运用利希特规则转换需注意： 运用利希特规则转换需注意：
当多元系统中二元总和超过剩余总数很多时， 当多元系统中二元总和超过剩余总数很多时， 硅酸铝耐火材料系统：换算前Fe 应该小于3%。 ■ 硅酸铝耐火材料系统：换算前 2O3应该小于 。 碱性耐火材料系统： 在换算前后偏差不大。 ■ 碱性耐火材料系统：C/S在换算前后偏差不大。 在换算前后偏差不大
15
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
Fe2O3→Al2O3：0.6; V2O5→Al2O3：1.02; K2O →CaO/MgO：0.3/0.21; ：
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
进行组成换算： 进行组成换算： w(Al2O3)=64.56+0.57×0.57+0.1×0.6+0.07×1.7+0.7×1.02 × × × × +0.06×1.56=65.87 × w(CaO)=10.93+0.043×0.3=10.94 × w(MgO)=22.85+0.37×0.32=22.96 × w(Al2O3+CaO+ CaO)=99.77 换算成质量百分比： 换算成质量百分比： w(Al2O3)=66.02% 对应摩尔比： 对应摩尔比： m(Al2O3)=45.6% m(CaO)=13.8% m(MgO)=40.6%
转换系数＝ 如：FeO→MgO 转换系数＝(40:2)培育基地
◆转换系数根据新建系统和被转换领域不同而变 部分氧化物转换系数
非常规计算的转换系数
4
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
通常不考虑领域之分， 对于 MgO-Cr2O3-SiO2系，通常不考虑领域之分， 其某些氧化物转换系数： 其某些氧化物转换系数： FeO→MgO MnO→MgO CaO→MgO Na2O→MgO Al2O3→Cr2O3 Fe2O3→Cr2O3 TiO2→ SiO2 0.55 0.56 0.71 0.32 1.47 0.94 0.76
11
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
滑石： ■ 滑石：
原料 名称 滑石 Al2O3 0.46 SiO2 64.96 TiO2 Fe2O3 0.33 CaO 1.27 MgO 32.98
w(Al2O3)=0.46+0.33×0.6=0.658； ； w(MgO)=32.98+1.27×0.70=33.87； ； w(SiO2)=64.98； ； w(Al2O3+MgO+SiO2)=99.498 换算成质量百分数： 换算成质量百分数：w(Al2O3)=0.66%； ； w(MgO)=34.05%； ； w(SiO2)=65.29%
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
20
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
21
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 思考题： 思考题：
有一种工业固体废弃物，其化学成分如下， 有一种工业固体废弃物，其化学成分如下，请利 三元系统相图， 用MgO-Al2O3-CaO三元系统相图，判断这种料 三元系统相图 可能在多高温度下开始形成液相， 可能在多高温度下开始形成液相，1600℃下的矿 ℃ 相组成。 相组成。
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
第五节 多元系统转换为三元系统
1
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 1、利希特（Richter）近似规则 、利希特（ ）
耐火材料——多组分多相非均质材料 ◆ 耐火材料 多组分多相非均质材料
多元 系统
利希特规则
三元 系统
2
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
13
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
M：堇青石 ： A：高铝矾土 ： B：滑石 ： C：粘土 ：
Aa：29.5mm, ： ab：44.5mm, ： bB：10.0mm ：
如：高铝矾土需(bB/AB)×１００％ 高铝矾土需 ×１００％
14
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 例2
钢包Al 系材料， 钢包 2O3-MgO系材料，MgO为6%，纯铝酸钙结合剂 系材料 为 ， （CaO25%，Al2O375%）加入量 。为了改善作业性能和 ， ）加入量5%。 使用性能，一般需添加少量的二氧化硅微粉。请问 使用性能，一般需添加少量的二氧化硅微粉。请问1600℃条 ℃ 件下氧化硅微粉对系统相组成是如何影响的？ 件下氧化硅微粉对系统相组成是如何影响的？
12
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
粘土： ■ 粘土：
原料 名称 粘土 Al2O3 43.38 SiO2 51.80 TiO2 1.40 Fe2O3 1.81 CaO 0.51 MgO 1.09
w(Al2O3)=43.38+1.81×0.6=44.466 × w(MgO)=1.09+0.51×0.70=1.447 × w(SiO2)=51.80+1.40×0.76=52.864； × ； w(Al2O3+MgO+SiO2)=98.777 换算成质量百分数： 换算成质量百分数：w(Al2O3)=45.01%； ； w(MgO)=1.47%； ； w(SiO2)=53.52%
成分 含量 (wt%) SiO2 0.57 Al2O3 Fe2O3 64.33 0.10 CaO 10.89 MgO 22.85 K2O 0.04 Na2O 0.37 TiO2 0.07 V2O5 0.7 MnO2 0.06 IL 0.36
22
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
换算成无灼减的组成： 换算成无灼减的组成：
MgO-Al2O3-CaO三元系统 三元系统1600℃等温截面图 三元系统 ℃
27
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 《相图应用》考查题目：小论文 相图应用》考查题目： 要求： 要求：
1、选择耐火材料或陶瓷领域中某一问题，利用相图进行分析。 、选择耐火材料或陶瓷领域中某一问题，利用相图进行分析。 2、请写成 字小论文， 、请写成500-1000字小论文，并列出参考文献。 字小论文 并列出参考文献。
氧化硅加入量 Al2O3+CaO 结晶相量 α-Al2O3 CA6 液相量 0 100 15.24 13.08 0 a 98.26 18.29 8.13 1.89 2a 96.56 20.65 3.77 3.91 3a 94.73 23.25 0 5.07 4a 93.0 22.66 0 5.7
19
6
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地 2、转换举例 、
某单位合成堇青石所用原料的化学组成见表， 例1 某单位合成堇青石所用原料的化学组成见表，用 MgO-Al2O3-SiO2三元相图确定三种原料的比例。 三元相图确定三种原料的比例。
7
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
8
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
堇青石理论化学组成： 堇青石理论化学组成： Al2O3 34.9%,SiO2 51.3%, MgO 3.8%
9
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
将含有灼减的原料换算成灼减为零的基础组成。 ◆ 将含有灼减的原料换算成灼减为零的基础组成。
原料名称 高铝矾土 滑石 粘土 Al2O3 92.18 0.46 43.38 SiO2 3.36 64.96 51.80 1.40 TiO2 2.61 Fe2O3 1.70 0.33 1.81 CaO 0.06 1.27 0.51 MgO 0.09 32.98 1.09
三种原料的化学成分， 三种原料的化学成分，%
原料名称 高铝矾土 滑石 粘土 Al2O3 78.47 0.44 36.48 SiO2 2.86 61.76 43.56 1.8 TiO2 2.22 Fe2O3 1.45 0.31 1.52 CaO 0.05 1.21 0.43 MgO 0.08 31.35 0.92 灼减 14.52 4.92 15.92
成分 SiO2 0.57 Al2O3 64.56 Fe2O3 0.10 CaO MgO K2O 0.04 Na2O 0.37 TiO2 0.07 V2O5 0.7 MnO2 0.06
含量(wt%) 含量
10.93
22.93
经计算，各氧化物的转换系数分别为： 经计算，各氧化物的转换系数分别为： SiO2 →Al2O3：0.57； ； TiO2 →Al2O3：1.7; MnO2→Al2O3：1.56; Na2O→MgO：0.32； ： ；
18
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
如果按材料中MgO全部与 2O3反应生成镁铝尖晶石 全部与Al 如果按材料中 全部与 被消耗后，剩余的Al 参与CaO-Al2O3-SiO2三元系 被消耗后，剩余的 2O3参与 反应，根据杠杆规则计算， 反应，根据杠杆规则计算，1600℃时系统各平衡相含 ℃ 量： 材料CaO-Al2O3-SiO2系物相组成，% 系物相组成， 材料
SiO2
Al2O3
MgO
10
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
◆ 进行组成计算 高铝矾土： ■ 高铝矾土：
原料 名称 高铝 矾土 Al2O3 92.18 SiO2 3.36 TiO2 2.61 Fe2O3 1.70 CaO 0.06 MgO 0.09
w(Al2O3)=92.18+1.7×0.6=93.20； × ； w(MgO)=0.09+0.06×0.70=0.132； × ； w(SiO2)=3.36+2.61×0.76=5.3436； × ； w(Al2O3+MgO+SiO2)=98.68 换算成质量百分数： 换算成质量百分数：w(Al2O3)=94.45%； ； w(MgO)=0.13%； ； w(SiO2)=5.42%
5
大家可以尝试计算
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
运用利希特规则转换需注意： 运用利希特规则转换需注意：
当多元系统中二元总和超过剩余总数很多时， 当多元系统中二元总和超过剩余总数很多时， 硅酸铝耐火材料系统：换算前Fe 应该小于3%。 ■ 硅酸铝耐火材料系统：换算前 2O3应该小于 。 碱性耐火材料系统： 在换算前后偏差不大。 ■ 碱性耐火材料系统：C/S在换算前后偏差不大。 在换算前后偏差不大
15
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地