材料科学基础 第7章 相平衡与相图(杠杆 匀晶 共晶 包晶)

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组织的相对量：
初%
61.9 61.9
50 19
27.7%（,
• 我们把从液相结晶出单相固溶体的结 晶过程称为匀晶转变。匀晶转变的结 晶过程 L →L+a →a
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• Cu-Ni相图就是匀晶相图 。具有这类 相图的二元合金系还有Ag-Au、Fe-Ni、 Cr-Mo、Cu-Au等，有些硅酸盐材料如 镁橄榄石(Mg2SiO4)-铁橄榄石(Fe2SiO2) 等也具有此类特征。这种相图的特点 是两组元不但在液态无限互溶，而且 在固态也无限互溶。 结晶时，都是从 液相中结晶出单相固溶体。
相组成物是指组成合金 显微组织的基本相。
组织组成物是指合金在 结晶过程中，形成的具
有特定形态特征的独立 组成部分。
α
β
19
61.9
97.5
M
%
97.5 61.9 97.5 19
100%
45.4%
亚共晶合金 19%＜Sn% ＜61.9 % 过共晶合金 61.9 %＜Sn% ＜97.5%
L 匀 晶 转变 L多 共晶转变 脱溶转变 ( ) II ( )
系统的自由度数f=变数-条件数=P(c-1)+2-c(p-1)=c-p+2
合金：
• 在一种金属元素中有目的地加入一种或几种
金属或非金属元素，通过冶金或粉末冶金的方法 将其熔合(或烧结)在一起而形成的具有金属特性 的物质称为合金。 • 根据组成合金的组元数目，又可分为二元合 金、三元合金，四元以上合金称多元合金。
相平衡与相图
相
• 相：一个物系中，结构相同，成分和性能 均一，并以界面相互分开的组成部分。
• 物质在温度、压力、成分变化时，其状 态可以发生改变。
相图
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。
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• 匀晶转变，晶体材料从高温液相冷却下来的凝固转变产物 包括多相混合物晶体和单相固溶体两种，其中由液相结晶 出单相固溶体的过程称为匀晶转变。
匀晶相图
液相线 固相线
图中的每一点表示一定成 分的合金在一定温度时的 稳定相状态。
例如，A点表示，含 相图3分0%析Ni的铜镍合金在
两1点20：0℃纯时组处元于的液熔相点L；+固 两相线α：的L两, 相S相状线态；。
三B区点：表L示, α,含, L60+%α。Ni的铜镍 合金在1000℃时处于单一 α固相状态。
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图 铅锡共晶合金的显微组织
共晶合金的显微组织是 由α和β两相组成，所以 它的相组成物为α和β两 相。
）%
50 19 61.9 19
72.3%
相的相对量：
% 97.5 50 60%, % 50 19 40%
杠杆定律
杠杆定律
WL
WS
WL
WS
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共晶相图
共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转 变。Eutectic Reaction 共晶相图：具有共晶转变特征的相图。 （液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且发生共晶反应。 共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）
相律
（1）相律：热力学平衡条件下，系统的组元数、相 数和自由度数之间的关系。
（2）表达式： f=c-p+2; 压力一定时，f=c-p+1。
（3）应用 可确定系统中可能存在的最多平衡相数。如单元
系2个，二元系3个。 可以解释纯金属与二元合金的结晶差别。纯金属
结晶恒温进行，二元合金变温进行。
相率的推导
凝固过程示意图
L 匀晶转变 脱溶转变 II
共晶合金 （61.9%Sn-Pb）பைடு நூலகம்
图 61.9%Sn-Pb 合金 凝固过程示意图
L 共 晶 转 变 L61.9 共 晶 转 变 19 97.5
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点 tA点 tB点 E点 M点 N点 F点 G点
相区 单相区 两相区 三相线 (两个单相区之间是……)
线
tAEC线为液相线 tAMENtB线为固相线 MEN线是共晶转变线 MF线为Sn在Pb中的固溶度曲线 NG线为Pb在Sn中的固溶度曲线
端部固溶体合金 (10%Sn-Pb合金)
图 10%Sn-Pb 合金
• 相律可由热力学相平衡条件 推导，由影响状态的可变因素 减去相平衡决定的条件数即可 确定自由度数。
假定系统中有p个相，c个组元，则相组分引起的变数有 p(c-1)个。系统的总变数为p(c-1)＋2。
平衡条件数由热力学相平衡条件确定，在多相平衡时，组 元在各相间的化学位相等。每个组元可以写出p-1个等式，c 个组元的平衡条件总数应为c(p-1)。