相图分析
相图(新)
图6-25 亚金属初晶16％Sb的 Pb-Sb合金初晶（100×）
2．共晶体的组织形态
共晶体的组织有多种形态。共晶体是两相混合物， 影响其组织形态的因素很多，其中最主要的是组成相的 基本性质。
2．合金(2)共晶合金的结晶过程
合金室温组织：(α+β) 组成相：α和β相
图6-19 共晶合金组织的形态
3. 合金(3)的结晶过程
合金室温组织：α+二次β+(α+β) 组成相：α、β
图6-21 亚共晶合金组织
3．合金(3)的结晶过程
合金的组成相为α 和β ，它们的相对质量为：
ω ( ) ω ( ) x3 g 100% fg fx3 100% fg
图6-1 Cu-Ni合金相图
6.3.2 平衡结晶过程分析
b点合金结晶过程： 1点以上:液相L 1-2: L 2点:全部结晶为α 2-3:α 降温 其他成分合金的结晶 过程与其类似。
图6-4 匀晶相图合金的结晶过程
匀晶结晶的特点:
（1）固溶体结晶也包括生核与长大过 程。形态主要是胞状晶和树枝晶 , 而且更趋于呈树枝状。 （2）固溶体结晶在一个温度区间内进 行，即为一个变温结晶过程。 （3）在两相区，温度一定时，相的成 分是确定的，两相的质量也是一 定的。随着温度的下降，液相成 分沿液相线变化，固相成分沿固 相线变化 , 两相的质量也发生相 应变化。
图6-5 固溶体的组织形态示意图
6.3.3 非平衡结晶过程分析
在实际生产中，冷却较快，不能保持平衡状态，扩散过程来不及进 行，使结晶过程偏离平衡状态。
非平衡结晶的特点:
（ 1 ）固相平均成分线和液 相平均成分线将偏离平 衡相图中的液相线和固 相线。 （ 2 ）先结晶的部分总是富 含高熔点组元（ Ni ） , 后结晶的部分富含低熔 点组元（Cu）。 （ 3 ）非平衡结晶总是导致 结晶结束温度低于平衡 结晶时的结束温度。
三元相图ppt
相态的分析
确定三元相图的三个相态
根据三元相图中的三个区域，可以确定三元相图的三个相态，即液相、固相和气 相。
确定相态之间的转化
三元相图中不同相态之间的转化与成分和温度有关，可以根据相图中的成分和温 度范围确定不同相态之间的转化条件。
结晶过程的分析
分析结晶过程
三元相图中的结晶过程分析需要了解不同成分的溶液中结晶 过程的特点，以及结晶过程中成分的变化规律。
材料科学的基础研究
三元相图的研究也是材料科学基础研 究的重要组成部分。通过对三元相图 的深入研究，可以更好地理解物质的 本质和规律，为材料科学的其他领域 提供基础支撑。
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新型材料的探索
研究者们通过实验探索新型材料的三元相图，以寻找具有更优性能的相变材料， 应用于能源、环保等领域。
理论研究进展
计算方法的改进
研究者们不断改进计算方法，以更准确地预测三元相图中的 相行为。
分子动力学模拟
利用分子动力学模拟技术，研究者们可以模拟真实材料的三 元相图，为理论预测提供更为准确的依据。
多晶型和同素异构体的存在
在某些三元体系中，可能存在多种晶型和同素异构体，这些不同结构的物质在物理和化学 性能上可能存在显著的差异，因此如何考虑这些差异对三元相图的影响也是一个重要的问 题。
三元相图未来研究方向的建议
加强实验研究
由于三元相图的复杂性，实验研究仍然是确定三元相图最准确的方法。因此，需要发展新的实验技术，提高实验的精度和效 率，同时需要建立更加完善的数据库和理论模型来描述和预测三元相图。
应用研究进展
能源储存与运输
研究者们正在研究如何利用三元相图优化能源储存与运输过程中的性能。例 如，优化相变材料在储存和运输过程中的热力学性质。
材料科学基础43复杂相图分析
二.复杂相图 分析
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●铁碳相图
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三.Fe-Fe3C相图
●分析思路：
912c
c 1394
Fe r Fe Fe
%C
F Fe3C
%C
A
%C
铁素体
P
Ld
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五个基本组织： F, A, Fe3C, P, Ld
三个重要反应：L4.3 1148C r2.11 Fe3C6.69
图5-63 铁碳合金的成分与组织的关系
图5-64 含碳量对平衡状态下弹力学性能的影响
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●铁碳相图应用
1.依据 Fe-C相图临界点，确定热处理工艺； 2.依据Fe-C相图，研究新的工艺方法，提高
材料强韧性； (1)深冷处理 (2)确定相变超塑性在焊接工艺上的加热温 度对钢材、上限温度超过相变点(50-100) ℃ (3)提高表面化学热处理效果
激情时刻
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莱氏体中的γ相冷至室温过程中又转变为Fe3CⅡ 和P两部分，这两部分相对量也可通过杠杆定 理求得，即
6.69–2.1
P= 6.69–0.77
=77.5%
2.1–0.77
Fe3CⅡ=
6.69–0.77
=22.5%
显示在整个莱氏体中
P=0.775×0.519=40.2% Fe3CⅡ=0.225×0.519=11.7% （3）亚共析钢的凝固过程 含碳量< 0.77%的Fe-C合金为亚共析钢。这种合 金在凝固时，一部分在高温区可能产生包晶转
6.69 – 0.77
P=1 – La´ – Fe3CⅡ=45.8% (6)过共晶铸铁
这种铸铁含碳量在4.3%至6.69%之间，室温 组织为La´ +Fe3CI。
水的相图浅析--物化论文
水的相图浅析水是地球上随处可见的物质，也是人类生存所必不可少的要素之一，关于水的起源的认识仍存在很大的分歧,一种学说认为在地球形成后才有形成水的原始元素（氢和氧）。
氢与氧在适宜的条件下化合。
生成羟基（OH ）。
羟基再经过复杂的变化，形成水（H2O ）；另一种学说认为地球上水来自太空由冰组成的彗星种学说认为在地球形成之前的初始物质中存在一种H2O 分子的原始星云，地球形成后降到地球上，从而使地球上有了水。
关于水的研究是十分必要而有意义的，到目前为止，也没有统一的定论可以把水在理论上解析得清清楚楚。
在这里，我简单地介绍一下水的相图，以及水在高压下的结晶情况。
我们知道，水有三种不同的聚集状态。
在指定的温度、压力下可以互成平衡，即在特定条件下还可以建立其的三相平衡体系。
表１的实验数据表明了水在各种平衡条件下，温度和压力的对应关系。
水的相图（图２）就是根据这些数据描绘而成的。
表１ 水的压力～温度平衡关系温 度 （℃） 体系的水蒸气压力(kPa)(kPa)(kPa)(kPa) -20 -15 -10 -5 0.00989 +20 +100 374 -- 0.191 0.286 0.421 0.610 2.338 101.3 2.204x104 0.103 0.165 0.259 0.401 0.610 -- -- -- 1.996x105 1.611x105 1.145x104 6.18x104 0.610图2 水的相图在图中我们可以读出各相区及两相平衡线和三相点，关于具体的分区和自由度，相组成分析课堂上已经详细介绍，这里只做简单介绍。
在相图中表示体系（包含有各相）的总组成点称为"物系点"，表示某一相的组成的点称为"相点"，但两者常通称为"状态点"。
１. 单相区：三条两相线将坐标分成三个区域，每个区域代表一个单相区，其中AOC为气相区，AOB为固相区，BOC为液相区。
FeC相图具体分析
Fe-C 相图分析一. Fe-C 双重相图铁碳合金是铁与碳组成的合金，在合金中当碳含量超过固溶体的溶解限度后，剩余的碳以两种存在方式：渗碳体Fe 3C 或石墨。
在通常情况下，铁碳合金是按Fe-Fe 3C 系进行转变。
但在极为缓慢冷却或加入促进石墨化的元素的条件下碳才以石墨的形式存在，因此Fe-石墨系是更稳定的状态。
按照这样情况，铁碳相图常表示为Fe-Fe 3C 和Fe-石墨双重相图，如图6.1所示。
Fe 3C T /0CD 'K 'δC wt.%图6.1 Fe-C 双重相图图中实线部分为Fe-Fe 3C 相图，虚线表示Fe-C 相图，实线与虚线重合的部分以实线表示。
尽管Fe-Fe 3C 相图是一个亚稳相图，但一般情况下铁碳合金中的相变化遵循Fe-Fe 3C 相图，所以通常也将其称为平衡相图，在Fe-Fe 3C 相图中的相或反应生成的各种组织都分别称为平衡相或平衡组织。
二. Fe-Fe3C相图分析1.相区五个单相区：ABCD（液相线）—液相区（L） AHNA—δ相区NJESGN—奥氏体区（γ或A） GPQG—铁素体区（α或F）DFK—渗碳体区（Fe3C或Cm）ABCD为固相线，AHJECF为液相线。
七个两相区：L+δ、L+γ、L+ Fe3C、δ+γ、γ+α、γ+Fe3C、α+ Fe3C五条水平线：HJB—包晶转变线、ECF—共晶转变线、PSK—共析转变线770℃（MO）虚线—铁素体的磁性转变线（又称为A2线）230℃虚线—渗碳体的磁性转变线2. 三个恒温转变（1）包晶转变（1495℃HJB水平线）：凡成分贯穿HJB恒温线的铁碳合金（w(C)＝0.09-0.53%），冷却到1495℃，w(C)＝0.53%的液相与w(C)＝0.09%的δ相发生包晶反应，生成w(C)＝0.17%的γ相即奥氏体A。
包晶反应式记为1495CB H JLδγ︒+→，其中的下标字母表示该相的成分点。
（2）共晶转变（1148℃ECF水平线）：反应式为11483CC EL Fe Cγ︒↔+，w(C)＝2.11-6.69%的合金冷却时，在1148℃都发生共晶转变。
4 第四章 相图(二元)
配制合金系中几种不同成分合金 熔化后，测试其冷却曲线 根据曲线上的转折点，确定各合金的凝固温度 将上述数据引入以温度为纵轴，成分为横轴的坐标
平面中 连接意义相同的点，作出相应的曲线 曲线将图面分成若干区域----相区。经过金相组织分 析，测出各相区所含的相，将相的名称标注其中， 相图工作就完成
4，过共晶合金
★ E点以右，D点以左，为过共晶合金，与亚 共晶合金类似，白色卵形为初晶β，黑色为共 晶体（α＋β）。 ★α,β,αⅡ,βⅡ,(α+β)称组织组成物 ★α,αⅡ为一个相。(α+β)两相混合物，称共晶 体。 ★求组织组成物的相对量，同样可用杠杆定理 标明各区的组织---组织分区图
四、共晶组织和初晶形貌 1，共晶组织的形貌
测试时要求合金的成分准确，纯度高，冷却
速度要慢0.5~1.5℃/min
下面是Ni-Cu合金相图，是最简单的相图之一
Ni 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 20% 40% Cu Cu
80% Cu 60% Cu
Cu
Ni 20 40 60 80 Cu Cu%
2.2. 使用二元合金相图的基本方法
2 > 2 ；此时 2 -2 <0
dG＜0
当α相与β相彼此平衡时，在dG=0, 同理 ：------------------------------
= =
1
2
2
1
1.3. 相律
相律是分析和使用相图的重要依据。凝集态
受压力影响很小，在恒压下：相平衡条件的 数学表达式：f=c-p+1 (在物理化学中也指出) 式中C为组元数，P为共存的平衡相数，f为自 由度数。 单元系(纯金属) f=1-2+1=0，自由度为1，表 明恒温下平衡熔化或凝固。 二元系C=2，当f=0,p=3,在恒定温度下处于三 相平衡；两相共存时，自由度数目为1，表明 平衡凝固或熔化就在一定温度范围
典型相图分析PPT课件
k0 CS /CL
实际凝固时原子的迁移需要一过程，液体 和固体的成分达不到相图所示的平衡状态， 这时分析采用“有效分配系数”，它定义为：
ke 凝边固界时层固以－外液的界 相 液 浓 面 的 体 度 处 (浓 C平 L(C )固 B度 S均 )i
典型相图分析
➢相图知识
➢二元匀晶相图与固溶体的凝固
➢二元共晶相图
➢二元包晶相图
➢复杂二元相图的分析方法
➢三元相图
精品课件
1
一、相律 第一节 相图知识
对于恒压条件：f = c – p + 1
系统中有p相，c个组元，则成分引起的变数p(c-1)个。系 统总的变数为p(c-1)+1
在多相平衡时，任一组元在各相间的化学位相等， 每个组 元可写出个p-1等式，平衡条件总数为c(p-1)
晶内偏析的程度决定于：相图中液—固相线相距愈远，组元元素原子的迁移 能力愈低(扩散系数小)，冷却速度愈大，造成的晶内偏析将愈严重。
消除偏析的方法：前两条原因是不可更改的，但并不是采用慢速冷却，因为
慢速冷却会使晶粒变大，最高和最低成分之间的距离加大消除更困难，而是
快速冷却，细化晶粒，会带来晶内的偏析，即宏观均匀而微观有大的图与固溶体的凝固
一、相图形式
两组元在液态和固态都能无限互溶。如Cu—Ni、Ag—Au形 成二元合金对应的相图就是二元匀晶相图。
相图的构成：由两条曲线将
相图分为三个区。左右两端
点分别为组元的熔点。上面
的一条曲线称为液相线，液
相线之上为液相的单相区，
常用L表示；下面的一条曲
过程：
精品课件
材料科学基础4-3复杂相图分析
77–0.02
1148ºC
含碳量> 0.77%至 2.11%之间的Fe-C合金为过共析钢，凝固过程较简单，从略，其室温组织为P+ Fe3CⅡ。
(4)过共析钢的凝固过程
01
含碳量在2.11%至4.3%之间为亚共晶铸铁，当冷至液相线BC以下时开始结晶出γ相，在（L+ γ）两相区中，L、 γ的平衡成分分别沿BC和JE线变化，当达到1148ºC时，剩余液相成分为4.3%，因此产生共晶反应， L γ+ Fe3C
– 2.1
– 2.1
3
– 0.77
4
– 0.77
P=1 – La´ – Fe3CⅡ=45.8%
这种铸铁含碳量在4.3%至6.69%之间，室温组织为La´ +Fe3CI。
珠光体P——F与 Fe3C的机械混合物，强度、硬 度较高。
过共晶铸铁
铁碳合金中的相及组织
铁素体F(α )——C在-Fe中的间隙固溶体，体心立 方结构,强度低塑性忍性好、钢中软忍相。
03
莱氏体Ld——r与Fe3C机械混合物。
04
中各主要点的温度，含碳量及意义
含碳量对钢的组织和性能的影响
亚共析钢：随含碳量增加，珠光体量增加， 钢的强度、硬度增加，塑性韧性降低。 过共析钢：随含碳量增加，二次渗碳体量 增加，钢的强度增加，而塑性、韧性降低， 但含碳量小于1.0%时，强度增加，而含碳 量大于1.0%时，强度减小。 图5-63 铁碳合金的成分与组织的关系 图5-64 含碳量对平衡状态下弹力学性能的影响
727°C
6.69—0.77
0.77—0.02
1143ºC
中的γ相含碳量为2.11%，这是γ相中最高的碳溶解度，随温度下降，γ相中碳溶解度大大降低，因此从γ相中析出Fe3CⅡ，剩余γ相中的含碳量沿ES线变化，直到727ºC， γ相中含碳量达到0.77%，这时发生共析分解： γ α+ Fe3C， 形成珠光体。由此可见，室温下的莱氏体是（ Fe3CⅡ+P）+ Fe3C，的机械混合物，与共晶产物已有区别，室温莱氏体常记作La´。 莱氏体中的γ和Fe3C两相相对量可用杠杆定理求得，即
第六节 三元相图解读
3、三元相图的表示方法
以水平浓度三角形表示成分，以垂直浓度三 角形的纵轴表示温度，三元相图是一个三角 棱柱的空间图形。一般由实验方法测定。 但由于形状复杂，多采用等温截面、垂直截 面和投影图来表示和研究。
等温截面是平行于浓度三角形在三元空间图 形上所取的界面。表示一定温度下不同合金 所处相的状态，不同温度的等温截面可分析 三元合金中随温度发生的变化。
三元相图引言
在恒压下，二元系只有两个独立变量：温 度和成分，相图是平面图。三元系将有温 度和两个成分参数构成的三个独立变量， 因此三元相图是空间立体图，给表达和学 习认识上带来相当的困难。
6.1 概述
1、三元相图成分表示方法--浓度三角形
浓度三角形为等边三角形。顶点代 表纯组元A、B、C。三边表示相应的 二元合金；按顺时针或逆时针方向 标注合金成分；三角形内任意一点x 的三组元成分确定：过x点分别做三 边的平行线，分别截取wA=Cb, wB=Ac, wC=Ba 。 Cb+Ac+Ba=AB=BC=CA=1 相应地也可以根据合金成分确定合 金在相图中的位置。
6-3 三元共晶相图
一 、组元在固态互不相溶的共晶相图
（1）相图分析 面： 液相面：3个 两元共晶面：6个 三元共晶面：1个 区： 单相区：4个 两相区：3个 三相区：4个 四相区：1个
6-3 三元共晶相图
（1）相图分析 区： 单相区：4个 两相区：3个 三相区：4个 四相区：1个
2
（ ） 结 晶 过 程
—— 适用于两相平衡的情况
WB
M" O " N "
A
B
N (b)
N’ MNO点在一条直线上
O
O’
M
(a)
铅锡共晶相图分析
1、相图分析图3—12为一般共晶型的Pb-Sn合金相图。
其中AEB线为液相线,ACEDB线为固相线，A点为铅的熔点（327℃）,B点为锡的熔点（232℃）.相图中有L、α、β三种相，形成三个单相区。
L代表液相，处于液相线以上。
α是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体,位于靠近纯组元Pb的封闭区域内.β是Pb溶解在Sn中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Sn的封闭区域内.在每两个单相区之间，共形成了三个两相区，即L+α、L+β和α+β.图3-12 Pb—Sn二元合金相图相图中的水平线CED称为共晶线。
在水平线对应的温度(183℃）下，E点成分的液相将同时结晶出C点成分的α固溶体和D点成分的β固溶体:LE ⇄（αC+βD)。
这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。
共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。
发生共晶反应的温度称为共晶温度，代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点,具有共晶成分的合金称为共晶合金。
在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。
凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应.发生共晶反应时，L、α、β三个相平衡共存,它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。
因此，水平线CED是一个三相区。
相图中的CF线和DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线），称为固溶线。
可以看出，随温度降低,固溶体的溶解度下降。
2、典型合金的结晶过程⑴含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例）由图3—12可见,该合金液体冷却时，在2点以前为匀晶转变,结晶出单相α固溶体，这种从液相中结晶出来的固相称为一次相或初生相.匀晶转变完成后，在2、3点之间，为单相α固溶体冷却，合金组织不发生变化。
温度降到3点以下,α固溶体被Sn 过饱和，由于晶格不稳,便出现第二相—β相，显然，这是一种固态相变。