《《材料热力学课件》11三元相图及凝固组织－三元匀晶相图.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《材料热力学课件》11三元相图及凝固组织－三元匀晶相图.ppt（26页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、2021/4/30,1,第三章 三元相图及合金的凝固组织,2,2021/4/30,1三元相图的表达方式，使用方法 2几种基本的三元相图立体模型 3各种等温截面，变温截面及各相区在浓度三角形上的投影图 4典型合金凝固过程,本章主要内容,3,2021/4/30,三元相图的基本特点：,完整的三元相图是三维立体模型（三棱柱）； 三元系中可以发生四相平衡，四相平衡区是恒温水平面； 三元相图中的三相平衡区自由度f=1，三相平衡转变是变温过程，占有一定的空间，而不是二元相图中的水平线。,4,2021/4/30,1.三元相图的成分表示法,三元合金的成分需用一平面表示，通常用等边三角形或直角坐标表示。称为浓度三
2、角形,三元相图的浓度三角形,三角形的三个顶点A、B、C分别表示三个纯组元，三角形的边AB、BC、CA分别表示三个二元系的合金，三角形内的任一点都代表某一成分的三元合金。,5,2021/4/30,三边AB、BC、CA按顺时针方向分别代表三组元B、C、A的含量 由x点分别向顶点A，B，C的对应边作平行线，顺序交于三边的a,b,c点，三线段之和等于三角形的任一边长，即 xa+xb+xc=AB=BC=CA =合金的总量(100%) 从a,b,c的值可以直接读出 A组元的含量Ca=20% B组元的含量Ab=40% 组元的含量Bc=40%,三角形内任一点x合金的成分求法,y,z,6,2021/4/30,若
3、已知合金中三个组元的百分含量，求该合金在三角形内的位置。,标出 ABC含量分别为25%,10%,65%的点？ ABC含量分别为60%,10%,30%的点？,7,2021/4/30,浓度三角形中两条特殊线,（1）若各种合金位于平行浓度三角形任一边的直线，则该合金含此线对顶角的组元的量相等，如平行于AC边的de线上的所有合金，含B组元的量都为Ad%,8,2021/4/30,（2）若各种合金位于从浓度三角形的一个顶点到对边的任意直线上，则这些合金所含此线两旁的两组元的量的比值相等，如Bp线上的全部合金，含A和C两组元的比值相等，即A/C=Cp/Ap,9,2021/4/30,三元相图成分的其他表示法：
4、等腰三角形,当一个组元的含量（如C）较少，另两组元较多时，合金成分点就靠近三角形另两组元（AB）所在的边。实际应用时，取靠AB边的一部分，于是就成为等腰梯形,合金o成分的求得与等边三角形的求法一样，即A、B、C的含量分别为Ba(30%)、Ab(60%)、Ac(10%),10,2021/4/30,当合金成分以一组元为主，其它二组元的量很少时，例如铝中的硅含量仅千分之几，铁含量仅万分之几，可采用直角坐标，而且可取不同标尺 合金中的两组元可利用垂线从直角坐标上求得，其余即为另一组元,x合金含：0.8%Si，0.06%Fe，Al=(100-0.8-0.06)%=99.14% S合金含：,三元相图成分的
5、其他表示法：直角坐标,Al-Si-Fe合金成分三角形,s,11,2021/4/30,2 三元相图的杠杆定律和重心法则,2.1杠杆定律（又称直线定律）,如果已知一合金O在液体冷凝过程中，析出相D的成分不变时，则液相的成分一定沿着DO的延线上变化,D/E=OE/OD 或者D=OE/DE100%E=OD/DE100%,一个三元合金O分解为两个不同成分的平衡相D和E时，D、E和O三点必然位于一条直线上，且D和E两相的重量比与其到O点的距离成反比，即,12,2021/4/30,2.2 重心法则,当一个三元合金o分解为三个不同成分的平衡相x、y和z时，此o合金的成分点必然位于由x、y和z三相成分点所连成的
6、三角形内，a，b，c点分别相当于yz，xz和xy两相之和的成分点。 o点正好位于三角形的质量重心，故称为重心法则。,x、y和z三相的重量百分数可分别按杠杆定律进行计算： x=oa/ax100% y=ob/by100% z=oc/cz100%,13,2021/4/30,反之，如果将已知成分和重量的三个合金x、y和z熔合成一个o合金时，此o合金只能位于xyz三角形质量重心，不能配制出位于三角形以外的任何合金,当算出x含量之后，y和z的含量也可以利用yz作杠杆计算： y=az/yz(100-x)100% =az/yzox/ax100% z=ay/yz(100-x)100% =ay/yzox/ax10
7、0%,14,2021/4/30,例：在浓度三角形中， （1）定出P，R，S三点成分。若有该三种合金质量分别为2，1，2kg，将其混合成新合金，求混合后新合金的成分； （2）定出wc=0.55，wa/wb等于S合金中wa/wb时的合金成分； （3）若有4kg成分为P点的合金，欲配成10kg成分为R点的合金，求需另加入的一种合金质量及成分。,15,2021/4/30,3 匀晶三元相图,3.1 相图的空间模型,形成这类相图的三个组元每对组元在液态和固态下均能无限地互相溶解，形成均匀的溶液和固溶体，它们组成的三元相图称为匀晶相图。如Au-Ag-Pd、Au-Ag-Pt、Au-Pt-Cu、Cu-Ni-Pt
8、等,16,2021/4/30,三个侧面为三个匀晶型二元相图，三个二元相图的液相线连成三元相图的液相面，三条固相线连成固相面 在液相面以上区域均为液相，在固相面以下区间均为固相，在液相面和固相面之间为液相和固相共存的两相区,17,2021/4/30,3.2 合金的凝固过程及组织,平衡凝固时： Tt1：均匀液态 t1：L（液相面） t2：固相面，凝固完毕，得到成分均匀的。 非平衡凝固时，产生枝晶 偏析，需进行扩散退火。,冷却曲线,18,2021/4/30,合金凝固过程中的相成分变化-蝶形法则,1. t1时，L11（固溶体）， 2.随温度下降，液体量不断减少，不断增多，液相成分沿液相面呈曲线变化，轨
9、迹为L1L2L3L4，固相成分沿固相面变化，轨迹为1234。 3.每一个温度下的固、液相成分连线在浓度三角形中投影呈蝴蝶状，由直线法则，每一温度下，固液相成分与x点成一直线。这些平衡相成分点的连线称为共轭线。,蝴蝶投影,19,2021/4/30,三元相图实际应用的是某些等温截面、变温截面以及各种相区和等温线的投影图,三元相图截面,20,2021/4/30,从立体模型截取等温截面,3.3 匀晶三元系的等温截面（或水平截面）,t1温度等温面的截取： 在立体模型中插入一个t1温度水平面DEF，该面与液相面和固相面分别交截于L1L2和12线段，将此两条交线投影到浓度三角形上，即得t1温度的等温截面。,
10、等温截面表示给定温度下的相平衡关系，用系列等温截面可分析给定合金的相转变。,21,2021/4/30,T1温度的等温截面,各种合金在t1温度下相区： 分别为L，L+以及相区。,三元合金的两相区中，根据相律f=2，温度固定后，还有一个相的成分可独立变化，或者液相在L1L2之间变化，或者固相在12之间变化。 但是，每一固定成分的液相只有一固定成分的固相与之平衡，此每对平衡相成分点的连接线简称为连线或共轭线，在等温截面的两相区中都连有这种连线,22,2021/4/30,共轭线的确定-实验确定,测定一定温度下两平衡相中任一相的一个组元含量，就可确定两平衡相的成分。,(a)确定连线的方法,两相区中的连线
11、彼此不能相交，呈放射状,设合金x分解为L+两相，其成分分别位于固相线和液相线上。若测出中含C为xc%，则的成分一定位于平行于AB的虚线上，与固相线交于n点，即为成分点，再根据杠杆定律连接nx，并延长与液相线交于m点，即为液相成分点。此mn线段即为一条共轭线。,23,2021/4/30,共轭线连线方向,从二元固溶体合金凝固时知道，当固、液两相平衡时，固相中含高熔点组元的量CA比液相中的高，含低熔点组元（CC）则相反，即,连线不可能与通过顶点的Bxf直线一致，因为该线上的所有相，其CA/CC比值相等。 通过x点的正确连线位置：液相成分点m位于Bxf线的下方，而固相成分点n位于Bxf线的上方，这样才
12、符合上述规律：,应用杠杆定律计算两个相的百分含量？,24,2021/4/30,等温截面作用,1.表示在某温度下三元系中各合金存在的相态； 2.表示平衡相的成分，可以应用杠杆定律计算平衡相的相对量 3.将一系列等温截面与液相面的交线（称液相等温线）和固相面的交线（称固相等温线）分别投影到浓度三角形上，即获得液相等温线一固相等温线投影图，分别表示该系合金的开始凝固温度和凝固完毕温度。,25,2021/4/30,T1T2T3T4T5 X合金在高于T1开始凝固，T2凝固完毕； Y合金在T3开始凝固，T4T5之间凝固完毕。,26,2021/4/30,3.4 变温截面（或垂直截面）,截取EF和BG变温截面；,截面常平行于一边或过某一顶点。纵、横坐标分别表示温度和合金成分，图中的线条同样表示相变温度，可以与二元相图一样分析合金的相变过程 在变温截面上不能表示相的成分，因为垂直截面上液相线和固相线不是一对共轭曲线，之间不存在相平衡关系，因此在变温截面上就不能应用杠杆定律计算平衡相的百分含量,X合金,