第四章-相圖(三元)基本理論資料.ppt

三元合金相圖 三元和多元合金材料在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中較為廣泛 多元合金相圖測定困難且不便使用 三元合金相圖更有實(shí)用價(jià)值 第一節(jié)三元合金相圖的幾何規(guī)則 1 1三元合金相圖的成分表示法底面是三角形 表示成分 加上垂直的溫度坐標(biāo)1 等邊成分三角形Sa Sb Sc AB BC CA Ca A Ab B Bc C 等邊成分三角形中的特殊線a 平行某一邊的直線上的合金 表示平行線上的三元合金所含此線對應(yīng)頂角的組元量均相等 ef表示B組元相等的三元合金b 過某一頂角直線上的合金 表示此線兩邊的另兩組元比值不變 如Bg XA XC Cg Ag 2 成分的其它表示方法 等腰成分三角形 當(dāng)合金中某一組元含量較少 而另兩個組元含量較多時 合金成分靠近等邊三角形的某一邊 為了清晰 可將成分三角形兩腰放大成為等腰三角形 只取等腰梯形的部分即可 放大5或10倍 直角成分三角形 當(dāng)合金成分以某一組元為主 其它兩組元含量很少時 合金成分將靠近等邊三角形某一頂角 或采用直角坐標(biāo) 則可使該部分相圖清楚地表示出來 1 A C組元多 B組元少2 A組元多 B C組元少見下圖 1 a Wc AcWA CaWB 4 M N Mn 0 1 0 2 0 3 0 4 1 2 三元合金相圖中相成分與相對量變化規(guī)則1 直線法則 在一確定的溫度下 當(dāng)某三元合金處于兩相平衡時 合金的成分點(diǎn)與兩平衡相成分點(diǎn)必定位于成分三角形中的同一條直線上2 杠桿定理 如下圖W W fg fe f g e f qp spW W qp sp 3 應(yīng)用條件a 某一溫度下 成分給定三元合金處于液固平衡 其中成分可知 可求另一成分b 已知成分的固相在某一溫度下析出一新相時 新相成分已知 可確定母相成分 1 3 杠桿定律和重心法則 1 杠桿定律 r L A B 2 重心法則和杠桿定律 直線法則 一定溫度下三元合金兩相平衡 合金成分點(diǎn)和兩平衡相的成分點(diǎn)必然位于成分三角形的同一條直線上且合金成分點(diǎn)位于兩平衡相成分點(diǎn)之間證明 合金O在一定溫度下處于 兩相平衡 成分點(diǎn)分別為 及b O 中B組元含量分別為Af Ae Ag C組元含量分別為Af Ae Ag 合金O重量分?jǐn)?shù)為1 Ae W Ag 1 W 1 AfAe W Ag 1 W 1 Af 得出 fg ef f g e f 正是解析幾何中三點(diǎn)一線 杠桿定律由上式導(dǎo)出即三元合金系中兩相平衡的杠桿定律 重心法則三元合金R在一定溫度下處于 三相平衡 成分點(diǎn)分別為e f g 則合金R的成分點(diǎn)必定位于三角形efg重心位置 如下圖設(shè)想把 和 混合成一體 合金R便是由 相和混合體組成 根據(jù)直線法則 和 相混合體成分點(diǎn)應(yīng)在fg直線上 同時也在eR直線的延長線上 因此必定是eR延長線和fg線交點(diǎn)a 則由杠桿定律可知 但是 作圖求三相平衡不夠準(zhǔn)確而產(chǎn)生誤差 用代數(shù)法求解 可避免誤差 已知條件 a R合金中A B C組元含量為xR yR zRb 相中A B C組元含量為x y z c 相中A B C組元含量為x y z d 相中A B C組元含量為x y z 設(shè) 三個平衡相的重量分?jǐn)?shù)為W W W 則下式成立 第二節(jié)三元勻晶相圖 如圖 三個側(cè)面分別為三個二元勻晶相圖 三條二元相圖的液相線和固相線分別連接成三元合金相圖的液相曲面和固相曲面 前者以上為液相區(qū) 后者以下為固相區(qū) 之間為液固兩相共存區(qū) 2 1 相圖的空間模型 Ta Tc Tb C A B 三組元液態(tài)完全互溶 固態(tài)也完全互溶 冷卻過程發(fā)生勻晶轉(zhuǎn)變 如上圖 Fe Cr V Cu Ag Pd 是典型的而且是應(yīng)用最廣的三元勻晶相圖 圖中Ta Tb Tc是三組元熔點(diǎn) 向上凸的曲面是液相面 向上凹的曲面是固相面 兩者之間為液固兩相共存區(qū) 要確定每一溫度下兩相的成分和重量分?jǐn)?shù) 用等溫截面圖 結(jié)晶過程同二元合金相圖 隨著溫度不斷下降 液固兩相成分將分別沿液相曲面和固相曲面變化 根據(jù)直線法則 兩平衡相成分點(diǎn)連線 共軛線 必定通過原合金成分點(diǎn)液相成分點(diǎn)劃過液相曲面 固相成分點(diǎn)劃過固相曲面 軌跡是空間曲線在成分三角形上的投影則呈蝶狀 如下圖 2 2 合金的平衡結(jié)晶過程 采用等溫截面圖和變溫截面圖分析合金相變過程 各溫度下相平衡關(guān)系 是水平面與三元相圖立體模型相載的圖形在成分三角形上的投影 相應(yīng)的兩平衡相成分點(diǎn)分別在液相面與固相面的等溫面上 相對量通過共軛線和杠桿定律求出 左圖中的紅線是共軛線 2 3 等溫截面圖 水平截面圖 共軛線的確定 二元系中 若A為高熔點(diǎn)組元 B為低熔點(diǎn)組元 則 見中圖 三元系中也如此 A B C的熔點(diǎn)TA TB TC 等溫線是低于TA而高于TB TC時的等溫截面 故兩平衡相的成分點(diǎn)不在Apr線上 更不在upv線上 而在mpn線上 m點(diǎn)代表的B組元大于C組元 n點(diǎn)所代表的C組元含量大于B組元含量 L L A B B 溫度 等溫截面兩相區(qū)內(nèi) 通過任一合金的成分點(diǎn)只能作一條共軛線 各共軛線彼此不能相交 在成分三角形中成放射狀 位于同一共軛線上的不同成分合金 兩平衡相的成分不變 但相對量各不相同 相對量采用杠桿定律 通過分析不同溫度的等溫截面圖 還可以了解合金狀態(tài)隨溫度改變的情況 如下圖 T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4 是垂直于成分三角形的面與三元相圖空間模型相交截而成的圖形 主要是用來研究合金的結(jié)晶過程組織轉(zhuǎn)變情況 2 4 變溫截面圖 垂直截面圖 液面交線與固相面交線 僅表示結(jié)晶開始與結(jié)晶終了 不表示合金結(jié)晶過程中 液固相成分變化的軌跡 直線法則和杠桿定律不適用 第三節(jié)三元共晶相圖 三組元在液態(tài)完全互溶 在固態(tài)部分互溶或完全不互溶 冷卻過程發(fā)生共晶反應(yīng) A 液相面 有三個 分別發(fā)生L L L 勻晶反應(yīng)曲面 以上為液相B 均晶轉(zhuǎn)變終了面 三個固相面 是L L L 勻晶轉(zhuǎn)變終了面 以下為 單相固溶體區(qū) 與上述三個液相面組成L L L 兩相平衡區(qū) 3 1 相圖分析 C 三相平衡棱柱和四相平衡平面 根據(jù)教具分析 有三個三棱柱空間是三相區(qū) L L L E點(diǎn)為四相平衡共晶點(diǎn) 表示E點(diǎn)的液相在TE溫度下發(fā)生四相平衡共晶轉(zhuǎn)變mnp為四相平衡平面 是一個水平面 共晶轉(zhuǎn)變后形成三相共晶體 mnp也叫三相共晶面 圖5 21固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖 溫度再降低 三相共晶體中平衡相 成分沿單變量線mm nn pp 變化 發(fā)生的脫溶過程 水平的共軛三角形最后變成水平的共軛三角形m n p 又是一個三相平衡三棱柱 三相區(qū) D 固溶度曲面 有六個濃度曲面 固相完全不互溶的相圖沒有 固溶體的固溶度曲面是dnn d d mnn m m 相固溶體的固溶度曲面是foo f f goo g g 相固溶體的固溶度曲面是hpp h h lpp l l 3 2 合金的結(jié)晶過程合組織 一 結(jié)晶的組織投影圖上各區(qū) 線 點(diǎn)所代表的合金結(jié)晶順序及室溫組織 初晶A 二元共晶 A B 三元共晶 A B C B A B A B C B B C A B C C B C A B C C C A A B C A C A A B C AE BE CE E 初晶A 三元共晶 A B C 初晶B 三元共晶 A B C 初晶C 三元共晶 A B C 二元共晶 A B 三元共晶 A B C 二元共晶 B C 三元共晶 A B C 二元共晶 C A 三元共晶 A B C 三元共晶 A B C C A B e1 e2 e3 E 三相區(qū)是直邊三角形 可以應(yīng)用杠桿定律和重心法則計(jì)算相對量 見教具投影圖 將三元立體圖劃分為各相區(qū)的點(diǎn)線面垂直投影到底面的成分三角形內(nèi) 利用投影圖可以全面地分析給定合金在冷卻過程中的平衡相變過程和室溫組織 并可標(biāo)出組織 二 等溫截面圖 三 投影圖與垂直截面圖 a 垂直截面圖 平行成分三角形某一邊作垂線 找出各溫度下相對應(yīng)的交點(diǎn) 利用垂直截面圖可以分析給定合金在冷卻過程中的相變過程 但不能給出平衡相成分 也不能用杠桿定律計(jì)算平衡相的相對量 可反應(yīng)相變溫度范圍 四 三相平衡空間 從二元系出發(fā)研究三元系中的三相平衡共晶轉(zhuǎn)變是較為方便的 當(dāng)二元系中加入第三組元時 共晶轉(zhuǎn)變溫度趨向低溫 三平衡相的成分則隨著溫度降低而趨向于第三組元含量增加的方向變化 如下圖5 22共晶轉(zhuǎn)變過程中 三個平衡相將分別沿著相應(yīng)的單變量線改變成分 在共晶轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi) 對應(yīng)一定溫度的L 三平衡相 其成分點(diǎn)分別落在各自的單變量線上 該三個成分點(diǎn)相連的三角形稱為三相平衡共晶轉(zhuǎn)變的共軛三角形 若將共軛三角形的三個頂角沿著相對應(yīng)的三條單變量線平行于成分三角形向下移動 則其軌跡構(gòu)成一個三棱柱體 顯然 該三棱柱體的空間即為共晶轉(zhuǎn)變的三相平衡空間 在圖5 21固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖中 共有三個三相平衡共轉(zhuǎn)變的三棱柱體 de1f ge2h le3m三條二元共晶水平線是這三個三棱柱的頂端封口線 而九條單變量線 dn e1E fo go e2E hp lp e3E mn則分別是三個三棱柱體的棱邊 五 三相平衡共晶轉(zhuǎn)變面及共軛三角形 接上圖5 21 三相平衡共晶轉(zhuǎn)變開始面有六個 終了面有三個 L 開始面為de1End和fe1Eof 終了面為de1fond L 開始面為ge2Eog和he2Eph 終了面為ge2hpog L 開始面為le3Epl和me3Enm 終了面為le3mnpl 每組兩個共晶轉(zhuǎn)變開始面和一個終了面構(gòu)成三棱柱體的三個側(cè)面 三棱柱體的底是三相平衡共晶轉(zhuǎn)變的另一終了面 即共軛三角形 在三個共軛三角形 nEo oEp pEn 的九條邊中 有六條邊兩兩相交于nE oE pE 應(yīng)指出 上述兩種共晶轉(zhuǎn)變的終了面具有不同意義 位于成分三角形三個側(cè)邊的終了面 為三相平衡區(qū)與兩相平衡區(qū)的交界 合金通過此面后其液相完全消失 而三個在同一水平面上的共軛三角形終了面 則為三相平衡區(qū)與四相平衡區(qū)的交界 六 四相平衡共晶轉(zhuǎn)變面 已知三個三相平衡共晶線e1E e2E e3E相交于E點(diǎn) 由于該點(diǎn)成分的液相同時被 三相所飽和 所以 在TE溫度將發(fā)生LE n v p四相平衡平衡共晶轉(zhuǎn)變 根據(jù)相律 四相平衡時自由度 0 故四相平衡共晶轉(zhuǎn)變nop三角形為一等溫截面 該三角形的三個頂角分別表示生成相 的成分點(diǎn) 而反應(yīng)相L的成分點(diǎn)E則在三角形中 四相平衡三角形與三個三相平衡共晶轉(zhuǎn)變?nèi)切蜗嘟挥趎o op pn 即 nop的三條邊 在四相平衡共晶轉(zhuǎn)變開始前 LE n o LE o p LE n p三個三相平衡共晶轉(zhuǎn)變在TE溫度結(jié)束 成分為E點(diǎn)的剩余液相通過發(fā)生四相平衡共晶轉(zhuǎn)變而最后消失 七 三相平衡三棱柱 在上述四相平衡共晶轉(zhuǎn)變終了時 合金呈三相平衡 狀態(tài) 該三相平衡區(qū)為一個三棱柱體 如圖5 23所示 圖中表明 三相平衡三棱柱體的頂面 nop與四相平衡共晶轉(zhuǎn)變?nèi)切蜗嘀睾?其底面 n o p 在成分三角形上 三條棱邊nn oo pp 分別為 相的雙變量線 固溶體的三溶解度曲面的兩交線 其中 nn 線同時被 和 相所飽和 oo 線同時被 和 相所飽和 而pp 線則同時被 和 相所飽和 故隨著溫度下降 沿nn 線將發(fā)生 兩個次生相同時析出 而沿oo 線有 沿pp 線有 所以 這三條雙變量線又稱為同析線 三相平衡三棱柱體的三個側(cè)面noo n n opp o o pnn p p 分別是 三相平衡區(qū)與 三個兩相平衡區(qū)的交界 八 固溶體的溶解度曲面 已知在二元相圖中 固溶體的溶解度呈曲線變化 而加入第三組元后 加深體溶解度的變化則用曲面表示 如圖5 24 a 所示 在固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖中 三個固溶體有六個溶解度曲面 其中 固溶體的溶解度曲面是dnn d d和mnn m m 前者是 兩相平衡時 相的溶解度曲面 后者是 兩相平衡時 相的溶解度曲面 隨著溫度下降 沿著這兩個溶解度曲面分別有 和 次生相析出 固溶體的溶解度曲面是foo f f和goo g g 前者是 兩相平衡時 相的溶解度曲面 后者是 兩相平衡時 相的溶解度曲面 隨著溫度下降 沿著這兩個曲面分別有 和 析出 固溶體的溶解度曲面hpp h h和lpp l l 參見圖5 21 前者是 兩相平衡時 相的溶解度曲面 后者是 兩相平衡時 相的溶解度曲面 隨著溫度下降 沿著這兩個曲面分別有 和 九 單相區(qū)和兩相區(qū) 在固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖中 可分為四個單相區(qū) L 和六個兩相區(qū) L L L 圖5 24 a 為 和 兩個固溶體單相區(qū)的情況 如其中 單相區(qū) 是由固相面adnma和兩個溶解度曲面dnn d d mnn m m以及該相兩個二元相圖的側(cè)面add Aa amm Aa所圍成 同理 也可確定 和 固溶體的單相區(qū) 圖5 24 b 為L 和L 兩個兩相區(qū)的情況 如其中L 兩相區(qū) 是由 初晶的液相面ae1Ee3a 固相面adnma 和L 共晶轉(zhuǎn)變開始面de1End以 L 共晶轉(zhuǎn)變開始面me3Enm 以及ae1da ae3ma所圍成 同理 也可確定L 和L 兩相區(qū)圖5 24 c 為 兩相區(qū)空間情況 該相區(qū)是由L 終了轉(zhuǎn)變面de1fond和 相溶解面dnn d d 相溶解度曲面foo f f 三相平衡三棱柱體的一個側(cè)面noo n n以及A B二元相圖中的dff d d平面所圍成 同理 也可確定 和 兩相區(qū)的空間結(jié)構(gòu) 十 投影圖 圖5 25所示為固態(tài)有限溶解的三元共晶相圖空間模型 圖5 21 的各種面 線 點(diǎn)投影到成分三角形上的情況 為便于分析 可將其分解成幾個簡單的圖形 1 液相面與固相面投影圖分別如圖5 26 a b 所示 其中 三條共晶線的投影e1E e2E e3E 將成分三角形分割成三部分 Ae1 E e3 A Be1 E e2 B Ce2 E e3 C 它們分別是 開始結(jié)晶的液相面相應(yīng)的投影 而Ad0n0m0A Bf0o0g0B Ch0p0l0C則分別是 固相面相應(yīng)的投影 d0n0 m0n0 f0n0 g0o0 h0p0 l0p0分別是 三個固溶體的單變線投影 其箭頭表示溫度從高到低的走向 2 溶解度曲面與 三棱柱體的投影圖分別如圖5 27 a b 所示 B C兩組元在 固溶體中的溶解度曲面有兩個 其投影為d0n0n d d0和m0n0n m m0 同理 f0o0o f f0和g0o0o g g0為A C兩組元在 固溶體中的溶解度曲面的投影 h0p0p h h0和l0p0p l l0則為A B兩組元在 固溶體中的溶解度曲面的投影 三棱柱體的底面 n o p 在成分三角形上 其頂面投影為 n0o0p0 三條棱邊的投影為n0n o0o p0p 三個側(cè)面的投影為n0o0o n n o0p0p o o0 p0n0n p p0 3 圖5 28為三相平衡共晶轉(zhuǎn)變的開始面投影 其轉(zhuǎn)變終了面的投影可見圖5 26 L L L 各三相平衡共晶轉(zhuǎn)變開始面的投影分別為d0e1 f0o0E nd0 g0e2 h0p0E o0g0 l0e3 m0n0E p0l0 其轉(zhuǎn)變終了面的投影則分別為d0f0o0n0d0 g0h0p0o0g0 l0m0n0p0l0 三個三相平衡共晶轉(zhuǎn)變?nèi)庵w底面的投影分別為 n0o0E o0p0E p0n0E 四相平衡共晶轉(zhuǎn)變面的投影為 n0o0p0 二 合金的結(jié)晶過程及組織 圖2 29 a 表明 R點(diǎn)成分合金在三相平衡共晶轉(zhuǎn)變開始面的投影區(qū)內(nèi) 液態(tài)合金自高溫冷至液相面時 開始結(jié)晶出 固溶體初晶 隨著溫度不斷下降 t1 t3 液相成分沿液相面呈空間曲線變化 L1 L3 相成分沿固相面呈空間曲線變化 1 3 當(dāng)溫度降至t3時 液相成分L3落在e1E共晶線上 相成分 落在單變量線dn上 即發(fā)生L 共晶轉(zhuǎn)變 1 R點(diǎn)合金的結(jié)晶過程及組織 當(dāng)溫度達(dá)到tE時 成分為E點(diǎn)剩余液相開始發(fā)生四相平衡共晶轉(zhuǎn)變LE n o p 隨著溫度繼續(xù)降低 各相的成分分別沿雙析線nn0 oo0 pp0變化 并相應(yīng)析出次生相 R點(diǎn)合金結(jié)晶過程的冷卻曲線如圖5 29 b R點(diǎn)合金經(jīng)上述冷卻后的室溫組織為 初晶 二元共晶 三元共晶 其中 各組織組成的相對含量分類計(jì)算如下 由圖5 29 a 可見 S點(diǎn)成分合金位于四相平衡三角形n0o0p0之外 L 三相平衡棱柱之內(nèi) 其結(jié)晶過程為 液態(tài)合金首先結(jié)晶出 固溶體初晶 并隨溫度下降 L 兩相成分分別沿液相面和固相面變化 當(dāng)液相成分點(diǎn)落在e1E共晶線上時 開始發(fā)生L 共晶轉(zhuǎn)變 且在高于tE溫度時 通過共晶轉(zhuǎn)變終了面完成結(jié)晶全過程 S點(diǎn)合金經(jīng)上述結(jié)晶后的室溫組織為 初晶 二元共晶 其中 各組織組成的相對含量分類計(jì)算如下 2 S點(diǎn)合金的結(jié)晶過程及組織 除上述兩種具有代表性的合金之外 茲將圖5 25中所標(biāo)示的六個區(qū)合金結(jié)晶過程及其組織列于表5 2 合金所在區(qū) L 結(jié)晶過程 室溫組織 L L L L 二元共晶 L L 二元共晶 L L L 二元共晶 三元共晶 表5 2各區(qū)合金結(jié)晶過程及室溫組織 三 等溫截面圖 根據(jù)下圖5 21空間模型 設(shè)A B C三組元的熔點(diǎn)TA TB TC A B B C C A二元系共晶溫度Te1 Te2 Te3 Teg 不同溫度下截取的各種等溫截面圖示于圖5 30 四 變溫截面圖 如下圖5 31所示為a b和X Y兩個垂直截面的變溫截面圖 在截取變溫截面時 通常要注意到該垂直面與特殊線 面之間相交割的情況 例如 在a b變溫截面圖中 該垂直面與兩個液相面 L L 相截的交點(diǎn) 即是與e1E 共晶線的相交點(diǎn)e0 因此 對于e0成分的液態(tài)合金 將直接發(fā)生三相平衡共晶轉(zhuǎn)變L 圖中i和k兩點(diǎn)則是a b垂直面與n0E o0E 線的交點(diǎn) 由于該兩點(diǎn)合金將從液相直接發(fā)生四相平衡共晶轉(zhuǎn)變 說明hikl線是與四相平衡 n0o0p0 相截的水平線 根據(jù)a b兩截點(diǎn)分別位于AC和BC邊上 ah bl兩線段分別處于L 和L 共晶轉(zhuǎn)變開始面與終了面的投影區(qū)內(nèi) 結(jié)合上述分析不難確定四相平衡水平面上上方的三個三相平衡共晶轉(zhuǎn)變區(qū)和下方的一個三相平衡區(qū) 即在變溫截面上的三相平衡共晶轉(zhuǎn)變區(qū)呈頂角朝上的曲邊三角形 在圖5 31 a 所示的變溫截面上 x合金的結(jié)晶過程如下 當(dāng)溫度由1點(diǎn)降至2點(diǎn)時 從液相中不斷結(jié)晶出 固溶體初晶 溫度在2點(diǎn)與3點(diǎn)之間 將發(fā)生L 共晶轉(zhuǎn)變 在3點(diǎn)溫度時 剩余液相則發(fā)生L 恒溫轉(zhuǎn)變 繼續(xù)冷卻時將引起次生相從固溶體中析出 該合金的室溫組織為 初晶 二元共晶 三元共晶 即與表5 2中 區(qū)相符 5 5其它類型三元相圖簡介 包共晶三元相圖較為復(fù)雜 圖5 32所示為其中一種類型 即三元系中有一對組元屬二元包晶系 其它兩對組元為二元共晶系 且包晶轉(zhuǎn)變溫度高于兩共晶轉(zhuǎn)變溫度 一 包共晶三元相圖 表示初晶 的結(jié)晶開始面與終了面各有三個 L 為A PP1e2A 與A aa1gA L 為B pp1e1B 與B bb1cB L 為C e1p1e2C 與C df1fC 1 液相面與固相面 已知二元系中的包晶轉(zhuǎn)變處于三相平衡的恒溫包晶線上 當(dāng)加入第三組元時 其三相平衡包晶轉(zhuǎn)變則在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行 自由度 1 即從二元包晶abp開始 隨著溫度降低 包晶轉(zhuǎn)變Lp p1 a a1 b b1相應(yīng)發(fā)生 且在每溫度下 2 三相平衡包晶轉(zhuǎn)變的空間結(jié)構(gòu) 三平衡相點(diǎn)均可連成三相平衡共軛三角形 因此 從包晶轉(zhuǎn)變開始至終了 其共軛三角形水平下移軌跡所構(gòu)成的空間 也是一個三棱柱體 其中 pp1 aa1 bb1分別為L相 相 相的單變量線 也是三棱柱體的三棱邊 三棱柱體的頂端封口線為二元包晶線abp 底面是 a1p1b1 其三個側(cè)面分別由三相平衡包晶轉(zhuǎn)變開始面app1a1p以及終了面abb1a1a和bpp1b1b組成 圖5 33為三相平衡共晶轉(zhuǎn)變和包晶轉(zhuǎn)變的三棱柱體圖形對比 前者 表示反應(yīng)物 L相 的頂角朝外 其余兩側(cè)角為生成物 相與 相 后者 表示生成物 相 的頂角朝內(nèi) 其余兩側(cè)角為反應(yīng)物 L相與 相 3 四相平衡包共晶轉(zhuǎn)變等溫四邊形 在圖5 32所示的相圖空間模型中 A C為二元共晶系 自ge2f共晶線開始發(fā)生Le2 p1 g g1 f f1三相平衡共晶轉(zhuǎn)變 直至三相平衡包晶轉(zhuǎn)變共軛三角形a1p1b1與三相平衡共晶轉(zhuǎn)變共軛三角形a1p1f1相交于a1p1邊 即形成等溫四邊形a1b1p1f1a1 此時 三相平衡共晶轉(zhuǎn)變和共晶轉(zhuǎn)變均已結(jié)束 開始發(fā)生Lp1 a1 b1 f1四相平衡轉(zhuǎn)變 由于相律自由度 0 其轉(zhuǎn)變溫度 各相成分恒定不變 該轉(zhuǎn)變稱為包共晶轉(zhuǎn)變 上述等溫四邊形又稱為四相平衡包共晶轉(zhuǎn)變四邊形 位于 a1b1f1內(nèi)的合金 在包共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后 液相即行消失 呈 三相平衡 位于 p1b1f1內(nèi)的合金 在包共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后 相則已消失 其余液相隨著溫度降低 發(fā)生三相平衡共晶轉(zhuǎn)變 該三相平衡共晶轉(zhuǎn)變的三棱柱體上端面為 b1p1f1 而底端封口線為B C二元系共晶線ce1d 圖5 34所示為包共晶轉(zhuǎn)變等溫四邊形上 下方的三相平衡棱柱關(guān)系 其中 位于等溫四邊形a1b1p1f1a1的上方為L 和L 兩個三 相平衡棱柱體 下方為 和L 兩個三相平衡三棱柱體 在該圖中 e2p1 ga1 ff1 p1e1 b1c f1d a1a2 b1b2 f1f2分別是L L 和 三個三相平衡三棱柱體的棱邊 同時也是九條單變量線 4 固溶體的溶解度曲面 根據(jù)圖5 32所示的相圖 B C兩組元在 相中的溶解度曲面分別為aa1a2a0a和ga1a2g0g A C兩組元在 相中的溶解度曲面分別為bb1b2b0b和cb1b2c0c A B兩組元在 相中的溶解度曲面分別為f1f2d0df1和ff1f2f0f 該三對溶解度曲面的交線則為a1a2 b1b2 f1f2 也是 三相平衡三棱柱體的三條單變量線 由于 固溶體沿a1a2線同時發(fā)生 和 固溶體沿b1b2線同時發(fā)生 和 固溶體沿f1f2線同時發(fā)生 和 因此 它們又稱為同析線 5 投影圖 圖5 32的投影圖如圖5 35所示 其中 各液相面投影 Aa0 p1 e2 A L Bp0p1 e1 B L Ce1 p1 e2 C L 其相應(yīng)的固相面投影 Aa0 a1 g0 A Bb0 b1 c0 B Cf0 f1 d0 C 三相平衡包晶轉(zhuǎn)變?nèi)龡l單變量線投影 p0p1 a0 a1 b0 b1 包晶轉(zhuǎn)變開始面投影 a0 p0p1 a1 a0 終了面投影 a0 b0 b1 a1 a0 和b0 p0 p1 b1 b0 三相平衡共晶轉(zhuǎn)變L 三條單變量線投影 e2 p1 f0 f1 g0 a1 共晶轉(zhuǎn)變開始面投影 f0 e2 p1 f1 f0 和g0 e2 p1 a1 g0 終了轉(zhuǎn)變面投影 f0 g0 a1 f1 f0 三相平衡共晶轉(zhuǎn)變L 三條單變量線投影 p1 e1 b1 c0 f1 d0 共晶轉(zhuǎn)變開始面投影 b1 p1 e1 c0 b1 和f1 p1 e1 d0 f1 終了轉(zhuǎn)變面投影 q1 f1 d0 c0 b1 四相平衡包共晶轉(zhuǎn)變平面投影 a1 b1 p1 f1 a1 固溶體的溶解度曲面投影 a0a0 a1 a2a0和g0g0 a1 a2g0 固溶體的溶解度曲面投影 b0b0 b1 b2b0和c0c0 b1 b2c0 固溶體的溶解度曲面投影 d0d0 f1 f2d0和f0f0 f1 f2f0 6 合金的結(jié)晶過程及組織 1 r點(diǎn)成分合金位于四相平衡a1 b1 p1 f1 a1 四邊形之外 三相平衡包晶轉(zhuǎn)變的開始面和終了面的投影區(qū)之內(nèi) 同時也在 三相平衡三棱柱體的底面 a2b2f2之中 其結(jié)晶順序?yàn)?L 初晶 L 包晶 隨之 相與 相分別沿a1 a2 b1 b2線改變成分 并析出次生相 及 室溫組織為 初 包 次生相 2 s點(diǎn)成分合金位于四相平衡四邊形之內(nèi) 同時也位于 a1 b1 p1 和 a1 b1 f1 之中 其結(jié)晶順序?yàn)長 初晶 L 包晶 Lp1 a1 b1 f1 包共晶 隨之 各相分別沿a1 a2 b1 b2 f1 f2 改變成分 并析出次生相 室溫組織為 初 包 包共 3 u點(diǎn)成分合金位于四相平衡四邊形之內(nèi) 同時也位于 a1 p1 f1 和 b1 p1 f1 之中 其結(jié)晶順序 L 初晶 L 共晶 L 包共晶 L 共晶 室溫組織為 初 包共 共 4 v點(diǎn)成分合金位于四相平衡四邊形之外 三相平衡包晶轉(zhuǎn)變的液相與 相單變量線之間 其結(jié)晶順序?yàn)?L 初晶 L 包晶 L剩余 初晶 室溫組織為 包 初 包共晶三元相圖空間模型 7 等溫截面和變溫截面圖 根據(jù)上圖5 32所示相圖空間模型 Tp Te2 Tp1 Te1 可截取不同溫度的等溫截面圖 圖5 36 a 為位于A B二元包晶轉(zhuǎn)變溫度 但高于A C二元共晶溫度的等溫截面圖 其中 在四相平衡包共晶轉(zhuǎn)變前 有一個共晶轉(zhuǎn)變?nèi)嗥胶鈪^(qū)和一個共晶轉(zhuǎn)變?nèi)嗥胶鈪^(qū) 圖5 36 b 為低于四相平衡溫度但高于B C二元共晶溫度的等溫截面圖 其中 在四相平衡包共晶轉(zhuǎn)變之后 有一個 三相平衡區(qū)和一個共晶轉(zhuǎn)變?nèi)嗥胶鈪^(qū) 右圖5 37所示為變溫截面圖 同學(xué)們可空間截取圖形自行分析 二 四相平衡包晶轉(zhuǎn)變?nèi)鄨D 下圖5 38為四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元相圖空間模型 其中 A B為二元共晶系 B C與C A均為二元包晶系 且共晶溫度高于包晶溫度 圖中 三相固溶體初晶的液相面分別為 A ep0p2A B ep0p1cB C p1p0p2C 回相面相應(yīng)為 A aa1fA B b b1cB C dkgC 自A B二元系aeb共晶系開始發(fā)生三相平衡共晶轉(zhuǎn)變Lep0 aa1 bb1 ep0 aa1 bb1分別為L 相的單變量線 也是三相平衡三棱柱體的三條棱邊 aep0a1a bep0b1b為共晶轉(zhuǎn)變開始面 aebb1a1a為終了面 aeb二元共晶線為三棱柱體的上頂端封口線 p0a1b1為底端面 三相平衡共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時 共軛三角形p0a1b1以及三相平衡包晶轉(zhuǎn)變開始的共軛三角形p0a1k 即Lp0 a1 k 和共軛三角形p0b1k 即Lp0 b1 k 匯聚成一水平面 p0a1b1 其中同時存在著三個三相平衡 故將發(fā)生Lp0 a1 b1 k四相平衡包晶轉(zhuǎn)變 三角形三頂點(diǎn)p0 a1 b1表示反應(yīng)物 L 相 的成分點(diǎn) 而生成物 相 的成分點(diǎn)k則在三角形內(nèi) 所以 p0a1b1稱為四相平衡包晶轉(zhuǎn)變?nèi)切?下圖5 39所示為四相平衡包晶轉(zhuǎn)變前后的三相平衡空間結(jié)構(gòu)及相平衡情況 在四相平衡三角形 p0a1b1上方有一個三相平衡共晶轉(zhuǎn)變 Le p0 a a1 b b1 三棱柱體 下方則有兩個三相平衡包晶轉(zhuǎn)變 Lp0 p2 a1 f k g和Lp0 p1 b1 c k d 三棱柱體和一個 三相平衡三棱柱體 位于 p0a0k內(nèi)的合金 在四相平衡包晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后 由于液相消失而呈 三相平衡 圖中 p0p2 a1f kg和p0p1 b1c kd各線分別為兩組三相平衡包晶轉(zhuǎn)變的單變量線 亦即兩個三棱柱體的六條棱邊 5 6 三元相圖中的四相平衡 三元相圖中的四相平衡是相圖空間模型的中心環(huán)節(jié) 通過四相平衡前后的三相平衡轉(zhuǎn)變 可以將相圖的空間結(jié)構(gòu)從高溫到低溫有機(jī)地溝通為一個整體 所以 掌握四相平衡的某些特點(diǎn) 以及四相平衡前后三相平衡轉(zhuǎn)變的規(guī)律 空間結(jié)構(gòu)等 對順利地分析三元相圖將是有益的 一 四相平衡轉(zhuǎn)變面 四相平衡轉(zhuǎn)變時相律的自由度為零 故轉(zhuǎn)變在恒溫下進(jìn)行 其轉(zhuǎn)變面為水平面 1 L 四相平衡三元共晶 析 轉(zhuǎn)變面為三角形 反應(yīng)相的成分點(diǎn)在三相生成點(diǎn)連接的三角形內(nèi) 2 L 四相平衡包共晶 析 轉(zhuǎn)變面呈四邊形 反應(yīng)相和生成相成分點(diǎn)的連接線是四邊形的兩條對角線 3 L 四相平衡三元包晶 析 轉(zhuǎn)變面為三角形 生成相 的成分點(diǎn)在三相反應(yīng)相成分點(diǎn)連接三角形內(nèi) 二 四相平衡轉(zhuǎn)變前后的三相平衡轉(zhuǎn)變 1 四相平衡三元共晶轉(zhuǎn)變前 已發(fā)生L L L 三個三相平衡共晶轉(zhuǎn)變 而四相平衡三元共晶轉(zhuǎn)變后 則存在 三相平衡 2 在四相平衡包共晶轉(zhuǎn)變前 已發(fā)生L L 兩個三相平衡包晶轉(zhuǎn)變 而四相平衡包共晶 析 轉(zhuǎn)變后 則存在一個三相平衡共晶轉(zhuǎn)變L L 和一個三相平衡 5 7具有包晶型三相區(qū)的三元相圖 如下圖 有兩個包晶系和一個均晶系 三相區(qū)是一個三棱柱 上起mE1n 包晶線 下止pEq 包晶線 上限溫度是E1 下限溫度是E2 三相平衡時 相平衡成分沿mp線變化 L相成分沿nq線變化 相沿E1E2線變化 mE1n溫度高 pE2q溫度低 包晶型共軛三角形的頂點(diǎn)是向后的 向后就是包晶型 L E2 m n p q E1 C A B L L L L A B C A B C L n E1 m p E2 q 三 復(fù)雜三元合金相圖的分析方法 1 若圖中存在穩(wěn)定中間相 則以中間相為界將成分三角形分割為幾個部分進(jìn)行分析2根據(jù)相區(qū)接觸法則區(qū)別各相區(qū) 在立體圖中 相數(shù)相差1的相鄰相區(qū)以面為界 相數(shù)相差為2的相鄰相區(qū)交于一條線 相線相差3或相數(shù)相同的相鄰相區(qū)交于一點(diǎn) 在等溫截面或垂直截面圖中