相平衡和相圖詳盡版[詳盡整齊]

1、第六章 相平衡和相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),合金相圖是表示合金在熱力學(xué)平衡條件下相或狀態(tài)與溫度、成分之間關(guān)系的圖形，又稱為狀態(tài)圖或平衡圖。 合金相圖的用途： 利用相圖可以知道各種成分的合金在不同溫度下有哪些相及各相的相對含量和成分，以及溫度變化時發(fā)生的相的變化。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),這種相與相之間的轉(zhuǎn)變稱為相變 。 利用相圖可以分析平衡狀態(tài)下合金的組織，并進而預(yù)測性能。 合金相圖還是制訂合金熔煉、鑄造、鍛造、焊接和熱處理工藝的重要依據(jù)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),6.1 相平衡及其研究方法 一、相平衡的基本概念 1、系統(tǒng) 通常，我們把選擇的研究對象稱為系統(tǒng)。而系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)都稱為環(huán)境。 當外界條件不變時，如果系統(tǒng)的各種性質(zhì)不隨

2、時間而改變，則這系統(tǒng)就處于平衡狀態(tài)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),沒有氣相或雖有氣相但其影響可忽略不計的系統(tǒng)稱為凝聚系統(tǒng)。一般地講，合金和硅酸鹽系統(tǒng)都屬于凝聚系統(tǒng)。 2、相 系統(tǒng)中具有相同物理與化學(xué)性質(zhì)的完全均勻部分的總和稱為相。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),系統(tǒng)中，相與相之間總是以明顯的界面相互分開的，稱為相界面 。 比如 ，純金屬 ： 固態(tài)時為一個相固相 液態(tài)時也為一個相液相 熔點狀態(tài)下，固體和液體共存，并以界面分開，則就是兩個相。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),一個系統(tǒng)中所含相的數(shù)目，叫做相數(shù)，以符號P表示。 按照相數(shù)的不同，系統(tǒng)可以分為：單相系統(tǒng)（P1），二相系統(tǒng)（P2），三相系統(tǒng)（P3）等等。 含有兩個相以上的系統(tǒng)，統(tǒng)稱為多相系統(tǒng)。,優(yōu)質(zhì)

3、醫(yī)學(xué),幾點規(guī)律： （1）一種物質(zhì)可以有幾個相。 （2）相是一個抽象的概念，它一般不涉及 具體的形態(tài)，也與其是否連續(xù)沒有關(guān) 系。 （3）相與物質(zhì)的數(shù)量多少無關(guān)，即一個相 不一定只含有一種物質(zhì)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（4）幾種物質(zhì)混合后，既可能形成一個 相，也可能形成幾個相。 對于固體系統(tǒng)，有以下幾種情況： 形成機械混合物 生成化合物 形成固溶體 同質(zhì)多晶現(xiàn)象,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),3、組元、獨立組元 組元是指系統(tǒng)中每一個能單獨分離出來并能獨立存在的化學(xué)純物質(zhì)，也稱為組分。組元既可以是純元素，也可以是穩(wěn)定的化合物。 在金屬合金中，以純元素為組元，而在硅酸鹽系統(tǒng)中，則以各氧化物作為系統(tǒng)組元。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),獨立組元是指足以表

4、示形成平衡系統(tǒng)中各相組成所需要的最少數(shù)目的物質(zhì)（組元），也稱為獨立組分。 獨立組元的數(shù)目，稱為獨立組元數(shù)，以符號C表示。按照獨立組元數(shù)目的不同，可以對系統(tǒng)分類。通常把具有n個獨立組元的系統(tǒng)稱為n元系統(tǒng)。 C1，稱為單元系統(tǒng)； C2，稱為二元系統(tǒng)； C3，稱為三元系統(tǒng)等。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),組元與獨立組元的關(guān)系： （1）如果系統(tǒng)中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則： 獨立組元數(shù)物種數(shù)（即組元數(shù)） （2）如果系統(tǒng)中存在化學(xué)反應(yīng)并建立了平衡， 則： 獨立組元數(shù)物種數(shù)一獨立化學(xué)反應(yīng)數(shù) （指獨立化學(xué)平衡關(guān)系式數(shù)）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),例如，由CaCO3、CaO、CO2組成的系統(tǒng)，在高溫下存在下述反應(yīng)： 若該反應(yīng)能夠達到平衡，則有一個獨立

5、的化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)。 此時，雖然組元數(shù)3，但獨立組元數(shù)C312。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),4、自由度 在一定范圍內(nèi)，可以任意改變而不引起舊相消失或新相產(chǎn)生的獨立變量稱為自由度，平衡系統(tǒng)的自由度數(shù)用F表示。 這些變量主要指組成（即組分的濃度）、溫度和壓力等。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),5、外界影響因素 影響系統(tǒng)平衡狀態(tài)的外界因素包括：溫度、壓力、電場、磁場、重力場等等。外界影響因素的數(shù)目稱為影響因素數(shù)，用符號n表示。 在一般情況下只考慮溫度和壓力對系統(tǒng)平衡狀態(tài)的影響，即n2。 對于凝聚系統(tǒng)，由于在相變過程中壓力保持常數(shù)，則外界影響因素主要是溫度，即n1。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),二、相律 合金的相平衡條件 ：每個組元在各相中的化

6、學(xué)位相等。 1、相律表達式 FCP十n FCP十2 對于凝聚系統(tǒng)，n1 ：FCP十1 系統(tǒng)中組分數(shù)C越多，則自由度數(shù)F就越大；相數(shù)P越多，自由度數(shù)F越?。蛔杂啥葹榱銜r，相數(shù)最大；相數(shù)最小時，自由度最大。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),2、相律的應(yīng)用 利用相律可以確定系統(tǒng)中可能存在的最多平 衡相數(shù) eg1：對單元系純金屬來說，C=1，fmax=1 （溫度） 若f=1，代入得 P=1 f=0，則 P=2 最大平衡相數(shù)為2,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),eg2：對于二元系合金來說，C=2，fmax=2 若f=2， P=1 f=1， P=2 f=0， P=3 可見，二元合金平衡狀態(tài)最多可有三個相共存 。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 利用相律可以分析凝固現(xiàn)象

7、 eg3：純金屬的凝固只能在恒溫下進行，而二元 合金的凝固存在一定的溫度范圍 純金屬凝固時，二相共存，P=2，而C=1，代入公式，則f=0，溫度不能改變。 而二元合金凝固時，也是二相共存，P=2，C=2，則 f=CP+1=1，即存在一個變量。對于給定成分的合金，其溫度可以變化。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),三、相平衡的研究方法 1、動態(tài)法 最普通的動態(tài)法是熱分析法。這種方法主要是觀察系統(tǒng)中的物質(zhì)在加熱和冷卻過程中所發(fā)生的熱效應(yīng)。 熱分析法又包括冷卻曲線法和差熱分折法。此外還有熱膨脹曲線法和電導(dǎo)（或電阻）法。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),冷卻曲線法測定相圖的原理和步驟： 配制合金 測定相變臨界點 冷卻曲線上的轉(zhuǎn)折點即相變

8、臨界點。 作圖 將具有相同意義的點聯(lián)結(jié)成線稱為相界線。 標注名稱,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),冷卻曲線法的特點： 優(yōu)點： 方法簡單，測定速度較快。 缺點： 要求試樣均勻，測溫要快而準；,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),2、靜態(tài)法（即淬冷法) 淬冷法的基本思想是在室溫下研究高溫相平衡狀態(tài)。 淬冷法測定相變臨界點的原理： 對淬火試樣進行顯微鏡觀察或x射線物相分析，據(jù)此確定相的數(shù)目及其性質(zhì)隨組成、溫度而改變的關(guān)系。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),淬冷法的特點： 優(yōu)點： 直觀，可以用肉眼借助顯微鏡直接觀察 ；準確程度高。 缺點： 實驗工作量大，測定相圖比較費時；對試樣要求嚴格。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),四、應(yīng)用相圖時需注意的幾個問題 （1）實際生產(chǎn)過程與

9、相圖所表示的平衡過程有差 別，會產(chǎn)生介穩(wěn)相 在實際生產(chǎn)中，退火工藝看作平衡冷 卻。其它工藝均不能完全依照相圖進行分 析，尤其是不能根據(jù)相圖進行定量分析。 （2）實際生產(chǎn)條件與相圖測定的條件有差別 比如 ：原料 的純度。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),6.2 單元系統(tǒng)相圖 （簡稱單元相圖，或一元相圖）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),一、單元系統(tǒng)相圖的表示方法 一般表示方法 ： 相圖上的點M：稱為狀態(tài)點。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),二、單元系統(tǒng)相圖的基本類型 1、具有多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖 介穩(wěn)相是指在其穩(wěn)定存在的范圍之外能夠存在的相。介穩(wěn)通常包含兩方面的含意：一方面介穩(wěn)相只要適當控制條件可以長時間存在而不發(fā)生相變；另一方面，介穩(wěn)相與相應(yīng)條件下的穩(wěn)定相

10、相比含有較高的能量，因此，它存在著自發(fā)轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定相的趨勢，而且這種轉(zhuǎn)變是不可逆的。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（1）穩(wěn)定相平衡部分（即實線部分） 相區(qū)： FCD是液相區(qū)； ABE是-晶型的相區(qū)； EBCF是-晶型的相區(qū)， 在ABCD以下是氣相區(qū)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),相界線： CD線：是液相和氣相兩相平衡共存線，即液相 的蒸發(fā)曲線； BC線：是-晶型和氣相兩相平衡共存線，即- 晶型的升華曲線； AB線：是-晶型和氣相兩相平衡共存線，即- 晶型的升華曲線； CF線：是-晶型和液相兩相平衡共存線，即- 晶型的熔融曲線；,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),BE線：是-晶型和-晶型兩相平衡共存線，即 兩種晶型之間的多晶轉(zhuǎn)變曲線。 特性點：

11、B點：是-晶型、-晶型和氣相三相平衡共存 點，也叫多晶轉(zhuǎn)變點； C點：是-晶型、液相和氣相三相平衡共存點， 也是-晶型的熔點。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）介穩(wěn)相平衡部分（虛線部分） 相區(qū)： FCGH：是過冷液體的介穩(wěn)狀態(tài)區(qū)； EBGH：是過熱-晶型的介穩(wěn)相區(qū)； EBK：是過冷-晶型的介穩(wěn)相區(qū)。 相界線： BK線：是過冷-晶型的升華曲線；,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),BG線：是過熱-晶型的升華曲線； CG線：是過冷液相的蒸發(fā)曲線； GH線：是過熱-晶型的熔融曲線。 特性點： G點：是過熱-晶型、過冷液相和蒸氣三相平衡 共存的介穩(wěn)三相點 。是過熱-晶型的熔 點。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（3）相圖的特點 晶體的升華曲線（或延長線）與液體的

12、蒸發(fā)曲線（或延長線的交點是該晶體的熔點。 兩種晶型的升華曲線的交點是兩種晶型的多晶轉(zhuǎn)變點。 在同一溫度下，蒸氣壓低的相更加穩(wěn)定。所以，介穩(wěn)平衡的虛線，總是在穩(wěn)定平衡的實線上方 。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),交匯于三相點的三條平衡曲線互相之間的位置遵循下面兩條準則： a、每條曲線越過三相點的延長線必定在另外兩條曲線之間。 b、同一溫度時，在三相點附近比容差最大的兩相之間的單變量曲線或其介穩(wěn)延長線居中間位置。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),主要區(qū)別在于固-液平衡的熔融曲線OC線傾斜方向不同。 圖6.14中OC線遠離壓力軸向右傾斜，表示壓力增大時熔點升高。具有這種性質(zhì)的物質(zhì)，稱為硫型物質(zhì)。 圖6.13中，OC線向左傾斜，表示

13、熔點隨壓力增加而降低。具有這種性質(zhì)的物質(zhì)，稱為水型物質(zhì)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),克拉貝龍-克勞修斯（Clapeyron-Clausius）方程式 ： 式中：P壓力； T溫度； H相變熱效應(yīng)； V相變前后的體積變化。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),對于固相的升華： 方程式右方都是正值（吸熱為正，V氣V固） （ ）升0 對于液相的蒸發(fā)： 方程式右方也都是正值（吸熱為正，V氣V液） （ ）蒸0,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),對于同一物質(zhì)，由于有H升華H蒸發(fā) （ ）升（ ）蒸 固相的熔融： 首先，V很小，所以斜率一定很大。因此： | |熔| |升| |蒸,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),固相熔融曲線的方向： 比如，冰熔化時體積收縮，即V固V液，V0，而熔化為吸熱過程，H0，

14、所以： （ ）熔0 因此，冰的熔點隨壓力升高而下降。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),2、可逆與不可逆多晶轉(zhuǎn)變 可逆轉(zhuǎn)變又稱為雙向轉(zhuǎn)變，不可逆轉(zhuǎn)變稱為單向轉(zhuǎn)變。 （1）具有可逆多晶轉(zhuǎn)變的單元相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),忽略壓力對熔點和轉(zhuǎn)變點的影響，則加熱或冷卻時發(fā)生的轉(zhuǎn)變可以表示如下： 相圖的特點： 晶型和晶型都有自己穩(wěn)定存在的溫度范圍。 多晶轉(zhuǎn)變的溫度低于兩種晶型的熔點。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）具有不可逆多晶轉(zhuǎn)變的單元相圖 整個轉(zhuǎn)變過程可以用下式表示：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),相圖的特點： 多晶轉(zhuǎn)變的溫度高于兩種晶型的熔點。 晶型沒有自己穩(wěn)定存在的溫度范圍。 說明： 介穩(wěn)相向穩(wěn)定相的轉(zhuǎn)變過程有時不是直接完成的，它先要依次經(jīng)過

15、中間的介穩(wěn)狀態(tài)，最后才變?yōu)樵谠摐囟认碌姆€(wěn)定狀態(tài)，這個規(guī)律稱為階段轉(zhuǎn)變定律。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),三、專業(yè)單元系統(tǒng)相圖舉例 1、SiO2系統(tǒng)相圖 （1）SiO2的多晶轉(zhuǎn)變,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 一級變體間的轉(zhuǎn)變 是指不同系列，如石英、鱗石英、方石英和熔體之間的相互轉(zhuǎn)變。 特點： a、為重建性轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速度非常緩慢。 b、這種轉(zhuǎn)變通常是由晶體的表面開始逐漸向 內(nèi)部進行的。 要使轉(zhuǎn)變加快，必須加入礦化劑。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 二級變體間的轉(zhuǎn)變 是指同系列中的、形態(tài)之間的轉(zhuǎn)變，也稱為高低溫型轉(zhuǎn)變。 特點： a、為位移性轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變速度迅速。 b、轉(zhuǎn)變是可逆的。 c、轉(zhuǎn)變在一個確定的溫度下，于全部晶體內(nèi) 發(fā)生。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）Si

16、O2相圖分析,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 穩(wěn)定的相平衡關(guān)系 相區(qū)： LMR：石英區(qū)； RMNS：石英區(qū)； SNDT：鱗石英區(qū)； TDOU：方石英區(qū)； UOC：熔體區(qū)； LMNDOC以下：氣相區(qū)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),相界線： LM線、MN線、ND線、DO線：固態(tài)SiO2的升華曲線； OC線：熔體的蒸發(fā)曲線； MR線、NS線、DT線：多晶轉(zhuǎn)變線； OU線：方石英的熔化曲線。 特性點： M、N、D：多晶轉(zhuǎn)變點； O：方石英的熔點。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),介穩(wěn)轉(zhuǎn)變的規(guī)律 a、NN線是過熱石英的升華曲線； N點是過熱石英直接轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w的溫度。 b、DD線是過熱鱗石英的升華曲線； D點是過熱鱗石英直接轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w的溫度。 c、ON線為過冷熔體

17、的蒸發(fā)曲線。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),d、方石英冷卻時，不是轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英，而是在過冷到230時轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞ⅰ?e、鱗石英冷卻時，不是轉(zhuǎn)變?yōu)槭?，而是在過冷到163時轉(zhuǎn)變?yōu)轺[石英，鱗石英冷卻到120時又轉(zhuǎn)變成鱗石英。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),說明： 、方石英、鱗石英、鱗石英雖然都是低溫下的熱力學(xué)不穩(wěn)定態(tài)，但這些相實際上可以長期保持自己的形態(tài)而存在。 、石英與石英在573的相互轉(zhuǎn)變，一般不出現(xiàn)過熱或過冷現(xiàn)象。 、SiO2的實際多晶轉(zhuǎn)變，大都按上述介穩(wěn)轉(zhuǎn)變的規(guī)律進行。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（3）SiO2相圖的實際應(yīng)用 硅質(zhì)耐火材料的制備 硅質(zhì)耐火材料俗稱硅磚。它是由9798天然石英或砂巖與23的CaO，分別粉碎成顆粒，再進行混合成型，經(jīng)

18、高溫燒成的。 幾條原則： (a) 為了獲得穩(wěn)定的致密硅磚制品，硅磚中應(yīng)該以鱗石英為主晶相，方石英晶體越少越好。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),(b) 為了保證充分鱗石英化，硅磚的燒成溫度應(yīng)該選擇在8701470之間，并應(yīng)有較長的保溫期和加礦化劑（常用的礦化劑是Fe、Mn、Ca的氧化物，加入礦化劑可以促進-石英轉(zhuǎn)變?yōu)?鱗石英）。燒成之后加快降溫。 (c) 烤窯過程中在120、163、230、573應(yīng)緩慢進行。在573以后可加快升溫速度。 (d) 該種材料在8701470溫度范圍內(nèi)使用較為適宜。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 對壓電材料制備的指導(dǎo)作用 制備SiO2壓電材料，就是要想辦法獲得石英單晶組織。 若采用提拉法，由于是從液態(tài)石英

19、中生長單晶，因此首先得到的是-方石英。如果按一般冷卻速度降溫，最后得到的產(chǎn)物將是-方石英。 目前一般采用水熱合成法制備石英單晶。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),2、C2S系統(tǒng)相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),3、ZrO2系統(tǒng)相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),4、金剛石相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),5、硫的相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),6、純鐵相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),作業(yè)： P.3686.3,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),6.3 二元系統(tǒng)相圖 （簡稱二元相圖）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),一、二元系統(tǒng)相圖的表示方法,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),二、杠桿規(guī)則,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),成分為x%Ni的合金在t溫度下由兩相La+b組成。 設(shè)：液相含量為WL，對應(yīng)的成分在a點，為xL； 固相含量為W，對應(yīng)的成分在b點，為x； 則有： WL|a

20、r| =W|rb| WL(xxL) =W(xx) 杠桿定律的表達式,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),對上述方程進行轉(zhuǎn)換： 即：兩個相的相對含量可以通過成分計算出來。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),說明： 1、杠桿定律的使用步驟 找出三個成分點位置。 分別求得合金、液相L、固相的成分 。 按公式計算含量（成反比）。 2、杠桿定律的使用條件 平衡條件。 兩相區(qū)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),三、二元系統(tǒng)相圖的基本類型 1、形成連續(xù)固溶體的二元系統(tǒng)相圖 （勻晶相圖） 由液相結(jié)晶出單相固溶體的過程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。 如果兩個組元在液態(tài)無限互溶，在固態(tài)也無限互溶（即形成單一的固溶體），此時將只存在勻晶轉(zhuǎn)變。這種只有勻晶轉(zhuǎn)變的合金所形成的相圖，就稱為勻晶相圖。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)

21、學(xué),（1）相圖分析 特性點 a點：A組元的熔點； b點：B組元的熔點。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 相界線 液相線：冷卻時，由液相結(jié)晶出固相的起始線； 加熱時，由固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟慕K了線。 固相線：冷卻時，液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟慕K了線； 加熱時，固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗟钠鹗季€。 相區(qū) 液相線以上為液相區(qū)：L； 固相線以下為固相區(qū)：S； 中間為兩相并存區(qū)：L+S。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）固溶體的平衡凝固 T2溫度 ：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),固溶體凝固的特點： 異分結(jié)晶 異分結(jié)晶指的是結(jié)晶出的固相與母相化學(xué)成分不同的結(jié)晶過程，也稱為選擇結(jié)晶。 通常，固相中含有較多的高熔點組元，而液相中含有較多的低熔點組元。 而純物質(zhì)結(jié)晶時，所結(jié)晶出的晶體與母相的

22、化學(xué)成分完全一樣，所以稱為同分結(jié)晶。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 在冷卻過程中，液相的成分一直沿液相線變化，而固相的成分沿固相線變化 平衡凝固的一個重要特征 固溶體合金的凝固，需要一定的溫度范圍 在這個溫度范圍內(nèi)，每一溫度下只能結(jié)晶出一定數(shù)量的固相。隨著溫度的降低，固相的數(shù)量增加。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（3）固溶體的不平衡凝固 不平衡凝固時，固相的成分不是沿固相線變化，而是要偏離固相線。 而且，冷卻速度越大，偏離固相線的程度越大。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 凝固后，固相內(nèi)部的成分不均勻。這種現(xiàn)象稱為偏析。 而偏析的程度，可以用分布系數(shù)K0來描述。分布系數(shù)是指溶質(zhì)在固相中的濃度與在液相中的濃度的比值 。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),式中：k0

23、分布系數(shù)，也稱為平衡分配系數(shù)； CS固相的平衡濃度，即某溫度下相平衡時固相的溶質(zhì)濃度； CL液相的平衡濃度，即某溫度下相平衡時液相的溶質(zhì)濃度。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),兩種情況：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（a）、 1 此時，k0越小，則液固相線之間的水平距離越大，說明偏析越嚴重。 （b）、 1 此時，k0越大，液固相線之間的水平距離越大，則偏析越嚴重。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),2、形成不連續(xù)固溶體的二元系統(tǒng)相圖 大多數(shù)二元系統(tǒng)的組元之間在液態(tài)下可以無限互溶，而在固態(tài)下只能有限溶解， 從而形成更加復(fù)雜的二元相圖。 （1）具有低共熔點并形成有限固溶體的二元相圖 （共晶相圖）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),、相圖分析 特性點 ： a：純A的熔點 b：

24、純B的熔點 C：B組元在A組元中的最大溶解度點 B在A中形成的固溶體，以符號SA(B)表 D：A在B中的最大溶解度點 A在B中的固溶體以符號SB(A)表示,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),E：稱為低共熔點，或共晶點，其對應(yīng)溫度稱為共晶溫度 ，或低共熔溫度 成分對應(yīng)于共晶點（E點）的合金，稱為共晶合金； 成分位于共晶點以左，C點以右的合金，稱為亞共晶合晶； 成分位于共晶點以右，D點以左的合金，稱為過共晶合金；,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),若成分位于C點以左，或D點以右，則合金只有固溶體轉(zhuǎn)變，故稱為固溶體合金。 F：室溫下，B在SA(B)固溶體中的溶解度點 G：室溫下，A在SB(A)固溶體中的溶解度點。 特性線 ： aE、bE為液相線：

25、,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),aE：冷卻時，LSA(B)的起始線； 加熱時，SA(B)L的終了線 bE：冷卻時，LSB(A)的起始線； 加熱時，SB(A)L的終了線 aCDb為固相線： aC：冷卻時，LSA(B)的終了線； 加熱時，SA(B)L的起始線 bD：冷卻時，LSB(A)的終了線； 加熱時，SB(A)L的起始線,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),CED：稱為共晶線，它是一根水平線，即恒溫 線，共晶線的特征如圖所示： 共晶線上發(fā)生的轉(zhuǎn)變是：L(E)SA(B)(C)+ SB(A)(D)，這種在恒溫下，由一定成分的液相同時結(jié)晶出兩個成分一定的固相的轉(zhuǎn)變過程，就是共晶轉(zhuǎn)變，或共晶反應(yīng)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),CF、DG為溶解度曲線或稱為固溶度曲線

26、，簡稱為固溶線。 CFB在SA(B)固溶體中的溶解度曲線，其含義為：冷卻時，隨溫度，溶解度，則從SA(B)相中析出多余的B來，一般是析出SB(A)相來。 DGA在SB(A)固溶體中的溶解度曲線，隨溫度下降，將從SB(A)固溶體中析出SA(B)相來。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),相區(qū) ： 三個單相區(qū)： L：液相 SA(B)：B在A中的固溶體 SB(A)：A在B中的固溶體。 三個兩相區(qū)： L+ SA(B) L+ SB(A) SA(B)+ SB(A) 一個三相區(qū)（CED線）：LSA(B)SB(A),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),相接觸法則：相鄰相區(qū)的相數(shù)相差一個。 、典型合金的平衡結(jié)晶過程 合金M的結(jié)晶過程： L1點H點之間 ：勻晶轉(zhuǎn)變

27、 溫度剛到H點時 ： SB(A)%= 100% L(E)%= 100%,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),H點 ：剩余液相發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變 L(E)SA(B)(C)+ SB(A)(D) 使所有液相全部消耗完 SA(B)%= 100% SB(A)%= 100% H點以后 ：固態(tài)下的脫溶轉(zhuǎn)變。 通常，將脫溶轉(zhuǎn)變析出的相稱為次生相（次生相也可以用下標表示）。 SA(B)（C）SB(A) SB(A)（D）SA(B),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),直到室溫，轉(zhuǎn)變結(jié)束。 SA(B)%= 100% SB(A)%= 100% 路徑圖：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),練習：分析合金O1、O2的平衡凝固過程 （用路徑圖表示）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）具有轉(zhuǎn)熔點并形成有限固溶體的二元相圖

28、（包晶相圖）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 相圖分析 特性點 ： a，純A的熔點 b，純B的熔點 P，包晶轉(zhuǎn)變液相成分點，也稱為轉(zhuǎn)熔點 C，B在A中（或SA(B)固溶體中）的最大溶解度點 D，A在B中（即SB(A)固溶體中）的最大溶解度點,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),F，室溫下B在A中的最大溶解度 G，室溫下A在B中的最大溶解度 特性線 ： aPb為液相線： aP線：冷卻時LSA(B)的起始線， 加熱時SA(B)L的終了線 Pb線：冷卻時LSB(A)的起始線， 加熱時SB(A)L的終了線,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),aCDb線為固相線： aC線：冷卻時LSA(B)的終了線， 加熱時SA(B)L的起始線 Db線：冷卻時LSB(A)的終了線， 加熱時

29、SB(A)L的起始線 PCD稱為轉(zhuǎn)熔轉(zhuǎn)變線，或包晶轉(zhuǎn)變線：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),這種在一定溫度下，由一定成分的液相與一定成分的固相作用，形成另外一個一定成分的固相的轉(zhuǎn)變過程，稱為轉(zhuǎn)熔轉(zhuǎn)變，或包晶轉(zhuǎn)變或包晶反應(yīng)。 CF、DG線是兩條溶解度曲線： CF線：是B在SA(B)固溶體中的溶解度曲線 SA(B) SB(A) DG線：A在SB(A)固溶體中的溶解度曲線 SB(A)SA(B),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),相區(qū) ： 三個單相區(qū)： L：液相 SA(B)：B在A中的固溶體 SB(A)：A在B中的固溶體。 三個兩相區(qū)： L+ SA(B) L+ SB(A) SA(B)+ SB(A) 一個三相區(qū)（PCD線）：LSA(B)SB(A),

30、優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 典型合金的平衡結(jié)晶過程,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),合金O1的平衡結(jié)晶過程： 冷卻結(jié)晶過程中各相含量的計算 剛剛冷卻到2點溫度時，由LSB(A)組成：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),在2點包晶轉(zhuǎn)變結(jié)束后，由LSA(B)組成： 在室溫下，又是由SA(B)SB(A)組成： 練習：分析合金O2、O3的平衡凝固過程（用路徑圖表示）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 不平衡結(jié)晶（簡介）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),包晶轉(zhuǎn)變是一個十分緩慢的過程。 在實際生產(chǎn)中，由于冷卻速度比較快，可能造成本來應(yīng)該消失的固相（B晶相）部分地被保留下來，從而形成不平衡組織。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),3、其它類型的二元合金相圖 （1）具有其它形式恒溫轉(zhuǎn)變的相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),共晶轉(zhuǎn)變是指在恒溫下，由一定成分的

31、液相同時結(jié)晶出兩個成分一定的固相的轉(zhuǎn)變過程。 共析轉(zhuǎn)變是指在恒定溫度下，由一個固相分解為另外兩個成分一定的固相的轉(zhuǎn)變。 偏晶轉(zhuǎn)變是指由一個液相分解為一個固相和另一個液相的恒溫轉(zhuǎn)變。 熔晶轉(zhuǎn)變是指從一個固相轉(zhuǎn)變成一個液相和另一個固相的恒溫轉(zhuǎn)變。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),包晶轉(zhuǎn)變是指在一定溫度下，由一定成分的液相與一定成分的固相作用，形成另外一個一定成分的固相的轉(zhuǎn)變過程。 包析轉(zhuǎn)變是指兩個成分一定的固相在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖粋€新固相的過程。 合晶轉(zhuǎn)變是指由兩個液相L1、L2相互作用，生成一個一定成分的固相的恒溫轉(zhuǎn)變。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）兩個組元在固態(tài)完全不溶的二元共晶相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),A、B兩個組元在固態(tài)完全不溶解，

32、則它們之間不會形成固溶體，而是以純組元的形式存在。兩個固相的單相區(qū)在相圖中壓縮成兩條垂線，同時沒有固態(tài)下的脫溶轉(zhuǎn)變。 合金M的平衡結(jié)晶過程為：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（3）兩組元形成化合物的二元相圖 具有穩(wěn)定化合物的相圖 所謂穩(wěn)定化合物，是指具有固定熔點，在熔點以下能夠穩(wěn)定存在，即始終保特其固有結(jié)構(gòu)而不發(fā)生分解的化合物，也稱為一致熔融化合物，或同成分熔融化合物。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),A、B組元之間形成了一個穩(wěn)定化合物AmBn。對于這種相圖，可以將化合物作為組元對待，而將相圖分成左右兩個部分來分析： 若成分在AAmBn之間，則按左邊部分相圖（AAmBn相圖）分析； 若成分在AmBnB之間，則按右邊部分相圖（

33、AmBnB相圖）分析；,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 形成不穩(wěn)定化合物的相圖 不穩(wěn)定化合物是指加熱至一定溫度即發(fā)生分解的化合物。不穩(wěn)定化合物也稱為不一致熔融化合物，或異成分熔融化合物。 對于這種相圖，要進行整體分析，不能將化合物作為組元對待。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),合金1結(jié)晶過程：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（4）固相中有化合物生成與分解的二元系統(tǒng)相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),圖6.31中 ： T1溫度下生成化合物： T2溫度下發(fā)生化合物的分解： 圖6.32中只有化合物的生成，沒有化合物的分解。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（5）具有多晶轉(zhuǎn)變的二元系統(tǒng)相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),TP水平線上發(fā)生的就是多晶轉(zhuǎn)變。 圖6.33中，多晶轉(zhuǎn)變溫度高于低共熔溫度 A A 通常將P點

34、稱為多晶轉(zhuǎn)變點 。 圖6.34中，多晶轉(zhuǎn)變溫度低于低共熔溫度。 A A,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（6）具有液相分層的二元系統(tǒng)相圖 （簡介）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),區(qū)域CKD，稱為二液區(qū)。 K點的溫度稱為臨界溫度。 KC線：冷卻時，L1L2的起始線； 加熱時，L2L1終了線。 KD線：冷卻時，L2L1的起始線； 加熱時，L1L2終了線。 HCD線：偏晶轉(zhuǎn)變線,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),合金M結(jié)晶過程：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),四、二元系統(tǒng)專業(yè)相圖 1、分析方法 （1）了解系統(tǒng)中各種物質(zhì)的性質(zhì)。 （2）分析系統(tǒng)中各點、線、區(qū)所表達的相平衡 關(guān)系。 （3）找出三相共存水平線，確定三相平衡轉(zhuǎn)變 的性質(zhì)。 （4）分析熔體的冷卻結(jié)晶過程或加熱過程。應(yīng)用 杠桿規(guī)

35、則計算系統(tǒng)中兩平衡相的相對含量。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),2、Al2O3-SiO2系統(tǒng)相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),A3S2為莫來石3Al2O32SiO2的簡稱。莫來石是一種化合物，但它可以溶入少量Al2O3形成有限固溶體 。 圖(a) 的條件：使用高純原料試樣并在密封條件下進行相平衡實驗，A3S2是一致熔融化合物。 圖(b)的條件：當試樣中含有少量堿金屬等雜質(zhì)，或相平衡實驗是在非密封條件下進行時，A3S2為不一致熔融 。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（1）相圖分析 圖(a)中，兩條水平線均為共晶轉(zhuǎn)變 ： 圖(b)中，兩條水平線分別為包晶轉(zhuǎn)變線和共晶轉(zhuǎn)變線,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）相圖應(yīng)用 對硅鋁質(zhì)耐火材料分類，確定礦物組成,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 分析Al

36、2O3含量對硅鋁質(zhì)耐火材料性能的影響 出現(xiàn)液相的溫度越低或在該溫度下產(chǎn)生的液相量越多，則耐火度越低，耐火性能越差。 對于硅質(zhì)耐火材料：若Al2O3的含量增加，則液相線，即熔點急劇下降，這樣就會使硅磚的耐火度大大下降。這說明Al2O3是硅磚中極為有害的雜質(zhì)組分。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),對于粘土磚和高鋁磚，隨Al2O3的含量增加，材料的耐火性能又是逐步得到改善。這是由于Al2O3含量的增加使液相線的溫度不斷提高和耐高溫的莫來石晶相的含量不斷增加的緣故。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),3、Na2O-SiO2系統(tǒng)相圖 N2S正硅酸鈉（2Na2OSiO2） NS偏硅酸鈉（Na2OSiO2） NS2二硅酸鈉（Na2O2SiO2） N3S

37、8（3Na2O8SiO2）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),Na2O-NS分二元系統(tǒng) ： 1180，包晶轉(zhuǎn)變： 1022，共晶轉(zhuǎn)變： NS-NS2分二元系統(tǒng) ： 846，共晶轉(zhuǎn)變： 710，多晶轉(zhuǎn)變：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),NS2-SiO2分二元系統(tǒng) ： 1470，多晶轉(zhuǎn)變： 870，多晶轉(zhuǎn)變： 808，包晶轉(zhuǎn)變： 799，共晶轉(zhuǎn)變： 710，多晶轉(zhuǎn)變： 700，共析轉(zhuǎn)變：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),4、CaO-SiO2系統(tǒng)相圖 可以形成四種化合物： CS硅灰石（CaOSiO2） C3S2硅鈣石（3CaO2SiO2） C2S硅酸二鈣（或稱貝利特）（2CaOSiO2） C3S硅酸三鈣（或稱阿利特）（3CaOSiO2）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),5、M

38、gO-SiO2系統(tǒng)相圖 有兩個化合物： Mg2SiO4鎂橄攬石（或?qū)憺?MgOSiO2，以 M2S表示），它是一致熔融化合物； MgSiO3頑火輝石（或?qū)憺镸gOSiO2，以MS 表示），它是不一致熔融化合物。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),6、CaO-Al2O3系統(tǒng)相圖 該系統(tǒng)共有C3A，C12A7，CA，CA2和CA6五個化合物，其中C3A、CA、CA2和CA6均為不一致熔融化合物，分解溫度分別為1535、1608，1770和1860。C12A7在通常溫度的空氣中為一致熔融化合物。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),7、MgO-Al2O3系統(tǒng)相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),圖中MgO和Al2O3之間可以互相溶解，因此，它們均以固

39、溶體的形式存在。另外，MgO和Al2O3之間還可以形成一個穩(wěn)定化合物MA，即鎂鋁尖晶石（MgOAl2O3），該化合物也是以固溶體的形式存在。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),8、BaO-TiO2系統(tǒng)相圖 BaO-TiO2系統(tǒng)有五個化合物：Ba2TiO4、BaTiO3、BaTi2O5、BaTi3O7、BaTi4O9。 其中Ba2TiO4和BaTiO3為一致熔融化合物，熔點分別為1860和1612。 而BaTi2O5，BaTi3O7，BaTi4O9是不一致熔融化合物。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),9、鐵碳合金相圖 鐵碳合金中的碳有兩種存在形式：滲碳體（Fe3C）和石墨（G）。圖中實線為FeFe3C相圖，虛線為FeG相圖。 圖中

40、有三條水平線：包晶轉(zhuǎn)變線、共晶轉(zhuǎn)變線、共析轉(zhuǎn)變線。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),作業(yè)： P.3686.6、6.8,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),6.4 三元系統(tǒng)相圖 （簡稱三元相圖）,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),兩種辦法： 在合金中找出兩個主要組元，然后就參考這兩個組元組成的二元相圖，再結(jié)合其它組元的影響來進行分析研究。 使用多元合金相圖，直接分析多元合金的結(jié)晶規(guī)律。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),一、三元相圖的表示方法 底面三角形，表示成分，常稱其為成分三角形，或濃度三角形，或吉普斯三角形； 垂直于底面三角形的坐標軸，表示溫度，。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),1、濃度三角形 a、三角形的三個頂點A、B、C分別表示三個純組元A、B、C b、三角形的三個邊長AB、BC、CA分別

41、表示三個二元合金系A(chǔ)-B、B-C、C-A的成分,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),c、三角形內(nèi)的任意一點則代表一定成分的三元合金 過O點順序作三角形三條底邊的平行線： 平行于BC邊的平行線為Oa 平行于CA邊的平行線為Ob 平行于AB邊的平行線為Oc 則由等邊三角形的特性知： Oa+Ob+Oc=AB=BC=CA,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),假設(shè)等邊三角形的邊長代表合金成分總量，定為100%，則Oa+Ob+Oc=100% 即可以分別用Oa、Ob、Oc來代表三個組元的含量。 又因為：Oa=Ab，Ob=Bc，Oc=Ca，則可由Ab、Bc、Ca代表三個組元的含量。 Ab段表示合金O中B組元的含量 Bc段表示合金O中C組元的含量 Ca段表示合金

42、O中A組元的含量,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),結(jié)論：平行底邊的直線表示對角的成分。成分大小用距離底邊的距離，即兩條平行線之間的線段表示。 推論：在濃度三角形中，一個三元系統(tǒng)的組成點愈靠近某個頂點，該頂點所代表的組元的含量就愈高；反之，組成點愈遠離某個頂點，系統(tǒng)中該頂點組元的含量就愈少。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),x點的成分：55%A+20%B+25%C,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),2、三元相圖的平面化 （1）水平截面 即在三元相圖上截取平行于成分三角形（即垂直于溫度軸）的截面，也稱為等溫截面。 水平截面上可以用杠桿定律 。 （2）垂直截面 是在三元相圖上沿垂直于成分三角形的方向所作的截面，也稱為變溫截面。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),說明 ： 垂直截面的截取不是

43、任意的，它一般按濃度三角形中的兩種特定線來進行截取 （平行于三角形底邊的直線 或通過三角形頂點的直線 ） 垂直截面圖與二元相圖有些相似，但在應(yīng)用時要注意區(qū)別 利用垂直截面只能分析凝固過程，分析相變溫度，分析合金不同溫度下的狀態(tài)，但不能對相的成分和相對含量進行計算和分析，即不能應(yīng)用杠桿定律。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（3）投影圖 投影圖有兩種： 一種是把空間相圖的所有相區(qū)間的交線都投影到成分三角形中 。 另一種是把一系列等溫截面中的相界線都投影到成分三角形中，并在每條線上注明相應(yīng)的溫度，這樣的投影圖就稱為等溫線投影圖。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),二、濃度三角形的性質(zhì) 1、等含量規(guī)則 內(nèi)容：平行于三角形底邊的直線上，所有各點的

44、組成中所含對面頂點組元的含量相等。 平行于AC邊的直線上，B組元成分一定； 平行于BC邊的直線上，A組元成分一定； 平行于AB邊的直線上，C組元成分一定。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),Q、P、R等各點所代表的合金中，C組元的含量相等，都為c，變化的只是A、B組元的含量。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),2、等比例規(guī)則 內(nèi)容：通過三角形頂點的直線上，所有各點的組成中所含的由另兩個頂點所代表的兩個組元的濃度之比是恒定的。 如CD線上所有各點所代表的合金中，A、B、C三個組元的含量雖然都不相同，但A、B二組元含量的比值是不變的，都等于BDAD。 成反比關(guān)系,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),3、背向線規(guī)則 內(nèi)容：在濃度三角形中若有一熔體在冷卻時析出某一

45、頂點所代表的組元，則液相中該頂點組元的含量不斷減少，而其他兩個組元的含量之比保持不變，這時液相組成點必定沿著該頂點與熔體組成點的連線向背離該頂點的方向移動。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),4、杠桿規(guī)則 內(nèi)容：設(shè)兩個組成已知的三元混合物（或相）混合成一個新混合物（或相），則新混合物（或相）的組成點必在兩個原始混合物（或相）組成點的連線上，且位于兩點之間，兩個原始混合物（或相）的質(zhì)量之比與它們的組成點到新混合物（或相）組成點之間的距離成反比。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),比如：有P、Q兩個合金，已知其成分分別為：P合金60%A+20%B+20%C；Q合金20%A+40%B+40%C；又已知P合金在新配成的合金中所占

46、百分比為75%。求新合金的成分：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),已知： =75% 代入AC坐標軸上的坐標值 ： =75%，求得： xA=50 再代入AB坐標軸上的坐標值 ： =75%，解之： xB=25 再由 xA + xB + xC =100 xC=25 新合金R的成分：50%A+25%B+25%C,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),推論： 由一相分解為兩相時，這兩相組成點必然分布于原始組成點的兩側(cè)，且三點成一條直線，而且在該直線上可以利用杠桿規(guī)則求得兩相的相對含量。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),5、重心規(guī)則,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（1）重心位置規(guī)則 M、N、Q三相混合，形成新相P，P點處在MNQ內(nèi)部。 MNS， SQP MNQP 重心位置規(guī)則,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),含義：

47、P相可以通過M、N、Q三相合成而得，P相的數(shù)量等于M、N、Q三相數(shù)量之總和，P相的組成點處于M、N、Q三相所構(gòu)成的三角形內(nèi)，其確切位置可用杠桿規(guī)則分步求得。 反之，從P相可以分解出M、N、Q三相。如果已知M、N、Q三相的成分，則可以分兩步使用杠桿規(guī)則求出它們的相對含量。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),P點所處的這種位置稱為重心位置。 注意：這里的重心位置是指質(zhì)量中心，或力學(xué)中心位置，而并非幾何中心位置 。 若P為液相點，則上述過程為低共熔過程，或稱為三相共晶轉(zhuǎn)變。 若P為固相點，則上述過程稱為三相共析轉(zhuǎn)變。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）交叉位置規(guī)則 新相P點的位置不在M、N、Q所形成的三角形內(nèi)，而是在三角形某條邊的外側(cè)，且在

48、另外兩條邊的延長線所夾的范圍內(nèi)。 MNT， PQT PQMN 交叉位置規(guī)則,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),含義：P和Q合成可以得到M和N相，或要使P相分解為M和N，必須加入Q。反之，M、N相合成也可以得到P和Q相。 當P點為液相組成點的位置時，上述轉(zhuǎn)變就是液相回吸一種晶相而結(jié)晶析出另外兩種晶相的一次轉(zhuǎn)熔過程，這種轉(zhuǎn)變稱為單轉(zhuǎn)熔轉(zhuǎn)變，或包共晶轉(zhuǎn)變。 若P點也為固相成分，這種轉(zhuǎn)變就稱為包共析轉(zhuǎn)變。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（3）共軛位置規(guī)則 P點處在M、N、Q三相所形成的三角形某頂角的外側(cè)，且在形成此頂角的二條邊的延長線范圍內(nèi)。 PQNM 共軛位置規(guī)則 含義：要由P轉(zhuǎn)變?yōu)镸，必須在P中加入N和Q才可以實現(xiàn)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),當P點為液相

49、點時，便是液相回吸兩種晶相而析出另外一種晶相的二次轉(zhuǎn)熔過程。這種轉(zhuǎn)變稱為雙轉(zhuǎn)熔轉(zhuǎn)變，或包晶轉(zhuǎn)變。 若P點也為固相成分，這種轉(zhuǎn)變就稱為包析轉(zhuǎn)變。 重心規(guī)則 的 用途： 判斷無變量點的性質(zhì) 。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),三、三元系統(tǒng)相圖的基本類型 1、具有一個低共熔點的三元系統(tǒng)相圖 （三元共晶相圖） 三個組元在液相中完全互溶，在固相中完全不互溶，三組元各自從液相分別析晶，不形成固溶體，不生成化合物 （1）立體狀態(tài)圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),二相共晶線 ： E1E表示LA+B二相共晶的二相共晶轉(zhuǎn)變線 E2E表示LB+C二相共晶的二相共晶轉(zhuǎn)變線 E3E表示LC+A二相共晶的二相共晶轉(zhuǎn)變線 三相共晶點（或三元低共熔點）：

50、三條二相共晶線的交點E LA+B+C 該轉(zhuǎn)變在恒溫下進行，是一個水平面，這個水平面就稱為三相共晶面。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 液相面 AE1EE3A面：它是LA晶相的起始溫度； BE1EE2B面：它是LB晶相的起始溫度； CE2EE3C面：它是LC晶相的起始溫度。 三個液相面的交線就是三條二相共晶線E1E、E2E和E3E，也稱為界線，或單變量線。最后匯于一點E，稱為三相共晶點 。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 固相面 過E點的三相共晶面。（圖中未畫出） 所有經(jīng)過該面的合金，都通過三相共晶轉(zhuǎn)變（L A+B+C）將所有液相全部轉(zhuǎn)變完。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 相區(qū) 液相面以上的空間是液相存在的單相區(qū)； 固相面以下是三種固相平衡共存的相區(qū)；

51、 在液相面和固相面之間的空間內(nèi)是液相和一種晶相平衡共存的二相區(qū)或液相與兩種晶相平衡并存的三相區(qū)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）平面投影圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 三角形的三個頂點A、B、C是三個單元系統(tǒng)的投影 三條邊是三個二元系統(tǒng)的投影 e1、e2和e3分別是三個二元系統(tǒng)的低共熔點的投影。 三個初晶區(qū)（A）、（B）、（C）是三個液相面的投影,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),含義：若合金處于某初晶區(qū)中，則就要發(fā)生從L相開始析出該初晶的轉(zhuǎn)變。 比如：合金處于Ae1Ee3A區(qū)中，則發(fā)生的轉(zhuǎn)變?yōu)長A晶相； 合金處于Be1Ee2B區(qū)中，則發(fā)生的轉(zhuǎn)變?yōu)長B晶相； 合金處于Ce2Ee3C區(qū)中，則發(fā)生的轉(zhuǎn)變?yōu)長C晶相。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 三條界線e1E，e2E

52、和e3E是空間中的三條界線的投影 含義：若合金冷卻結(jié)晶過程中，液相成分到達了這三條線上，則發(fā)生對應(yīng)的二相共晶轉(zhuǎn)變。 e1E：LA+B二相共晶 e2E：LB+C二相共晶 e3E：LC+A二相共晶,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), E點是空間狀態(tài)圖中低共熔點E點的投影（稱為無變量點） 含義：當液相成分到達E點時，發(fā)生三相共晶轉(zhuǎn)變。即： LA+B+C,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（3）投影圖上的溫度表示方法 將一些固定的點（如純組元或化合物的熔點，二元和三元的無變量點等）的溫度直接標在圖上或另列表注明。 在界線上用箭頭表示溫度的下降方向。三角形邊上的箭頭則表示二元系統(tǒng)中液相線溫度下降的方向。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 在初晶區(qū)內(nèi)，溫度用等溫線表示。所謂

53、等溫線是指水平截面與立體相圖的曲面相交所形成的交線，通常，在等溫線上要注明溫度。 液相面愈陡，投影圖上等溫線便愈密。 根據(jù)投影圖上的等溫線可以確定熔體在什么溫度下開始結(jié)晶以及系統(tǒng)在某溫度時與固相平衡的液相組成。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（4）冷卻結(jié)晶過程,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),三元熔體M的冷卻結(jié)晶過程 ：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（5）冷卻結(jié)晶過程中各相含量的計算 當液相組成剛剛到達D點時，系統(tǒng)中為組成D的液相與C晶相兩相平衡并存 。 當液相剛剛到達E點時，系統(tǒng)中為組成E的液相、A晶相、C晶相三相平衡共存 。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),先求出液相量和總的固相（包含A、C兩種晶相的混合物）量 ： 再求兩種晶相的含量 ：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),2、具有一個一致熔融

54、 二元化合物的三元 系統(tǒng)相圖,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（1）初晶區(qū) 四個初晶區(qū)：（A）、（B）、（C）為三個純組元的初晶區(qū)，（S）為化合物S的初晶區(qū)。它們的成分分別在A、B、C、S點。 含義：若合金位于某初晶區(qū)中，則在冷卻結(jié)晶時，首先發(fā)生的轉(zhuǎn)變是從液相中析出對應(yīng)的初晶。 化合物S的組成點S在其初晶區(qū)內(nèi)部。這是一致熔融化合物的特點。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（2）界線 e1E1線：LA+S二相共晶 e2E2線：LB+S二相共晶 e3E2線：LB+C二相共晶 e4E1線：LA+C二相共晶 E1E2線：LC+S二相共晶,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（3）三元無變量點 El點：LE1 ASC E2點：LE2 BSC E1、E2這兩個點都是低共熔點

55、。 （4）CS線 CS線為C和S兩個晶相組成點之間的連線，通常就稱為連結(jié)線，簡稱為連線，也稱為共軛線。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),CS線反映的是以C和S為組元的二元系統(tǒng)。該二元系統(tǒng)也是一個簡單的共晶轉(zhuǎn)變，其共晶點為m點。m點是連結(jié)線和界線的交點。 由于m點又是界線E1E2上的溫度最高點，因此m點又被稱為鞍形點，也稱為范雷恩點。 事實上，圖中，AS線、SB線、BC線、CA線也都是連接線，它們與界線的交點e1、e2、e3、e4也都是鞍形點。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（5）連線規(guī)則 連線規(guī)則是用來判斷界線溫度下降方向的一個規(guī)則，也稱為最高溫度規(guī)則。 內(nèi)容：在三元系統(tǒng)中，兩個初晶區(qū)之間的界線（或其延長線），如果和這兩個晶相的組成點

56、的連線（或其延長線）相交，則交點是界線上的溫度最高點，界線上的溫度是隨著離開上述交點而下降的。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),連線規(guī)則包括三種情況 ：,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),第一種情況：界線與相對應(yīng)的連線直接相交。這種情況出現(xiàn)在有一致熔融化合物的相圖中。 第二種情況：界線與相對應(yīng)的連線的延長線相交；第三種情況：界線的延長線與相對應(yīng)的連線相交。這二種情況一般出現(xiàn)在含有不一致熔融化合物的相圖中。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué),（6）副三角形及三角形規(guī)則 副三角形 副三角形是指濃度三角形中，與某無變量點處液相相平衡的三個晶相的組成點連成的三角形。 由于每個副三角形都是一個獨立的最簡單的三元系統(tǒng)，所以副三角形又稱為分三元系統(tǒng)。,優(yōu)質(zhì)醫(yī)學(xué), 三角形規(guī)則 三角形規(guī)則是用來確定結(jié)晶產(chǎn)物和結(jié)晶結(jié)束點的一個規(guī)則。 內(nèi)容：先劃分副三角形，則