相圖基本知識(shí)一元相課件

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)秦文靜秦文靜60215746qq:78976819E-mail：注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)v 考勤考勤 以隨機(jī)點(diǎn)名、隨堂測(cè)驗(yàn)作為考勤，三次不到取消考試資格v 作業(yè)作業(yè) 作為平時(shí)成績(jī)的參考v 考試考試 無(wú)劃重點(diǎn)v 課堂紀(jì)律課堂紀(jì)律 請(qǐng)盡量不要遲到早退，課堂上不許喧嘩v 課代表課代表學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)工作工作考研考研畢業(yè)畢業(yè)報(bào)考材料學(xué)科的報(bào)考材料學(xué)科的研究生的專(zhuān)業(yè)課研究生的專(zhuān)業(yè)課-材料學(xué)科的基礎(chǔ)材料學(xué)科的基礎(chǔ)-課程的重中之重課程的重中之重重要的指導(dǎo)意義重要的指導(dǎo)意義-重要保障重要保障材料科學(xué)材料科學(xué)基礎(chǔ)基礎(chǔ)教學(xué)大綱教學(xué)大綱v 相平衡與相圖相平衡與相圖 相圖基本知識(shí)相圖基本知識(shí) 合金相圖，共晶相

2、圖合金相圖，共晶相圖 包晶相圖，其他類(lèi)型相圖包晶相圖，其他類(lèi)型相圖 鐵碳相圖鐵碳相圖 鐵碳相圖鐵碳相圖 三元相圖三元相圖教學(xué)大綱教學(xué)大綱v 凝固凝固 純金屬凝固，均勻形核純金屬凝固，均勻形核 非均勻形核非均勻形核 固溶體結(jié)晶固溶體結(jié)晶 溶質(zhì)濃度分布，合金的成分過(guò)冷溶質(zhì)濃度分布，合金的成分過(guò)冷 主要凝固組織，共晶合金的凝固主要凝固組織，共晶合金的凝固 共晶形成機(jī)制，非平衡凝固共晶形成機(jī)制，非平衡凝固教學(xué)大綱教學(xué)大綱v 固態(tài)相變固態(tài)相變 固態(tài)相變形核與長(zhǎng)大固態(tài)相變形核與長(zhǎng)大 過(guò)飽和固溶體分解過(guò)飽和固溶體分解 共析轉(zhuǎn)變共析轉(zhuǎn)變 馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變 貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變教學(xué)大綱教學(xué)大綱v 材料的變形

3、與再結(jié)晶材料的變形與再結(jié)晶 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 材料的加工硬化材料的加工硬化 冷變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶冷變形金屬的回復(fù)與再結(jié)晶本節(jié)大綱本節(jié)大綱相與組元相與組元2相平衡相平衡3自由度與相律自由度與相律4單元系相圖單元系相圖5背景知識(shí)背景知識(shí)1 相圖基本知識(shí)相圖基本知識(shí) 背景知識(shí)背景知識(shí)v 宏觀性能取決于微觀結(jié)構(gòu)宏觀性能取決于微觀結(jié)構(gòu)背景知識(shí)背景知識(shí)v 材料的性能決定于內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)材料的性能決定于內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)C無(wú)定形碳無(wú)定形碳石墨石墨金剛石金剛石相與組元相與組元v 材料由基本的材料由基本的相相所組成所組成 相是在一個(gè)體系中，相是在一個(gè)體系中，結(jié)構(gòu)

4、相同，成分和性能均結(jié)構(gòu)相同，成分和性能均一一，并以，并以界面界面相互分開(kāi)的均勻部分。相互分開(kāi)的均勻部分。 不同相之間必有界面分開(kāi)（相界面），在相界不同相之間必有界面分開(kāi)（相界面），在相界面處的物質(zhì)的性能發(fā)生突變。面處的物質(zhì)的性能發(fā)生突變。（晶界）（晶界）v 相可以是單質(zhì)，也可以是化合物相可以是單質(zhì)，也可以是化合物 氣體氣體 液體液體 固體固體 同素異晶體同素異晶體相與組元相與組元v 材料的整體性能取決于材料的整體性能取決于 存在相的數(shù)目存在相的數(shù)目 它們的相對(duì)量它們的相對(duì)量 各相的成分與結(jié)構(gòu)各相的成分與結(jié)構(gòu) 相的尺寸和空間分布相的尺寸和空間分布v 材料的相依賴(lài)于材料的相依賴(lài)于 整體成分整體成分

5、 溫度和壓力等變量溫度和壓力等變量相與組元相與組元v 組元組元 構(gòu)成材料的最簡(jiǎn)單、最基本、可以獨(dú)立存在的構(gòu)成材料的最簡(jiǎn)單、最基本、可以獨(dú)立存在的物質(zhì)物質(zhì) 將既不分解也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定化合物也將既不分解也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)定化合物也視為一種組元視為一種組元 元素（元素（Fe，Si，C） 計(jì)量化合物（計(jì)量化合物（NaCl，Li2O，Si3N4） 一元系、二元系、三元系及多元系統(tǒng)一元系、二元系、三元系及多元系統(tǒng)相與組元相與組元水水蘇打水蘇打水冰水冰水冰蘇打水冰蘇打水一元系一元系 H2O 單相單相 液液二元系二元系 H2O CO2 兩相兩相 氣氣 液液一元系一元系 H2O 兩相兩相 液液 固固二元

6、系二元系 H2O CO2 三相三相 氣氣 液液 固固相平衡相平衡v 相平衡相平衡 每一個(gè)組元在各相中的化學(xué)勢(shì)相等是多相系統(tǒng)每一個(gè)組元在各相中的化學(xué)勢(shì)相等是多相系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡的必要條件，也是其相平衡的處于熱力學(xué)平衡的必要條件，也是其相平衡的必要條件（證明過(guò)程略）必要條件（證明過(guò)程略）機(jī)械平衡機(jī)械平衡熱平衡熱平衡化學(xué)平衡化學(xué)平衡化學(xué)熱力學(xué)平衡化學(xué)熱力學(xué)平衡各相各相相平衡相平衡各組元各組元相平衡相平衡v 相平衡相平衡 宏觀上系統(tǒng)中參與宏觀上系統(tǒng)中參與相變相變過(guò)程的各相長(zhǎng)時(shí)間不再過(guò)程的各相長(zhǎng)時(shí)間不再互相轉(zhuǎn)化（指成分和相對(duì)量）時(shí)所達(dá)到的平衡?；ハ噢D(zhuǎn)化（指成分和相對(duì)量）時(shí)所達(dá)到的平衡。 相平衡屬于動(dòng)態(tài)

7、平衡，微觀上組元不停地通過(guò)相平衡屬于動(dòng)態(tài)平衡，微觀上組元不停地通過(guò)各相界面進(jìn)行遷移的速度相等。各相界面進(jìn)行遷移的速度相等。v相變：相變：一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌嗟倪^(guò)程。一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌嗟倪^(guò)程。自由度與相律自由度與相律v 自由度自由度 在平衡系統(tǒng)中在平衡系統(tǒng)中獨(dú)立可變獨(dú)立可變的因素的因素 溫度、壓力、相的成分溫度、壓力、相的成分v 自由度數(shù)自由度數(shù) f：自由度的最大數(shù)目：自由度的最大數(shù)目 水：水： 溫度、壓力溫度、壓力 f=2自由度與相律自由度與相律v 相律相律 表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度數(shù)、組元數(shù)表示在平衡條件下，系統(tǒng)的自由度數(shù)、組元數(shù)和相數(shù)之間的關(guān)系，是系統(tǒng)的平衡條件的數(shù)學(xué)和相數(shù)之間的關(guān)系，

8、是系統(tǒng)的平衡條件的數(shù)學(xué)表達(dá)式。表達(dá)式。v相律數(shù)學(xué)表達(dá)式：相律數(shù)學(xué)表達(dá)式：f = c - p + n p：平衡相數(shù)：平衡相數(shù) ； c ：體系的組元數(shù)；：體系的組元數(shù)； f ：體系自由度數(shù)：體系自由度數(shù) ； n：溫度和壓力等因素：溫度和壓力等因素 注：平衡狀態(tài)下注：平衡狀態(tài)下f0； p1 若若 f0 系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)自由度與相律自由度與相律v 純金屬（恒壓下）：純金屬（恒壓下）： 當(dāng)只有單相存在時(shí)：當(dāng)只有單相存在時(shí)：f = 1 - 1 + 1 = 1，其自由，其自由度數(shù)為度數(shù)為1，即溫度是可以獨(dú)立改變的；，即溫度是可以獨(dú)立改變的； 當(dāng)自由度當(dāng)自由度 f = 0 時(shí)：時(shí)：0 =

9、1 - p + 1 即即 p = 2，純，純金屬可以（液固）兩相平衡共存，此時(shí)為恒金屬可以（液固）兩相平衡共存，此時(shí)為恒溫狀態(tài)。溫狀態(tài)。自由度與相律自由度與相律v 二元系金屬（恒壓下）：二元系金屬（恒壓下）： 兩相平衡：兩相平衡：f = 2 - 2 + 1 = 1，其自由度數(shù)為，其自由度數(shù)為1，說(shuō)明有一個(gè)可變因素，表明它在一定（說(shuō)明有一個(gè)可變因素，表明它在一定（T）范）范圍內(nèi)結(jié)晶；圍內(nèi)結(jié)晶； 三相平衡：三相平衡：f = 2 - 3 + 1 = 0，此時(shí)溫度恒定，此時(shí)溫度恒定，三相成分恒定不變，各因素恒定。三相成分恒定不變，各因素恒定。單元系相圖單元系相圖v 單元系單元系 組元數(shù)組元數(shù) c = 1 f = c - p + 2 = 3 - p p = 1