材料科學(xué)基礎(chǔ)第8章

1、材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)第八章第八章三元相圖三元相圖2第8章 三元相圖一、三元相圖的主一、三元相圖的主要特點(diǎn)要特點(diǎn) （1）是立體圖形，主）是立體圖形，主要由曲面構(gòu)成；要由曲面構(gòu)成；（2）可發(fā)生四相平衡）可發(fā)生四相平衡轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)變；（3）一、二、三相區(qū)）一、二、三相區(qū)均占有一定空間，是均占有一定空間，是變溫轉(zhuǎn)變，四相區(qū)為變溫轉(zhuǎn)變，四相區(qū)為恒溫水平面。恒溫水平面。第一節(jié)第一節(jié) 三元相圖的構(gòu)成三元相圖的構(gòu)成BCA3濃度三角形的三個頂濃度三角形的三個頂 點(diǎn)代表點(diǎn)代表 A，B，C 三個純組元，各邊表示三個純組元，各邊表示 二元合二元合金的成分，金的成分， AB 邊代表邊代表 A-B 二元合二元合 金的金的

2、成分成分 BC邊代表邊代表 B-C 二元合二元合 金的金的成分成分 AC邊代表邊代表 A-C 二元合二元合 金的金的成分成分l 三角形內(nèi)任一點(diǎn)三角形內(nèi)任一點(diǎn) O，代表一定成，代表一定成分的三元合金。分的三元合金。l 一般均沿著順時針一般均沿著順時針(或者逆時針或者逆時針)一個一個 方向標(biāo)注組元的濃度。方向標(biāo)注組元的濃度。第一節(jié)第一節(jié) 三元相圖的構(gòu)成三元相圖的構(gòu)成二、三元合金相圖的成分表示法二、三元合金相圖的成分表示法 1. 1. 一般用成一般用成 分分 三三 角角 形形 表示表示C%B%BAC% A%C濃度三角形濃度三角形42. 濃度確定C A%B%C%l 確定確定O O點(diǎn)的成分點(diǎn)的成分1）過

3、O作A角對邊的平行線2）求平行線與A坐標(biāo)的截距 得組元A的含量O3）同理求組元B、C的含量5908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%II 點(diǎn)：A%=60%B%=30%C%=10%6908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%IIII點(diǎn)：A%=20%B%=50%C%=30%7908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%IIIIII 點(diǎn)：A%=20%B%=20%C

4、%=60%8908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%IVIV 點(diǎn)：A%=40%B%=0%C%=60%9908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%10908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%11l組元組元B B的含量很少的含量很少l成分點(diǎn)靠近成分點(diǎn)靠近ACAC邊邊l按比例放大按比例放大ABAB、BCBC邊邊ABC三元相圖其它成分表示方法Wa=30%Wb=6

5、0%Wc=10%12AC%B%l原點(diǎn)為基體組元Al縱、橫坐標(biāo)為組元B和ClB、C的濃度可以直接讀出lA的濃度不能直接讀出l組元A占絕大多數(shù)時N13 A%B%C%PQ含對角組元濃度相等平行于某條平行于某條邊的直線：邊的直線：其上合金所其上合金所含由此邊對含由此邊對應(yīng)頂點(diǎn)所代應(yīng)頂點(diǎn)所代表的組元的表的組元的含量一定含量一定 14ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%：20%A- 50%B- 30%C：20%A- 20%B- 60%C：40%A- 0%B- 60%CIIIIIIV15908070605040302

6、010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%16 A%B%C%a1a2c2c1a1a2FE常數(shù)22221111%BcCaBcBaBcBaBcCaCA通過某一頂點(diǎn)通過某一頂點(diǎn)的直線：其上的直線：其上合金所含由另合金所含由另兩個頂點(diǎn)所代兩個頂點(diǎn)所代表的兩組元的表的兩組元的比值恒定比值恒定 17908070605040302010102030405060708090102030405060708090 A%B%C%75%2531BC183. 直線法則與重心法則1）直線法則投影到任何一邊上，按二元杠投影到任何一邊上，按二元杠桿定律計算桿定律計算WWRRf

7、egfeffgBCA A%B%C%efgefgR在一定溫度下三組元材料兩相平衡時，在一定溫度下三組元材料兩相平衡時，材料的成分點(diǎn)和其兩個平衡相的成分材料的成分點(diǎn)和其兩個平衡相的成分點(diǎn)必然位于成分三角形內(nèi)的一條直線點(diǎn)必然位于成分三角形內(nèi)的一條直線上，該規(guī)律稱為直線法則或三點(diǎn)共線上，該規(guī)律稱為直線法則或三點(diǎn)共線原則。原則。 由直線法則及杠桿定律可作出下列推論：當(dāng)給定材料在一定溫度下處于兩相平衡狀態(tài)時，若其中一相的成分由直線法則及杠桿定律可作出下列推論：當(dāng)給定材料在一定溫度下處于兩相平衡狀態(tài)時，若其中一相的成分給定，另一相的成分點(diǎn)必在兩已知成分點(diǎn)連線的延長線上；若兩個平衡相的成分點(diǎn)已知，材料的成分點(diǎn)

8、必然位于給定，另一相的成分點(diǎn)必在兩已知成分點(diǎn)連線的延長線上；若兩個平衡相的成分點(diǎn)已知，材料的成分點(diǎn)必然位于此兩個成分點(diǎn)的連線上。此兩個成分點(diǎn)的連線上。19注意含量與二元相注意含量與二元相圖的走向不同圖的走向不同202） 重心法則BCA A%B%C%efd%100%adRdWWwR%100%eReWWwR%100%fRfWWwRR 當(dāng)一個相完全分解成三個新相，或是一個相當(dāng)一個相完全分解成三個新相，或是一個相在分解成兩個新相的過程時，研究它們之間的成在分解成兩個新相的過程時，研究它們之間的成分和相對量的關(guān)系，則須用重心定律。分和相對量的關(guān)系，則須用重心定律。 根據(jù)相律，三元系處于三相平衡時，自由度

9、為根據(jù)相律，三元系處于三相平衡時，自由度為1。在給定溫度下這三個平衡相的成分應(yīng)為確定值。在給定溫度下這三個平衡相的成分應(yīng)為確定值。合金成分點(diǎn)應(yīng)位于三個平衡相的成分點(diǎn)所連成的三角形內(nèi)。合金成分點(diǎn)應(yīng)位于三個平衡相的成分點(diǎn)所連成的三角形內(nèi)。21第二節(jié)第二節(jié) 三元勻晶相圖三元勻晶相圖 ：由液相直接結(jié)晶出單相固溶體的轉(zhuǎn)變（相變）組元晶體結(jié)構(gòu)相同、原子尺寸、電負(fù)性相似組元在液相、固相均可完全互溶22T（）ABL L 23BCA一一. . 三元三元勻晶相圖勻晶相圖1. 勻晶三元的構(gòu)成勻晶三元的構(gòu)成24BCA25BCA 由液相線演化而來 由固相線演化而來單相區(qū)：單相區(qū)：L、雙相區(qū)：雙相區(qū)：L + 26（二維平

10、面圖）（三維立體圖）27BCA2. 結(jié)晶過程LL t1t2動畫283. 等溫截面及其投影BCA29BCALL + 30LL + 314. 垂直截面BCAC32BCA33l在垂直截面上不能確在垂直截面上不能確定平衡相的成分，更定平衡相的成分，更不能利用杠杠定律來不能利用杠杠定律來計算相的相對量。計算相的相對量。l這是因為垂直截面上這是因為垂直截面上的相區(qū)分界線與二元的相區(qū)分界線與二元相圖中的相區(qū)分界線相圖中的相區(qū)分界線不同：它是垂直截面不同：它是垂直截面與立體相圖的相區(qū)分與立體相圖的相區(qū)分界面的交線，而不是界面的交線，而不是平衡相的成分隨溫度平衡相的成分隨溫度變化的曲線。變化的曲線。3435CA

11、B1000100075075075075090090090090010001000975975920920950950850850840840800800950950液液/ /固固相投影相投影36CAB1000100075075075075090090090090010001000975975920920950950850850840840800800850850液液/ /固固相投影相投影37CAB1000100075075075075090090090090010001000975975920920950950850850840840800800850850液液/ /固固相投影相投影38從從

12、A A組元角連到組元角連到BCBC中點(diǎn)的垂中點(diǎn)的垂直截面圖直截面圖CABA LL 39三元勻晶相圖平衡凝固過程分析三元勻晶相圖平衡凝固過程分析 材料材料O冷卻至冷卻至T1溫度開始溫度開始從液相中析出固相從液相中析出固相a,冷至冷至T4溫度凝固結(jié)束溫度凝固結(jié)束,在在T1和和T4溫度之間是溫度之間是 a和和L兩相共存。兩相共存。 材料凝固過程中材料凝固過程中a相的成相的成分沿固相面上的分沿固相面上的a1a4曲曲線 變 化線 變 化 , L 相 的 成 分 沿相 的 成 分 沿L1L4曲線變化。它們在曲線變化。它們在成分三角形上的投影象蝶成分三角形上的投影象蝶形曲線。形曲線。動畫40如果采用一系列的

13、等溫截面。不僅可以分析某材料如果采用一系列的等溫截面。不僅可以分析某材料O的平衡冷卻過程的平衡冷卻過程及其顯微組織的變化。而且可以運(yùn)用等溫截面上的連相線來確定平衡及其顯微組織的變化。而且可以運(yùn)用等溫截面上的連相線來確定平衡兩個相的成分，并可應(yīng)用杠桿定律來確定它們的相對量兩個相的成分，并可應(yīng)用杠桿定律來確定它們的相對量 。lT1溫度，溫度，O點(diǎn)位于點(diǎn)位于L和和L+a相區(qū)的邊界線相區(qū)的邊界線上，說明開始凝固；上，說明開始凝固； lT2溫度和溫度和T3溫度，溫度，O點(diǎn)位于點(diǎn)位于L+a 的兩相區(qū)的兩相區(qū)內(nèi)內(nèi),說明液、固兩相共說明液、固兩相共存存,在凝固過程中；在凝固過程中； lT4溫度，溫度，O點(diǎn)位于

14、點(diǎn)位于L+a和和a相區(qū)的邊界線相區(qū)的邊界線上，說明凝固結(jié)束。上，說明凝固結(jié)束。 41三元相圖的兩相區(qū)內(nèi)三元相圖的兩相區(qū)內(nèi),根據(jù)相律有根據(jù)相律有: f=C-P+1=3-2+1=2 這說明在凝固過程中這說明在凝固過程中,溫度和相的成分都是可以獨(dú)立變化的，溫度和相的成分都是可以獨(dú)立變化的，兩相區(qū)兩相區(qū)內(nèi)是不能根據(jù)相圖來確定平衡相的成分的。內(nèi)是不能根據(jù)相圖來確定平衡相的成分的。 從相圖不能確定平衡相從相圖不能確定平衡相的成分的成分,但是從杠杠定律可但是從杠杠定律可知知:l 凝固過程中材料的成分凝固過程中材料的成分點(diǎn)點(diǎn)O在任何溫度下都處于液在任何溫度下都處于液固兩相成分的連相線固兩相成分的連相線(即共即

15、共軛線軛線)上。上。l 因此在某一溫度下欲知因此在某一溫度下欲知兩平衡相的成分兩平衡相的成分,首先通過首先通過實(shí)驗分析確定一相的成分實(shí)驗分析確定一相的成分,而后作共軛線求得另一相而后作共軛線求得另一相的成分的成分,再用杠杠定理計算再用杠杠定理計算出兩個相的相對量。出兩個相的相對量。42l 在水平截面上的兩相在水平截面上的兩相區(qū)內(nèi)區(qū)內(nèi),由共軛線可以確定由共軛線可以確定材料中兩相的成分材料中兩相的成分,并且并且可以利用杠杠定則計算可以利用杠杠定則計算出兩相的相對量。出兩相的相對量。l 如右圖中的材料如右圖中的材料O,假如在假如在T溫度時已知溫度時已知相相的成分位于的成分位于a1a2線上的線上的a點(diǎn)

16、點(diǎn),則則L相的成分為相的成分為a點(diǎn)點(diǎn)和和O點(diǎn)連線的延長線與點(diǎn)連線的延長線與L1L2的交點(diǎn)的交點(diǎn)L。 l 兩相的相對量分別為：兩相的相對量分別為： 43T（）AB第三節(jié)、 三元共晶相圖44一. 固態(tài)互不相溶解的三元共晶相圖分析CAABBC45ABC46CAB4748CAB49CAB50CABL A + CL A + BL B + C 51CAB52CAB53CAB54CAB55CAB56CAB57CAB58CAB5960CABL AL BL Ce1ee3e261ABCL BL AL Ce1E1e2E2e3E3L AL BL C62CABe1ee3e263L A+CL A+BL B+CABC64C

17、ABA + B + CL A + B + C 65ABCA + B + CL A + B + C A + B + CL A + B + C66CABe1ee3e267ABCe1E1e2E2e3E368CAB69ABC70CAB71L A+CL A+BL B+CL A + BL B + C L A + CABC72CABL A + CL A + BL B + C 73ABC74CAB四四 相相 平平 衡衡 共共 晶晶 點(diǎn)點(diǎn)eABC75ABC總投影圖總投影圖76CAB三元簡單三元簡單共晶相圖總結(jié)共晶相圖總結(jié)77CAB三元簡單三元簡單共晶相圖總結(jié)共晶相圖總結(jié)78CAB三元簡單三元簡單共晶相圖總結(jié)共晶

18、相圖總結(jié)79CAB三元簡單三元簡單共晶相圖總結(jié)共晶相圖總結(jié)80CAB三元簡單三元簡單共晶相圖總結(jié)共晶相圖總結(jié)81CAB三元簡單三元簡單共晶相圖總結(jié)共晶相圖總結(jié)82L A+B+CCABABCLA + B + CA + B + C( A + B + C )共晶2. 結(jié)晶過程83CABABCLA + B + CA + B + C( A+B )共晶+( A+B+C )共晶L A+BL A+B+C84CABABCLA + B + CA + B + CA初 + ( A+B+C )共晶L AL A+B+C85L ACABABCLA + B + CA + B + CA初+( A+B )共晶+( A+B+C )

19、共晶L A+BL A+B+C86ABC三元簡單共晶相圖平衡凝固反應(yīng)產(chǎn)物87ABC三元簡單共晶相圖平衡凝固反應(yīng)產(chǎn)物883. 等溫截面及其投影CAB89ABC9091924. 垂直截面ABCCAB93ABCCAB94ABCCAB95CABABC96CABABC97課堂練習(xí)：課堂練習(xí)： 分析分析OO點(diǎn)室溫下的組織點(diǎn)室溫下的組織ABCO98ABC課堂練習(xí)：分析課堂練習(xí)：分析OO點(diǎn)室溫點(diǎn)室溫下的組織下的組織O99二、有限互溶固溶三元共晶相圖1 1 固態(tài)有限溶解三元共晶立體模型固態(tài)有限溶解三元共晶立體模型固態(tài)下有限互溶的三元相圖是由三固態(tài)下有限互溶的三元相圖是由三對在液態(tài)無限互溶，而在固態(tài)有限對在液態(tài)無限

20、互溶，而在固態(tài)有限互溶的二元共晶相圖所組成，它與互溶的二元共晶相圖所組成，它與固態(tài)下互不溶解的三元相圖基本相固態(tài)下互不溶解的三元相圖基本相同，只是在相圖中增加了三個單相同，只是在相圖中增加了三個單相區(qū)：區(qū)：、和和相區(qū)以及與之相對應(yīng)相區(qū)以及與之相對應(yīng)的溶解度曲面。的溶解度曲面。l三個單相區(qū)：三個單相區(qū)： 、和和l三對共軛液相固相面三對共軛液相固相面l固溶度曲面固溶度曲面1002. 固態(tài)有限互溶三元共晶相圖與固態(tài)完全不互溶三固態(tài)有限互溶三元共晶相圖與固態(tài)完全不互溶三元共晶相圖元共晶相圖 得比較得比較 從占有空間的角度看從占有空間的角度看, ,固態(tài)有限互溶三元共晶相圖比固固態(tài)有限互溶三元共晶相圖比固

21、態(tài)完全不互溶三元共晶相圖要多三個單相區(qū)態(tài)完全不互溶三元共晶相圖要多三個單相區(qū)(、 和和 ) )和三和三個固態(tài)兩相區(qū)個固態(tài)兩相區(qū)( + , + , + ), ( + , + , + ), 1013.相區(qū)分析相區(qū)分析-液固共軛面液固共軛面 右圖著重表示有限互溶三右圖著重表示有限互溶三元共晶相圖中，元共晶相圖中，4個三相個三相區(qū)棱柱與四相反應(yīng)水平面區(qū)棱柱與四相反應(yīng)水平面之間的關(guān)系與相對位置。之間的關(guān)系與相對位置?？梢钥吹剑喝齻€含液相的可以看到：三個含液相的三相區(qū)（三相區(qū)（L+, L+和和L+ + ）位于水平面的）位于水平面的上 方 ， 另 一 個 三 相 區(qū)上 方 ， 另 一 個 三 相 區(qū)（+）位

22、于水平面的）位于水平面的下方。下方。 1023. 相區(qū)分析相區(qū)分析-五種相界面五種相界面 液相面液相面 3個個 固相面固相面 3 共晶轉(zhuǎn)變起始面共晶轉(zhuǎn)變起始面 6個個 二元共晶轉(zhuǎn)變終止面二元共晶轉(zhuǎn)變終止面 3個個 四相平衡共晶面四相平衡共晶面 1個個 共軛固溶度曲面共軛固溶度曲面 3對對 有限固溶三元相圖五種相界面-swf動畫1033. 相區(qū)分析相區(qū)分析-六種類型的六種類型的14個區(qū)域個區(qū)域104兩相區(qū)和三相區(qū)兩相區(qū)和三相區(qū)兩相區(qū)：兩相區(qū)： + ， + , + 固相三相區(qū)：固相三相區(qū)： + +液固相三相液固相三相區(qū)：區(qū)： L+, L+和和L+ + 1053. 相區(qū)分析相區(qū)分析-總裝圖總裝圖左圖

23、是該相圖的相區(qū)拆分圖。左圖是該相圖的相區(qū)拆分圖。 以以三個組元三個組元A,B,C為溶劑的為溶劑的、 三個三個有限固溶體單相區(qū)分布在有限固溶體單相區(qū)分布在3個棱角處；個棱角處；這三個單相區(qū)之間是以這三個單相區(qū)兩這三個單相區(qū)之間是以這三個單相區(qū)兩兩組合形成的兩組合形成的 + , + , + 三個兩三個兩相區(qū)；四相區(qū)是水平的三角形；相區(qū)；四相區(qū)是水平的三角形；四相區(qū)上面是四相區(qū)上面是3個含液相的三相區(qū)個含液相的三相區(qū),它們它們的形狀都是楔形的三棱柱的形狀都是楔形的三棱柱,分別上起自分別上起自三條二元共晶線三條二元共晶線,下底坐在四相區(qū)平面下底坐在四相區(qū)平面上上,其底面分別為三個三角形；其底面分別為三

24、個三角形；另外的三個含液相的兩相區(qū)，也位于液另外的三個含液相的兩相區(qū)，也位于液相與其相應(yīng)的單相區(qū)之間；相與其相應(yīng)的單相區(qū)之間；四相區(qū)平面的下部是三個固相組成的三四相區(qū)平面的下部是三個固相組成的三相區(qū)相區(qū), 其形狀是一個三棱臺。其形狀是一個三棱臺。1064. 有限互溶三元相圖相區(qū)接觸法則有限互溶三元相圖相區(qū)接觸法則在三元相圖中在三元相圖中,除四相區(qū)是一個除四相區(qū)是一個平面外平面外,其它各種相區(qū)均為三維其它各種相區(qū)均為三維空間體?？臻g體。3個含液相的兩相區(qū)與四相區(qū)平個含液相的兩相區(qū)與四相區(qū)平面是線接觸面是線接觸,它們將含液相的它們將含液相的3個三相區(qū)彼此隔開，個三相區(qū)彼此隔開，而而3個不含液相的兩

25、相區(qū)與四相個不含液相的兩相區(qū)與四相區(qū)平面也是以三條直線相接觸。區(qū)平面也是以三條直線相接觸。107兩相區(qū)與三相區(qū)之間為面接觸兩相區(qū)與三相區(qū)之間為面接觸 L+, L+和和L+ + 三個三三個三相區(qū)相區(qū) L+兩相區(qū)與兩相區(qū)與L+ 、 L+ + 兩個三相兩個三相區(qū)為面接觸區(qū)為面接觸L + 兩 相 區(qū) 與兩 相 區(qū) 與L+ 、 L+兩個三相區(qū)為面兩個三相區(qū)為面接觸接觸L + 兩 相 區(qū) 與兩 相 區(qū) 與L+、 L+ + 兩個三相區(qū)為兩個三相區(qū)為面接觸面接觸108只有兩個相區(qū)中的相數(shù)之差等于只有兩個相區(qū)中的相數(shù)之差等于1,才能相互以分界面接壤。這種規(guī)律才能相互以分界面接壤。這種規(guī)律就稱為相區(qū)的接觸法則。就

26、稱為相區(qū)的接觸法則。在三元相圖的各種截面上在三元相圖的各種截面上,相數(shù)差為相數(shù)差為1的相鄰相區(qū)的分界面成為分界線。的相鄰相區(qū)的分界面成為分界線。相數(shù)差大于相數(shù)差大于1或等于或等于0的相鄰相區(qū)只能交于一點(diǎn)。的相鄰相區(qū)只能交于一點(diǎn)。相區(qū)的接觸法則同相律一樣相區(qū)的接觸法則同相律一樣,是分析和檢驗相圖的重要工具。是分析和檢驗相圖的重要工具。1095. 有限互溶三元相圖投影圖有限互溶三元相圖投影圖 三條共晶轉(zhuǎn)變線的投影三條共晶轉(zhuǎn)變線的投影e1E、e3E、e2E(箭頭所箭頭所示方向為溫度下降的方向示方向為溫度下降的方向)將濃度三角形劃分為三個將濃度三角形劃分為三個區(qū)域區(qū)域Ae1Ee3、Be1Ee2、Ce2

27、Ee3,它們是三個液相它們是三個液相面的投影。面的投影。 材料冷卻到這些液相面以材料冷卻到這些液相面以下分別凝固出初晶下分別凝固出初晶、 。 液、固兩相區(qū)中與液相面液、固兩相區(qū)中與液相面共軛的三個固相面的投影共軛的三個固相面的投影分別是分別是Afml、Bgnh、Cipk。 固相面以外靠近純組元的固相面以外靠近純組元的不規(guī)則區(qū)域不規(guī)則區(qū)域,即為即為、 的單相區(qū)。的單相區(qū)。1105. 有限互溶三元相圖投影圖有限互溶三元相圖投影圖 有單變量線都用紅線或蘭線畫出有單變量線都用紅線或蘭線畫出, ,并并用箭頭表示從高溫到低溫的走向?？梢钥从眉^表示從高溫到低溫的走向?？梢钥闯龀? :每個零變量點(diǎn)都是三條單

28、變量線的交點(diǎn)。每個零變量點(diǎn)都是三條單變量線的交點(diǎn)。 三條液相單變量線都自高溫而下匯聚三條液相單變量線都自高溫而下匯聚于四相平衡共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，即三個箭頭齊指于四相平衡共晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)，即三個箭頭齊指四相平衡共晶點(diǎn)四相平衡共晶點(diǎn)E,E,這是三元共晶型轉(zhuǎn)變相這是三元共晶型轉(zhuǎn)變相圖投影圖的共同特征。圖投影圖的共同特征。111材料材料O冷卻到液相面冷卻到液相面,開始凝固出初晶開始凝固出初晶a,其成分點(diǎn)位于與液相面其成分點(diǎn)位于與液相面Ae1Ee3共軛共軛的固相面的固相面Afml上上,但需用連相線來確但需用連相線來確定。定。隨溫度降低隨溫度降低,L和和相的成分分別沿液相的成分分別沿液相面和固相面變化相面和固相面變化

29、,并保持共軛關(guān)系。并保持共軛關(guān)系。當(dāng)材料冷卻到過渡面當(dāng)材料冷卻到過渡面fe1Em時時, 進(jìn)入三進(jìn)入三相平衡區(qū)并發(fā)生相平衡區(qū)并發(fā)生 共晶轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變過共晶轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變過程中，程中，L、 、分別沿單變量線分別沿單變量線e1E、fm、gn變化。到變化。到TE溫度溫度, L、 、 的的成分分別為成分分別為 E、m、n，發(fā)生四相平，發(fā)生四相平衡共晶轉(zhuǎn)變衡共晶轉(zhuǎn)變 。繼續(xù)降溫繼續(xù)降溫, 、 相的成分分別沿相的成分分別沿mm、nn、pp曲線變化曲線變化, 即每個固即每個固相中不斷析出另外兩個固相。相中不斷析出另外兩個固相。5. 有限互溶三元相圖投影圖有限互溶三元相圖投影圖 課堂練習(xí)課堂練習(xí)1：分析材料：分析材料

30、O室溫下的組織室溫下的組織室溫的平衡組織為室溫的平衡組織為: 二元共晶二元共晶( + )三元共晶三元共晶( + + )（忽略二（忽略二次晶的析出）。次晶的析出）。112材料材料O冷卻到液相面冷卻到液相面,開始凝固出初晶開始凝固出初晶,在在L+ 兩相區(qū)內(nèi)兩相區(qū)內(nèi),L、 的成分按照的成分按照蝶形規(guī)律分別沿液相和固相面變化蝶形規(guī)律分別沿液相和固相面變化,并保持共軛關(guān)系。并保持共軛關(guān)系。材料經(jīng)過過渡面材料經(jīng)過過渡面ge1En， 進(jìn)入三相平進(jìn)入三相平衡區(qū)，衡區(qū)， 發(fā)生發(fā)生L + 共晶轉(zhuǎn)變。共晶轉(zhuǎn)變。未及冷至未及冷至TE溫度溫度,材料已遇到該三相材料已遇到該三相區(qū)的共晶轉(zhuǎn)變終止面區(qū)的共晶轉(zhuǎn)變終止面fgnm

31、,液相全部液相全部消耗完畢消耗完畢,開始進(jìn)入開始進(jìn)入 + 兩相平衡區(qū)。兩相平衡區(qū)。繼續(xù)冷卻繼續(xù)冷卻, 、相的成分分別沿固溶相的成分分別沿固溶度曲面度曲面fmmf和和gnng變化變化,從從相中相中析出析出II相相,從從相中析出相中析出II相。相。當(dāng)冷卻到固態(tài)三相區(qū)的一個側(cè)面當(dāng)冷卻到固態(tài)三相區(qū)的一個側(cè)面mmnn時時,從從、 相中開始析出相中開始析出II相相,以后三個相變化的情況就與材料以后三個相變化的情況就與材料O相同。相同。5. 有限互溶三元相圖投影圖有限互溶三元相圖投影圖 課堂練習(xí)課堂練習(xí)2：分析材料：分析材料O室溫下的組織室溫下的組織其室溫組織為初晶其室溫組織為初晶 二元共晶二元共晶( +

32、)少量析出的少量析出的II (忽略二次晶的析忽略二次晶的析出出)。113投影圖中的顯微組織的分區(qū)圖投影圖中的顯微組織的分區(qū)圖114 凡截到四相平面凡截到四相平面時時, 在垂直截面在垂直截面中都形成水平線中都形成水平線(VW和和QR截面截面圖圖),水平線下方水平線下方是固相三相區(qū)。是固相三相區(qū)。 6. 有限互溶三元相圖垂直截面圖有限互溶三元相圖垂直截面圖 115 VW截面（左圖）中截面（左圖）中可清楚地看到四相平可清楚地看到四相平衡共晶平面和與之相衡共晶平面和與之相連的四個三相平衡區(qū)。連的四個三相平衡區(qū)。 共晶型反應(yīng)（即共晶型反應(yīng)（即類類四相反應(yīng)）的特征是：四相反應(yīng)）的特征是：3個三相平衡區(qū)分布

33、個三相平衡區(qū)分布在等溫反應(yīng)線的上方，在等溫反應(yīng)線的上方，1個三相平衡區(qū)分布個三相平衡區(qū)分布在等溫反應(yīng)線的下方。在等溫反應(yīng)線的下方。 6. 有限互溶三元相圖垂直截面圖有限互溶三元相圖垂直截面圖 116 XY截面截到了截面截到了L+三相平衡區(qū)三相平衡區(qū)的共晶轉(zhuǎn)變起始面的共晶轉(zhuǎn)變起始面和共晶轉(zhuǎn)變終止面和共晶轉(zhuǎn)變終止面,形成頂點(diǎn)朝上的曲形成頂點(diǎn)朝上的曲邊三角形邊三角形,顯示了顯示了共晶型三相平衡區(qū)共晶型三相平衡區(qū)的典型特征。的典型特征。6. 有限互溶三元相圖垂直截面圖有限互溶三元相圖垂直截面圖 1176. 有限互溶三元相圖垂直截面圖有限互溶三元相圖垂直截面圖 用用VW（左圖）截面分（左圖）截面分析材料

34、析材料P的平衡凝固過的平衡凝固過程程,從從1點(diǎn)起凝固出初點(diǎn)起凝固出初晶晶,至至2點(diǎn)進(jìn)入三相區(qū)點(diǎn)進(jìn)入三相區(qū),發(fā)生發(fā)生 的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變,冷至冷至3點(diǎn)點(diǎn)凝固終止凝固終止,4點(diǎn)以下因點(diǎn)以下因溶解度變化而進(jìn)入三溶解度變化而進(jìn)入三相區(qū)析出相區(qū)析出相。相。 室溫平衡組織為室溫平衡組織為(+) (少量少量)。課堂練習(xí)課堂練習(xí)1：分析：分析P點(diǎn)成分合金室溫下的組織點(diǎn)成分合金室溫下的組織動畫1187. 有限互溶三元相圖水平截面圖有限互溶三元相圖水平截面圖 119三、勻晶共晶型三元相圖1 . 兩個共晶型二元和一個勻晶型二元系構(gòu)成的三元相圖兩個共晶型二元和一個勻晶型二元系構(gòu)成的三元相圖A-B,B-C均為組元間固態(tài)均為組

35、元間固態(tài)有限互溶的共晶型二元系，有限互溶的共晶型二元系， A-C為勻晶系。為勻晶系。-是以是以A或或C組元為溶組元為溶劑的三元固溶體；劑的三元固溶體；-是以是以B組元為溶劑的組元為溶劑的固溶體固溶體 1201 . 兩個共晶型二元和一個勻晶型二元系構(gòu)成的三元相圖兩個共晶型二元和一個勻晶型二元系構(gòu)成的三元相圖液固兩相區(qū)液固兩相區(qū)單相區(qū)單相區(qū)1211 . 兩個共晶型二元和一個勻晶型二元系構(gòu)成的三元相圖兩個共晶型二元和一個勻晶型二元系構(gòu)成的三元相圖三相區(qū)三相區(qū)兩相固相區(qū)兩相固相區(qū)122投影圖投影圖123投影圖投影圖課堂練習(xí)：課堂練習(xí)：1 . 成分點(diǎn)位于投影圖成分點(diǎn)位于投影圖、單變量線投影線之間的合金室

36、單變量線投影線之間的合金室溫下的組織溫下的組織 2 2. .成分點(diǎn)位于投影圖成分點(diǎn)位于投影圖 區(qū)域的合金室溫下的組織區(qū)域的合金室溫下的組織 3 3. .成分點(diǎn)位于投影圖成分點(diǎn)位于投影圖區(qū)域的合金室溫下的組織區(qū)域的合金室溫下的組織 124第四節(jié)第四節(jié) 包共晶三元相圖包共晶三元相圖 三個組元固態(tài)有限互溶。三個組元固態(tài)有限互溶。B-C二元系為共晶型，二元系為共晶型，A-B、C-A二元系為包晶型二元系為包晶型l從反應(yīng)相的數(shù)目看從反應(yīng)相的數(shù)目看,具有包晶轉(zhuǎn)變的具有包晶轉(zhuǎn)變的性質(zhì)性質(zhì),從生成相的數(shù)目看從生成相的數(shù)目看,又具有共晶又具有共晶轉(zhuǎn)變的性質(zhì)轉(zhuǎn)變的性質(zhì),所以稱為包共晶轉(zhuǎn)變。所以稱為包共晶轉(zhuǎn)變。l發(fā)生

37、包共晶轉(zhuǎn)變的三元系很多發(fā)生包共晶轉(zhuǎn)變的三元系很多,Cu-Sn-Zn、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Zn、Pb-Sb-Sn和和 Pb-Sn-Bi等三元合金系等三元合金系都具有包共晶轉(zhuǎn)變。都具有包共晶轉(zhuǎn)變。 125126127128第五節(jié)第五節(jié) 具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 主要特征：主要特征：四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式為四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的反應(yīng)式為 L十十 相圖的構(gòu)成：相圖的構(gòu)成：這里這里AB系具共晶轉(zhuǎn)變，系具共晶轉(zhuǎn)變，AC和和BC系都具包晶轉(zhuǎn)變，且系都具包晶轉(zhuǎn)變，且TATBelpp2p3Tc，其中，其中p表示四相平衡溫度表示四相平衡溫度TP，在該溫度下，在該溫度

38、下發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變：發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變： L十十 四相平衡包晶轉(zhuǎn)變之前，應(yīng)存在四相平衡包晶轉(zhuǎn)變之前，應(yīng)存在L十十三相平衡，而且，除特定合金外，三相平衡，而且，除特定合金外，三個反應(yīng)相不可能在轉(zhuǎn)變結(jié)束時同時完三個反應(yīng)相不可能在轉(zhuǎn)變結(jié)束時同時完全消失，也不可能都有剩余。一般是只全消失，也不可能都有剩余。一般是只有一個反應(yīng)相消失，其余兩個反應(yīng)相有有一個反應(yīng)相消失，其余兩個反應(yīng)相有剩余，與生成相剩余，與生成相形成新的三相平衡。形成新的三相平衡。 129第五節(jié)第五節(jié) 具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 四相區(qū)及其上方的的三相區(qū)三棱柱四相區(qū)及其上方的的三相區(qū)三棱柱130第五節(jié)第五節(jié) 具

39、有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 四相區(qū)及其下方的三相區(qū)三棱柱（）四相區(qū)及其下方的三相區(qū)三棱柱（） 131第五節(jié)第五節(jié) 具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 四相區(qū)及其下方的三相區(qū)三棱柱（）四相區(qū)及其下方的三相區(qū)三棱柱（） 132第五節(jié)第五節(jié) 具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 四相區(qū)及其下方的三相區(qū)三棱柱（）四相區(qū)及其下方的三相區(qū)三棱柱（）133134第五節(jié)第五節(jié) 具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 相圖中的各種相界面相圖中的各種相界面135第五節(jié)第五節(jié) 具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變

40、的三元系相圖具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 三元系的投影圖和垂直截面圖三元系的投影圖和垂直截面圖 136第五節(jié)第五節(jié) 具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 四相平衡包晶轉(zhuǎn)變平面及上方四相平衡包晶轉(zhuǎn)變平面及上方的三相平衡棱柱的三相平衡棱柱三元系的投影圖三元系的投影圖137 課堂練習(xí)：分析課堂練習(xí)：分析O點(diǎn)成的合金在室溫下的組織點(diǎn)成的合金在室溫下的組織第五節(jié)第五節(jié) 具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖具有四相平衡包晶轉(zhuǎn)變的三元系相圖 138各類四相反應(yīng)的特征各類四相反應(yīng)的特征139第六節(jié)第六節(jié) 三元相圖實(shí)例分析三元相圖實(shí)例分析1. Fe -C -Si 三元相圖的垂直截面三

41、元相圖的垂直截面 在在Fe-C二元系中加入第三組元二元系中加入第三組元Si時時,其垂直截面圖除保持其垂直截面圖除保持Fe-C二元二元相圖原有的相區(qū)分布規(guī)律之外還體現(xiàn)了三元相圖的特征相圖原有的相區(qū)分布規(guī)律之外還體現(xiàn)了三元相圖的特征,如三相區(qū)在垂直如三相區(qū)在垂直截面上呈現(xiàn)為曲邊三角形等。在兩個垂直截面上截面上呈現(xiàn)為曲邊三角形等。在兩個垂直截面上,出現(xiàn)出現(xiàn)4個單相區(qū)；個單相區(qū)；7個兩個兩相區(qū)和相區(qū)和3個三相區(qū)。個三相區(qū)。 對兩個垂直截面的對比分析表明對兩個垂直截面的對比分析表明:隨隨Si含量的增加含量的增加,包晶轉(zhuǎn)變溫度降低包晶轉(zhuǎn)變溫度降低,共晶和共析共晶和共析轉(zhuǎn)變溫度升高轉(zhuǎn)變溫度升高, 相區(qū)逐漸縮

42、小相區(qū)逐漸縮小,以至以至和和相相區(qū)相連。此外區(qū)相連。此外,Si也使共晶點(diǎn)左移也使共晶點(diǎn)左移,如合金的如合金的含含Si量從量從2.4%增加到增加到4.8%時時, 其共晶點(diǎn)的含其共晶點(diǎn)的含碳量可減少碳量可減少0.8%。(約從約從3.5%變化到變化到2.7%)140課堂練習(xí)：現(xiàn)分析研究含課堂練習(xí)：現(xiàn)分析研究含4.8%Si的合金系中含的合金系中含1%C合金的合金的平衡凝固過程平衡凝固過程 l冷卻至冷卻至1點(diǎn)點(diǎn), 從從L相中析出相中析出相而進(jìn)入相而進(jìn)入L+兩相區(qū)；兩相區(qū)；l冷卻至冷卻至2點(diǎn)點(diǎn), 發(fā)生包晶反應(yīng)而進(jìn)入發(fā)生包晶反應(yīng)而進(jìn)入L+三相區(qū)；三相區(qū)；l冷卻至冷卻至3點(diǎn)點(diǎn), 包晶反應(yīng)結(jié)束包晶反應(yīng)結(jié)束, 相

43、消失相消失而進(jìn)入而進(jìn)入L+兩相區(qū)；兩相區(qū)；l冷卻至冷卻至4點(diǎn)點(diǎn), 發(fā)生共晶反應(yīng)而進(jìn)入發(fā)生共晶反應(yīng)而進(jìn)入L+C三相區(qū)；三相區(qū)；l冷卻至冷卻至5點(diǎn)點(diǎn), 共晶反應(yīng)結(jié)束共晶反應(yīng)結(jié)束, 液相液相L消消失而進(jìn)入失而進(jìn)入+C兩相區(qū)；兩相區(qū)；l冷卻至冷卻至6點(diǎn)發(fā)生共析反應(yīng)點(diǎn)發(fā)生共析反應(yīng) 而進(jìn)入而進(jìn)入+C三相區(qū)；三相區(qū)；l冷卻至冷卻至7點(diǎn)點(diǎn),共析反應(yīng)結(jié)束共析反應(yīng)結(jié)束, 相消失相消失而進(jìn)入而進(jìn)入+C兩相區(qū)。兩相區(qū)。 l在室溫時的相組成物為在室溫時的相組成物為 (+C),l組織組成物為組織組成物為珠光體珠光體+萊氏體萊氏體(由先由先共晶共晶經(jīng)共析分解經(jīng)共析分解(+C)-原共晶內(nèi)原共晶內(nèi)相相分解分解,以及共晶內(nèi)的以及共晶內(nèi)的C,這兩類組織組成這兩類組織組成物仍能區(qū)分開來）。物仍能區(qū)分開來）