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3. 3 三元相图
对于凝聚系统: f=c-p+1 三元凝聚系统的独立组分 c=3 f=4-p 当 f=0时 p=4; f=1时 p=3; 而 p=1时 f=3 所以三元凝聚系统的最多相数为4; 最大自由度即最多的独立变量为3.
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• 三元相图的基本特点： 三元相图的基本特点： (1) 完整的三 元相图是三维的立体模型； (2) 三元 系中可以发生四相平衡转变。四相平衡 区是恒温水平面； (3) 三元相图中有 单相区、两相区、三相区和四相区。除 四相平衡区外，一、二、三相平衡区均 占有一定空间，是变温转变。
• • • •
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浓度三角形规则
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浓度三角形规则
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成分等边三角形的性质
• 1、在等边成分三角形中，三角形的三个顶点分 别代表三个组元A、B、C，三角形的三个边的长 度定为0～100%，分别表示三个二元系(A—B系、 B—C系、C—A系)的成分坐标，则三角形内任一 点都代表三元系的某一成分。 • 其成分确定方法如下：由浓度三角形所给定点S， 分别向A、B、C顶点所对应的边BC、CA、AB作 平行线(sa、sb、sc)，相交于三边的c、a、b点， 则A、B、C组元的浓度为：WA = sc = Ca WB = sa = Ab WC = sb = Bc • 注： sa + sb + sc = 1 Ca + Ab + Bc = 1
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热分析法画制Cu-Ni相图
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Cu-Pb合金相图 合金相图
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杠杆规则
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上式也可写成： w L
ob C α − C o = = w α ao C o − C L
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杠杆规则示意图
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二元相图的基本类型
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共熔型
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二元相图的基本类型
• （4）偏晶型相图 特征： 在液态时部分互溶的二元相图，又称偏 熔型二元相图。 典型的相图例子： Ga-Hg相图
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单元系统的相图
• • • • • 组元数 C=1 根据相律： 根据相律： F=1-P+2=3-P ∵F≥0, ∴P≤3 若，P=1，则F=2 ， 可以用温度 压力作坐标的平面图 温度和 ∴可以用温度和压力作坐标的平面图 (p-T图) 来表示系统的相图。 来表示系统的相图。
若，F=0，则P=3，即最多有三相平衡。 ， ，即最多有三相平衡。
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均晶相图分析：
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杠杆规则的应用
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均晶结晶的特点：
• 固溶体的结晶是在一个温度范围内完成的。 固溶体的结晶是在一个温度范围内完成的。 • 纯金属 F=0 • 固溶体 F=1 • 结晶出的固相与共存液相的成分不同 • 结晶过程中固相和液相的成分在不断变化， 结晶过程中固相和液相的成分在不断变化， 因此有原子的扩散
第三章材料的相结构及相图 （之二）
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本章主要内容
• • • 相与相平衡的基本概念，杠杆规则； 相与相平衡的基本概念，杠杆规则； 二元系统各种类型相图的基本特点和阅 读分析； 读分析； 三元相图的基本概念，三元匀晶相图， 三元相图的基本概念，三元匀晶相图， 简单三元共晶相图。 简单三元共晶相图。
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二元相图的基本类型
• （2）共晶相图 在二元系统中，两个组元在液相可以无限 互熔，而在固相时，完成互不相熔或只 是有限互熔并发生共晶转变，形成共晶 组织的相图，称为二元共晶相图。
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典型的二元共晶相图
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二元相图的基本类型
• （3）固溶型相图 特征： 高温时，两个组元在液态和固态都完全互 溶，而低温时，完全互溶的固溶体又分 成两个部分互溶的固溶体。
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2. 相平衡 • 在某一温度下， 在某一温度下，系统中各个相经过很 长时间也不互相转变，处于平衡状态， 长时间也不互相转变，处于平衡状态， 这种平衡称为相平衡。(反之称为非平衡相） 反之称为非平衡相） 这种平衡称为 。 反之称为非平衡相 • 各组元在各相中的化学势相同。 各组元在各相中的化学势相同。
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为什么要研究相图？
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3.2.1相图的基础知识
• 一、相与相平衡 • 1. 相 (Phase) • 在一个系统中，成分、结构相同，性能一致 在一个系统中， ， 的均匀的组成部分叫做相，不同相之间有明显 叫做相， 叫做相 分开,该界面称为 的界面分开 该界面称为 分开 该界面称为相界面。 。 • 注意： 注意： • 相在物理性能和化学性能上是均匀的。 相在物理性能和化学性能上是均匀的。 • 相界面和晶界的区别。 相界面和晶界的区别。
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• 固溶型体系的相图有两种类型： • 一种是包含有共溶型结构的二元系统（共溶型）；
Pb-Sn相图是其典型的代表。 相图是其典型的代表。 相图是其典型的代表
• 另一种是包含有转熔型结构的二元系统（包溶 型）。
Ag-Pt相图是其典型的代表。 相图是其典型的代表。 相图是其典型的代表
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二元相图的基本类型
（5）化合物型相图 • 同分熔化化合物型二元系统 • 异分熔化化合物型二元系统 • 固相内化合物生成和分解的二元系统
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同分熔化化合物型二元相图
• 这是一种最简单的具有化合物型的二元 相图。 • 所谓的同化是指该化合物在固态和液态 时都具有相同的组成，也称为一致熔化。 • 在金属材料中，最典型的是Nd2O3-Al2O3 • 在非金属材料中称为一致熔融化合物相 图。
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水的相图
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二元系相图
• 二元凝聚系统有两个组元，根据相律： 二元凝聚系统有两个组元，根据相律： • F=C-P+1，二元系统最大的自由度数目 ， F=2，这两个自由度就是温度和成分。 ，这两个自由度就是温度和成分。 • 故二元凝聚系统的相图，仍然可以采用 故二元凝聚系统的相图， 二维的平面图形来描述。 二维的平面图形来描述。即以温度和任 一组元浓度为坐标轴的温度-成分图表示 成分图表示。 一组元浓度为坐标轴的温度 成分图表示。
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异分熔化化合物型二元相图
• 所谓异分熔化是指化合物被熔化后的组 成与原先的固态组成完全不同。也称为 不一致熔融。 典型相图： Na-K二元相图（图3－46）
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二元相图的基本类型
• （6）有晶型转变的二元系统 三种情况： • 晶型转变温度以上和以下都没有固溶 • 晶型转变温度以上和以下都完全固溶
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3.3.1 三元相图成分表示方法
• 二元相图的成分是用一条直线上的点来表示的， 三元相图的成分变化也可以用直线上的质量百分 数来表示，但是，由于增加了一个成分，所以， 与二元相图的区别是必须用若干条直线来表示。 三元相图的成分变化通常使用的是三角形图形： （1）等边三角形 （2）直角三角形 （1）为常见方法 （3）等腰三角形
A
A
B
热力学动态平衡
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• 3.组元与独立组分 组元与独立组分 • 组元通常是指系统中每一个可以单独分离出来， 组元通常是指系统中每一个可以单独分离出来， 并能独立存在的化学纯物质， 并能独立存在的化学纯物质，在一个给定的系统 组元就是构成系统的各种化学元素或化合物。 中，组元就是构成系统的各种 或 。 • 化学元素：Cu, Ni, Fe等 化学元素： 等 • 化合物：Al2O3, MgO, Na2O, SiO2等 化合物： 等 独立组分是指决定一个相平衡系统中多相组成所需 要的最少数目的化学纯物质， 要的最少数目的化学纯物质，它的数目称为独立 组分数，用字母C表示 表示。 组分数，用字母 表示。 独立）组元数目，将系统分为：一元系统、 按（独立）组元数目，将系统分为：一元系统、二 元系统、三元系统…… 元系统、三元系统
• （1）均晶相图 当两个组元化学性质相近，晶体结构相同， 当两个组元化学性质相近，晶体结构相同，晶格 常数相差不大时， 常数相差不大时，它们不仅可以在液态或熔融 态完全互溶，而且在固态也完全互溶， 态完全互溶，而且在固态也完全互溶，形成成 分连续可变的固溶体， 分连续可变的固溶体，称为无限固溶体或连续 固溶体，它们形成的相图即为均 固溶体，它们形成的相图即为均晶相图 (Isomorphous system)。 。
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• 二元相图的表示法 • 如果合金系由A、B两组元组成，横坐标一端 两组元组成， 如果合金系由 、 两组元组成 为组元A，而另一端为组元B， 为组元 ，而另一端为组元 ，那么体系中任 一成分合金都可以在横坐标上找到相应的点。 一成分合金都可以在横坐标上找到相应的点。 • 根据国标，二元合金成分可以有两种表示方法： 根据国标，二元合金成分可以有两种表示方法： 质量分数(W)和摩尔分数 和摩尔分数(x)。但通常多数用 质量分数 和摩尔分数 。 质量百分数表示，在没有特别注明，合金成分 质量百分数表示，在没有特别注明， 都是指质量百分数。 为单质， 都是指质量百分数。若A、B为单质，质量百 、 为单质 分数和摩尔分数之间可以换算 。