物理化学三元相图优秀PPT.ppt

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1、一、三元相图几何特征一、三元相图几何特征1.成分表示法浓度三角形浓度三角形等边三角型顺时针坐标BCAA%B%C%2.2.浓浓度确定度确定B BCA AA%B%C%1 1）确定）确定O O点的成分点的成分1）过O作A角对边的平行线2）求平行线与A坐标的截距得组元A的含量O3）同理求组元B、C的含量课堂练习1.1.确定合金确定合金I I、II II、IIIIII、IVIV的成分的成分A AB BC C908070605040302010102030405060708090102030405060708090A%B%C%II点：A%=60%B%=30%C%=10%课堂练习A AB BC C90807

2、0605040302010102030405060708090102030405060708090A%B%C%II1.1.确定合金确定合金I I、II II、IIIIII、IVIV的成分的成分II点：A%=20%B%=50%C%=30%课堂练习A AB BC C908070605040302010102030405060708090102030405060708090A%B%C%III1.1.确定合金确定合金I I、II II、IIIIII、IVIV的成分的成分III点：A%=20%B%=20%C%=60%课堂练习A AB BC C9080706050403020101020304050607

3、08090102030405060708090A%B%C%IV1.1.确定合金确定合金I I、II II、IIIIII、IVIV的成分的成分IV点：A%=40%B%=0%C%=60%A AB BC C908070605040302010102030405060708090102030405060708090A%B%C%2.2.标出标出75%A+10%B+15%C75%A+10%B+15%C的合金的合金课堂练习3.3.标出标出50%A+20%B+30%C50%A+20%B+30%C的合金的合金A AB BC C9080706050403020101020304050607080901020304

4、05060708090A%B%C%课堂练习2.2.浓度三角形中具有特定意义的直线浓度三角形中具有特定意义的直线ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090A%B%C%II II点点：20%A-50%B-30%CIIIIII点点：20%A-20%B-60%CIVIV点点：40%A-0%B-60%CIIIIIIVB BC CA AA%B%C%1 1）与某一边平行的直线）与某一边平行的直线PQ含对角组元浓度相等课堂练习4.4.绘出绘出AA40%40%的的合金合金A AB BC C90807060504030201010203040

5、5060708090102030405060708090A%B%C%5.5.绘出绘出CC30%30%的的合金合金B BC CA AA%B%C%D Da1a2c2c12 2）过某一顶点作直线过某一顶点作直线a1a2FEA AB BC C908070605040302010102030405060708090102030405060708090A%B%C%6.6.绘出绘出C C /B/B1/31/3的合金的合金课堂练习7.7.绘出绘出A A /C/C1/41/4的合金的合金3.3.直线法则与重心法则直线法则与重心法则1 1）直线法则）直线法则适用于两相平衡的状况适用于两相平衡的状况投影到任何一边上

6、，按二元杠杆定律计算BCAA%B%C%efge f g R三元合金三元合金R分解为分解为与与两个新相，两个新相，这两个新相和原合金这两个新相和原合金R点的浓度必定点的浓度必定在同一条直线上。在同一条直线上。2 2 2 2）重心法则重心法则重心法则重心法则BCAA%B%C%efd适用于三相平衡的状况适用于三相平衡的状况R 在确定温度下，三元合金三相平衡时，合金的成分点为三个平衡相的成分点组成的三角形的质量重心。（由相率可知，F=1，三个平衡相的成分是确定的。）平衡相含量的计算：所计算相的成分点、合金成分点和二者连线的延长线与对边的交点组成一个杠杆。合金成分点为支点。计算方法同杠杆定律。4.4.其

7、它浓度三角形其它浓度三角形1 1）等腰浓度三角形等腰浓度三角形组元B的含量很少成分点靠近AC边按比例放大AB、BC边ABC2 2）直角浓度三角形直角浓度三角形AC%B%原点为基体组元A纵、横坐标为组元B和CB、C的浓度可以干脆读出A的浓度不能干脆读出组元A占绝大多数时N在三元系浓度三角形中，凡成分位于在三元系浓度三角形中，凡成分位于上的合金，上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两组元含量相等。它们含有另两个顶角所代表的两组元含量相等。A通过三角形顶角的中垂线通过三角形顶角的中垂线B通过三角形顶角的任始终线通过三角形顶角的任始终线C通过三角形顶角与对边成通过三角形顶角与对边成45度的直线度的直线

8、01交大SP在如图所示成分三角形中，在如图所示成分三角形中，1）确定组元）确定组元C为为80%，而而A和和B组元浓度比等于组元浓度比等于S成分的合金成分；成分的合金成分；2）确定）确定用用10公斤公斤P成分合金与成分合金与10公斤公斤S成分合金熔化混合后成分合金熔化混合后的合金成分，写出作图的步骤。的合金成分，写出作图的步骤。ABC二二、三元匀晶相图、三元匀晶相图形成匀晶相图的条件形成匀晶相图的条件形成匀晶相图的条件形成匀晶相图的条件匀晶转变匀晶转变匀晶转变匀晶转变：由液相干脆结晶出单相固溶体的转变（相变）组元晶体结构相同、原子尺寸、电负性相像组元在液相、固相均可完全互溶T（）ABLL固相线固

9、相线固相线固相线液相线液相线液相线液相线单相区单相区单相区单相区双相区双相区双相区双相区BCA1.1.三元匀三元匀晶相图晶相图BCA液相面液相面固相面固相面由液相线演化而来由液相线演化而来由固相线演化而来由固相线演化而来单相区：单相区：L、双相区：双相区：L+点：三个纯组元的熔点点：三个纯组元的熔点 面：液相面、固相面面：液相面、固相面 区：区：L,L+L,L+二元相图与三元相图的关系：二元相图二元相图（二维平面图）三元相图三元相图（三维立体图）1 1维维维维平面相区平面相区立体相区立体相区线线面面点点线线1 1维维维维1 1维维维维1 1维维维维BCA2.2.结晶过程结晶过程LL t1t2匀

10、晶三元相图匀晶三元相图-蝶形法则蝶蝶形形法法则则：如如图图 匀匀晶晶合合金金凝凝固固中中相相成成分分变变更更 ，凝凝固固中中固固、液液相相成成分分沿沿固固相相面面、液液相相面面呈呈曲曲线线变变更更，每每一一个个温温度度下下的的固固、液液相相成成分分连线在浓度三角形中投影呈蝴蝶状连线在浓度三角形中投影呈蝴蝶状3.3.等温截面及其投影等温截面及其投影BCABCALL+LL+随着等温温度的降低，随着等温温度的降低，液相线投影向液相区移液相线投影向液相区移动，即液相区缩小；固动，即液相区缩小；固相区增大，两相区向液相区增大，两相区向液相区一方移动相区一方移动相区变更方向相区变更方向匀晶三元系的等温截面

11、匀晶三元系的等温截面 液相面等温线液相面等温线固相面等温线固相面等温线mnMLmx=Manx三元合金相图投影图示例把把三三元元立立体体相相图图中中全全部部相相区区的的交交线线都都垂垂直直投投影影到到浓浓度度三三角角形形中中，就就得得到到了了三三元元相相图图的的投投影影图图。利利用用三三元元相相图图的的投投影影图图可可分分析析合合金金在在加加热热和和冷冷却却过过程程中中的的转转变变。若若把把一一系系列列不不同同温温度度的的水水平平截截面面中中的的相相界界线线投投影影到到浓浓度度三三角角形形中中，并并在在每每一一条条投投影影上上标标明明相相应的温度，这样的投影图就叫等温线投影图。应的温度，这样的投

12、影图就叫等温线投影图。右右图图为为三三元元匀匀晶晶相相图图的的等等温温线线投投影影图图，其其中中实实线线为为液液相相面面投影，而虚线为固相面投影。投影，而虚线为固相面投影。等温截面作用等温截面作用匀晶三元系等温截面作用等温截面作用：1.1.该温度下三元系中各合金的相态该温度下三元系中各合金的相态 2 2杠杆定律计算平衡相的相对量杠杆定律计算平衡相的相对量 3 3反反映映液液相相面面、固固相相面面走走向向和和坡坡度度，确确定定熔点、凝固点熔点、凝固点4.4.垂直截面（变温截面）垂直截面（变温截面）类型一：类型一：类型一：类型一：经通过某一顶点的直线做垂直面获得经通过某一顶点的直线做垂直面获得BC

13、ACBCA类型二：类型二：类型二：类型二：经平行于某条边的直线做垂直面获得；经平行于某条边的直线做垂直面获得；结晶过程分析结晶过程分析成分轴的两端不确定是纯组元；成分轴的两端不确定是纯组元；留意留意:液、固相线不确定相交；液、固相线不确定相交；液、固相线不是成分变更线液、固相线不是成分变更线,不能运用杠杆定律。不能运用杠杆定律。01交大交大依据三元相图的垂直截面图，可以依据三元相图的垂直截面图，可以A分析相成分的变更规律B分析合金的凝固过程C用杠杆法则计算各相的相对量三三、三元共晶相图三元共晶相图共晶转变：共晶转变：一个液相一个液相一个液相一个液相，同时结晶出两个（或三个）固相，同时结晶出两个

14、（或三个）固相，同时结晶出两个（或三个）固相，同时结晶出两个（或三个）固相共同结晶共同结晶共同结晶共同结晶液相线：液相线：液相线：液相线：TAETS固相线：固相线：固相线：固相线：TAMENTS线：线：固溶度曲线：固溶度曲线：固溶度曲线：固溶度曲线：MF、NG共晶线：共晶线：共晶线：共晶线：M-E-N点：点：共晶点：共晶点：共晶点：共晶点：E最大溶解度点：最大溶解度点：最大溶解度点：最大溶解度点：M、NT（）PbSnLLLTATSMENFG183 固态不溶解的三元共晶相图 相图的空间模型图图8 81212所示为三组元在液态完全互溶、固态互不溶解的三元共晶所示为三组元在液态完全互溶、固态互不溶解

15、的三元共晶空间模型。它是由空间模型。它是由 AB AB，BCBC，C-AC-A三个简洁的二元系共晶相图三个简洁的二元系共晶相图所组成。所组成。A A、B B、C C三组元的初始结晶面为：三组元的初始结晶面为：ae1Ee3aae1Ee3a、be1eE2bbe1eE2b、ce2Ee3cce2Ee3c。三条共晶转变线：三条共晶转变线：e1Ee1E，e2Ee2E和和e3Ee3E。当液相成分沿这三条曲线变更。当液相成分沿这三条曲线变更时，分别发生共晶转变：时，分别发生共晶转变：e1E L A+B e1E L A+B e2E L B+C e2E L B+C e3E L C+A e3E L C+AE E 点

16、为三元共晶点：点为三元共晶点：LE A+B+CLE A+B+C三相平衡区和共晶转变的初始面单独示于图三相平衡区和共晶转变的初始面单独示于图8.138.13中。中。1.1.简洁三元共晶相图分析简洁三元共晶相图分析CAABBCABCCAB3 3条三相平衡共晶线交于条三相平衡共晶线交于E E点，点，E E点为四相平衡共晶点，点为四相平衡共晶点，即由液相同时析出即由液相同时析出A B CA B C相，过相，过E E点的水平三角形为四点的水平三角形为四相平衡共晶面相平衡共晶面CABE EE E3 3E E1 1E E2 2C C1 1C C2 2C C3 3A A1 1A A2 2A A3 3B B1

17、1B B2 2B B3 3T TC CT TAAT TB BCABE EE E3 3E E1 1E E2 2C C1 1C C2 2C C3 3A A1 1A A2 2A A3 3B B1 1B B2 2B B3 3T TC CT TAAT TB BE EE E3 3E E1 1T TAAE EE E1 1E E2 2T TB BE EE E3 3E E2 2T TC CLLAALLBBLLCCCABE EE E3 3E E1 1E E2 2C C1 1C C2 2C C3 3A A1 1A A2 2A A3 3B B1 1B B2 2B B3 3T TC CT TAAT TB B液相面 初初

18、初初生生生生相相相相起起起起先先先先析析析析出出出出CABE EE E3 3E E1 1E E2 2C C1 1C C2 2C C3 3A A1 1A A2 2A A3 3B B1 1B B2 2B B3 3T TC CT TAAT TB BE EE E3 3E E1 1T TAAE EE E1 1E E2 2T TB BE EE E3 3E E2 2T TC CLLAALLBBLLCC液相面 初初生生相相起起先先析析出出e1ee3e2ABCe1E1e2E2e3E3e eLLAALLBBLLCCE EE E3 3E E1 1T TAALLAAE EE E1 1E E2 2T TB BLLBBE

19、 E3 3E E2 2T TCCLLCCe eABCE E3 3E EE E1 1E E2 2LLA+CA+CLLA+BA+BLLB+CB+Ce e1 1e e2 2e e3 3CABE EE E3 3E E1 1E E2 2C C1 1C C2 2C C3 3A A1 1A A2 2A A3 3B B1 1B B2 2B B3 3T TC CT TAAT TB BE EE E3 3E E1 1E E2 2LLA+CA+CLLA+BA+BLLB+CB+C 三相平衡共晶线e eLA+CLA+BLB+CLLA+BA+BLLB+CB+CLLA+CA+CABCCABE EE E3 3E E1 1E E

20、2 2C C1 1C C2 2C C3 3A A1 1A A2 2A A3 3B B1 1B B2 2B B3 3T TC CT TAAT TB BE EC C1 1A A1 1B B1 1LLA+CA+CLLA+BA+BLLB+CB+CLLA+B+CA+B+C固相面 三三相相平平衡衡共共晶晶转转变变结结束束 四相平衡共晶CABE EE E3 3E E1 1E E2 2C C1 1C C2 2C C3 3A A1 1A A2 2A A3 3B B1 1B B2 2B B3 3T TC CT TAAT TB BLLA+CA+CLLA+BA+BLLB+CB+CE EA A1 1A A2 2B B1

21、 1B B2 2E E1 1E EE E3 3C C1 1C C3 3A A1 1A A3 3E EE E2 2C C1 1C C2 2B B1 1B B3 3中间面 三三相相平平衡衡共共晶晶转转变变起起先先e eLA+CLA+BLB+CLLA+BA+BLLB+CB+CLLA+CA+CABCABCLLA+B+CA+B+Ce eLLA+CA+CLLA+BA+BLLB+CB+CLLA+B+CA+B+CLLA+CA+CLLA+BA+BLLB+CB+C3.3.投投影影图图下下图图所所示示的的投投影影图图中中，粗粗线线e e1 1E E，e e2 2E E和和e e3 3E E是是3 3条条共共晶晶转转

22、变变线线的的投投影影，它它们们的的交交点点E E是是三三元元共共晶晶点点的的投投影影。粗粗线线把把投投影影图图划划分分成成3 3个个区区域域，这这些些区区域域是是3 3个个液液相相面面的的投投影影，其其中中标标有有t tl l ，t t2 2字样的细线即液相面等温线。字样的细线即液相面等温线。3.3.等温截面及其投影等温截面及其投影CABE EE E3 3E E1 1E E2 2C C1 1C C2 2C C3 3A A1 1A A2 2A A3 3B B1 1B B2 2B B3 3T TC CT TAAT TB BABCL LL+CL+CL+CL+CL+AL+AL+BL+BL LL+A+C

23、L+A+CL+A+CL+A+CL+B+CL+B+CL+A+BL+A+BL+A+B+CL+A+B+CL+CL+CL+AL+AL LL+A+CL+A+CL+A+BL+A+BL+B+CL+B+CL LL+AL+AL+BL+BL+CL+CA+B+CA+B+C固态部分溶解的三元共晶相图1.立体图f=c-p+1，fmax=4p单相区p两相区p三相区p四相区p同析三角台p单相区单相区(1个液相区，固溶体相个液相区，固溶体相、的单相区的单相区)3个液相面以上个液相面以上的区域的区域1个个液相区液相区p单相区单相区(1个液相区，固溶体相个液相区，固溶体相、的单相区的单相区)相单相区为相单相区为afmkafmk与

24、与AaAa之间的区域之间的区域a a1 1aaaa0 0a a0 0aa1 1为为B B、C C组元在组元在 相中的溶解度曲面相中的溶解度曲面b b1 1bbbb0 0b b0 0bb1 1为为A A、C C组元在组元在 相中的溶解度曲面相中的溶解度曲面固态有限溶解三元共晶：三组六个单析溶解度曲面p两相区液-固两相区(L+、L+、L+)液相面液相面ae1Ee3aae1Ee3a以下，以下，共晶起先面共晶起先面fe1Emffe1Emf以上是以上是L+L+相区相区mnfgmnfg为共晶反应完成面，其下部为为共晶反应完成面，其下部为为共晶反应完成面，其下部为为共晶反应完成面，其下部为 +两相区（两相区

25、（两相区（两相区（ffmmnnggffmmnngg）固固-固两相区固两相区(+、+、+)p两相区两相区p三相区L+：由底面为mnE,上边fe1g 三条棱fm,gn,e1E围成三棱柱L+L+（mnp-mnp构成的同析三角台）留意：三棱柱体留意：三棱柱体的外侧面不是垂的外侧面不是垂直平面，而是倾直平面，而是倾斜面斜面留意：留意：留意：留意：fe1Emfe1Em和和和和ge1Enge1En为共为共为共为共晶反应起先面，晶反应起先面，晶反应起先面，晶反应起先面，mngfmngf为共晶为共晶为共晶为共晶反应完成面反应完成面反应完成面反应完成面,围成三相区围成三相区围成三相区围成三相区p四相平衡面四相平衡

26、面L+L+p同析三角台在四相平衡反应温在四相平衡反应温在四相平衡反应温在四相平衡反应温度下为度下为度下为度下为mnpmnp，在室，在室，在室，在室温下为温下为温下为温下为mm n n pp 双析溶解度曲面：双析溶解度曲面：mmnn,mmpp,nnpp2.投影图p液相面、液相面、单相区的投影单相区的投影p两相区的投影两相区的投影p三相区的投影三相区的投影p四相区的投影四相区的投影3.固态相变阶段位于位于mnp内的合金凝固内的合金凝固到固态后，随着温度的到固态后，随着温度的降低会发生同析反应：降低会发生同析反应：4.各种成分合金的凝固过程及室温平衡组织分析pE合金p区中的合金p区中的合金p区中的合

27、金p区中的合金p区中的合金p区中的合金p区中的合金区中的合金A0e1Ee3A0面面(L)，fe1Emf二元共晶起先面二元共晶起先面(L)，mnp三元共晶面三元共晶面(L+)，温度低于，温度低于TE后发生同析反后发生同析反应：应：p区中的合金区中的合金A0e1Ee3A0面面(L)，fe1Emf二元共晶起先面二元共晶起先面(L)，fgmn二元共晶完成面。随着温度的降低，二元共晶完成面。随着温度的降低，和和相的成分沿固溶相的成分沿固溶度面度面ffmm和和ggnn变更变更()。p区中的合金A0e1Ee3A0面面(L)，fe1Emf二元共晶起先面二元共晶起先面(L)，fgmn二元共晶完成面。随着温度的降

28、低，二元共晶完成面。随着温度的降低，和和相的成分沿固溶相的成分沿固溶度面度面ffmm和和ggnn变更变更()，接着冷却时，发生同析反，接着冷却时，发生同析反应应(因为成分位于同析台因为成分位于同析台mnpmnp范围内范围内)。p区中的合金区中的合金A0e1Ee3A0面面(L)，至至A0fmkA0固相面时固相面时相凝固完毕。随着温度的降低，相凝固完毕。随着温度的降低，相的成分沿固溶相的成分沿固溶度面度面ffmm变更变更()；接着冷却时，发生同；接着冷却时，发生同析反应析反应(成分位于同析台成分位于同析台mnp-mnp范围内范围内)。p区中的合金区中的合金A0e1Ee3A0面面(L)，A0fmkA

29、0固相面。随着温度的降固相面。随着温度的降低，低，相的成分沿固溶度面相的成分沿固溶度面ffmm变更变更()，直到室，直到室温，析出反应结束。温，析出反应结束。p区中的合金区中的合金A0e1Ee3A0面面(L)，当温度降低到，当温度降低到A0fmkA0固相固相面以下后，凝固结束，得到面以下后，凝固结束，得到 相单相合金。相单相合金。3.水平截面图4.垂直截面图p三相平衡类型的推断依据液相面投影图上液相浓度的变更曲线也叫液相依据液相面投影图上液相浓度的变更曲线也叫液相L单变量线的走始终推断。单变量线的走始终推断。n n四相平衡类型的推断n n液相面投影图：依据三条液相单变线上箭头的走向推断共晶型包共晶型包晶型Al-Cu-MgAl-Cu-Mg合金的投影图合金的投影图三元合金相图实例分析精品课件精品课件！精品课件精品课件！本章总结1.合金相图的基本概念2.二元合金相图 (1)二元相图的基本类型及平衡凝固过程 (2)二元合金相图的分析方法 (3)Fe-Fe3C相图3.三元合金相图 (1)三元相图的表示方法 (2)三元匀晶相图 (3)三元共晶相固 (4)四相平衡转变及三元相图分析实例 各种等温截面、变温截面和各相区在浓度三角形上的投影图。相图中具体合金在某温度所存在的相态，以及当温度变更时的相变过程和所获得的组织状态等。