材科基础一二三元相图-配音.ppt

一元相图 背景(课堂) 1.相图实测往往很难,且耗时费钱;有些系统不可测 2.相图计算较方便,且能计算亚稳相与不可测系统 相图计算的思路(自学) GL(T,p)=Gg(T,p)→气-液平衡线； GL(T,p)=Gg(T,p)=Gs(T,p)→三相平衡点 结论： 相图:被线(点)分割的p-T平面,表示相的平衡关系 提示：哪些相需考虑由经验决定 一元相图(自学) 纯物质自由能-温度曲线(自学) 要点:如何从下面的自由能-温度曲线画出一元相图 二元相图 背景与问题 四元函数G=G(T,p,n,x) → 一元函数 思路与方法 1略去p,且将T参数化 2经验事实(课堂)： 等温下,广度量是总摩 尔数的线性函数,因此 G=G(n,x) → G=nG(x) → Gm=G(x) 规则溶液模型 背景 在理想液态混合物模型基础上,以考虑最简单的方式内能因素,即只考虑结合能。 规则溶液模型含义(课堂) 1 A,B原子结构相同，配位数均为Z; 2 A,B原子半径相同(没有应变能) 3 结合能遵循最近邻假设，结合能不随温度、成分变化。 说明:该模型尽管针对固溶体,但也适用于溶液。 规则溶液模型的G=G(x)自学 思路与方法 1由简到繁,在理想溶液模型上进一步考虑结合能 2由于纯物质自由能都是已知的,因此终了状态系统自由能取决于混合过程,而混合熵ΔSm表达式遵循理想溶液,所以问题的核心是ΔUm,ΔUm借助相互作用参数计算,因此： 接上：自学 G=G(x)的几何形状类型(课堂) 函数G=G(x)的几何分析(课堂) 目的 1形象化; 2单相自身稳定性与曲线形状有关 稳定性的准则 物质守恒,温度不变时,可以任意假定系统所处的状态，其中自由能最低者最稳定。 结论 下凹曲线稳定;上凸曲线在两个拐点内不稳定 说明 固溶体因原子半径差导致应变能; 纯溶剂没有 匀晶相图(课堂) 匀晶相图总结(课堂) 背景与问题 液相与连续固溶体先决存在。 问题:如何通过GL-x与Gs-x得到匀晶相图 获得相图的方法 1纯组分: GL(纯A)=Gs(纯A)→TA GL(纯B)=Gs(纯B)→TB 2合金:两相G-x曲线直接比较,自由能低者稳定存在; 公切线范围内则两相机械混合自由能最低; 提示 不同温度下各个相的G-x曲线包含相平衡的所有信息 铁镍相图的液相线与固相线靠得很近，为什么：熔点高+熔点接近+固液两相的Ω相差不大 G-x曲线上公切线的相关知识(自学) 1做切线可得溶液(或固溶体)的μA、μB 2两点公切意味着两相平衡 3公切线上的点是机械混合物的摩尔自由能(课堂) 4三点公切意味着三相平衡 共晶相图(课堂) 亚稳线的由来与应用(课堂) 共晶相图中固溶体G-x曲线总结(自学) 存在上凸现象 单相固溶体分裂为两个相; 三相平衡因此存在 上凸现象变化规律 上凸的成分区间随温度降低而变宽 上凸的高度随温度降低而变大 变化规律的解释 内能项与温度无关;熵项作用随温度降低而减弱 共晶相图(课堂) 特点 共晶反应;液相公切点位于两个固溶体之间。 对于Pb-Sn相图： 三相平衡温度下的相对量 1理论上三个相的相对量不可计算； 2取略高或略低于水平线的温度，以便避开上述理论问题。 说明 相的相对量计算必须在温度/成分给定下进行。 重新学习相图目的之二:分析组织(课堂) 组织的定义-不可定义性与认知方法 由单相或多相组成的，具有特定空间分布状态与性质，能够相互区分的物质集团。 组织组成百分比的概念 以组织为考察对象，从而计算出不同组织所占百分比。它是与相组成百分比对应的新概念。 组织与相的差别 着眼点不同，组织以特定的空间分布为准 Pb-10%Sn合金的组织演变(课堂) Pb-50%Sn亚共晶合金的组织演变(课堂) 包晶相图(课堂) 包晶反应 Lc+αD→βP 成分II的凝固 L→L+α(少量) →Lc+βP(α被 耗尽),接下来: (1)Lc→βII (2)βP →αII 成分II反应后的组织 Lc+βD 偏晶相图及其G-x曲线(课堂) 偏晶相图特点(课堂) 偏晶反应 液相分层 L1+L2(含Cu多的L1浮在上；含Pb多的L2沉在下) 固相完全不互溶 意味着Ω>>0 铁碳相图(课堂) 1单相区 2两相区 3重要三相反应 ★4亚稳相概念 ★5组织变化及相对量 例:含碳2.4%(重量