其他二元相图在线视频

同学们好

这一节我们来学习形成化合物的相图

有些二元系统的两个组元

可以形成化合物

这些化合物可能是稳定的

也可能是不稳定的

根据化合物的稳定性

形成化合物的二元系统

可分为以下两种类型

第一

形成稳定化合物的相图

稳定化合物是指具有一定的熔点

并在熔点以下保持固有结构

而不发生分解的化合物

PPT中图是由镁和硅两个组元

组成的含有稳定化合物硅化镁的

二元合金相图

硅化镁在相图上是一条垂线

表示它在熔点以下

保持固有结构而不分解的性质

分析相图时

可将硅化镁视为一个独立的组元

从而把镁-硅相图

看成是由镁-硅化镁

和硅化镁-硅两个共晶相图并列而成的

这样可以分别对其进行分析

使问题得以简化

有时两个组元

还可能形成多个稳定化合物

那就将相图分为几个简单的相图来分析

比如镁-铜相图

就存在两个稳定的化合物

镁2铜和镁铜2

不过镁铜2对组元有一定的溶解度

即形成了以化合物镁铜2为基的固溶体γ

在这种情况下

稳定化合物镁铜2在相图上

就不再是一条垂线

而是变成了一个相区γ

但是在分析相图时

可用虚垂线把这一单相区γ分开

这样镁-铜相图就可以看成由镁-镁2铜

镁2铜-镁铜2和镁铜2-铜

3个共晶相图并列而成

图5-26a b是既有包晶

又形成稳定化合物的两种相图

按照以上方法

图a

可视为由A-AmBn包晶相图

和AmBn-B共晶相图

并列而成的相图

图b

则是由A-AmBn

和AmBn-B两个包晶相图

并列后构成的相图

形成稳定化合物的二元系很多

比如说锰和硅

氧化铁和氧化铝

氧化硅和氧化铝等等

第二种

形成不稳定化合物的相图

如果加热时发生分解的化合物

就称为不稳定化合物

因为加热到一定温度

不稳定化合物将发生分解

所以这些化合物在相图中

不能作为一个独立的组元

不稳定化合物

一般都是包晶转变的产物

图5-27就是一个发生包晶转变

又形成不稳定化合物的二元相图

系统在te温度发生包晶反应

c点成分的L和d点成分的α

在te温度下生成e点成分的γ

γ即为不稳定化合物

因为组元在γ中有一定的溶解度

所以γ是一个具有一定成分范围的相区

若高于te温度

γ将分解为

成分为d的α固溶体和成分为c的液体

在分析相图的时候

不能像稳定化合物那样

用虚线将γ截然分开

但这类相图

仍然可以视为由一个共晶系统

和一个包晶系统并列而成

只是不能将其分为

两个彼此独立的相图

第5种

含有双液共存区的相图

一般来说二元系统中的两个组元

在液态下可完全互溶

但是

也有一些二元系统的两个组元

在液态并不完全互溶

它们在一定范围内可以分离为

成分不同互不相溶的两个液相

产生液态分层的现象

液态分层在无机非金属材料当中比较多

比如

碱土金属氧化物氧化铁

氧化锌等与氧化硅构成的二元系统

均有不同程度的液态分层现象

图5-28是这类相图的一般形式

图中ckd曲线以外是单一的液相区

而ckd以内是双液共存区

其中一个是组元B在组元A当中的饱和溶液L1

另一个是组元A在组元B中的饱和溶液L2

二者的成分和密度各不相同

彼此分离

故该相区又称液体分层区

kd是液相L2在L1中的溶解度曲线

kc是液相L1在L2中的溶解度曲线

k点是双液共存区ckd的最高温度

又称为临界温度

在k以下平衡共存的双液称为共轭溶液

随着温度的降低

共轭双液的成分差别增大

互溶度减少

在某一温度下共轭双液的成分

由该温度的等温线与分溶线的

两个交点来确定

其数量也可由杠杆定律来求得

双液共存区可以与基本相图组合

而构成具有偏晶或合晶转变的两类相图

我们先来看一下具有偏晶转变的相图

什么是偏晶转变呢

偏晶转变是由一个一定成分的液相

分解为一个一定成分的固相

和另一个一定成分的液相的恒温转变

图5-28就是双液共存区

与共晶相图组合的具有偏晶转变的相图

该相图有两条水平线

其中fdc为偏晶线

d为偏晶转变的成分点

另一条水平线geh为共晶转变线

在td温度发生偏晶转变

d点成分的液相L

生成了c点成分的液相L

和 f点成分的固相α

可见偏晶转变与共晶转变类似

也是由一个相

分解为另外两个相的恒温转变

所不同的只是在生成相中有一个为液相

当PPT图中所示

成分为x的液体冷到1点时

开始分离为L1和L2两个液相

在1到2点之间随着温度降低

L1的成分沿kd线变化

L2的成分沿kc线变化

当温度降至2点即偏晶温度td时

L1的成分变化为d

L2的成分变为c

于是从Ld当中开始结晶出α固溶体

即发生偏晶转变

在td温度随时间的延长

析出的α相数量不断增多

液相的成分向c方向变化

当液相的成分达到c点时

d点成分的液相L完全消失

偏晶转变即告结束

至此温度开始下降

在2到3点之间

液相L的成分沿液相线ce变化

固相α的成分沿溶解度曲线fg变化

当温度降到3点即te温度时

液相L的成分变到e点

于是发生共晶转变

e点成分的液相L在te温度

生成g点成分的α和h点成分的β相

从te温度冷至室温

材料的组织为α相加上α加β共晶组织

再加上βⅡ

其中共晶组织中的αⅡ和βⅡ忽略不计

我们再来看第二个

具有合晶转变的相图

合晶转变是由两个成分一定的液相

相互作用形成一个均匀固相的恒温转变

如图5- 29所示

它是双液共存区与共晶相图

组合在一起的含有合晶转变的相图

图中有3条水平线

其中cfd为合晶线

f为合晶点

当系统为f点所对应的成分时

冷至合晶转变的温度tf

将发生合晶转变

反应式为d点成分的液相L

与c点成分的液相L

生成f点成分的固相γ

若系统的成分在cd之间

在tf温度都将发生合晶转变

转变后仍有剩余的液相

具有合晶转变的合金不多

有钠和锌

钾和锌

铬和铂等等

下面我们再来介绍几种其他的二元相图

首先看第一种

熔晶相图

某些合金冷凝到一定温度时

可以由一个已经结晶的固相

转变为一个液相和另一个固相

这种恒温转变称为熔晶转变

铁-硼二元系统是具有熔晶转变的

图中1381摄氏度的水平线

即为熔晶线

熔晶的反应式为

固相δ发生熔晶转变

生成了固相γ加上液相 L

铁和硫

铜和锡等合金也具有熔晶转变

同学们能否试着分析该相图当中

910摄氏度的水平线发生的是什么转变吗

反应相和生成相又分别是什么呢

对

发生的是包析转变

反应式呢是

γ加上铁2硼生成了固相α

好

下面我们来学习一下固溶体当中

发生有序-无序转变的相图

还有一些二元合金在一定成分

和一定温度范围内

会发生有序-无序的转变

如图所示

该图是铜-锌二元系合金相图

由图可见一定成分范围内的铜和锌

在高温下形成β相

而在低温度则转变为β’相

β相是一个无序固溶体

而β’相是一个有序固溶体

有序固溶体是指两种原子

在晶体当中呈规则排列

各占据自己一定的位置

有序-无序转变在相图中

常用虚线或细直线来表示

同学们

你们能试着

将二元相图各类恒温转变的类型

反应式和它们的相图特征

进行一些归纳和总结吗

这一节我们就讲到这里

同学们

前面我们学习了二元相图的类型

接下来将学习

二元相图的应用实例铁碳相图

在学习之前

向同学们介绍一位

我国著名的材料科学家

战略科学家

中国科学院

中国工程院资深院士

国家最高科学技术奖获得者

师昌绪先生所取得的成就

同学们

你们知道吗

在歼击机这样的大国重器上

一个不到10厘米的高温合金

显得极为重要

它当中有几个细小的孔

最小的孔只有一毫米

正是这种技术难度极高的材料

决定着歼击机的安全

在上个世纪60年代

美国封锁技术以后

师先生带领的科研团队

自主设计研制出了中国第一代

空心气冷铸造

镍基高温合金涡轮叶片

使我国成为继美国之后

第二个开发该关键材料技术的国家

上世纪三四十年代军阀混战

日寇入侵

为了实现实业救国梦

师先生选择了条件艰苦的

采矿冶金工程就读

1952年获博士学位后

又继续在麻省理工学院从事博士后研究

1955年

师先生和众多中国科学家不断努力

克服美国政府的重重阻碍

终于回到了祖国

进入沈阳的中科院金属研究所

从事金属材料的研究与开发

一干就是30年

从1957年起

师昌绪负责金属研究所

合金钢与高温合金研究与开发工作

他建立了钢中夹杂物的鉴定方法

并开展了夹杂物生成过程的研究工作

1958年

他与姚汉武开发的不含镍的

奥氏体耐蚀钢0铬17锰14钼2氮

用在尿素工业设备上

具有优异的抗蚀性

师昌绪与李有柯等开发了

铬锰氮系耐热钢

和无磁铬锰氮系高强度不锈钢

前者用于工业炉

后者用作潜艇的桅杆

在师昌绪先生的指导下

张彦生 李依依等于1959年

开始从事铁锰铝系奥氏体钢的研究

通过相图

相变规律

组织结构和各种性能的系统研究

表明这类钢在液氮环境下

比镍铬不锈钢具有更好的韧性

是一种良好的低温材料

人生在世

首先要有一个正确的人生观

要对人类有所贡献

作为一个中国人

就要对中国作出贡献

这是人生的第一要义

这是师昌绪先生

在自己的回忆录当中所写下的一段话

因为他

涉及航空航天军事领域的核心材料

在我国从无到有

并摆脱国外掣肘

也是他

一辈子和各种各样的材料打交道

在高温合金

合金钢等领域为中国创造了多项第一

直至晚年

师昌绪也仍然奋斗在科研战场上

用一生照亮了中国科研的道路

让我们向这位大师致敬