当前课程知识点:材料科学基础 > 第六章 相图 > 6.1 匀晶相图 > 匀晶相图
同学们好
今天我们来学习二元系相图的类型
无论是金属材料
无机非金属材料
还是高分子聚合物
只要系统所发生的变化相似
相图的几何图形就相似
所以从理论上研究相图
往往不是以物质来分类
而是以发生什么变化来进行分类的
尽管有些专业相图比较复杂
但是它们都可以视为不同类型的
简单二元相图的组合
二元相图的类型主要有以下几种
第1
匀晶相图
第2
共晶相图
第3
包晶相图
第4
形成化合物的相图
第5
含有双液共存区的相图
第6
其他类型的二元相图
主要包括
1
熔晶相图
2
固溶体形成中间相的相图
3
固溶体当中发生有序-无序转变的相图
4
聚合物的二元相图
下面我们就先来学习第一种
匀晶相图
当两个组元化学性质相近
晶体结构相同
晶格参数相差不大的时候
它们不仅可以在液态
或熔融状态完全互溶
而且在固态也完全互溶
形成成分连续可变的固溶体
称为无限固溶体或连续固溶体
它们形成的相图即为匀晶相图
或称为互溶相图
如图所示
由液相结晶出单相固溶体的过程
就称为匀晶转变
液 固态完全互溶的系统不多
但是包含匀晶转变部分的相图却不少
几乎所有的二元系统
都含有匀晶转变的部分
下面我们来进行一下
匀晶相图的分析
PPT图当中的
a
b
两张图
分别是铜-镍和氧化钙-氧化锰
形成的二元系统的匀晶相图
其中L为液相
α为固相
这类相图形状比较简单
只有两条曲线
上面一条是液相线
下面一条是固相线
液相线和固相线把整个相图
分为3个区域
即液相区L
固相区α
和液 固两相共存区L加α
下面我们看一下
匀晶相图合金的平衡凝固过程
在 PPT图当中
我们设C是由铜和镍形成的
一种二元合金
那么我们以该合金为例
来讨论一下它的平衡凝固过程
那么什么是平衡凝固呢
平衡凝固是指
在极其缓慢冷却条件下的凝固
在后面的学习过程当中
我们还将要学到非平衡凝固
请同学们现在就对平衡凝固的概念
有一个清楚的认识
好
我们看一下合金C自高温
冷至t1温度的时候
开始从液相L当中结晶出α固溶体
根据平衡相成分的确定方法可以知道
结晶出的固相的成分为α1
而液相的成分为L1
此时相的平衡关系是 L1生成α1
因为L1与液态合金L成分相当
运用杠杆定律得出α1的数量很少
几乎为0
此时结晶刚刚开始
当温度由t1缓慢冷至t2时
有一定数量的α固溶体结晶出来
此时固相成分为α2
液相成分为L2
相的平衡关系则是L2生成α2
为达到这一平衡
除了在t2温度直接结晶出α2外
原有的α1的成分
也必须通过扩散
变为与α2相同的成分
由于α2含镍的量
要比液态合金的平均含量高
α2的析出
必然使剩余液相含镍的量减少
从而使液相成分由L1降为L2
随着结晶温度的不断降低
α相的成分不断沿固相线变化
液相成分也将不断地沿液相线变化
α相的数量不断增多
而液相的数量不断地减少
在每一温度下处于平衡状态的α相
和L相的含量均可由杠杆定律求得
当冷却到t3温度时
最后一滴液体结晶成固溶体
凝固即告终了
得到与原液态合金成分
相同的α固溶体
具有匀晶相图的二元合金
有铜-镍二元合金
铜-铂二元合金
金-银二元合金等等
氧化物有氧化铁-氧化镁系二元合金
氧化镁-氧化镍系二元合金
氧化铝-氧化锆二元合金等等
下面我们再来看一下
还有一些有极值的匀晶相图
除了典型的匀晶相图之外
还有两种特殊的匀晶相图
一种是图5-8 (a)所示的液相线
与固相线相切于最低点的匀晶相图
另一种是图5-8 (b)所示的液相线
与固相线相切于最高点的匀晶相图
对应于极值点也即切点的固溶体
液 固两相的成分相同
其结晶是一个没有温度间隔的
恒温过程
有极值存在的二元系合金相图有
铁-钴
铁-镍
铁-钒
铁-钨
锰-钴等等
第4个我们再来看一下
有晶型转变的匀晶相图
匀晶相图中的组元
如果存在同素异晶体
那么其相图中的固相区
将出现典型的晶型转变曲线
在常压下
纯物质的晶型转变
是在恒温下进行的
而固溶体的晶型转变
则是在一个温度范围内进行的
固溶体发生晶型转变的温度
随成分的变化而变化
转变与成分 温度之间的平衡关系
和凝固温度与成分的平衡关系是相似的
道理也相同
由匀晶相图的研究可知
无限固溶体固相
发生晶型转变的相图
也有两种情况
一种是无限互溶的晶型转变
如图5-9所示
另一种则是有极值的
无限互溶晶型转变
如图5- 10所示
图5-9和图5- 10中的组元铈
镧
锆
钛都有两种晶型
铈和镧
锆和钛
无论是高温晶型还是低温晶型
都可以完全互溶
并形成同一种晶格类型的固溶体
在两种相图中
处于高温的两条曲线是
液 固两条转变的液相线和固相线
处于低温下的两条曲线
则是典型的晶型转变曲线
一条是晶型转变开始线
另一条是晶型转变终了线
它们的关系与液相线
和固相线的关系是相似的
表示不同晶型所构成的
两个固溶体之间的平衡
由以上相图的分析
同学们有没有发现以下一些的规律
系统当中每一个可变组成的相
都与相图上一定几何图像是相对应的
系统所发生的一切变化
都将反映在相图上
再有
相图上的点 线 面
都与一定的平衡关系相对应
其次
组成和性质的连续变化
反映到相图上的曲线也是连续的
同学们
这一讲我们就先到这里
-绪论
-绪论
-讨论1
-讨论2
-2.1 原子结构与原子轨道
--原子结构与轨道
-2.2 电子排布规律
--电子排布规律
--电子排布规律
-2.3 晶体中的结合键
--晶体中的结合键
--原子结构与键合
-2.4 晶体结构与空间点阵
-2.5 晶系与布拉菲点阵
--晶系与布拉菲点阵
--晶系与布拉菲点阵
-2.6 晶向指数与晶面指数
-2.7 晶面间距与晶面夹角
-2.8 晶体的宏观对称性
--晶体的宏观对称性
--晶体的宏观对称性
-讨论1
-讨论2
-习题-第2章
-3.1 金属的晶体结构
--金属的晶体结构
--金属的晶体结构
-3.2 金属晶体的堆垛与间隙
-3.3 合金基本概念
--合金的基本概念
--合金的基本概念
-3.4 固溶体
--固溶体
--固溶体
-3.5 化合物
--化合物
--化合物
-3.6 陶瓷的晶体结构
--陶瓷的晶体结构
--陶瓷的晶体结构
-3.7 高分子的基本结构
--高分子的基本结构
--高分子的基本结构
-3.8 非晶、准晶和纳米晶
-讨论1
-讨论2
-习题-第3章
-4.1 扩散的宏观规律
--扩散的宏观规律
--扩散的宏观规律
-4.2 扩散的微观机制
--扩散的微观机制
--扩散的微观机制
-4.3 扩散与原子的随机行走
-4.4 扩散系数与扩散激活能
-4.5 扩散的影响因素
--扩散的影响因素
--扩散的影响因素
-4.6 反应扩散
--反应扩散
--反应扩散
-讨论1
-讨论2
-习题-第4章
-5.1 纯金属的结晶
--纯金属的结晶
--纯金属的结晶
-5.2 金属结晶的基本条件
-5.3 液态金属的结构
--液态金属的结构
--液态金属的结构
-5.4 均匀形核
--均匀形核
--均匀形核
-5.5 非均匀形核
--非均匀形核
--非均匀形核
-5.6 晶体长大的动力学条件和液固界面微观结构
-5.7 阶梯的长大机制和生长形态
-讨论1
-讨论2
-习题-第5章
-6.1 匀晶相图
--匀晶相图
--匀晶相图
-6.2 共晶相图
--共晶相图
--共晶相图
-6.3 共析相图与包晶相图
-6.4 其他二元相图
--其他二元相图
--其它二元相图
-6.5 铁碳合金的组元及基本相
-6.6 Fe-Fe3C相图分析与工业纯铁结晶过程
-6.7 钢的结晶过程
--钢的结晶过程
--钢的结晶过程
-6.8 白口铸铁的结晶过程
-6.9 碳对铁碳合金平衡组织的影响
-6.10 碳对Fe-C合金机械性能的影响
-6.11 三元相图的表示方法
-6.12 直线法则与杠杆定律
-6.13 重心法则
--重心法则
--重心法则
-6.14 三元匀晶相图与等温截面图
-6.15 变温截面与投影图
--变温截面与投影图
--变温截面与投影图
-6.16 具有共晶三相平衡的三元系相图概况
-6.17 具有共晶三相平衡的三元系相图分析
-6.18 具有共晶三相平衡的三元系相图截面图与投影图
-讨论1
-讨论2
-习题-第6章
-7.1 固态相变的特点分类
-7.2 固态相变的形核与生长
-7.3 成分保持不变的(无扩散)相变
-7.4 过饱和固溶体的分解
-7.5 共析转变
--共析转变
--共析转变
-7.6 马氏体转变(一)
--马氏体转变(一)
--马氏体转变(一)
-7.7 马氏体转变(二)
--马氏体转变(二)
--马氏体相变(二)
-7.8 贝氏体相变
--贝氏体相变
--贝氏体转变
-讨论1
-讨论2
-习题-第7章
-8.1 点缺陷
--点缺陷
--点缺陷
-8.2 位错的基本概念
--位错的基本概念
--位错的基本概念
-8.3 柏氏矢量
--柏氏矢量
--柏氏矢量
-8.4 位错的运动
--位错的运动
--位错的运动
-8.5 位错的弹性性质
--位错的弹性性质
--位错的弹性性质
-8.6 位错的交互作用
--位错的交互作用
--位错的交互作用
-8.7 位错的生成与增殖
--位错的生成与增殖
--位错的生成与增殖
-8.8 实际晶体中的位错
--实际晶体中的位错
--实际晶体中的位错
-8.9 位错反应
--位错反应
--位错反应
-8.10 晶界与相界
--晶界与相界
--晶界与相界
-讨论1
-讨论2
-习题-第8章
-9.1 金属的应力-应变曲线
-9.2 单晶体的塑性变形-滑移
-9.3 单晶体的塑性变形-孪生
-9.4 多晶体的塑性变形
--多晶体的塑性变形
--多晶体的塑性变形
-9.5 多相合金的塑性变形
-9.6 聚合物与陶瓷的塑性变形
-9.7 变形后的组织与性能
-9.8 晶体的断裂
--晶体的断裂
--晶体的断裂
-9.9 回复和再结晶
--回复和再结晶
--回复和再结晶
-9.10 再结晶形核和长大
--再结晶形核和长大
--再结晶形核和长大
-9.11 再结晶组织控制
--再结晶组织控制
--再结晶组织控制
-9.12 蠕变、超塑性变形
--蠕变、超塑性变形
--蠕变、超塑性变形
-讨论1
-讨论2
-习题-第9章