当前课程知识点:材料科学基础 > 第六章 相图 > 6.4 其他二元相图 > 其他二元相图
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
-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