相平衡-二元相图第三部分

Effect of PH O on Ab Ab-Or
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Figure 6.17. The Albite-K-feldspar system at various H2O pressures. (a) and (b) after Bowen and Tuttle (1950), J. Geol, (c) after Morse (1970) J. Petrol.
T T2 L T1 A x1 x0 x2 B G
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在T1时，体系总质量为M，B组成为 时 体系总质量为M B组成为x0时(xB=x0)， ) 设当温度为T2时，气相质量为MG，液相质量为ML， 则根据质量守恒定律有， 则根据质量守恒定律有
MG ML M M G x2 M L x1 M x0
室温组织： α初+(α+β)共+β Ⅱ 相组成： α、β
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相对含量？
Pb-Sn二元相图
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结晶过程： t1-t2: t1 t2: L → β初 ( +L ) t2: L → (α+β)
α→βⅡ
t2-t3: β→αⅡ(+β) , β→αⅡ
室温组织： β初+( (α+β)共+ αⅡ
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共晶生长的热力学过程-组成过冷度
0 1 0 当x10与x2 相当 相当且温度较低时， 度较低时
表明在稀溶液中减少溶质的量有利于体系的 凝固，这也与稀溶体的凝固点下降理论相对 应
0 G x( 2 10 )＜0
若 2 1 ，则x＜0, , x1<x10
0 0
表明体系中增大化学势高的物质的浓度，有 利于体系的凝固
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在液相中要想形成稳定的晶核，必须要有一定的过 在液相中要想形成稳定的晶核 必须要有一定的过 冷度(过饱和度)才可以。
T △T
过冷度 过饱和度
H G H TS T Tm
G xi i xi0 i0 xi0 ( i RT ln l xi0 )
1 共晶组织的形核特点 1.
共晶组织：共晶转变产物。（是两相混合物）
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2 共晶体的形成 2、共晶体的形成
生长特点：共同生长
两个相长大时都要排放相应的溶 质组元，排出的溶质将阻碍自身 的生长，但两相同时生长时，一 相排出的组元正是另一相生长所 需要的 所以两相的生长过程将 需要的，所以两相的生长过程将 互相促进，最后是两相共同携手 长大。由于两固相的成分是固定 的，综合成分应和液体的成分相 同，它们的数量反映在二者的厚 度相对比例上。
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共晶组织的形貌特点
当两个固相都是金属性较强相时，共晶体 般生长 当两个固相都是金属性较强相时，共晶体一般生长 成层片状。当两相的相对数量比相差悬殊时(体积分数小 于30% )，在界面能的作用下，数量较小的相将收缩为条、 棒状 更少时为纤维状 甚 为点(球)状 棒状，更少时为纤维状，甚至为点(球)状。 当有一相或两相都具有较强的非金属性时，它们表 当有 相或两相都具有较强的非金属性时，它们表 现出较强的各向异性，不同方向的生长速度不同，并且 有特定的角度关系，同时生长过程要求的动态过冷度也 有差 有差异，往往有一个相在生长中起主导作用，决定了两 往往有 个相在生 中起主 作 决定 相的分布，共晶体的形态也具有独特性，这时常见的形 态有针状 骨肋状 蜘蛛网状 螺旋状等 态有针状、骨肋状、蜘蛛网状、螺旋状等。
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共晶合金在铸造工业中是非常重要的，其原因在于它有 一些特殊的性质： 些特殊的性质 ①比纯组元熔点低，简化了熔化和铸造的操作； ①比纯组元熔点低 简化了熔化和铸造的操作 ②共晶合金比纯金属有更好的流动性，其在凝固之中防 止了阻碍液体流动的枝晶形成 从而改善铸造性能 止了阻碍液体流动的枝晶形成，从而改善铸造性能； ③恒温转变（无凝固温度范围）减少了铸造缺陷，例如 偏聚和缩孔； 偏聚和缩孔 ④共晶凝固可获得多种形态的显微组织，尤其是规则排 列的层状或杆状共晶组织可能成为优异性能的原位复合 材料
可通过“均匀化退火” 可通过 均匀化退火 或称“扩散退火”消 除枝晶偏析，即在固 相线以下较高的温度 经过长时间的保温， 使原子扩散充分，从 而转变为平衡组织
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冷却效果类似
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二、具有一个低共熔点的简单二元相图
1.液相无限互溶 固相有限互溶或完全不溶
液相线 B的熔点 A的熔点
A和B的二元低共熔点
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•
以组成为M的配料加热到高温完全熔融，然后平衡冷却析晶。
M的熔体M’ T=T，L p=1, =1 f = 2 液相开始对A 饱和，L+A p=2, f=1 从液相中不断 析出A晶体
t=TC, C点
液相同时对晶 体A和B饱和 当最后一滴低共 p=3, f=0 熔组成的液相析 出A晶体和B晶体 19 后，液相消失
0 2 0 1 0 1 0 x ( 2 10 ) x10 RT
x x RT x10 1 x10
x10 x ( )－ RT x 1 x10
0 2 0 1
x10 当x 1时， G RTx ＜0 0 1 x1 即x＞0, x1 x10
结晶过程： 结晶过程 L α(匀晶) α βⅡ(脱溶)
过饱和固熔体中分离 出另 种固相的过程, 出另一种固相的过程 称为脱溶转变
βⅡ
室温组织： α +βⅡ 相组成： α 、β
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10%Sn-Pb合金平衡结晶后的组织
结晶过程：
L0.619 Si 0.19 Si 0 .975 Si
将上述两式整理后可得
T T2 L T1 A x1 x0 x2 B G
M G * ( x2 - x0 ) M L * ( x0 - x1 )
相当于以体系的总组成 x0为支点，共存的两相组成 为支点 共存的两相组成 x1 及x2为作用点的一根横杠。两相的重量与其各自到达支 点距离的乘积相等 即为杠杆原理 点距离的乘积相等，即为杠杆原理
t=TE, E点
析晶路程表示法
液相点
M’
固相点
L f=2
A
C
L A
f=1
A B
E
L A B, f
0
I G K
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杠杆规则
如果一个相分解为2个相，则生成的2个相的数量与原 ， 始相的组成点到2个新生相的组成点之间线段成反比。
TD温度下的固相量和液相量
固相量 OD 液相量 OF
固相量 OD 固液总量(原始配料量) FD 液相量 OF 固液总量(原始配料量) FD
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ห้องสมุดไป่ตู้
2、固相有限互溶
(1)点：共晶点E，纯组元熔点，最大溶解度点，室温溶解度点 (2)线：液相线，固相线，共晶线，固溶线 线 液相线 固相线 共晶线 固溶线 (3)区：3个单相区：L、 α、β f=2 3个两相区：L L+ α、L L+ β、 α+β f=1 1 1个三相区（线）： L+ α+ β f=0 22
α→β Ⅱ β→α Ⅱ
183o C
室温组织： (α+β+αⅡ+βⅡ)共 片层状 共晶体（共晶组织） 也可直接写为 (α+β）共 也可直接写为：
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Pb-Sn实际共晶组织照片
结晶过程： t1-t2: L → α初 ( +L ) t2 t2: L → (α+β)
t2 t3:α→βⅡ(+α) , β→αⅡ t2-t3: α→βⅡ
LE=αM+βN 4个相区： L、L+A、L+B、 A+B
固相线
特点：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转变 17
3个概念：系统组成点、固相组成点、液相组成点
简称：系统点 取决于系统的总组成， 取决于系统的总组成 由原始配料组成决定 对于M配料，系统点在 MM’线上 系统中的液相组成和固相 组成随温度不断变化，液 相点和固相点的位置也随 温度不断变化

0 i
( xi0 xi )(i RT ln( xi0 xi ))
Δx
x
xi xi xi0
xi0 xi xi i x RT ln xi0
xi0 , i0体系热力学两相平衡时的第i种物质的浓度和化学势 xi , i 体系在一定过饱和度下的第i种物质的浓度和化学势
二元相图的基本类型:
匀晶相图 共晶相图 包晶相图
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一、匀晶转变 匀晶转变：
• 由液相直接结晶出单相固溶体的过程。 两点：纯组元熔点 两线 液相线 固相线 两线：液相线，固相线 三区：L, α,L+α
两相区： 温度一定时，液、固成分一定
相律：f=c-p+1
L
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1 杠杆原理 1.杠杆原理
• 设 设二元体系中 体系中xB的含量为 x0，当体系温度由T1升为 T2时，体系为气液两相共 时 体系为气液两相共 存，则此时体系中的气 相与液相量各为多少？？
j
k
l
过冷度∆T 过冷度看成是Tf温度 层状生长机制 浓度扩散与浓度梯度的消散 结线jkl分别到相应 层状生长机制：浓度扩散与浓度梯度的消散 液相 固相 组成之液相线或液相 A β 线延长线的距离。 α B α相/液相，液相富B A β ΔTα:α相过冷度， β 相 / 液相，液相富 A B α 在jkl结线的l处为0 β A ΔTβ:β相过冷度， 29 在jkl结线的j处为0
Eutectic liquidus minimum i i
Figure 6.16. T-X phase diagram of the system albite-orthoclase at 0.2 GPa H2O p pressure. After Bowen and Tuttle (1950). J. Geology.