三元相图
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三元相图的分析技巧
相态的分析
确定三元相图的三个相态
根据三元相图中的三个区域，可以确定三元相图的三个相态，即液相、固相和气 相。
确定相态之间的转化
三元相图中不同相态之间的转化与成分和温度有关，可以根据相图中的成分和温 度范围确定不同相态之间的转化条件。
结晶过程的分析
分析结晶过程
三元相图中的结晶过程分析需要了解不同成分的溶液中结晶 过程的特点，以及结晶过程中成分的变化规律。
材料科学的基础研究
三元相图的研究也是材料科学基础研 究的重要组成部分。通过对三元相图 的深入研究，可以更好地理解物质的 本质和规律，为材料科学的其他领域 提供基础支撑。
THANKS
谢谢您的观看
新型材料的探索
研究者们通过实验探索新型材料的三元相图，以寻找具有更优性能的相变材料， 应用于能源、环保等领域。
理论研究进展
计算方法的改进
研究者们不断改进计算方法，以更准确地预测三元相图中的 相行为。
分子动力学模拟
利用分子动力学模拟技术，研究者们可以模拟真实材料的三 元相图，为理论预测提供更为准确的依据。
多晶型和同素异构体的存在
在某些三元体系中，可能存在多种晶型和同素异构体，这些不同结构的物质在物理和化学 性能上可能存在显著的差异，因此如何考虑这些差异对三元相图的影响也是一个重要的问 题。
三元相图未来研究方向的建议
加强实验研究
由于三元相图的复杂性，实验研究仍然是确定三元相图最准确的方法。因此，需要发展新的实验技术，提高实验的精度和效 率，同时需要建立更加完善的数据库和理论模型来描述和预测三元相图。
应用研究进展
能源储存与运输
研究者们正在研究如何利用三元相图优化能源储存与运输过程中的性能。例 如，优化相变材料在储存和运输过程中的热力学性质。
相态的分析
确定三元相图的三个相态
根据三元相图中的三个区域，可以确定三元相图的三个相态，即液相、固相和气 相。
确定相态之间的转化
三元相图中不同相态之间的转化与成分和温度有关，可以根据相图中的成分和温 度范围确定不同相态之间的转化条件。
结晶过程的分析
分析结晶过程
三元相图中的结晶过程分析需要了解不同成分的溶液中结晶 过程的特点，以及结晶过程中成分的变化规律。
材料科学的基础研究
三元相图的研究也是材料科学基础研 究的重要组成部分。通过对三元相图 的深入研究，可以更好地理解物质的 本质和规律，为材料科学的其他领域 提供基础支撑。
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新型材料的探索
研究者们通过实验探索新型材料的三元相图，以寻找具有更优性能的相变材料， 应用于能源、环保等领域。
理论研究进展
计算方法的改进
研究者们不断改进计算方法，以更准确地预测三元相图中的 相行为。
分子动力学模拟
利用分子动力学模拟技术，研究者们可以模拟真实材料的三 元相图，为理论预测提供更为准确的依据。
多晶型和同素异构体的存在
在某些三元体系中，可能存在多种晶型和同素异构体，这些不同结构的物质在物理和化学 性能上可能存在显著的差异，因此如何考虑这些差异对三元相图的影响也是一个重要的问 题。
三元相图未来研究方向的建议
加强实验研究
由于三元相图的复杂性，实验研究仍然是确定三元相图最准确的方法。因此，需要发展新的实验技术，提高实验的精度和效 率，同时需要建立更加完善的数据库和理论模型来描述和预测三元相图。
应用研究进展
能源储存与运输
研究者们正在研究如何利用三元相图优化能源储存与运输过程中的性能。例 如，优化相变材料在储存和运输过程中的热力学性质。
第五章 三元相图
B
B%
C%
A
← A% C% →
C
b c
a
图 部分浓度三角形
§5.1.2 浓度三角形中具有特定意义的线
1）与某一边平行的直线
C
含对角组元浓度相等
A% d C% c
Bc C% 100% BC
A
B B% 图 平行于浓度三角形某一条边的直线
确定O点的成分 1）过O作A角对边的平行线 2）求平行线与A坐标的截距 得组元A的含量 3）同理求组元B、C的含量
三元系中如果任意两个组 元都可以无限互溶,那么它们 所组成的三元合金也可以形 成无限固溶体,这样的三元合 金相图,叫三元匀晶相图。
相图概况
[1] 特征点： ta, tb, tc- 三个纯组 元的熔点； [2]特征面：液相面、固相面； [3]相区：L, α, L+α。
图 三元匀晶相图
§5.3.1 相图分析
( A B )
Ax nE nA Ee
( A B C )
Ax ne nA Ee
§5.4.2 组元在固态下有限溶解，具有共晶转变的三 元相图
1.相图分析
从占有空间的角度看,固态有限互溶三元共晶相图比固态 完全不互溶三元共晶相图要多三个单相区(α、 β、 γ)和三个 固态两相区(α+β、 β+ γ、 α+ γ)。
图 过成分三角形顶点的变温截面图
图 平行于成分三角形一边的变温截面图
用垂直截面图可以分析合金的平衡结晶过程，了解合金在 平衡冷却过程中发生相变的临界温度，以及可以了解合金在 一定温度下所处的平衡状态。 但是，用垂直截面图不能了解合金在一定温度下的平衡相 成分和平衡相的重量。
图 变温截面图的应用
三元相图
用水平面去切空间模型 —三角形 所以水平截面上的三相区 是三角形（边是直线）
5.12.2 几种典型的三相平衡三元系
1. 两个共晶、一个匀晶二 元系组成的三元系 1） 空间模型 • 曲面 液相面 空间模型中最上面 的两个曲面 (TATCe1e), (TBee1) 固相面 (TATCa1a), (TBbb1) 溶解度曲面 (aa1c1c), (bb1dd1) 三相区界面
5.10 三元相图的基本概念
三元相图水平截面
5.10 三元相图的基本概念
三元相图垂直截面
5.10 三元相图的基概念
A
5.10.1 成分表示方法
b a’
a. 等边三角形 B 1) 成分三角形 2) 三角形中的点如何表示成分 XA=Ca， XB=Ab， XC=Bc, 可证： XA+XB+XC=100%
5.14 包共晶系
5.15包晶相图 包晶相图
5.15
三元包晶相图
5.15.1 特点 1、存在四相平衡包晶反应 LP＋αa＋βb——γc 2、四相平衡区的上方一个三相平衡区，下方三个三相平衡区 L＋α＋β…………L＋α＋β＋γ…………L＋α＋γ L＋β＋γ α＋β＋γ
5.15 包晶相图 5.15.2 空间模型
可能是：
L——β＋γ 或 L＋β——γ
5.14 包共晶系 5.14.1 概述
即无论是上方和下方各种搭配都可能， 即无论是上方和下方各种搭配都可能，关键是包共晶反应的 温度必须在两个二元系的三相平衡反应温度之下， 温度必须在两个二元系的三相平衡反应温度之下，在另一个 二元系的三相平衡反应温度之上。 二元系的三相平衡反应温度之上。 四相平衡反应面的上下接口：
5.11.2 垂直截面 二元相图的垂直曲面有两种形式： 1、固定某一组元含量：类似于二元匀晶相图， 但两端不封口，且两端不代表组元 2、截面通过三角形某一顶点 一端封口
第六章 三元相图
来计算。
如右图中的合金o，其中的
A
C
相与 相的相对量分别为：
% mo 100%
mn
三元相图中的杠杆定律
% on 100%
mn
6-1 三元相图基础
3. 重心法则：当三元系合金
B
处于三相平衡时，研究它们之间
的成分和相对量的关系，则须用
重心法则。如右图中，O为合金
( )
的成分点，P、Q、S分别为三个
三条三相共晶转变线相交于 a
E点。成分为 E 的液相在该点温
l
度下发生四相平衡共晶转变： f
LE TE A B C
E点称为三元共晶点，其所对应 m
的温度成为四相共晶转变温度。 A
c
e3 k
j
e1
b
e2
p g Eh
C
三元共晶点 E与三个固相的 成分点m、n、p 组成的水平面称 为四相平衡共晶转变平面。
由于第三组元的加入，三个
二元共晶点在三元系中均演化成
为三相共晶转变线 e1E、e2E 和 e3E。当液相成分沿着这三条曲 线变化时，则分别发生三相共晶
转变： e1 E e2E e3E
L AB L BC L AC
a c
e3
l
k
f j
e1
b
e2
m
p
g
A
Eh C
n
B
固态互不溶解的三元共晶相图
6-2 固态互不溶解的三元共晶相图
6-1 三元相图基础
三、三元相图中的杠杆定律及重心法则
1. 直线法则：一定温度下，三元系材料处于两相平衡 时，材料的成分点和其两个平衡相的成分点必然位于同一条 直线上，该规律称为直线法则或三点共线原则。
三元相图分析
液相面 固相面(组成) 面： 二相共晶面 三相共晶面 溶解度曲面：6个 两相区：6个 区： 单相区：4个 三相区：4个 四相区：1个
19
（2）变温截面 3个三相区
共晶相图特征：水平线 1个三相区
三相共晶区特征：曲边三角形。 应用：分析合金结晶过程，确定组织 变化. 局限性：不能分析成分变化。（成分 在单变量线上，不在垂直截面上）
5
6.2 三元系平衡转变的定量法则
6.2.1 直线定律 （1）共线法则：在一定温度下，三元合金两相平衡时，合 金的成分点和两个平衡相的成分点必然位于成分三角形内的 同一条直线上。
（由相率可知，此时系统有一个自由度，表示一个相的成分 可以独立改变，另一相的成分随之改变。）
杠杆定律：用法与二元相同。
6
平衡相含量的计算：所计算相的成分点、合金成分点和二 者连线的延长线与对边的交点组成一个杠杆。合金成分点为 支点。计算方法同杠杆定律。
8
6.3 三元匀晶相图
1 相图分析 点：Ta, Tb, Tc-三个纯组元的熔点； 面：液相面、固相面； 区：L, α, L+α。
9
2 三元固溶体合金的结晶规律 液相成分沿液相面、固相成分沿固相面，呈蝶形规律变化。
2
6.1三元相图的成分表示法 6.1.1 浓度三角形（等边、等腰、直角三角形） （1）已知点确定成分； （2）已知成分确定点。
等边浓度三角形
3
等腰浓度三角形
直角浓度三角形
4
6.1.2 成分三角形中特殊的点和线 （1）平行于某条边的直线：其上合金所含由此边对应顶点 所代表的组元的含量一定。 （2）通过某一顶点的直线：其上合金所含由另两个顶点所 代表的两组元的比值恒定。
23
合金结晶过程分析； （4）投影图 相组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律）
19
（2）变温截面 3个三相区
共晶相图特征：水平线 1个三相区
三相共晶区特征：曲边三角形。 应用：分析合金结晶过程，确定组织 变化. 局限性：不能分析成分变化。（成分 在单变量线上，不在垂直截面上）
5
6.2 三元系平衡转变的定量法则
6.2.1 直线定律 （1）共线法则：在一定温度下，三元合金两相平衡时，合 金的成分点和两个平衡相的成分点必然位于成分三角形内的 同一条直线上。
（由相率可知，此时系统有一个自由度，表示一个相的成分 可以独立改变，另一相的成分随之改变。）
杠杆定律：用法与二元相同。
6
平衡相含量的计算：所计算相的成分点、合金成分点和二 者连线的延长线与对边的交点组成一个杠杆。合金成分点为 支点。计算方法同杠杆定律。
8
6.3 三元匀晶相图
1 相图分析 点：Ta, Tb, Tc-三个纯组元的熔点； 面：液相面、固相面； 区：L, α, L+α。
9
2 三元固溶体合金的结晶规律 液相成分沿液相面、固相成分沿固相面，呈蝶形规律变化。
2
6.1三元相图的成分表示法 6.1.1 浓度三角形（等边、等腰、直角三角形） （1）已知点确定成分； （2）已知成分确定点。
等边浓度三角形
3
等腰浓度三角形
直角浓度三角形
4
6.1.2 成分三角形中特殊的点和线 （1）平行于某条边的直线：其上合金所含由此边对应顶点 所代表的组元的含量一定。 （2）通过某一顶点的直线：其上合金所含由另两个顶点所 代表的两组元的比值恒定。
23
合金结晶过程分析； （4）投影图 相组成物相对量计算（杠杆定律、重心定律）
第八章 三元相图
共晶转变线，这就是3个液相面两两相交所形成的3条熔化沟线e1E， e2E和e3E。当液相成分沿这3条曲线变化时，分别发生共晶转变：
e3 e1
LA+ C
e2
LA+ B
E
L B +C
面
图中a，b，c分别是组元A，B，C的熔点。在共 晶合金中，一个组元的熔点会由于其他组 元的加入而降低，因此在三元相图中形成 了三个向下汇聚的液相面。其中， ae1Ee3a是组元 A的初始结晶面； be1Ee2b是组元 B的初始结晶面； ce2Ee3c是组元C的初始结晶面
四、三元相图中的杠杆定律及重心定律
3．重心定律
当一个相完全分解成三个新相，或是一个相在分 解成两个新相的过程时，研究它们之间的成分和 相对量的关系，则须用重心定律。 根据相律，三元系处于三相平衡时，自由度为1。 在给定温度下这三个平衡相的成分应为确定值。 合金成分点应位于三个平衡相的成分点所连成的 三角形内。
第八章 三元相图
三元合金系（ternery system）中含有三个组元，因此 三元相图是表示在恒压下以温度变量为纵轴，两个成分变量 为横轴的三维空间图形。由一系列空间区面及平面将三元图 相分隔成许多相区。
8.1 三元相图的基础知识
三元相图的基本特点： (1) 完整的三元相图是三维的立体模型； (2) 三元系中可以发生四相平衡转变。四相 平衡区是恒温水平面； (3) 三元相图中有单相区、两相区、三相区 和四相区。除四相平衡区外，一、二、三相平 衡区均占有一定空间，是变温转变。
二、三元相图的空间模型
三、三元相图的截面图 投影图
•
三元相图各类图形有等温(水平)截面图、垂直 （变温）截面图、投影图。
1. 等温水平截面图
e3 e1
LA+ C
e2
LA+ B
E
L B +C
面
图中a，b，c分别是组元A，B，C的熔点。在共 晶合金中，一个组元的熔点会由于其他组 元的加入而降低，因此在三元相图中形成 了三个向下汇聚的液相面。其中， ae1Ee3a是组元 A的初始结晶面； be1Ee2b是组元 B的初始结晶面； ce2Ee3c是组元C的初始结晶面
四、三元相图中的杠杆定律及重心定律
3．重心定律
当一个相完全分解成三个新相，或是一个相在分 解成两个新相的过程时，研究它们之间的成分和 相对量的关系，则须用重心定律。 根据相律，三元系处于三相平衡时，自由度为1。 在给定温度下这三个平衡相的成分应为确定值。 合金成分点应位于三个平衡相的成分点所连成的 三角形内。
第八章 三元相图
三元合金系（ternery system）中含有三个组元，因此 三元相图是表示在恒压下以温度变量为纵轴，两个成分变量 为横轴的三维空间图形。由一系列空间区面及平面将三元图 相分隔成许多相区。
8.1 三元相图的基础知识
三元相图的基本特点： (1) 完整的三元相图是三维的立体模型； (2) 三元系中可以发生四相平衡转变。四相 平衡区是恒温水平面； (3) 三元相图中有单相区、两相区、三相区 和四相区。除四相平衡区外，一、二、三相平 衡区均占有一定空间，是变温转变。
二、三元相图的空间模型
三、三元相图的截面图 投影图
•
三元相图各类图形有等温(水平)截面图、垂直 （变温）截面图、投影图。
1. 等温水平截面图
三元相图
• 1.立体图 • f=c-p+1 fmax=4 单相区
两相区
三相区 四相区
同析三角台
单相区(1个液相区，固溶体相、、的单相区)
液相面
相单相区为afmk与Aa之间的区域
a1aa0a0’a1为B 组元在相中的固溶度面 b1bb0b0’b1为A 组元在相中的固溶度面
两相区
三元共晶转变前 三元共晶转变后
4）三个固相平衡三棱台 A）三条棱为三条单变量线；也称同析线，即有一相同时析 出另两相，从而由单相区直接进入三相区； B) 顶面与四相平衡面重合，底面与成分三角形重合； C) 三个侧面是三相区和两相区（均为固相）的分界面； D）合金进入该相区后，随温度的下降，三相的相对量随之 发生改变（由重心定理可知）。 (
8.3 固态有限互 溶的三元共晶相 图
1. 空间模型
组元在固态有限互 溶的三元共晶相图的
空间模型，如图8．17 所示。
1）液相面和固相面
图中每个液、固两相平衡区和单相固溶体区之间都存 在一个和液相面共扼的固相面，即
固相面afmla和液相面ae1Ee3a共扼；
固相面bgnhb和液相面be1Ee2b共扼;
3)三元共晶转变面
成分为E的液相在水平面mnp（三元共晶转变面）发
生四相平衡的共晶转变：
Le1 ~ E f ~ m g ~ n Le2 ~ E h~ n i ~ p LE m n p Le3 ~ E k ~ p i ~ m
2.
投影图
图8.19 为三元共晶相图的 投影图。
从图中可清楚看到3条共晶转变线的投影e1E，e2E 和e3E把浓 度三角形划分成3个区域Ae1Ee3A ， Be1Ee2B和C e2Ee3 C， 这是3个液相面的投影。 投影图中间的三角形mnp为四相平衡共晶平 面。
两相区
三相区 四相区
同析三角台
单相区(1个液相区，固溶体相、、的单相区)
液相面
相单相区为afmk与Aa之间的区域
a1aa0a0’a1为B 组元在相中的固溶度面 b1bb0b0’b1为A 组元在相中的固溶度面
两相区
三元共晶转变前 三元共晶转变后
4）三个固相平衡三棱台 A）三条棱为三条单变量线；也称同析线，即有一相同时析 出另两相，从而由单相区直接进入三相区； B) 顶面与四相平衡面重合，底面与成分三角形重合； C) 三个侧面是三相区和两相区（均为固相）的分界面； D）合金进入该相区后，随温度的下降，三相的相对量随之 发生改变（由重心定理可知）。 (
8.3 固态有限互 溶的三元共晶相 图
1. 空间模型
组元在固态有限互 溶的三元共晶相图的
空间模型，如图8．17 所示。
1）液相面和固相面
图中每个液、固两相平衡区和单相固溶体区之间都存 在一个和液相面共扼的固相面，即
固相面afmla和液相面ae1Ee3a共扼；
固相面bgnhb和液相面be1Ee2b共扼;
3)三元共晶转变面
成分为E的液相在水平面mnp（三元共晶转变面）发
生四相平衡的共晶转变：
Le1 ~ E f ~ m g ~ n Le2 ~ E h~ n i ~ p LE m n p Le3 ~ E k ~ p i ~ m
2.
投影图
图8.19 为三元共晶相图的 投影图。
从图中可清楚看到3条共晶转变线的投影e1E，e2E 和e3E把浓 度三角形划分成3个区域Ae1Ee3A ， Be1Ee2B和C e2Ee3 C， 这是3个液相面的投影。 投影图中间的三角形mnp为四相平衡共晶平 面。
三元相图ppt
智能化数据库
通过建立智能化数据库，可以实现对大量计算结果的自动分析和处理，从而更好地挖掘三 元相图中的信息。
06
其他相关三元相图的内容
三元合金的物理性质
液相线
三元合金在一定温度和压力下， 各相之间的混合物处于平衡状态 ，此时液态三元合金的最低共晶 成分的液相组成点连接形成的曲 线。
固相线
三元合金在一定温度和压力下， 各相之间的混合物处于平衡状态 ，此时固态三元合金的共晶成分 的固相组成点连接形成的曲线。
数据库管理系统
通过建立数据库管理系统，可以将三元相图计算结果进行分类、整理和归纳，方 便研究人员进行查询和使用。
三元相图的集成与智能化研究
多尺度模拟
利用多尺度模拟方法可以将微观结构和宏观性能联系起来，从而更好地研究三元相图。
机器学习
机器学习技术可以对三元相图计算结果进行分析、归纳和预测，从而为研究三元相图提供 了新的思路和方法。
优化合金组织
通过三元相图，可以预测合金在不同温度和成分下的组织，进而优化合金组织结 构，提高材料综合性能。
材料制备
优化制备工艺
三元相图可以预测不同制备工艺下的材料相变行为，为制备 工艺的优化提供依据。
新型材料制备
利用三元相图可以设计新型的高性能材料，并通过合适的制 备工艺制备得到所需的材料体系。
工业生产过程
三元相图
xx年xx月xx日
目录
• 三元相图简介 • 三元相图的基本理论 • 三元相图的主要分析方法 • 三元相图的具体应用 • 三元相图的发展趋势和前景 • 其他相关三元相图的内容
01
三元相图简介
定义和意义
定义
三元相图是一种图形表示，主要用于描述 三个变量或三种物质之间的相互关系。
通过建立智能化数据库，可以实现对大量计算结果的自动分析和处理，从而更好地挖掘三 元相图中的信息。
06
其他相关三元相图的内容
三元合金的物理性质
液相线
三元合金在一定温度和压力下， 各相之间的混合物处于平衡状态 ，此时液态三元合金的最低共晶 成分的液相组成点连接形成的曲 线。
固相线
三元合金在一定温度和压力下， 各相之间的混合物处于平衡状态 ，此时固态三元合金的共晶成分 的固相组成点连接形成的曲线。
数据库管理系统
通过建立数据库管理系统，可以将三元相图计算结果进行分类、整理和归纳，方 便研究人员进行查询和使用。
三元相图的集成与智能化研究
多尺度模拟
利用多尺度模拟方法可以将微观结构和宏观性能联系起来，从而更好地研究三元相图。
机器学习
机器学习技术可以对三元相图计算结果进行分析、归纳和预测，从而为研究三元相图提供 了新的思路和方法。
优化合金组织
通过三元相图，可以预测合金在不同温度和成分下的组织，进而优化合金组织结 构，提高材料综合性能。
材料制备
优化制备工艺
三元相图可以预测不同制备工艺下的材料相变行为，为制备 工艺的优化提供依据。
新型材料制备
利用三元相图可以设计新型的高性能材料，并通过合适的制 备工艺制备得到所需的材料体系。
工业生产过程
三元相图
xx年xx月xx日
目录
• 三元相图简介 • 三元相图的基本理论 • 三元相图的主要分析方法 • 三元相图的具体应用 • 三元相图的发展趋势和前景 • 其他相关三元相图的内容
01
三元相图简介
定义和意义
定义
三元相图是一种图形表示，主要用于描述 三个变量或三种物质之间的相互关系。
相平衡-三元相图.
三元相图1三元体系元体系2+Φ-=c f 共存的相数最多5相，553max =-=Φ=f c 最大自由度f=4相数Φ 1 2 3 4 54321自由度 4 3 2 1 0体系类型四变度三双单无变度1.完全决定一个三元体系的状态需四个参变数（T, P, C 1,）C 2）。
2.当固定某个参变量（常为压力）f=4－Φ，四相平衡共存，=32最大自由度f max =3。
恒压条件下三元体系状态图恒压条件下的三元状态图是一个三维空间图相区几何形态立体曲面曲线点自由度f=3 f=2 f=1 f=0共存相单相双相三相四相点三元体系任何状态图都不是完全的三元体系任何状态图都不是完全的，而是等温、等压、等组成图……3三元相图的主要特点（1）是立体图形，主要由曲面构成；（2）可发生四相平衡转变；（3）一、二、三相区为一空间。
4浓度三角形：垂直线E成分三角形中特殊的点和线（）个顶点代表个（1）三个顶点：代表三个纯组元；（2）三个边上的点：二元体系的成分点；吉布斯三角形，由M点读出体系组成5c A = a, c B = b, c C = c（1）已知点确定成分；（2）已知成分确定点由体系组成画出M点6浓度三角形：平行线A%=20% B%20%B 9010B%=20% C%=60%6070802030403040505060B%C%1020708090III A C908070605040302010←A%7浓度三角形性质：平行线性质'//'a a EE M BC EE =⇒⎪⎫⎪⎧⊂2121'EE M ⎪⎭⎬⎪⎩⎨⊂平行于某条边的直线：其上合金所含由此边对应顶点所代表的组元的含量一定8211b a a CE M =⇒⎫⎧⊂212b CE M ⎭⎬⎩⎨⊂通过某一顶点的直线：其上所含由另两个顶点所代表的两组元的比值恒定9共线法则及杠杆原理共线法则：在一定温度下，三元合金两相平衡时，合金的成分点和两个平衡相的成分点必然位于成分三角形的同一条直线上。
三元相图
三元系统相图一、相律及组成表示法根据吉布斯相律 f = c－p＋2p －相数c －独立组分数f －自由度数2 －温度和压力外界因素凝聚态系统不考虑压力的影响，相律为:f = c－p + 1（温度）（一）相律三元相图比二元相图多一个组元，根据相律，三元凝聚系统:f ＝c －p ＋1＝4 －p，当p=1 时，f max＝3 ( 即两个成分变量x1、x2和温度的变化)当f＝0时，体系具有做多的平衡相P=4 （四相共存）在硅酸盐系统中经常采用氧化物作为系统的组分。
一元系统如：SiO2Al2O3－SiO2二元系统CaO－Al2O3－SiO2三元系统注意区分：2CaO.SiO2(C2S) ;CaO－SiO2;K2O.Al2O3..4SiO2 －SiO2f ＝c －p ＋1＝4 －p•最大自由度f max＝3是指两个独立的浓度变量和一个温度变量•如何用相图表示？•一般用正三棱柱•三个顶点表示三个纯组分•纵坐标表示温度•三角形中表示各种配比的混合物•由于A+B+C为一恒定值，所以三者中只有两个是独立的变量三坐标的立体图平面投影图相图图1 三元匀晶相图图2 三元共晶相图（二）三元系统组成的表示方法浓度三角形:在三元系统中用等边三角形来表示组成。
（组成的百分含量可以是质量分数，亦可是摩尔分数）。
顶点：单元系统或纯组分；边：二元系统；内部：三元系统。
图3 浓度三角形909090808080707070606060505050404040303030202020101010cEM DaABCa图4 双线法确定三元组成CABMbc a一个三元组成点愈靠近某一角顶，该角顶所代表的组分含量必定愈高。
例题1：在浓度三角形中：•定出P 、R 、S 三点的成分。
•若有P 、R 、S 三点合金的质量分别为2，4，7Kg ，将其混合构成新合金，求混合后该合金的成分。
•定出Wc=0.80，W A /W B 等于S 中的W A /W B 时的合金成分。
第8章三元相图
根据需要只把一部分相界面 的等温线投影下来。经常用 到的是液相面投影图或固相 面投影图。图为三元匀晶相
图的固相液相投影图。
6
8.1 三 元 相 图 基 础
8.1.4 三元相图的杠杆定律及重心定律
1. 直线法则：在一定温度下三组元材料两相平衡时， 材料的成分点和其两个平衡相的成分点必然位于成
分三角形内的一条直线上。
21
8.2 固 态 互 不 溶 解 的 三 元 共 晶 相 图
☆ 投影图应用举例（以合金o为例）
合金组织组成物的相对含量可以利用杠杆法
则进行计算。如合金o刚要发生两相共晶转变
时，液相成分为q，初晶A和液相L的质量分
数为：
22
8.2 固 态 互 不 溶 解 的 三 元 共 晶 相 图
☆ 投影图应用举例（以合金o为例） q成分的液体刚开始发生两相共晶转变时，液体含量几乎 占百分之百，而共晶体（A＋C）的含量近乎为零，所以这 时（A＋C）共晶的成分点应是过 q点所作的切线与AC边 的交点d。继续冷却时，液相和两相共晶（A＋C）的成分 都将不断变化，液相成分沿 qE线改变，而每瞬间析出的 （A＋C）共晶成分则可由 qE线上相应的液相成分点作切 线确定。在液相成分达到E点时，先后析出的两相共晶（A ＋C）的平均成分应为 f（Eq连线与AC边的交点）。因为 剩余液相E与所有的两相共晶（A＋C）的混合体应与开始 发生两相共晶转变时的液相成分q相等。因此合金o中两相 共晶（A＋C）和三相共晶（A＋B＋C）的质量分数应为
元
相 图
25
8.3 固 态 有 限 溶 解 的 三 元 共 晶 相 图
8.2 固态有限溶解的三元共晶相图
8.3.1 相图的空间模型 1.相图分析
第8章三元相图课件
可以利用垂直截面图分析合金的结晶过程和相变临界温度，及结晶所 得组成物。但在利用垂直截面图时，不能分析相变过程中相的成分变化， 也不能利用直线法则(或杠杆定律)计算相和组织的相对量。在垂直截面图 上，不能套用二元相图中的相接触法则。 在垂直截面图中发生两相共晶转变的三相区为尖点向上的曲边三角 形，且向上的顶点与反应相L相区相接，在下方的另两个顶点与生成相的 相区相接。这时两相共晶转变三相区的基本特征之一。
7.绘出A / C ＝1/4的 ↗ 60 B% 50 合金
40 30 20 10 A
3. 直线法则与重心法则
1）直线法则
—— 适用于两相平衡的情况 投影到任何一边上，按二 元杠杆定律计算
↗ B%
B
C% ↘
fg f ' g ' Rβ Wα = = = ef e' f ' αR Wβ
e’ A
g’ f’ α e R f
A
E
B
C3 C2
C1
L⇔A+C
C L⇔B +C
两相共晶面和液固三相区
TA TB A3 E1 A2 A1 E3 TC E2 B3 B2 B1
A
E
B
A+B+C
C3 C2
L⇔A+B +C
C1
C
TA E1
TB
L⇔B
E2
L⇔A
E1
E E3 E TA E TB A3 E1 A2 A1 E3 TC E2 B3 B2 B1 E3 TC E2
L⇔C
A
E
B
C3 C2
C1
C
曲面的立体图
E1
液 相 面
E2 E3
第八章三元相图
5. 等温线投影图
判断合金转变的临界温度点
8.3固态互不溶解的三元共晶相图 1. 相图的空间模型 ●三个组元的熔点 ●三个液相面： 组元A、B、C的初始结晶面 ●三条二元共晶转变线 E1E：L→A+B E3E： L→A+C E2E：L→B+C； ●二元共晶开始面 ●一个三元共晶点E： LE→A+B+C； ●一个三元共晶面 （四相平衡面） mnp
●结晶速度足够慢，液、固 相均能充分扩散，固相成分 由S1→ S2 →S3 →S4变化， 液相成分由L1 →L2 →L3 →L4 ，直至液相耗尽。 最后得到与合金组成完 全相同、成分均匀的三元固 溶体。
4. 变温截面图 (垂直截面) ●三元系变温截面截取三 维相图中液相面及固相 面所得的两条曲线并非 固相及液相的成分变化 迹线，它们之间不存在 相平衡关系，因此，只 可以根据这些线判断合 金凝固的临界温度点， 而不能根据这些线确定 两平衡相的成分及相对 量(即，不能应用杠杆 定律)。
8.1.4 三元相图中的杠杆定律和重心定律 1. 直线法则 当三元系统两相平衡共存时，在某 一温度下，合金的成分点与两平衡相的 成分点必在一条直线上。 ●如图合金成分o，两相α、β成分分别 为n 、 m ，三点在同一直线上 . 2. 杠杆定律 用杠杆定律计算等温截面上两平衡相的质量百分数 wα = mo/mn × 100% wβ = on/mn × 100% ★ 直线法则和杠杆定律的推论： ●当给定材料在一定温度下处于两相平衡时，若其中一相的成分 给定，另一相的成分点必在两已知成分点连线的延长线上； ●若两个平衡相的成分已知，材料的成分点必位于此两个成分点 的连线上。
8.1.1 三元相图成分表示方法 一般用成分三角形或浓度三角形表示。三元系的成分常用的 成分三角形是等边三角形，另外，也采用等腰三角形和直角三角 形） 1. 等边成分三角形 ●三角形的三个顶点A、B、 C分别表示三个组元； ●三角形的三条边分别表示 3 个二元系的成分坐标； ●三角形内的任一点表示三 元系的某一成分。
三元相图
三元相图工业上所使用的金属材料，如各种合金钢和有色合金，大多由两种以上的组元构成，这些材料的组织，性能和相应的加工，处理工艺等通常不同于二元合金，因为在二元合金中加入第三组元后，会改变原合金组元间的溶解度，甚至会出现新的相变,产生新的组成相。
目录1释义2正文3表示方法4特定意义图5-101oa+ob+oc=AB=BC=CA由于oa=bC=WAob=Ac=WBoc=Ba=WC因此,可用oa代表A组元的含量,ob代表B组元的含量,oc代表C组元的含量.直角成分坐标表示法当三元系成分以某一组元为主,其他两个组元含量很少时,合金成分点将靠近等边三角形某一顶点.若采用直角坐标表示成分,则可使该部分相图更为清楚的表示出来,一般用坐标原点代表高含量组元,而两个互相垂直的坐标轴代表其他两个组元的成分。
等腰成分三角形当三元系中某一组元含量较少,而另两组元含量较大时,合金成分点将靠近等边成分三角形的某一边.为了使该部分相图清晰的表示出来,常采用等腰三角形,即将两腰的刻度放大,而底边的刻度不变.如图5-103所示.对于O点成分的合金,其成分的确定方法与前述等边三角形的确定方法相同,即过O点分别引两腰的平行线与AC边相交于a和c 点,则:Ca=WA=30%Ac=WC=60%Ab=WB=10%.虽然,上述成分表示方法在三元相图中都有应用,但应用最为广泛的还是等边三角形.4特定意义等边成分三角形中特定意义的线平行于三角形某一边的直线凡成分位于该线上的所有合金,它们所含的由这条边对应顶点所代表的组元的含量为一定值。
通过三角形顶点的任一直线凡成分位于该直线上的所有合金，它们所含的由另两个顶点所代表的两组元的含量之比为一定值。
定量法则应用相律f=c-p+1当三元系时f=4-p故当两相平衡共存时,有f=4-2=2即两个平衡相的成分只有一个独立改变,当一个平衡相的成分发生变化时,另一相的成分随之而改变,即两相的成分之间具有一定的关系,此关系称为直线法则.①直线法则和杠杆定律直线法则:三元合金中两相平衡时,合金的成分点和两个平衡相的成分点,必须在同一直线上.如图5-105所示,当合金O在某一温度处于α+β两相平衡时,这两个相的成分点便定为a和b,则aob三点必位于同一条直线上，且o点位于a，b两点之间，此时α，β两相的质量比为:由直线法则可得到以下规律:a：当温度一定时，若已知两平衡相的成分,则合金的成分必位于两平衡相成分的连线上；b：当温度一定时，若已知一相的成分及合金的成分，则另一平衡相的成分必位于两已知成分点的连线的延长线上；c：当温度变化时，两平衡相的成分变化时，其连线一定绕合金的成分点而转动；1 相图分析a,b,c为三组元A,B,C的熔点,且Tb>Ta>Tc.液相面：abc黄色面；固相面：abc蓝色面；液相区L：abc黄色面以上空间；固相区α：abc蓝色面以下空间；液固两相共存区L+α:abc黄色面和蓝色面之间区域。
三元相图_材料科学基础
即：WA/WC= Cg/Ag
3.成分的其它表示法
●等腰成分三角形
当三元系中某一组元B含量 较少，而另外两组元(A、C)含 量较多，合金成分点将靠近成 分三角形的某一边(如AC) 。为 了将这部分相图更清楚的表示 出来，可将AB和BC按一定比例 放大使浓度三角形为等腰三角 形。适于研究微量第三组元的 影响。 如：O点合金
1.等边成分三角形
●三角形顶点代表纯组元A、B、C， ●三角形的边代表二元系合金
即：A-B系、B-C系、C-A系。
且 AB=BC=CA=100%，
● 三角形内任一点都代表一个三 元合金。
其成分确定方法如下：由成分三 角 形 所 给 定 点 S， 分 别 向 A、B、C 顶 点 所 对 应 的 边 BC、CA、AB 作 平 行 线 ( sa、sb、sc)，相 交 于 三 边 的 c、a、b 点 ， 则 A、B、C 组元 的 浓度为：
WA=sc=Ca WB=sa=Ab WC=sb=Bc 注： sa + sb + sc = 100%
注意：刻度与读数顺序 的一致性(同为顺时针
或逆时针)
1.等边成分三角形
为方便，在成分三角形内 画出平行于成分坐标的网格。 可方便求出合金的成分。
同样：已知三组元的含量, 可求合金点位置。
先找三组元成分对应点， 分别作其对边的平行线，其 交点即为所求的合金点。 边长代表几个组元？
5.6 三元相图
5.6 三元相图
三元合金系（ternary system）中
含有三个组元，因此三元相图是表示在恒 压下以温度变量为纵坐标，两个成分变量 为横坐标的三维空间图形。由一系列空间 曲面及平面将三元相图分隔成许多相区。
5.6.1 三元相图的基础知识
3.成分的其它表示法
●等腰成分三角形
当三元系中某一组元B含量 较少，而另外两组元(A、C)含 量较多，合金成分点将靠近成 分三角形的某一边(如AC) 。为 了将这部分相图更清楚的表示 出来，可将AB和BC按一定比例 放大使浓度三角形为等腰三角 形。适于研究微量第三组元的 影响。 如：O点合金
1.等边成分三角形
●三角形顶点代表纯组元A、B、C， ●三角形的边代表二元系合金
即：A-B系、B-C系、C-A系。
且 AB=BC=CA=100%，
● 三角形内任一点都代表一个三 元合金。
其成分确定方法如下：由成分三 角 形 所 给 定 点 S， 分 别 向 A、B、C 顶 点 所 对 应 的 边 BC、CA、AB 作 平 行 线 ( sa、sb、sc)，相 交 于 三 边 的 c、a、b 点 ， 则 A、B、C 组元 的 浓度为：
WA=sc=Ca WB=sa=Ab WC=sb=Bc 注： sa + sb + sc = 100%
注意：刻度与读数顺序 的一致性(同为顺时针
或逆时针)
1.等边成分三角形
为方便，在成分三角形内 画出平行于成分坐标的网格。 可方便求出合金的成分。
同样：已知三组元的含量, 可求合金点位置。
先找三组元成分对应点， 分别作其对边的平行线，其 交点即为所求的合金点。 边长代表几个组元？
5.6 三元相图
5.6 三元相图
三元合金系（ternary system）中
含有三个组元，因此三元相图是表示在恒 压下以温度变量为纵坐标，两个成分变量 为横坐标的三维空间图形。由一系列空间 曲面及平面将三元相图分隔成许多相区。
5.6.1 三元相图的基础知识
三元相图课件
C3 C2
C1
西北工业大学 材料学院 王永欣主编
C
38
中 转平 间 变衡 开 共 三面
始晶相
A3
A2 A1
TA E A3 A2 A1
E1
B2
B1
LA+ B
——
TB E1 B3 B2 E2 B1
A
A1 E3 E
E3
TC E C3 C2 C1
B
E2
B3
B1 E
C3 C1
C
C2 C1
L B +C
39
L
TA A3 A2 A1 TB E1
双相区： 三个
L + A、L + B、L + C
B3 B2
E2 B1
A
E3
TC E C3 C2 C1
B
三相区：四个
L + A + B、L + B +C、 L + A + C、A + B + C
四相区： 一个
L+A+ B + C
C
2004-12-11
西北工业大学 材料学院 王永欣主编
第五章 三元相图
一、三元相图几何特征
2004-12-11
西北工业大学 材料学院 王永欣主编
1
1）与某一边平行的直线
B
含对角组元浓度相等
B% C%
P A
Q ← A% C
2004-12-11
西北工业大学 材料学院 王永欣主编
2
课堂练习
4. 绘出A ＝40%的 合金
5. 绘出C ＝30%的 合金
40 30 20 10 A
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3. 合金的平衡凝固过程
如图8.6所示的相图中，成分为O点的合金，在液相面以上处于液
态，当温度下降至与液相面相交于1时，开始结晶出 α，并随着温度 降低， α相增多，L相减少，当温度降至与固相面相交于2时，则液相 L全部结晶，合金呈单相α固溶体，如图8.6（b）所示。 根据以上分析，可以进一步讨论合金O的凝固过程。在凝固过程 中，如下图所示，当固相和液相的成分分别沿着ss1s2•••O和Ol1l2 •••l曲线发生变化，注意： 1)连接线一定通过合金成分点； 2）随着温度的降低，连结线以原合金成分轴线为中心旋转并平行下 移，旋转的方向是液相成分点逐渐向低熔点组元A方向偏转（这可从 二元相图可知），形成了蝴蝶形的轨迹； 3），只有在知道凝固过程中某一相的成分变化情况之后（由相律可 知），才能得出另一相的成分变化规律。
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8.2 固态不溶解的三元共晶相图
1. 相图的空间模型
Q G M o
b NLeabharlann ApaC
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3)推论：位于三角形高BH上任一点的合金，其两边组元的含量相等。 4）背向规则——从任一三元合金M中不断取出某一组元B，那么合金 浓度三角形位置将沿BM的延长线背离B的方向变化，这样满足B量不断 变化减少，而A、C含量的比例不变。 C
于是，Ca，Ab，Bc线段分别代 表S相中
三组元A，B，C的各自质量分数。 反之，如已知3个组元质量分数时，
也可求出S点 在成分三角形中的位置。
确定合金某组元（如B)成分的方法： 通过合金成分点作B组元对边的平行线
与另两边中任一边相交于（如 b点），则Ab长度就是B组元的成分。 © meg/aol ‘02
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5. 三元相图的投影图
为了使复杂二元相图的投影图更 加简单、明了，也可以根据需要 只把一部分相界面的等温线投影 下来。经常用到的是液相面投影 图或固相面投影 图。图8．9为三 元匀晶相图的等温线投影图，其 中实线为液相面投影，而虚线为 固相面投影 。
一相的成分。连接两平衡相对应成分的这条水平线称为连接线或共扼 线。
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连接线是共扼线，是一对处于平衡状态的液相和固相成分的连线
，它是用实验方法测定的，必要时也可近似地画出。具有以下基本 性质：
1）在两相区内各条直线不能相交，否则不符合相律；
2）连结线不通过顶点，连结线的液相端向低熔点组元方向偏一 角度。 C
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8.11 三元相图成分表示方法
1. 等边成分三角形
图8．1为等边三角形表示法，三角
形的三个顶点A，B，C分别表示3
个组元，三角形的边AB，BC，CA 分别表示3个二元系的成分坐标， 则三角形内的任一点都代表三元系 的某一成分。
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例如，三角形ABC内S点所代表的成分可通过下述方法求出：
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2. 等温截面图 为便于研究，通常采用三元合金相图的等温截面图和变温截 面图来分析合金的相变过程、各温度下的相变关系以及各相 的相对含量等。下图则给出了三元匀晶相图的等温截面图。
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等温截面图又称水平截面图，它是以某一恒定温度所作的水平面
与三元相图立体模型相截的图形在成分三角形上的投影。 由图中可见，等温线将等温截面分割成液相区、固相区和液、固
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b. 直角成分坐标
当三元系成分以某一组元为主、其 他两个组元含量很少时，合金成分 点将靠近等边三角形某一项角。若 采用直角坐标表示成分，则可使该 部分相图清楚地表示出 来。设直 角坐标原点代表高含量的组元，则 两个互相垂直的坐标则代表其他两 个组元的成 分。
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等温截面
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4. 变温截面（垂直截面）
固定一个成分变量并保留温度变量的截面图，必定与浓度三角 形垂直，所以称为垂直截面．或称为变温截面。常用的垂直截面有 两种：一种是通过浓度三角形的顶角，使其他两组元的含量比固定 不变，如图8．8(a)的Ck垂直截面；另一种是固定一个组元的成分， 其他两组元的成分可相对变动，如图8．8(a)的ab垂直截面。ab截面 的成分轴的两端并不代表纯组元， 而代表B组元为定值的两个二元 系A+B和C+B。例如图8．8(b)中a点合金只含A和B组元，而b点合金只 含B和C组元。注意： 在垂直截面面中，二相区中液、固相线不是合金结晶过程中两相的 成分变化的轨迹。因为三元合金在结晶过程中，液、固两相成分点 的连接线随温度的变化不在一个平面内，连结线的投影是蝴蝶形轨 迹。故一般不能在垂直截面运用连结线和确定两相的平衡成分和相 对量，除非特殊的垂直截面，连接线始终在该截面内。
W
or % 100% Wo kr
同时可以导出α 相和β 相在合金中的百分含量：
W ot % 100% Wo it W Wo % os 100% js
上式表明，o点正好位于三角形ijk的质量重心，所以把它叫做三元系的重心法则。
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8）直接用代数法计算三个平衡相的相对含量. 合金O中A、B、C三组元的百分含量分别是： x A 、 xB 、 xC
而在Cg线上的合金不满足不等式（2），因为：
L x xB Ag B L xA xA Bg
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3）位于等温截面两相区中同一连接线上的不同成分合金，其两平衡相 的成分不变，但相对含量各不相同。 另外，等温截面有两个作用： a）表示在某温度下三元系中各种合金所存在的相态； b）表示平衡相的成分，并可以应用杠杆定律计算平衡相的相对含量。
设等边三角形各边长为100％，AB，BC，CA顺序分别代表B，C，A三 组元的含量。由 S点出发，分别向A，B，C顶角对应边BC，CA，AB
引平行线，相交于三边的c，a，b点。根据 等边三角形的性质，可得
Sa十Sb十Sc＝AB＝BC＝CA＝100％， 其中，Sc＝Ca=ω A/（%），Sa=Ab=ω B /（%）， Sb=Bc= ω C /（%）。
L L x xB ， x x A B A L x xB B L ， xA xA
（2）
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图中ls线满足下列条件：
x Ah B ， xA Bh
其中，
L xB Ai L x A Bi
Ah Ai ， Bh Bi
所以前者之比大于后者之比，满足不等式（2）。
所以，sPg三点必在一条直线上。
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直线定律
• 两条推论 • （1）给定合金在一定温度下处于两相平衡时，若其 中一个相的成分给定，另一个相的成分点必然位于已 知成分点连线的延长线上。 • （2）若两个平衡相的成分点已知，合金的成分点必 然位于两个已知成分点的连线上。
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两相区。
根据相律，三元合金处于两相平衡是具有两个自由度，即 f＝C－P＋1＝3－2＋1＝2，
如果温度恒定，则f＝C－P ＝3－2＝1，故当温度恒定时，还存在
一个自由度，即当一个平衡相的成分确定后，另一相的成分必然存在 一定的对应关系。因此，在一定温度下，欲确定两个平衡相的成分，
必须先用实验方法确定其中一相的成分，然后应用直线法则来确定另
2. 浓度三角形具有如下一些特性
B
M G A
N
C
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(1)等含量规则——平行于三角形任一边的直线上所有合金中有一组
元含量相同，该直线为直线所对顶角上的元素，如下图中的MN线上， B％之值恒定。（根据成分的确定方法）
(2)等比例规则——通过三角形顶点的任何一直线上的所有合金，其
6）杠杆定律——由以上推导可得：
%
fg qP ef Ps ， % 。 eg qs eg qs
7）重心法则
B
j(β) r i(α) o s t k(γ)
A
C
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假设合金o在某一温度由α 、β 和γ 三相组成，则合金o的成分点一定在α 、β 和γ 三相成分点i、j、k组成的共扼三角形中。可以设想先把α 和β 混合成一体，合金o 便是由γ 相和这个混合体组成。按照直线法则，这个混合体的成分点应在ij连线上 ，同时也应该在ko连线的延长线上。满足这个条件的成分点就是ko延长线和ij直线 的交点r。利用杠杆法则，可以计算出γ 相在合金中的百分含量：
元的质量之和应等于合金P中C、B两组元的质量之和。令合金P的质量为
WP， α 相的质量为Wα ， β 相的质量为Wβ ，则WP＝Wα ＋ Wβ ，由于合金 中的C、B组元的含量分别为Af和Af’，由C、B质量守恒分别的下两式：
WP A f W Ae W Ag (W W ) A f W Ae W Ag WP A f ' W Ae ' W Ag ' (W W ) A f ' W Ae ' W Ag ' W ( A f Ae ) W ( Ag A f ) W ( A f ' Ae ' ) W ( Ag ' A f ' ) fg f ' g ' ef e' f '
各相中某一组元的含量之和应该等于合金中这种组元的含量，即
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3.
a.
成分的其它表示方法