5相图研究方法-相图的表示分析
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Mg-Si相图
2020/11/10
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气相：不论气体有多少种，他们组成的混 合系统都称为一相。
液相：当几种液体完全互溶时，称为一相
固相：当形成固溶体或化合物时为一相， 若只是机械混合的话，有几种固体就有几 种相。
2020/11/10
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1.1.3 相平衡条件与相律
相变：一个相转变为其它相的过程
2
合金
合金：由两种以上的金属或金属与非金属熔合（或烧
结）在一起而具有金属特性的物质。 根据组元数目， 可分为二元合金、三元合金，四元以上合金称多元合金。
合金品种：在元素周期表中除了少数气体元素外，几乎 都可制作合金，若取80种元素来配制合金，任取三种 元素组成的三元合金系就有C（80,3）种；每一合金系 中还可以改变各组元的相对含量，形成许许多多合金品 种
2020/11/10
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2）固溶体 ：溶质原子(离子或分子)溶入溶剂的晶 体点阵中所形成的相，固溶体的晶体结构就是溶
剂的晶体结构，按照溶质原子溶入熔剂的方式分 为：
固溶体的强度总是比组成它的纯组元高，
且随溶质原子浓度增加，强度也增加。
2020/11/10
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3）中间相（金属间化合物） 各组元间发生化学相互作用，形成晶体结构不同 于组成元素的新相，新相有自己独特的结构和性 质，位于相图的中间部位，又称为“金属间化合 物”，包括正常价化合物，电子化合物和原子尺 寸因素化合物。
第二章 二元合金相图 及合金的凝固和组织
2020/11/10
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目录
1 有关相图的基本知识 2 匀晶相图及固溶体合金的凝固和组织 3 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织 4 包晶相图及其合金的凝固和组织 5 其它类型的二元合金相图 6 相图的分析和使用：Fe-C相图及铁碳合金 7 相图的热力学基础
2020/11/10
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合金相图
合金相图： 用图的形式表明一个合金系的成份、 温度和相态之间的关系；
用途：研究相结构和组织的形成和变化规律， 可以了解该系合金在各温度下所存在的相态、 相成分和各个相的含量，相转变温度等等。用 来指导熔铸、加工和热处理工艺，研究某合金 元素的作用和存在状态，研究合金的性能与组 织的关系等。
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1.1.2．合金相种类：液溶体、固溶 体、金属间化合物
1.液溶体： a.多数金属在液态下互相溶解而形成均匀的溶液； b. 液态下部分互相溶解，达到饱和溶解度后就不再溶
解，而形成有界面分开的成分不同的两种溶液，如 Al-Cd，Cu-Pb，在一定温度和成分范围内，形成浓 度不同和有界面分开的二层溶液 c. 在液态几乎完全不溶解，如Al-Ti，W-Cu，Fe-Bi等
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杠杆定律
将成分坐标当作杠杆，以合金成分点为支点，两相的成 分点分别为重点和力点，则与力学上的杠杆定律一样， 即Cd/Bi=Qp/pr。
2：表示温度与压力两个因素
对于不含气象的凝聚系统，合金相变时可视为恒压 条件，相律的表达式为
ƒ=C－P+1
(5-4)
∵f≥0，
∴纯金属最多只有两相平衡
二元系最多存在三相平衡
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1.2 二元相图的表示、含义和杠杆定律
单元相图：以温度和压力为坐标表示相态变化
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镁的相图
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硫有两种晶型，正交R和单斜M，相图中有 3个三相点
硫的P-T图
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二元相图
表示恒压（一个大气压）下的状态，采用温度和成分为坐标 的平衡图
横坐标的左、右 两端点及从左至 右的含义；
横坐标上任一点 代表某一成分的 合x2合金金：。如x1合金，
Bi-Cd相图及各成分合金的组织变化示意图
汽
晶型1 晶型2
冰
水 一级相变 二级相变
相平衡状态：宏观上系统中同时共存的各 相在长时间内不互相转化，属于动态平衡，
微观上组元不停地通过各相界面进行迁移
速度相等的转移。
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相律
相律：在平衡条件下，合金的组元数和相数之间存在的关系
由热力学可知，组元转移驱动力是组元间化学位差，在α、 β两相平衡系统中的平衡条件为：
•OB和OC：G-L与G-S转 变的临界线，体积变化很 大，随压力升高，转变温 度也升高 •OD：L-S转变的临界线， 几乎与温度坐标垂直，压 力变化对转变温度没有影 响
13
铁的P-T图
固
B
O
A
f=C-P+2=3-P 系统最少1个相，f=3-1=2，即T、P可独立改变； 系统最多3个相，f=3-3=0，T、P均固定； 当2相共存时，f=3-2=1， T、P只有一个可自由改变。
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线条：相转变温度和平 衡相的成分；
被线条所划分的区域称 为相区，相区内注明合 金存在的相态
从相图上可以看出任一 成分的合金在任一温度 下所存在的相态，在什 么温度下发生相转变及 其转变类型等
如：x1合金冷却，
Bi-Cd相图及各成分合金的组织变化示意图
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1 有关相图的基本知识
1.1 二元合金中存在的相
1.1.1 相
相：在一个体系中，结构相同，成分和性能均一， 并以界面相互分开的均匀部分。 相与相之间有界面，如冰和水是两种不同的相态， 食盐水溶液是一个相，若在饱和溶液中析出食盐晶 体则成为两个相。 有界面分开的不一定都是相，如合金中同一相的不 同晶粒间。
μiα＝μiβ
(5-1)
即，同一组元在两相中的化学位相等
那么，合金中C个组元，p个相的平衡条件为每个组元在每 个相中化学位均相等：
1 1 1
1p
2
2
2
p 2
(5-2)
……
c
c
c
cp
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吉布斯相律： ƒ=C-P+2
(5-3)
C：组元数，P：平衡共存的相数，
ƒ：自由度，指平衡系中不改变相数的前提下可 独立变化的因素数目（如温度、压力、浓度等）
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合金成分的表示方法
质量分数和摩尔分数
WA
aA xA aA xA aB xB
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0%
WB
aB xB aA xA aB xB
100%
xA
WA
WA / aA / aA WB
/
aB
100%
（5-5）
xA
WA
WB / aB / aA WB
/ aB
100%
WA和WB分别表示A和B组元的质量分数，aA、aB 分别表示A和B组元的摩尔量，XA、XB分别表示A 和B组元的摩尔分数
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气相：不论气体有多少种，他们组成的混 合系统都称为一相。
液相：当几种液体完全互溶时，称为一相
固相：当形成固溶体或化合物时为一相， 若只是机械混合的话，有几种固体就有几 种相。
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1.1.3 相平衡条件与相律
相变：一个相转变为其它相的过程
2
合金
合金：由两种以上的金属或金属与非金属熔合（或烧
结）在一起而具有金属特性的物质。 根据组元数目， 可分为二元合金、三元合金，四元以上合金称多元合金。
合金品种：在元素周期表中除了少数气体元素外，几乎 都可制作合金，若取80种元素来配制合金，任取三种 元素组成的三元合金系就有C（80,3）种；每一合金系 中还可以改变各组元的相对含量，形成许许多多合金品 种
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2）固溶体 ：溶质原子(离子或分子)溶入溶剂的晶 体点阵中所形成的相，固溶体的晶体结构就是溶
剂的晶体结构，按照溶质原子溶入熔剂的方式分 为：
固溶体的强度总是比组成它的纯组元高，
且随溶质原子浓度增加，强度也增加。
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3）中间相（金属间化合物） 各组元间发生化学相互作用，形成晶体结构不同 于组成元素的新相，新相有自己独特的结构和性 质，位于相图的中间部位，又称为“金属间化合 物”，包括正常价化合物，电子化合物和原子尺 寸因素化合物。
第二章 二元合金相图 及合金的凝固和组织
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目录
1 有关相图的基本知识 2 匀晶相图及固溶体合金的凝固和组织 3 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织 4 包晶相图及其合金的凝固和组织 5 其它类型的二元合金相图 6 相图的分析和使用：Fe-C相图及铁碳合金 7 相图的热力学基础
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合金相图
合金相图： 用图的形式表明一个合金系的成份、 温度和相态之间的关系；
用途：研究相结构和组织的形成和变化规律， 可以了解该系合金在各温度下所存在的相态、 相成分和各个相的含量，相转变温度等等。用 来指导熔铸、加工和热处理工艺，研究某合金 元素的作用和存在状态，研究合金的性能与组 织的关系等。
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1.1.2．合金相种类：液溶体、固溶 体、金属间化合物
1.液溶体： a.多数金属在液态下互相溶解而形成均匀的溶液； b. 液态下部分互相溶解，达到饱和溶解度后就不再溶
解，而形成有界面分开的成分不同的两种溶液，如 Al-Cd，Cu-Pb，在一定温度和成分范围内，形成浓 度不同和有界面分开的二层溶液 c. 在液态几乎完全不溶解，如Al-Ti，W-Cu，Fe-Bi等
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杠杆定律
将成分坐标当作杠杆，以合金成分点为支点，两相的成 分点分别为重点和力点，则与力学上的杠杆定律一样， 即Cd/Bi=Qp/pr。
2：表示温度与压力两个因素
对于不含气象的凝聚系统，合金相变时可视为恒压 条件，相律的表达式为
ƒ=C－P+1
(5-4)
∵f≥0，
∴纯金属最多只有两相平衡
二元系最多存在三相平衡
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1.2 二元相图的表示、含义和杠杆定律
单元相图：以温度和压力为坐标表示相态变化
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镁的相图
2020/11/10
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硫有两种晶型，正交R和单斜M，相图中有 3个三相点
硫的P-T图
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二元相图
表示恒压（一个大气压）下的状态，采用温度和成分为坐标 的平衡图
横坐标的左、右 两端点及从左至 右的含义；
横坐标上任一点 代表某一成分的 合x2合金金：。如x1合金，
Bi-Cd相图及各成分合金的组织变化示意图
汽
晶型1 晶型2
冰
水 一级相变 二级相变
相平衡状态：宏观上系统中同时共存的各 相在长时间内不互相转化，属于动态平衡，
微观上组元不停地通过各相界面进行迁移
速度相等的转移。
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相律
相律：在平衡条件下，合金的组元数和相数之间存在的关系
由热力学可知，组元转移驱动力是组元间化学位差，在α、 β两相平衡系统中的平衡条件为：
•OB和OC：G-L与G-S转 变的临界线，体积变化很 大，随压力升高，转变温 度也升高 •OD：L-S转变的临界线， 几乎与温度坐标垂直，压 力变化对转变温度没有影 响
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铁的P-T图
固
B
O
A
f=C-P+2=3-P 系统最少1个相，f=3-1=2，即T、P可独立改变； 系统最多3个相，f=3-3=0，T、P均固定； 当2相共存时，f=3-2=1， T、P只有一个可自由改变。
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线条：相转变温度和平 衡相的成分；
被线条所划分的区域称 为相区，相区内注明合 金存在的相态
从相图上可以看出任一 成分的合金在任一温度 下所存在的相态，在什 么温度下发生相转变及 其转变类型等
如：x1合金冷却，
Bi-Cd相图及各成分合金的组织变化示意图
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1 有关相图的基本知识
1.1 二元合金中存在的相
1.1.1 相
相：在一个体系中，结构相同，成分和性能均一， 并以界面相互分开的均匀部分。 相与相之间有界面，如冰和水是两种不同的相态， 食盐水溶液是一个相，若在饱和溶液中析出食盐晶 体则成为两个相。 有界面分开的不一定都是相，如合金中同一相的不 同晶粒间。
μiα＝μiβ
(5-1)
即，同一组元在两相中的化学位相等
那么，合金中C个组元，p个相的平衡条件为每个组元在每 个相中化学位均相等：
1 1 1
1p
2
2
2
p 2
(5-2)
……
c
c
c
cp
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吉布斯相律： ƒ=C-P+2
(5-3)
C：组元数，P：平衡共存的相数，
ƒ：自由度，指平衡系中不改变相数的前提下可 独立变化的因素数目（如温度、压力、浓度等）
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合金成分的表示方法
质量分数和摩尔分数
WA
aA xA aA xA aB xB
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0%
WB
aB xB aA xA aB xB
100%
xA
WA
WA / aA / aA WB
/
aB
100%
（5-5）
xA
WA
WB / aB / aA WB
/ aB
100%
WA和WB分别表示A和B组元的质量分数，aA、aB 分别表示A和B组元的摩尔量，XA、XB分别表示A 和B组元的摩尔分数