冶金物理化学 第四章 相图
钢铁冶金原理重点l04
第四章冶金炉渣1 相图是热力学平衡条件下体系热力学函数的集合描述。
怎样理解相图中的点、线、面的意义？解（1）二元相图是温度和体系组分构成的坐标图。
它有若干边界线划分坐标面为单相区及二相区组成。
边界线是垂直线、水平线和曲线。
1）曲线。
单相区与二相区的边界线。
有两种：液相线（熔点线）：L S固溶体析出线：L→S·S·(固溶体)2)垂直线。
二组分形成化合物的组成线，有两种化合物：稳定化合物：垂直线顶点有曲线，顶点即化合物的熔点。
可利用此垂直线将相图划分为几个子相图。
不稳定化合物：垂直线顶端有横线，顶点是此化合物的分解或转熔反应的温度。
3）水平线。
一定温度的相变过程或相变反应线。
①相变过程：是同质异形物的晶型转变，横线上下两相区的界线是连线的。
②相变反应：是相之间的反应，横线上下二相区的界线不连线，有旧相分解或化合反应发生，产生新相。
4）相点。
相点出现在水平线的端点和交点上，从冷却过程看，有下列相变反应点：①共晶点：液相分解为两固相，固相是纯组分、化合物或固溶体：L→S1+S2②共析点：固体化合物或鼓溶体分解为两固相：S(或S·S·)= S1+S2③包晶点：液相与固相化合成另一固相，L+ S1 = S2④偏晶点：液相分解为一固相和另一液相，L1=S+L2⑤包析点：两固相化合成另一固相：S1+S2=S5）面。
单相区：L；二相区：S+L，S1+S2，L1+L2（共溶区）（2）三元相图，由面、线、点构成。
1）面。
单相区（初晶区）：L→S（纯组元，化合物）：稳定化合物在其初晶区之内，不稳定化合物在其初晶区之外。
2）线。
相邻两相区的边界线，稳定化合物的连线可划分相图为独立的子相图，不稳定化合物的连线，则无此作用。
共晶线：L=S1+S2；转熔线: L+ S1 = S23)点。
4相共存：共晶点：L=S1+S2+S3；转熔点：L+S1=S2+S3。
2 什么叫做炉渣的熔化温度和熔化性温度？它对高炉冶炼有什么影响？解炉渣的熔化温度（熔点）是指在温度升高时，固相完全转变为液相的温度，也即相图上熔渣组成所在液相线的温度。
相图在冶金中的应用全解PPT课件
第一讲：绪论
• 组元（指独立组元）
• 组元是构成平衡体系中各相所需要的最少的独立 成分。
• 组元数不一定等于构成该体系的物种数。 • 组元数与物种数的区别和联第12页/共59页
第一讲：绪论
• 组元（指独立组元）
• 体系的组元数为1，单元系 • 组元数为2、二元系 • 其余类推
Temperature (oC)
CaO - MgO
Data from FToxid - FACT oxide database 2010
ASlag-liq
0.236
0.410
2374o
AMonoxide + AMonoxide#2
2825o
0.944
0.2
0.4
0.6
0.8
1
mole MgO/(CaO+MgO)
)
G fus A(TB )
RT
ln
a(l) A(TB
)
T
* f,
A
G
fus A
0
fus
H
A
Tf*,
A
S
fus A
第36页/共59页
第二讲：二元系
• 简单共熔（共晶）型二元系相图计算的原理
• A的熔点 处 T f*, A
•
fus
S
A
设
fus
H
A
T* f ,A
随温度
变化fu不sSA大和， f则usH
A
TB
)
T* f ,A
G fus A(TB )
RT
ln
a(l) A(TB
)
R
T
ln
a
第四章 相图
第四章1.在Al-Mg合金中,X Mg为0.15,计算该合金中镁的W Mg为多少。
2.根据图4-117所示二元共晶相图,试完成:(1)分析合金Ⅰ,Ⅱ的结晶过程,并画出冷却曲线.(2)说明室温下合金Ⅰ,Ⅱ的相和组织是什么?并计算出相和组织组成物的相对量.(3)如果希望得到共晶组织加上相对量为5%的β初的合金,求该合金的成分.(4)合金Ⅰ,Ⅱ在快冷不平衡状态下结晶,组织有何不同.3.分析图4-118所示Ti-W合金相图中,合金Ⅰ(ww=0.40)和(ww=0.93)在平衡冷却和快冷时组织的变化.4.含W Cu为0.0565的Al-Cu合金(见图4-119)圆棒,置于水平钢模中加热熔化,然后采用一端顺序结晶方式冷却,试求合金圆棒内组织组成物的分布,各组成物所占圆棒的百分数及沿圆棒长度上Cu浓度的分布曲线(假设液相内熔质完全混合,固相内无扩散,界面平直移动,液相线与固相线呈垂直)。
5.参看图4-45所示的Cu-Zn相图,指出图中有多少三相平衡,写出它们的反应式.并分析含wZn为0.4的铜锌合金平衡结晶过程中的冷却曲线,主要转变反映式及室温相组成物与组织组成物.6.根据下列数据绘制Au-V二元相图.已知金和钒的熔点分别为1064℃和1920℃.金与钒可形成中间相β(AuV3),钒在金中的固熔体为α,其室温下的熔解度为wV=0.19,金在钒中的固熔体为γ, 其室温下的熔解度为wAu=0.25.合金系中的两个包晶转变,即(1) β(wV=0.4)+L(wV=0.25)== α(wV=0.27)(2) γ(wV=0.52)+ L(wV=0.345)== β(wV=0.45)7.计算含wC为0.04的铁碳合金按压稳态冷却到室温后组织中的珠光体`、二次渗碳体和莱氏体的相对量,并计算组成物珠光体中渗碳体和铁素体及莱氏体中二次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体的相对量.8.根据显微组织分析,一灰口铁内含有12%的石墨和88%的铁素体.试求其wC.9.汽车挡泥板应选用高碳钢还是低碳钢制造?10.当800℃时, 试求:(1)含wC =0.002的钢内存在哪些相.(2)写出这些相的成分.(3)各相所占的相对量是多少.11.根据Fe-Fe3C相图,试完成:(1)比较wC =0.004的合金在铸态和平横状态下结晶过程和室温组织有何不同.(2)比较wC =0.019合金在慢冷和铸态下结晶过程和室温组织的不同.(3)说明不同成分区铁碳合金的工艺性(铸造性、冷热变形性).12.图4-120为Pb-Sn-Zn三元合金相图液相面投影图.(1)在图上标出合金X(wPb =0.75,wSn=0.15,wZn=0.10)的位置,合金Y(wPb =0.50, wSn=0.30, wZn=0.20)的位置及合金Z(wPb =0.10, wSn=0.10, wZn=0.80)的位置.(2)若将2Kg X,4Kg Y及6Kg Z混熔成合金W,指出W的成分点位置.(3)若有3Kg合金X,问需要配多少何种成分的合金才能混合成6Kg的合金Y?13.有合金R由α, β, γ三相组成,合金R及三相中的组元A的含量依次为AR,Aα,Aβ,Aγ,组元B的含量依次为BR,Bα,Bβ,Bγ,组元C的含量依次为CR,Cα,Cβ,Cγ.试利用代数方法求合金R中的三相的质量分数.14.试分析图4-96中所示①,②,③,④和⑤区内合金的结晶过程,冷却曲线及组织组成物.15.试分析图4-102所示中Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ区内合金的结晶过程,冷却曲线及组织组成物.16.请在图4-113所示中指出合金X(wCu=0.15,wMg=0.05)及合金Y(wCu= wMg =0.20)的成分点、初生相及开始凝固温度;并根据液相单变量线的走向判断所有四相平衡转变的类型.17.wCr=0.18,wC=0.01的不锈钢,其成分点在1150℃截面图(见图4-112)中p点处,合金在1150℃时各平衡相质量分数应如何计算?18.利用图4-111分析2Cr13不锈钢(wCr=0.13,wC=0.0002),4Cr13不锈钢(wCr=0.13,wC=0.0004)和Cr12型模具钢(wCr=0.13,wC=0.02)的凝固过程及组织组成物;并说明它们的组织特点.19根据图4-121分析陶瓷(wSiO2=0.57,wCaO=0.38,wAl2O3=0.05)的凝固顺序及试问室温下各相的质量分数.20.指出下列各题错误之错,并更正.(1)固熔体晶粒内存在枝晶偏析,主轴与枝间成分不同,所以整个晶粒不是一个相。
北京科技大学 冶金物理化学 第四章 相图 作业
P3443（1）把含w(Ni)=30%的熔体从1600K开始冷却，试问在什么温度开始有固体析出，其组成如何？最后一滴熔体凝结时的温度和组成各为多少？（2）将含w(Ni)=50%的合金0.24kg冷却到1550K，Ni在熔体和固体中的含量各为多少？此为固态完全互熔系统。
设开始结晶温度为IT ，终了结晶温度为FT 。
（1）IT = -0.0214x 2+ 5.8041x + 1356.5，w(Ni)=30%，即 x=30, 开始有固体析出的温度IT=1511.37KFT = 0.0142x 2+ 2.2716x + 1355, FT=1511.37, x=53，即w(Ni)=53% 开始有固体析出时组成：固体相含53%(w/w) Ni ；液态熔体含30%(w/w) NiFT = 0.0142x 2+ 2.2716x + 1355, x=30, FT=1435.93KIT = -0.0214x 2+ 5.8041x + 1356.5， IT=1435.93K, x=14 最后一滴熔体凝结时温度T=1435.93K最后一滴熔体凝结时组成： 固体含30%(w/w) Ni ； 液态熔体含14%(w/w) Ni;(2) IT = -0.0214x 2+ 5.8041x + 1356.5， IT=1550K, x=38.9，w(Ni)=38.9%。
FT = 0.0142x 2+ 2.2716x + 1355, FT=1550, x=61.6，w(Ni)=61.6%。
(50-38.9)W L = (61.6-50)W S , 又 W L +W S =0.24kg联立以上两式子，解方程得： W S =0.118kg ， W L =0.123kg 固体含Ni=0.118*61.6%=0.073kg 熔体含Ni=0.123*38.9%=0.047kgCu-Ni Phase diagram0200400600800100012001400160018002000020406080100x=Ni%(w/w)T /K53-2（1）指出相图(a)中的错误，并说明理由(S 1是化学计量化合物)，如何改正? 写出相应的反应及中英文名称；（2）根据MgSO 4-H 2O 体系的相图，见图b 分析，从MgSO 4的稀溶液制取最大量的MgSO 4•6H 2O 应选择的条件和采取的步骤（图中S 1=MgSO 4•12H 2O ，S 2=MgSO 4•7H 2O ，S 3=MgSO 4•6H 2O ） 解： （1）1）在等压二元系相图中，由于自由度F=2-P+1最小为零，所以可能平衡共存的最大相数为3，图a 中线BGA 上有4相，所以是不正确的。
冶金物理化学 第四章 相图
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4.3三元系相图
4.3.1三元系浓度三角形的性质 浓度三角形的构成：如图4-9所示。 在图中，各字母及线的意义如下： 等边三角形顶点A、B、C分别代表纯物质；A的对边BC代表A成分为零；自A点
作BC边的垂线AD，并将其划分为5等份，则每份为20％；逆时针方向自C 至A，自A至B，自B至C分别代表A、B、C各组元浓度。
合，析出C，发生三元共晶反应：A+LP= AmBn+C。
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4.3三元系相图
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4.3三元系相图
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R1
4.3相图的基本规则
4.3.1相区邻接规则 相区与相区之间存在着什么关系？由相律和热力学可以得出： 相区邻接规则： 对n元相图，某区域内相的总数与邻接区域内相的总数之间有下述关系：
%C BN
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4.3三元系相图 WD FE
WE DF
4．直线规则 在三元系中，由两组成的体系D、E混合而成一个总体系F，则总体系F的组成 点一定在D、E两体系的连接线上，而且两体系的质量比由杠杆规则确定。
WD FE WE DF
其中，分别是体系D与E的质量。 如图4-14，以上规则可以证明。
反应得到的 G与T 的关系式,将所有元素与 1molO2 反应的G ～ T 画到一张 图上，如图2-1所示。
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2022/11/6
第五章相图(冶金物理化学)PPT课件
图中无水平线
Au
l s+l s
960.5℃ Ag
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第五章 相图
(3) 完全互溶型
T
T
l
Nl
s
M
s
A
B
A
B
最低熔点（M），最高熔点（N）——少见。
如 KCl-NaCl系，Ag2S-Cu2S系
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第五章 相图
（4） 固态部分互溶的二元系
① 生成部分互溶的共晶类型
Tf,*A E1 ：A物液相线；
T
* f, B
E
2
：B物液相线；
T* f, A
T* f, C
Ⅱ
H
E1
KE1和KE2：C物液相线； 线
HE1D ：A、C共晶线； GE2F ：B、C共晶线；
Ⅵ A
Ⅰ K
Ⅲ D
Ⅳ
G
E2
C
T* f, B
Ⅴ F
Ⅶ B
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第五章 相图
①稳定化合物二元系
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第五章 相图
5.3.4 常见的几种二元系相图
◆具有简单共晶体（前已讲） ◆生成化合物 ◆完全互熔的固熔体型 ◆固态部分互溶的固熔体型 ◆液态部分互溶型
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第五章 相图
（1）具有简单共晶体的二元系相图 基本要求：
体系最低熔点（共晶点 f=0）；T
共晶线，共晶反应
GEH —— 共晶线：
l(E)
冷 热
(G )
(H)
T* f, A
E
——
金属材料学第四章 相图2
19
3、相图与合金性能之间的关系 、
——相图与合金力学性能、物理性能的关系 相图与合金力学性能、 相图与合金力学性能
单相固溶体的合金： ⑵ 单相固溶体的合金： 性能随成分呈曲线变化， 性能随成分呈曲线变化，随 溶质含量增加，σ、HB、ρ 溶质含量增加， 、 、 增加，塑性下降。 增加，塑性下降。 形成稳定化合物的合金： 稳定化合物的合金 ⑶ 形成稳定化合物的合金： 性能-成分曲线出现拐点 性能 成分曲线出现拐点。 成分曲线出现拐点。
α + β ← → γ
L1 + L2 ← → α
内蒙古工业大学材料科学与工程学院《金属学基础》 内蒙古工业大学材料科学与工程学院《金属学基础》
15
2、分析典型合金的结晶过程 、
——作出典型合金冷却曲线示意图 作出典型合金冷却曲线示意图
二元合金冷却曲线的特征： 二元合金冷却曲线的特征： ⑴ 在单相区和两相区冷却曲线为一 斜线。 斜线。 由一个相区进入另一相区时， ⑵ 由一个相区进入另一相区时，冷 却曲线出现拐点 ： 却曲线出现拐点 ① 由相数少的相区进入相数多的相 区曲线向右拐； 区曲线向右拐； 向右拐 ② 由相数多的相区进入相数少的相 区曲线向左拐。 区曲线向左拐。 向左拐 发生三相等温转变时， ⑶ 发生三相等温转变时，冷却曲线 呈一平台。 呈一平台。 平台
§4.5 其他二元相图
1.组元间形成化合物的相图—形成稳定化合物的二元相图 组元间形成化合物的相图 形成稳定化合物的二元相图
稳定化合物指具有一定的熔点，熔化之前不发生分解的化合物 的化合物， 稳定化合物指具有一定的熔点，熔化之前不发生分解的化合物，如Mg-Si系 具有一定的熔点 系 系的Fe ，其结晶过程与纯金属类似。分析这类相图时， 的Mg2Si和Fe-C系的 3C，其结晶过程与纯金属类似。分析这类相图时，可 和 系的 把稳定化合物当作纯组元看待，将相图分成几个部分进行分析。 把稳定化合物当作纯组元看待，将相图分成几个部分进行分析。
工程材料4-1铁碳相图
工程材料4-1铁碳相图ENGINEERINGMATERIALS工程材料及应用多媒体教案五邑大学机电工程学院第四章工程材料课件ppt第四章铁碳合金第一节铁碳合金系相图一、铁碳合金系组元的特性组元：纯铁碳1、纯铁纯铁的同素异构转变工程材料课件ppt工程材料课件ppt2.1.2同素异构转变许多金属在固态下只有一种晶体结构。
●许多金属在固态下只有一种晶体结构。
如铝、银等金属在固态时无论温度高低，如铝、铜、银等金属在固态时无论温度高低，均为面心立方晶格。
均为面心立方晶格。
钒等金属为体心立方晶格。
钨、钼、钒等金属为体心立方晶格。
有些金属在固态下，●有些金属在固态下，存在两种或两种以上的晶格形式。
的晶格形式。
如铁、钛等，在冷却或加热过程中，如铁、钴、钛等，在冷却或加热过程中，晶格形式会发生变化。
格形式会发生变化。
金属在固态下随温度的改变，金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变同素异构转变。
为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。
工程材料课件ppt工程材料课件ppt同素异晶体：同素异晶体：以不同晶体结构存在的同一种金属的晶体。
一种金属的晶体。
Fe、Fe、Fe都是纯铁的同素异δ-Fe、γ-Fe、α-Fe都是纯铁的同素异晶体。
晶体。
金属从一种固体晶态转变为另一种固体晶态的过程称为二次结晶重结晶。
二次结晶或晶态的过程称为二次结晶或重结晶。
金属的同素异构转变即是二次结晶或重结晶。
结晶。
工程材料课件ppt同素异构转变特点同素异构转变时也有过冷现象，●同素异构转变时也有过冷现象，放出潜热，有固定的转变温度。
潜热，有固定的转变温度。
新同素异构晶体也有形核和长大两个过程。
也有形核和长大两个过程。
导致金属体积发生变化，●导致金属体积发生变化，产生较大内应力。
例如γFe转变为转变为αFe时应力。
例如γ-Fe转变为α-Fe时，铁的体积会膨胀约1%。
可引起钢淬火时产生应力，会膨胀约1%。
可引起钢淬火时产生应力，可引起钢淬火时产生应力严重时会导致工件变形和开裂。
重庆大学-冶金原理-第4-7章复习
脱氧的方式原理及各自的优缺点！
沉淀脱氧
扩散脱氧
真空脱氧
43
7
脱氧常数
脱氧反应
x 1 [ M ] [O] ( M x O y ) y y
Ⅱ
△ G0/KJ.mol -1
50 0 -50 -100 0 500
843K
1000 T/K 1500 2000
歧化温度
18
3
氧化物的形成－分解反应
形成分解的热力学原理
▲不相邻的氧化物不能平衡共存，稳定性相邻的化合物才能平衡共存! ▲逐级转变原则主要针对各级氧化物及金属均为凝聚态纯物质的形成－
37
2
锰硅铬钒铌钨的氧化反应
有关选择性氧化的计算
1 3 (Cr3O4 ) 2[C ] [Cr ] 2CO 2 2
G
G G RT ln
a a
3/ 2 2 Cr CO 1/ 2 2 ( Cr3O4 ) C
P
a
0
● Gibbs自由能的计算
● 金属熔体 ● 相图 ● 熔渣
2
直接根据平衡方程求解
22
5 燃烧反应的气相平衡组成计算
典型例题
例题1 ：将成分为φ (CO2)=11%, φ (CO)=32%, φ (H2)=9%, φ (N2)=48%的混
合气体送入热处理炉内，加热到1233K，试求气相的平衡成分及气相的平衡 氧分压。（P264老版） 例题2 ：计算在105Pa及温度为970K时，分别用空气及 φ (O2)=24%的富氧空 气燃烧过剩固体碳的气相组分的体积分数。(老版P271)
分解反应！
19
3
氧化物的形成－分解反应
铁氧化物分解的优势区图
冶金物理化学教案中的相图与相变理论
冶金物理化学教案中的相图与相变理论相图与相变理论在冶金物理化学教学中起到了至关重要的作用。
本文将详细介绍相图与相变理论的概念、应用以及在冶金学中的具体实例。
希望通过本文的阐述，读者能够对冶金物理化学教案的相图与相变理论有更深入的了解。
一、相图的概念与应用1.1 相图的定义相图是指描述物质在不同温度、压力和成分条件下的物相存在区域的图表。
相图可以通过实验或计算得到，用以研究物质的相变规律和相区稳定性。
1.2 相图的构造与表示方法相图通常以坐标轴表示温度、压力和成分等参数，而不同的物相则用不同的区域或曲线表示。
常见的相图表示方法包括等温线、等压线、等成分线等。
1.3 相图的应用相图的应用十分广泛，特别是在冶金学领域。
相图可以用于指导合金设计、优化冶金工艺和预测相变行为。
通过研究相图，我们能够了解合金在不同温度、压力和成分条件下的相平衡及相变规律，为冶金学的实践提供了理论基础。
二、相变理论的概念与应用2.1 相变的定义相变是指物质由一种物相转变为另一种物相的过程。
相变可以通过改变温度、压力和成分等条件来实现。
2.2 相变的分类相变可以分为一级相变和二级相变。
一级相变是指物质在相变过程中伴随着潜热的释放或吸收，如固液相变和液气相变；二级相变是指物质在相变过程中不伴随潜热的释放或吸收，如铁磁相变和铁电相变。
2.3 相变理论的应用相变理论可以用于解释和预测物质的相变行为。
在冶金学中，相变理论可以应用于合金的晶体生长、凝固过程和相变转变过程的控制。
通过研究相变理论，我们可以优化合金的性能和工艺，提高冶金产品的质量。
三、冶金物理化学教案中的相图与相变理论应用实例3.1 合金设计相图与相变理论可以用于指导合金设计的过程。
通过分析合金的相图，我们能够预测合金在不同条件下的相平衡和相变行为，从而选择合适的材料组成和工艺参数，优化合金的性能。
3.2 冶金工艺优化相图与相变理论在冶金工艺的优化中有着重要的应用价值。
通过研究相图，我们可以确定合金的热处理温度和时间，以控制合金的微观结构和性能。
冶金物理化学--相图
基本概念回顾v自由度：体系的总变量数减去独立方程数的式，为 独立变量数，也即体系的自由度。
----计算方法冶金物理化学—相图体系总变量数为：(m-1)r+2（考虑温度和压力条件下）其中：假设体系有m个组元，存在r个相，则其中m-1个组元应为独立组 元。
则变量数为：(m-1)r独立方程数：(r-1)m 故自由度: f=m+2-r相律：若C表示组元的数量，P表示相的数量，则 相律常写为f=C-P+2。
冶金物理化学（相图）基本概念回顾 几个定义：v组元：组成系统的独立化学组成物。
合金中元素 视为组元，陶瓷中某一化合物视为组元。
v相：在一个多相体系中由界面分开的物质的均匀 部分，它们具有相同的物理、化学性质和晶体结 构。
v自由度：平衡状态下，在不改变相的类型和数目 时，可以独立变化的状态函数的数量。
冶金物理化学（相图）二元相图的类型v十二个基本类型1、具有最低共溶点或称简单共晶； 2、具有稳定化合物或称同分熔点化合物； 3、具有异分熔点化合物； 4、具有固相分解的化合物； 5、固相晶型转变； 6、液相分层； 7、形成连续固溶体； 8、具有最低点或最高点的连续固溶体； 9、具有低共熔点并形成不连续固溶体； 10、具有转熔反应并形成有限固溶体； 11、具有共析反应； 12、具有包析反应。
冶金物理化学（相图）二元相图的几何元素---面、线v 二元相图由曲线、水平线、垂直线和斜线组成，这些 线把整个图面分成若干区域 区域，形成若干交点 交点。
从而形成相 图中的基本几何元素点、线、面。
v二元相图的几何元素---线二元相图的垂直线：是两组分形成化合物的组成线，可以是 稳定化合物也可以是不稳定化合物。
在化合物的熔点温度，液相和固相有相同的组成，此种化合物 即为稳定化合物，又称同分熔点化合物 同分熔点化合物；若化合物没有固定熔点 仅有分解温度，作为分解产物的固相和液相组成都与原固相化合 物不同，此化合物即为不稳定化合物，也称为异分熔点化合物 异分熔点化合物。
冶金物理化学相图
G
DM
E
元
必有D＋E→ M +F
A
C
相
图
重量关系：WM+WF = WD+WE
或：WM= WD＋WE －WF
三元包晶点：D＋E－F → M
27
三、浓度三角形规则
6. 相对位规则
M点位于△DEF外情况：
§ 3 2. 共轭位
B
三
重量关系：WF = WM+ WD+WE
M F
元
或：WM = WF － (WD+WE )
点：φ=4，f=0 共晶点，包晶点
一、生成不稳定化合物
a．切线规则
§5
分界线上任一点代表的熔体，在结晶瞬间析出的固
相可由该点的切线与相成分点的连线的交点表示。
包 晶 型 相 图
48
一、生成不稳定化合物
§5
包 晶 型 相 图
b．共晶线和包晶线的判别
分界线上任一点切线与该边界线两边初晶组成点 的连线的交点： (1) 在组成点连线内，共晶；
§4
• 两固相组成点连线只能与内界线相交，若与侧界 线相交则为虚线。
• 浓度三角形原则适用于分三角形 。
共
晶
类
相
图
44
二、生成稳定化合物类型 3. 三角形划分规则：
§4
存在两个以上化合物时：
• 连接固相成分点的直线彼此不能相交。
• 四固相点构成的四边形对角线不相容。
共
晶
类
相
图
45
一、生成不稳定化合物
一、简单三元共晶相图 2．缓冷过程分析
§4
A
b’
共
b
晶
类 相
冶金物化三元相图
M3 M1 M2 M M M3 (M1 M2 )
3）三元相图类型
（1） 简单低共熔(共晶)型三元系
不同温度时的截面图
标出等温线的平面投影图
（2）生成二元稳定化合物的三元系
举例： 由相图提取热力学数据
体系热力学数据
相图
相图
体系热力学数据
由相图获得熔化自由焓
T*
s A
l A
0 A
(s)
ln
as
0 A
(l
)
RT
ln
al
0 A
(
s)
0 A
(l
)
RT
ln
a
l
A0 (l
)
0 A
(
s)
G0
fus A
G0
fus A
H*
fus m( A)
T
fus
H
* m(
A)
T* fus( A)
mP1 PP2 mP2 P1P
重心规则：如图3-9(b)所示， P1、P2和P3为三元系A-B-C
中三个已知成分点，假设这三个三元物系的质量分别为m1、 m2、m3。 将它们混合，形成的新体系的对应于成分点为P。 可以证明P点必定在之内，而且位于此三角形的重心位置。 并且，有下列关系式成立 。
mP1 : mP2 : mP3 PP2P3 : PP3P1 : PP1P2
（3）生成二元不稳定化合物的三元系
（4）生成三元稳定化合物的三元系
相图的若干基本规则及相图正误的判定
相区邻接规则：
相区邻接规则规定，只有相数的差为1的相区方可直 接毗邻。
第四章相图2
4.3.4 相接触规则与假想相图
一. 相区接触规则
❖ (1)两个单相区之间只能点接触而不能线接触；单相区和两相区 以线接触， ❖ (2)相邻相区的相数差为1。 ❖ (3)恒温反应的水平线与3个两相区接触，从这条水平线上能 引出另外6条边界线，它们两两成对，包围3个两相区。 ❖ (4)所有两相区的边界线不应该延伸到单相区中， 而应伸向两相区(图4-28)。
80
II点： A%=20% B%=50% C%=30%
70 60 B% 50 40
30
20
10
10
20
30
40
II
C% 50
60
70 80 90
A 90 80 70 60 50 40 30 20 10 C ← A%
课堂练习
B
1. 确定合金I、II、
90
III、IV的成分
80
III 点： A%=20% B%=20% C%=60%
室温组织:
Le′+ Fe3CI
500×
标注了组织组成物的相图
练习题
3．铁碳相图的应用
钢铁选材：相图性能用途 铸件选材和确定浇注温度 确定锻造温度( 在 A 区） 制定热处理工艺
局限性 相图反映的是平衡状态，与实际情况有较大差异。
3. SiO2-Al2O3
2. Cu-Sn相图
4. ZrO2-CaO
几种 常见 碳钢
类型 钢号 碳质量分数／％
亚共析钢 20 45 60 0.20 0.45 0.60
共析钢 T8 0.80
过共析钢
T10
T12
1.00 1.20
(1)工业纯铁 ( C % ≤ 0.0218 % )结晶过程（简）
第四章 铁碳合金的平衡组织
高温莱氏体
低温莱氏体
共晶白口铁金相
6．亚共晶白口铸铁，2.11%<C%<4.3% 相组成物：F，Fe3C 组织组成物：P，Le’，Fe3CII
亚共晶白口铁金相
7．过共晶白口铸铁 相组成物：F， Fe3C 组织组成物：Le’，Fe3C
过共晶白口铁金相
二、Fe-C合金的成分-组织-性能关系
[思考题 思考题] 思考题
• 1. 什么叫冷脆、热脆？引起这些现象的原 因是什么？如何防止？ 2. 现有四块形状尺寸完全相同的平衡状态 的铁碳合金，其含碳量分别为0.2%、 0.40%、1.2%、3.5%， • 根据学过的理论，有哪些方法可以区分它 们？
“铁碳合金” 练习题 参考答案 铁碳合金” 参考答案1 铁碳合金
4．2 Fe-C合金平衡结晶过程
• • • • • • (一)Fe-C合金平衡结晶过程分析 1.工业纯铁 2.共析钢 3.亚共析钢 4.过共析钢 5.共晶白口铁 6.亚共晶白口铸铁 7.过共晶白口铸铁 (二)Fe-C合金的成分-组织-性能关系
1．工业纯铁（C%≤0.0218%）
• L--->L+A--->A-->A+F--->F+Fe3CIII • 相组成物：F+Fe3C C%>0.0008% • F C%<0.0008% • 组织组成物：F和 Fe3CIII
45钢金相
4．过共析钢
• L--->L+A--->A-->A+Fe3CII-->A+P+Fe3CII-->P+Fe3CII • 相组成物：F， Fe3C • 组织组成物：P， Fe3CII
T12钢金相
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2020/9/19
4.3三元系相图
4.3.1三元系浓度三角形的性质 浓度三角形的构成：如图4-9所示。 在图中，各字母及线的意义如下： 等边三角形顶点A、B、C分别代表纯物质；A的对边BC代表A成分为零；自A点
作BC边的垂线AD，并将其划分为5等份，则每份为20％；逆时针方向自C 至A，自A至B，自B至C分别代表A、B、C各组元浓度。
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4.2二元系相图基本类型
3）液态部分互熔 如图4-8所示
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4.3三元系相图
引言
我们先用相律对三元系相图作以分析： 独立组元数为3，所以 F=C-P+1=4-P 若相数P＝1（至少），则最大自由度F=3； 若相数F＝0（至少），则最多相数P＝4。
L、L1、L2表示液态溶液；A、B表示固体纯组元； 、 、 表示固溶体（固 体溶液）；M、M1、M2表示A、B间形成的化合物。
二元相图划分： 从体系中发生的相变反应区分，可分为： 1．分解类 共晶反应－液相冷却时分为两个固相，此固相可以是纯组元，也可是固溶体
或化合物。 液态冷却到共晶温度时，发生如下六种类型反应：
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4.1二元系相图基本类型
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4.1二元系相图基本类型
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4.2二元系相图基本类型
对二元系相图，在一般的物理化学教科书上已经有详细的介绍，我们把二元 系相图进行分类，并做一个总结。此处：
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x132
4.3三元系相图
2．等含量规则
在等边三角形中画一条平行于任一边的 线，则该条线任何一点有一个组元的 成分是不变的，这个组元就是对应这 个边的顶点的物质，如图4-12 中， x1 、 x2 、 x点3 含A相同。
3．定比例规则
从一顶点画一条斜线到对边，则该 条斜线上的任何点，由其它二顶 点所代表的二组分成分之比是不 变的。如图4-13中，x1 、 x2 、x3 三点，%B NC 常数。
3）单晶反应－液态溶液分解为一个固体及另一个组成的液相。
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4.2二元系相图基本类型
2．化合类 1）包晶反应－体系在冷却时，液相与先结晶出的固相或固溶体化合为另一
固相（共六类）。
2）包析反应－体系冷却时，两个固相纯物质、化合物或固溶体生成另外一 个固相化合物或固溶体（共12类）。
反应得到的 G与T 的关系式,将所有元素与 1molO2 反应的G ～ T 画到一张 图上，如图2-1所示。
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4.1二元系相图基本类型
4.1.2 Ellingham图的热力学特征 从热力学原理来说，氧势图中所描述的化学
反应有以下两个特点： 1) 直线位置越低，则氧化物越稳定，或该氧
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4.2二元系相图基本类型
1)从相图的基本结构分： 共晶型
如图4-1所示
2）生成化合物 ①生成稳定化合物
如图4-2所示
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4.2二元系相图基本类型
②生成不稳定化合物 如图4-3所示
3）生成固溶体
①固态部分互溶，如图4-4；②固态 完全互溶的固溶体，如图4-5； ③固相部分互溶，并有转熔点 （包晶点），如图4-6；④含有 最高（或最低）点连续互溶。
。
以上不同的反应代表一种相图的类型。
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4.2二元系相图基本类型
共析反应－固溶体或固态化合物在冷却时分解为两个固相（共12个类型）。 与共晶反应不同的是，共析反应是当温度降低到共析点时，由固溶体或固态
化合物生成两个固相组成的共晶体（如A+B，……） 各种类型的相图发生的共析反应为:
化物越难还原； 2) 同一温度下，几种元素同时与相遇，则氧
化顺序为：Ellingham图上位置最低的元 素最先氧化。例如：1600K，最易氧化 的几个元素依次为： Ca-Ce-Ba-Mg-Al 概括起来，氧势图有如下热力学特征： 低位置的元素可将高位置元素形成的氧化物 还原
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4.3三元系相图
1．垂线、平行线定理 从等边三角形ABC内任一点P向三个边画三条垂线，这三条垂线之和等于三角
形的高度，也即：PG+PE+PF=AD；如图4-10。 从等边三角形ABC内任一点P画三个边的平行线，则三条平行线之和等于任一
边长，也即：PM+PL+PK=AC(或AB或BC)。如图4-11
第四章 相图
➢ 4.1二元系相图基本类型 ➢ 4.2二元系相图基本类型 ➢ 4.3三元系相图
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ห้องสมุดไป่ตู้
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第四章 相图
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4.1二元系相图基本类型
4.1.1几个定律 1．相律
相律是研究热力学体系中物相随组元及体系的其他热力学参数变化的规 律。可用下式表达： F=c－p＋2（温度、压强） 其中， F－自由度；p－相数；c－独立组元数。 由于钢铁冶金研究的体系基本为定压下的相平衡，所以温度与压强的两个参 数中，压强既为恒量，这两个变量成为一个，所以F=c－p＋1 二元系：F=3－p； 三元系：F=4－p。 2．连续原理 当决定体系状态的参数连续变化时，若相数不变，则相的性质及整个体系的 性质也连续变化；若相数变化，自由度变了，则体系各相性质及整个体 系的性质都要发生跃变。 3．相应原理 对给定的热力学体系，互成平衡的相或相组在相图中有相应的几何元素（点、 线、面、体）与之对应。
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rG
4.1二元系相图基本类型
G ～T 图及其应用（Ellingham图）
对元素M和氧的反应，可以写成如下标准反应形式（即所有元素都与1molO2 反 应）：
rG
1
＝ RT
ln
P' O2
P
＝ = RT
ln
P' O2
P
RT ln PO2
为了比较各元素M与氧气反应生成氧化物的强弱，Ellingham根据以上标准