材料热力学--第五章二组元材料热力学

5.1 两相平衡 5.2 固-液两相平衡 5.3 溶解度曲线 5.4 固溶体间的两相平衡 5.5 相稳定化参数
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5.1 两相平衡
• For two phases to be in thermodynamic equilibrium, they must be in:
1. Thermal equilibrium (Temps are equal). 2. Mechanical equilibrium (Pressures are equal). 3. Chemical equilibrium (equilibrium with respect to transfer of components).
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Graphic construction of P. D.
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Graphic construction of P. D.
吉布斯自由能曲线建立共晶相图(两固相具有相同的晶体结构)
(A.H Ctroll. Theoretical Structural Metallurgy. Edward Arnold, London,1955 )
dGα+β = dGα+dGβ=0
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5.1 两相平衡
两相平衡的热力学条件：每个组元在各相中的
化学位相等.
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5.1 两相平衡
• Condition for phases at equilibrium 两相平衡的热力学条件：每个组元在各相中
的化学位相等.
• How about the condition for phases at equilibrium in single component materials? 单组元的化学位就是摩尔自由能。 单组元材料两相平衡的热力学条件：
Phase diagram 材料中相状态与成分、温度的关系图
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Graphic construction of P. D.
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Graphic construction of P. D.
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吉布斯自由能曲线建立匀晶相图
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Graphic construction of P. D.
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吉布斯自由能－成分公wk.baidu.com线确定两相平衡
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相平衡的公切线法则
α-L及β-L的两相平衡
二元合金系中的三相平衡
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相平衡的公切线法则
固溶体与中间相的平衡
二中间相的两相平衡
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• 根据材料的摩尔吉布斯自由能曲线和相平衡热力 学条件，可以确定一定温度、成分下材料所存在 的相的平衡状态。
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相平衡的公切线法则
• 公切线法则(Common tangent law):
• 切点成分：给定温度下 的两平衡相成分。
• 成分位于公切点之间的 合金，处于多相平衡， 因为此时自由能的值最 低。 Why?
• 成分位于公切点之外， 自由能？相？
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相平衡的公切线法则
公切线确定偏聚固溶体的分解
材料热力学
第五章 二组元材料热力学
• 二组元材料的热力学理论是材料热力学最基本的 内容。
• Goal: 以二元系相平衡(Phase equilibrium）为基础，
分析材料学中的一些基本问题，掌握运用热力学 分析材料平衡相成分以及平衡组织的基本方法。
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第五章 二组元材料热力学
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5.2 固-液两相平衡
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理想溶体二元匀晶相图的计算
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5.2 固-液两相平衡
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5.2 固-液两相平衡
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Magnesium Alloys- Metal of the 21st Century
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5.2 固-液两相平衡
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5.2 固-液两相平衡
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5.3 溶解度曲线
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5.3 溶解度曲线
• 严格地说，溶解度应该是—个相在另—个相的溶 解度，而不是一个组元在另一个组元中的溶解度， 也不是一个组元在一个相中的溶解度。
(1)渗碳体在奥氏体中的溶解度。√
(2)石墨在铁素体中的溶解度。√
(3)碳在奥氏体中的溶解度。×
(4)碳在铁中的溶解度。×
• 相图中溶解度的热力学含义：与某一相α平衡时 另—相β的浓度。
Gm Gm
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相平衡的公切线法则
• 两相平衡的化学势相等条件——公切线法则 (Common tangent law)。
• 对两相的自由能曲线作公切线，可求出：(1)两相 平衡的成分范围;(2)平衡相的成分点。
• 切点成分满足同一组元 在两相中化学位相等—— 两相平衡的条件
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• 如：上述(1)是指与渗碳体平衡时，奥氏体中的碳 的含量；上述(2)是指与石墨平衡时，铁素体中的 碳的含量。
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5.3 溶解度曲线
• 固溶体在与第二相平衡时的浓度也称为固溶度。 • 第二相有两种情况：(1)纯组元(Pure component),包括
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Graphic construction of P. D.
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5.2 固-液两相平衡
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5.2 固-液两相平衡
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5.1 两相平衡
• 两相平衡的基本判据即平衡态判据(Equilibrium state criterion)：体系的Gibbs自由能为极小值 (min)，即: G = min, 或 dG = 0
• A-B二元系，在P、T一定时，在α和β两相平衡共 存的状态下，根据平衡态判据应该有： Gα+β = min,或dGα+β = 0,