山东大学《材料科学基础》讲义第7章 三元相图及结晶.docx

第7章 三元相图及结晶§1  三元相图的几何特性一、三元合金相图的成分表示方法1．等边浓度三角形2．等腰浓度三角形当三元系中某一组元含量较少，而另两个组元含量较多时，合金成分点将靠近等边三角形的某一边为了使该部分相图清晰地表示出来，可将成分三角形两腰放大，成为等腰三角形3．直角浓度三角形 二、直线定律与重心法则（一）直线定律与杠杆定律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，该规律称为直线法则或三点共线原则推导过程：移项整理得：       两式相除，有： （二）重心法则       §2  三元匀晶相图一、相图分析              二、固溶体的结晶过程         三、等温截面     四、垂直截面   §3  三元共晶相图一、固态互不溶解的三元相图（一）空间模型右图所示为三组元在液态完全互溶、固态互不溶解的三元共晶空间模型它由A-B，B-C，C-A三个简单的二元系共晶相图所组成    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；      belEe2b是组元B的初始结晶面；      ce2Ee3c是组元C的初始结晶面3个二元共晶系中的共晶转变点e1，e2，e3在三元系中都伸展成为共晶转变线，这就是3个液相面两两相交所形成的3条熔化沟线elE，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：e1E：L→A+B；e2E：L→B+C；e3E：L→C+A3条共晶转变线相交于E点，这是该合金系中液体最终凝固的温度成分为正的液相在该点温度发生共晶转变:    LE→A+B+C故E点称为三元共晶点正点与该温度下3个固相的成分点m，n，p组成的四相平衡平面称为四相平衡共晶平面四相平衡共晶平面由3个三相平衡的连接三角形合并而成，其中三角形mEn是发生L→A+B共晶转变的三相平衡区的底面，三角形nEp是发生L→ B+C共晶转变的三相平衡区的底面，三角形pEm是发生L→C+A共晶转变的三相平衡区的底面三相平衡区和共晶转变的初始面示于右图3中低于E点温度，合金全部凝固成固相，形成A+B+C三相平衡区 （二）垂直截面图利用垂直截面图可以分析成分点在某一线上（如下图中的rs线）所有合金的平衡凝固过程。

并可确定其相变临界温度三）水平截面图利用水平截面图可以了解合金在不同温度所处的相平衡状态，以及分析各种成分的合金在平衡冷却时的凝固过程 （四）投影图在右图的投影图中，粗线e1E，e2E和e3E是3条共晶转变线的投影，其交点E是三元共晶点的投影粗线把投影图分成3个区域，这些区域是3个液相面的投影，其中标有t1，t2…字样的细线为液相面等温线利用投影图分析合金的凝固过程，不仅可以确定相变临界温度，还能确定相的成分和相对含量以图中O成分合金进行分析和计算）二、固态有限互溶的三元共晶相图（一）相图分析           （二）投影图（三）水平截面图    右图为不同温度下的水平截面由图中可看到它们的共同特点是：    (1)三相区都呈三角形这种三角形是共轭三角形，3个顶点与3个单相区相连这3个顶点就是该温度下三个平衡相的成分点    (2)三相区以三角形的边与两相区连接，相界线就是相邻两相区边缘的共轭线3)两相区一般以两条直线及两条曲线作为周界直线边与三相区接邻，一对共轭的曲线把组成这个两相区的两个单相区分隔开四）垂直截面图 §4  三元相图中的相平衡特征一、单相状态自由度为f=3，包括一个温度和两个独立成分变量，其形状不受温度与成分对应关系的限制，其截面可以是任何形状。

 二、两相平衡有三类：①液相与固相平衡：主要发生在合金凝固过程②③ 三、三相平衡 四、四相平衡 §5  实用三元相图举例。