相图在冶金中的应用(1-2)全解课件.ppt

冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy相图在冶金中的应用闫柏军，62332732（O）冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy参考书n张圣弼，李道子编，相图原理、计算及在冶金中的应用，冶金工业出版社，1986年，第1版n张家芸主编，冶金物理化学冶金工业出版社，2009年冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n什么是相图冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相图n以几何图形反映出物质的平衡规律，表示出物质体系的状态与温度、压力及组成的关系n研究体系的平衡性质与温度、压力及组成之间的联系，并用图形表达出来n用点、线、面、体将不同温度及压力条件下平衡体系的各个相、相组成及各相相互转变关系反映出来冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n从相图定义中提取的关键词n平衡（热力学平衡）n体系（什么样的体系？敞开、封闭or孤立）n温度、压力（压力注意凝聚相与气相的区别）n相、组成n点、线、面、体冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相n一个相，就是体系中具有相同物理化学性质的均匀部分。

n相与相之间有界面隔开，并且可以用机械方法把它们分离n相与相之间存在界面，但反过来并不正确冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相与物质的区别n相同的物质不一定就是一个相n含有多种物质，但不一定是多个相冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相与物质的区别n相同的物质不一定就是一个相1.液体水和水蒸气虽然同属一种物质，但物理性质不同，是两个相2.Fe和Fe不属于同一个相3.石墨和金刚石冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相与物质的区别n含有多种物质，但不一定是多个相n乙醇加水的均匀溶液，其中含有两种物质，确是一个相n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n空气虽然是许多种气体的混合物，但是一个相冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相与态的区别n一般来说，气体总是一个相n两种液体不是能以任何比例相互溶解时，则可形成两个液相。

n通常，一种固体自成一个相但晶体构型不相同的同一种固体（Fe和Fe）仍然不属于同一相n两种或几种固体也可以完全互相溶解形成一个均匀的固态溶液，叫固溶体冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相律n自由度组元数-相数+2nf=c-p+2冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论nGibbs于1876年首先从热力学定律出发导出多相平衡的基本定律相律但是，由于其高度概括性和过于抽象，使得它的重大意义长期未被认识n1887年，荷兰化学家罗策布（Roozeboom）在研究多相平衡及分类是，用相律说明了不少实际问题，又以不少实际例子阐明了相律的深刻含义，并用化学家的语言来解释相律；此后，相律才被人们重视冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n组元（指独立组元）n组元是构成平衡体系中各相所需要的最少的独立成分n组元数不一定等于构成该体系的物种数n组元数与物种数的区别和联系！n组元数物种数-独立化学反应数-浓度限制条件冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n组元（指独立组元）n体系的组元数为1，单元系n组元数为2、二元系n其余类推冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n组元（指独立组元）n室温下，气相中含有H2、O2和H2O，独立组元数？nCO、CO2、H2、H2O、O2五种物质组成的体系，独立组元数？nCaCO3分解，组元数？nCaO-SiO2体系的独立组元数？nFeOSi体系的独立组元数？冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy组元（指独立组元）n冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy组元（指独立组元）n由此可以看出，一个体系的组元数，可因实验条件而异。

冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy组元（指独立组元）n室温下，气相中含有H2、O2和H2O的体系低温时， H2、O2和H2O既然达不到平衡，对其应用相律计算组元数目是没有多大意义的，在此仅作为说明组元数的一个例子冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy组元（指独立组元）nCO、CO2、H2、H2O、O2五种物质组成的体系n该体系中可能发生的反应为：n则独立组元数5（物种数）独立反应数（?）冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy组元（指独立组元）nCaCO3分解，组元数?n物种数=？n限制条件：n每个相中，O原子数Ca原子数+2（C原子数）n存在平衡反应：计算组元数时，对不同的出发点，应按不同的方式来考虑限制条件，但最终结果是一样的冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy组元（指独立组元）nCaO-SiO2体系的独立组元数n物种数=？n限制条件：n每个相中，O原子数Ca原子数+2（Si原子数）冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy组元（指独立组元）nFeOSi体系的独立组元数n物种数=？n限制条件：n每个相中，O原子数Fe原子数+2（Si原子数）3冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n自由度n一定条件下，一个处于平衡的体系所具有独立变量的数目。

n一个体系的变量包括：体系的温度、压力及构成该体系各相的组成冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相律的推导nf+p=c+2，相数与自由度的总和，比组元数多2n实际上，推导相律就是在含有c个组元及p个相的平衡体系中，决定独立变数的问题也是代数定理在物理化学中的具体应用n众所周知，有多少个变数就必须有多少个方程式才能把这些变数确定下来冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相律的推导n众所周知，有多少个变数就必须有多少个方程式才能把这些变数确定下来n若方程式数少于变量的数目那么，其中就有些变量可以自由选定，称为自由变数或独立变数，在热力学中称为自由度n所以，要寻找一个体系的自由度：1）先列出总变数：2）列出它们之间的方程式数；3）二者之差冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相律应用举例n单元系nf=c-p+2冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第一讲：绪论n相律应用举例n单元二相体系，根据相律：f=c-p+21-2+21n所以，在一定压力下，纯物质的熔点是固定的。

若实验发现某物质的熔点不明显或没有固定的值，那就是说，这种物质中必存在杂质冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n相律（二元系）nf=c-p+2；f=c(2)-p+2nf最大为3；因此，要完整地描述一个二元系，需要（?）个坐标分别是哪些？np最大为4冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n二元系的几大类型n简单共熔（共晶）型n完全互溶（同晶）型n共熔（共晶）型及转熔（包晶）型n生成化合物型n偏熔（偏晶）型冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n简单共熔（共晶）型二元系n两个组元在液态时能完全互相溶解，而固态时则完全不溶解nBi-Cd是这类体系的一个典型例子冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系nBi-Cd系nBi-Cd熔体的最低凝固温度：低共熔温度（共晶温度）n共晶点（低共熔点）n共晶体（低共熔混合物）冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系nBi-Cd系液相线的计算n凝固点下降公式：冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n简单共熔（共晶）型二元系相图计算的原理nC点处，溶液析出纯固态组元A。

说明温度为TB时，成分为xA的溶液中组元A的化学势与纯固态A的化学势相等冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n简单共熔（共晶）型二元系相图计算的原理nA的熔点 处冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n简单共熔（共晶）型二元系相图计算的原理nA的熔点处n设随温度变化不大，则温度时:冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n简单共熔（共晶）型二元系相图计算的原理冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n完全互溶（同晶）型二元系n不形成最高点或最低点的互熔型二元系n有最高点或最低点的互熔型二元系冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n完全互溶（同晶）型二元系n不形成最高点或最低点的互熔型二元系冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n完全互溶（同晶）型二元系n有最高点或最低点的互熔型二元系冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of MetallurgyCr-Mo系n自由度ndT/dx=0,最低点是极值点冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy作业一n证明：n最高点或最低点的互熔型二元系中，过最高点或最低点的切线斜率为零，即dT/dx=0。

冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n共熔型（共晶）型及转熔（包晶）型二元系n共熔（共晶）型n转熔（包晶）型冶 金 物 理 化 学 Physical Chemistry of Metallurgy第二讲：二元系n共熔型（共晶）型及转熔（包晶）型二元系n共熔（共晶）型冶 金 物 理 化 学 Phys。