九章三元合金相图ppt课件.ppt

主讲教授,李香芝,材料科学基础,第九章 三元合金相图,同学们好！,第一节,返回幻灯片 4首页,第九章,91 三元相图的基本知识,一.三元合金成分表示方法,（一）.等边三角形,过0点作A组元对边平行线交于A或AB边于b、e两点，Cb或Be分别表示合金0中的含A；同理可以求出含B和含C。三元合金0的成分：A%Cb=Be BAc=Cf%CBa=Ad%,1.平行于三角形一边的直线所对组 元的浓度为定值。如图ab线上的三元合金含C 为定值。（CBb%或Aa）2.过三角形顶点(C)的直线,另两个 组元浓度之比为定值。如图CE,线上的任意一个三元合金含 为定值。,（二）直角三角形成分表示方法：,（三）成分三角形中两条特性线,对下列合金：（1）标出D、E、F、H、G各点的三元合金成分。（2）说明三元合金 H、E（线）；H、F、D（线）；H、G（线）；E、F、G（线）三元合金成分特点。,第九章,二.三元相图的直线法则、重心法则和杠杆定律,（一）直线法则：,如果合金0在T温度时处于两相平行平衡，合金的成分与两个平衡相共线，并且其成分位于两平衡相之间(mon线为共轭线)。,（二）重心法则,如果合金N在某一温度Ti时处于、三相平衡，合金的成分是由D、E、F组成三角形的重心位置。该三角形为共额三角形;三个平衡相的相对量分别为：,92 匀晶相图,一.相图分析,第九章,1.点：a、b、c分别表示三组元A、B、C的熔点。2.面：底面ABC是浓度三角形，三个侧面分别是A-B、B-C、C-A三个二元系匀晶相图。两个空间的上 曲面abc为液相面，下曲面abc为固相面。3.相：L和相，相为A、B、C三组元组成的无限 固溶体；为A（B、C）。4.相区：单相区:L相区（液相面以上）和相区(固相面以下)双相区：L（液、固相面之间）,二.固溶体合金的平衡结晶过程及组织,在T1时,固相成分为S1,L相为L1；在T2时,固相成分为S2,L相为L2；在T3时,固相成分为S3,L相为L3；在T4时,固相成分为S4,L相为L4,液相结晶完毕。固相成分点S1 S2 S3 S4和液相成分L1 L2 L3 L4分别在固相面和液相面上。将S1 S2 S3 S4和L1 L2 L3 L4各点分别投影到成分三角形ABC上，便得到“蝴蝶形轨迹。”最后得到与合金组成完全相同、成分均匀的三元固溶体。,三.等温截面图（水平截面图）,(一）等温截面图,（二）等温截面图的应用1.可确定在某一温度时任意三元合金所处 的状态。2.用杠杆定律在共轭线mon上可确定在任 意温度时平衡相的成分及其相对重量。,四.变温截面图（垂直截面图）,第九章,1.通过成分三角形某一顶点Bg平面截取的Bg变温截面2.通过平行于成分三角形一边的ef平面截取的ef变温截面,3.变温截面图的使用注意事项：（1）分析位于该面上的三元合金的相变过程，不反映平衡相的成分。（2）在变温截面图上不能应用杠杆定律。,五.等温线投影图,1.等温截面只能反映某一个温度时的情况；2.变温截面图又只能分析位于某一特种成分截 面图上的合金结晶过程。3.等温线投影图的建立：将所有不同等温截面图上有关曲线都投影到 成分三角形中，变得到等温线投影图。,4.投影图的应用 确定任意合金的浇铸温度和凝固终了温度。如:合金O低于t3温度开始结晶,低于t5温度结晶终了。可以运用杠杆定律求平衡相的成分及相对重量。,固态完全不溶的三元共晶相图,一.相图分析,第九章,1.点：(1)熔点:tA、tB、Tc;(2)二元共晶点：E1、E2、E3,(3)三元共晶点E:液相 成分到达 E点将发生三元共晶反应，反应式为：f=3-4+1=0 所以恒温结晶。,2.线：二元共晶曲线-三条(沟线)E1E线当液相成分到达三条沟线E1E上时合金冷却 又两相区进入三相区并发生二元共晶反应,反应式为:E2E线当液相成分到达三条沟线E2E上时合金冷却 又两相区进入三相区并发生二元共晶反应,反应式为:E3E线同理发生二元共晶反应,反应式为:因为：f=C-P+1=3-3+1=1 三元合金在三相区发生二元共晶反应是在一个温度 区间进行的。,E1E线：当温度的表象点由LA进入LAB时,液相的成分便到达此E1E线上,于是发生二元共晶反应，,随着温度的下降,液相的成分沿着二元共晶曲线E1E线变化,直至进入四相区。,3.面：液相面-3个即LA,LB,LC;,固相面(三元共晶面)-1个,A1B1C1为固相面,当 温度的表象点到达TE时将发生三元共晶反应。反应式为：,二元共晶曲面(螺旋面)6个,-2个;,-2个;,-2个,如:的二元共晶曲面,有两个,左边一个,右边一个,以二元共晶曲线为分界线;该曲面又是两相区和三相区的分界面。,4.相区:四相区-1个,L+A+B+C;三相区-4个,L+A+B,L+A+C,L+B+C,A+B+C;两相区-3个,L+A,LB,LC;单相区-1个，L,(1)四相区-L+A+B+C是一个等边三角形A1B1C1:凡位于ABC 内的三元合金均发生三元共晶反应,(2)三相区（三棱柱体）：如 ABC(正三棱柱体)三相 区-上底面A1B1C1,下底面ABC 还有三个侧面共五个面所围成。,ABC,LAB三相区-下底面A1EB1;两个 二元共晶曲面和一个侧面,上底面是一条线A3B3,共有 三个有液相存在的三相区。,(3)两相区-由五个面所围成：如LA两相区-两个由，二元 共晶曲面，有LA的液相 面，还有两个侧面。,(4)单相区-三个液相面以上为单相L相区。,二.等温截面图,两相区可利用直线法则、杠杆定律求出两平衡相的相对重量；三相区为直线共扼三角形，可利用重心法则求三平衡相的相对重量。,求A%及B%？,求A%、B%、L%=？,三.投影图,1.点：E1、E2、E3、E；2.线：E1E、E2E、E3E线；3.面：液相面、固相面、二元 共晶螺旋面和三元共晶面；,（一）.点、线、面投影,（二）.相区投影1.单相区L、A、B；2.双相区L+A、L+B、L+C；3.三相区L+A+B、L+BC、L+A+C、A+BC；4.四相区 L+A+BC。,三.典型合金的结晶过程及组织,(一)在立体图中分析结晶过程,1合金0的结晶分析：(1)当温度降到与液相面相交时由 LA初,液相成分沿Aom线变化(2)当液相成分到达m点时,合金由 两相区进入三相区，发生二元共 晶反应，L（A+B）,液相成分 沿mE线变化；,(4)当温度降到TE温度以下时进入A+B+C三相区,没有 相变。室温组织为：A+(A+B)+(A+B+C),(3)当液相成分到达E点时，合金由三相区进入四相区，发生三元共晶反应:恒温结晶直 至液相消失；,第九章,也可以简单分析结晶过程：LL+A L+A+B L+A+B+C LA L(A+B)A+B+C 无相变 室温组织为:A(A+B)(A+B+C),(二)在投影图中分析结晶过程,1合金0的结晶分析：(1)当温度降到与液相面相交时由 LA初,液相成分沿Aom线变化(2)当液相成分到达m点时,合金由 两相区进入三相区，发生二元共 晶反应，L（A+B）,液相成分 沿mE线变化；,(3)当液相成分到达E点时，合金由三相区进入四相区，发生三元共晶反应:恒温结晶直 至液相消失；,(4)当温度降到TE温度以下时进入A+B+C三相区,没有 相变。室温组织为：A+(A+B)+(A+B+C),求室温组织中相组成物 A、B、C的相对重量:,WA=100%,WB=100%,WC=100%,求室温组织中组织组成物相对重量:,或,或,合金的结晶:,室温组织为:B+（A+B）+(A+BC),合金的结晶:,室温组织为:B+（C+B）+(A+BC),L L+B L+B+C L+A+B+C A+BC LB初 L（B+C）,L L+B L+A+B L+A+B+C A+BC LB初 L（A+B）,合金的结晶:,L L+C L+B+C L+A+B+C A+BC LC初 L（B+C）,室温组织为:C+（C+B）+(A+BC),合金的结晶:,L L+C L+A+C L+A+B+C A+BC LC初 L（A+C）室温组织为:C+（A+C）+(A+BC),合金的结晶:,L L+A L+A+C L+A+B+C A+BC LC初 L（A+C）室温组织为:A+（A+C）+(A+BC),Bi,(Bi+Sn),Bi-Sn-Pb三元合金室温组织,合金O室温组织示意图,四.变温截面图,平行于三角形一边的变温截面,看下图,第一节,从三角形一顶点引直线的变温截面,看下图,94固态有限溶解的三元共晶相图,一.相图分析,1.点：熔点 a、b、c 二元共晶点e1、e2、e3,m、n、p为、的最大溶解度点，降温时 各沿着mm nn pp变化析出,三元共晶点-E点，成分在mnp之内的三元合金冷却 到TE时发生三元共晶反应，反应式为：,2.二元共晶曲线-三条（沟线）,e3E线-,e1E线-,e2E线-,三条沟线的投影,3.面：（1）液相面（3个）-又是、结晶开始面,三个液相面投影,（2）、结晶完成面,红色区域为完成面投影,（3）三元共晶面mnp-成分在mnp之内的三元合金 冷却到TE时发生三元共晶反应，反应式为：,mnp(红色)为三元共晶面投影,（4）二元共晶面（6个开始面，3个完成面）二元共晶开始面-螺旋面（6个）,各两个,6个二元共晶曲面投影（开始面）,二元共晶完成面（3个）-,各一个,红色为二元共晶曲面完成面投影,（5）固相面（7个）-3个、完成面；3个 和 二元共晶 完成面；1个三元共晶面mnp。,（6）溶解度曲面（6个）,红色为在中的溶解度曲面绿色为在中的溶解度曲面蓝色为在中的溶解度曲面黄色为在中的溶解度曲面浅蓝色为在中的溶解度曲面紫色为在中的溶解度曲面,溶解度曲面的投影,4.相区：（1）四相区-L四相区，即mnp，该三 角形与所有相区都相临,凡位于该区内的三元合金 均发生三元共晶反应:,红色为四相区投影,（2）三相区（4个）一个是三相区-三棱柱体(在四相区下方)上底面是mnp，下底面是mnp，还有三个侧面,三相区的投影,mm，nn，pp分别是:当温度降到TE以下时,、的成分均沿着三条单变量线变化,并且发生下列反应:,三相区空间图形,另三个三相区是:L-L+-L-该三相区的位置在四相区的上方,每一个三棱柱体的底面分别是三元共晶面的一部分;两个二元共晶开始面和一个共晶完成面以及三条单变量线共4个面所围成。,箭头表示温度降低的方向,（3）两相区（6个）L、L、L；和,如两相区,空间位置 在三相区右方；上底面是 二元共 晶完成面;左边面是 溶解度曲面;右边面是 溶解度曲面,还有一个下底面。,如L两相区：开始面（液相面）和完成面；一个是 和 二元共晶开始面;还有两个侧面共6个面围成。,空间位置在两个由液相存在三相区的上方。,（4）单相区-有L、4个,三个单相的投影,如单相区;结晶完成面;两个溶解度曲面;两个侧面和一个下底面,位于该区内的三元合金均进入相区。,L,L,二.三元合金的结晶过程分析（立体图中分析）,TT1时，由 由L相区 进入L两相区；L初 TT2时，由L两相区进 入L三相区，发生 二元共晶反应,L、成分沿着三条单 变量线变化；组织为-L初（）,TTE时(T3),剩余的E点成分的 L相发生三元共晶反应：直至液相耗尽。组织为：初（）（）,TTE时,、成分沿着 三条单变量线变化并分别析出 二次相：,室温组织为:初()(),三.等温截面图,画了共轭线的区域是两相区。等温截面上两相区一般以两条直线、两条曲线为周界。两相区与单相区的分界线是凸向单相区的曲线。两相区与三相区的分界线是直线（共轭线），相图侧界当然也是直线。如果已知合金成分,在两相区可利用直线法则、杠杆定律求出两平衡相的相对重量。三相区为直线共扼三角形，可利用重心法则求三平衡相的相对重量。,等温截面图,两相区可利用直线法则、杠杆定律求出两平衡相的成分及相对重量.2.三相区为直线共扼三角形，可利用重心法则求三平衡相的相对重量.3.三相平衡时随着温度降低，L相领先移动，L的相对量是逐渐降低的。4.含有液相的三个三相区在降温时均发生共晶型转变。,五.投影图,（一）.相图分析 1.四相区投影:L 凡位于abc内的 合金均发生三元共 晶反应。,2.三相区投影:三相区凡位于a0 b0 c0之内的合金均发生：,L三相区-凡位于a1b1bEaa1内的三元合金均发生 二元共晶反应（绿）,L三相区-凡位于a2c1cEaa2内的三元合金均发生 二元共晶反应（黄）,L三相区-（红）凡位于b2c2cEbb2内的三元合金均发生 二元共晶反应:,3.两相区投影:两相区-凡位于（红）a0b0baa0a0以内的三元合 金均发生 或,两相区-凡位于（绿）a0c0c0caa0 a以内的三元合 金均发生 或,两相区-凡位于（黄）b0c0c0cbb0 b0以内的三元合金均发生 或,L两相区-（红）凡位于Ae1Ee3A以内的三元合金均发生 反应。,L两相区-（绿）凡位于Be1Ee2B以内的三元合金均发生 反应。,L两相区-（黄）凡位于Ce2Ee3C以内的三元合金均发生 反应。,4.单相区投影:单相区-（红）凡位于Aa1aa2A之内的三元合金均进入单相区,没有相变发生。,单相区-（绿）凡位于Bb1bb2B之内的三元合金均进入单相区,没有相变发生。,单相区-（黄）凡位于Cc1cc2C之内的三元合金均进入单相区,没有相变发生。,(二)典型合金的结晶过程及组织合金:L L+L初 组织为:合金:L L+L初 组织为:+合金:L L+L初,组织为:+,合金:L L+L L初室温组织为:+()+,合金：L L+L L初,室温组织为:+(),室温组织为:+()(+)+,合金：,L L+LL L初,合金M：L L 室温组织为:()+,合金N：L L L+L初+,室温组织为:初()+,六.变温截面图,1.平行于三角形AC边的几个变温截面,图9-34 变温截面,从三角形一顶点引直线AR所作的变温截面图,平行于三角形一边,95 三元相图的相平衡,一.单相区-自由度f=3,任意形状.,二.两相平衡-自由度f=2,水平截面图中由一对共轭曲面把它与两个组成相所在的单相区隔开,三.三相平衡-自由度f=1，在立体图中三相区是由三条 单变量线组成的不规则三棱柱体。,1.在水平截面图中三相区是 直边三角形(共轭三角形)可以运用重心法则求出三 个平衡相的相对重量。,2.在垂直截面图中三相区是曲边三角形.,二元包晶型,二元共晶型,二元共晶型,二元包晶型,反应相点朝前,反应相线朝前,因 f=3-3+1=1,f=3-3=0,二元共晶反应和二元包晶反应的二元与三元相图比较:,二元相图,三元相图,四.四相平衡-自由度f=0,四相区一定是一个水平面。,（一）变温截面图中 1.在变温截面图中如果有四相平衡转变一定是一条水平 线（反之不一定）。2.变温截面图中的四相平衡转变一定与四个三相平衡转 变相连接。,f=2-3+1=0,（二）等温截面图中,在等温截面图中四相平衡转变为三角形或四边形。,空间立体图形,点超前,线超前,2.水平截面图中四相平衡转变时转变前、后的图形及反应式,（三）投影图,观看三个图中液相点的箭头走向,箭头三进,箭头两进一出,箭头一进两出,第3页,96 三元相图应用举例,一.Fe-C Si三元系垂直截面图,（含Si为2.4和4.8的两个变温截面图）灰口铸铁基本上是Fe-C-Si三元系，相图中包含L、C（石墨）五个单相。L+相区：包晶转变 L+L+C相区：共晶转变 L+C,+C相区：共析转变+C,随着Si含量增加，S点左移，包晶转变温度降低，共析转变温度提高，区缩小。,2.4Si,4.8Si,返回首页,第4页,二.Fe-C-Cr三元系相图,Fe-C-Cr三元合金应用很广，例如铬不锈钢0Cr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13以及Cr12模具钢等，添加其它合金元素还可以变换出其它钢种。,相图中共含有7个组成相，除了L、以外，还有C1、C2、C3三种化合物：C1Cr7C3或(Cr,Fe)7C3 C2(Cr,Fe)23C6、C3Fe3C或(Fe,Cr)3C,第九章,返回首页,第5页,（一）变温截面图,共含4个单相区、8个两相区和8个三相区和3条四相平衡线。有些转变可以从相区的邻接关系、转变的可能性、相区的形状判断反应的类型，有些则需要更多的资料才能确定反应的类型。,1.单相区：L、,2.三相区：,L+,LC1,C2,C1-,根据四相平衡线上下各两三相区判断,3.四相区,（1）795等温转变 为包共晶转变,左上侧（兰区）:C 2 三相区，左下侧（兰区）:C1+C2 三相区,说明冷却时相消失(反应相)，C1相生成相.,右上侧(粉):C1+C2三相区,右下侧:C1三相区,说明冷却时相生成，C2相消失(反应相).,第九章,返回首页,第6页,（2）1175和760 两水平线分别为：,1175水平线为:LC1C3四相区,760水平线为:C1+C3四相区,从手册中查出,第九章,返回首页,第7页,返回,（二）典型合金的结晶过程分析,2Cr13不锈钢（13Cr,0.2%C）,LL L+C2,室温组织为：珠光体P（C2）平衡结晶组织,C2C2,2.Cr12冷作模具钢13Cr,2.3C,室温组织为：Ld+P,LL L+C1+C1+C1+C1,第8页,（三）水平截面图,1.Cr13不锈钢13Cr,0.2%C,合金在1150时位于单相相区，表明该合金在1150时组成相为与垂直截面图一致。,2.Cr12冷作模具钢13Cr,2C,合金在1150时位于单相C1两相区，表明该合金在1150时是由和（Fe,Cr)7C3 组成。,第九章,返回首页,第9页,三.AL-Cu-Mg三元系液相面投影图,AL(Mg、Cu)CuAL2 Mg2AL3 Mg17AL12 SCuMgAL2TMg32(AL,Cu)49 QCu3Mg6AL7,（一）确定合金的熔点和初生相,LY12硬铝合金（4.5Cu，3.0Mg）熔点为645,初生相为,（二）三相平衡转变,1.在ALCu二元系中：投影点为E1点,2.在ALMg二元系中：共晶转变点的投影为E2点:共晶转变点的投影为E3点,返回首页,第11页,（三）四相平衡转变,课堂练习,一.是非题 1.三元相图垂直截面图中的三相区常呈三角形，其三个顶点分 别表示三个平衡相的成分。（）2.在二元相图和三元相图的两相区中，都可以使用杠杆定律（）3.三元系中包共晶转变是 四相平衡转变，在TE 温度以下的三相平衡转变为L和。（）4.三元相图的水平截面图中的三相区都是直边三角形，三个顶点 表示三个平衡相的成分点。（）5.根据三元合金垂直截面图可以分析合金的凝固规律。（）6.在三元系相图中，三相区的等温截面图都是一个共轭三角形，其顶点触及两相区。（）,二.在图1的两个水平截面图中,1.用相组成填写各区;2.求合金1、2分别在T1和T2温度时 的相组成物的相对重量。,三.写出图2两图中的反应类型及 反应式并与二元加以比较。,四.分析图3中合金1、2、3、4、E、a及a1各点成分的三元合金的平衡 结晶过程及组织。,图2,六.图5为A-B-C完全不溶三元 共晶相图投影图：1.作M-N和A-H变温截面图，并 填写各相区。2.说明M-N和A-H变温截面图上 所有三元合金成分特点。,图5,五.图4为三元相图四相平衡转变水平截面图形：（1）说明各发生何种类型的四相平衡转变，写出反应式；（2）说明各图在TE温度、及以上或以下各发生何种反应？写出 反应式。,图4,七.图6为Fe-W-C液相面投影图写出图中各四相平衡转变类 型及转变反应式。,图6,合金,合金,合金,合金,合金,合金,合金,合金,本教程：得到河北工业大学 现代化教学中心（办公电话02226564131）的大力支持和帮助,版权所有 侵权必究,返回首页,前一页,