06-4 FH6-4三元相图.pptx

第1页：相图

第6章相图Phase Diagram

• 0绪论
• 第1章原子结构与结合键Atomic Structure and binding bond
• 第2章晶体学基础Basis of Crystallography
• 第3章晶体结构Crystal Structure
• 第4章晶体缺陷Crystal defects
• 第5章非晶体与准晶结构Amorphous andQuasicrystalStructure
• 第7章固体扩散Solid Diffusion
• 第8章凝固与结晶Solidification and Crystallization
• 第9章烧结与聚合Sintering and Polymerization
• 第10章固态相变Solid Phase Transformation
• 材料科学与工艺的基础理论

第2页：相图

第6章相图Phase Diagram

• 6.1相图的基本知识
• 相与组织、相图与相律
• 6.2单元相图(Unit phase diagram)
• 6.2.1纯铁相图
• 6.2.2 SiO2相图
• 6.2.3聚合物相图
• 6.3二元相图（Binary diagram）
• 6.3.1匀晶相图与杠杆定律
• 6.3.2二元共晶相图与共析相图
• 6.3.3包晶相图与包析相图
• 6.3.4其他类型二元相图
• 6.3.5二元相图的几何规律及分析方法
• 6.3.6铁碳相图
• 6.3.7无机材料专业相图
• 6.4三元相图
• (Ternary diagram)
• 6.4.1等边三角形的成分表示法
• 6.4.2三元相图中的基本法则
• 6.4.3三元匀晶相图
• 6.4.4固态互不溶解的三元共晶相图
• 6.4.5三元相图的几何规律及分析
• 6.4.6典型的三元相图
• 6.5相图热力学

第3页：相图

第6章相图

• 6.4三元相图(Ternary diagram)
• 6.4.1等边三角形的成分表示法
• 6.4.2三元相图中的基本法则
• 6.4.3三元匀晶相图
• 6.4.4固态互不溶解的三元共晶相图
• 6.4.5三元相图的几何规律及分析
• 6.4.6典型的三元相图
• 6.5相图热力学

第4页：相图·三组元的材料在工程

三组元的材料在工程中相当普遍，合金钢、铸铁、铝镁铜合金、ZrO2-Al2O3-Y2O3陶瓷等。二元相图：总数4950个，4000（81%）；三元相图：总数161700个，8000（5%）；三元系：温度和两个成分参数构成三个独立变量；三元相图是空间立体图，表达和认知困难。

第5页：三组元的材料在工程

三元匀晶相图空间模型：三元匀晶相图

第6页：三组元的材料在工程

• 固态互不溶解的三元共晶相图的空间模型
• http://course.cug.edu.cn/21cn/%E6%9D%90%E6%96%99%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%9F%BA%E7%A1%80/doc/chap8/82.htm

第7页：三组元的材料在工程·固态有限溶解

固态有限溶解的三元共晶相图的空间模型

第8页：固态有限溶解·固态互不溶解

固态互不溶解的三元包晶/共晶相图空间模型

第9页：固态互不溶解·主要内容

主要内容：1.三元相图:基本概念、规律2.反应类型：分析思路3.截面图和投影图研究相和组织转变规律。

第10页：主要内容·截面图10

截面图10

第11页：截面图10·11MgO-Al2O

11MgO-Al2O3-SiO2三元投影图

第12页：相图热力学

6.5相图热力学

• 第六节三元相图
• 6.4三元相图(Ternary diagram)6.4.1等边三角形的成分表示法6.4.2三元相图中的基本法则6.4.3三元匀晶相图6.4.4固态互不溶解的三元共晶相图6.4.5三元相图的几何规律及分析6.4.6典型的三元相图

第13页：等边三角形的成分表示法

6.4.1等边三角形的成分表示法

成分三角形：–等边三角形法–直角三角形–等腰三角形

第14页：等边三角形的成分表示法

A/B/C顶点

三个纯组元；数值的标注要方向一致，顺时针或逆时针都可以。

AB/BC/CA三边

①各定为100％；②分别代表A－B、B－C、C－A三个二元系的成分；

三角形内的点

代表三元系的成分。

1.等边三角形法

第15页：等边三角形的成分表示法

• 三角形内的点：代表三元系的成分。
• A%?

第16页：等边三角形的成分表示法

由O顺次作平行于三个边的线段oa、ob、oc。abc用oa, ob, oc分别表示组元A、B、C的质量分数。Oa+Ob+Oc = AB = 100%

第17页：等边三角形的成分表示法

数值的标注要方向一致，顺时针或逆时针都可以。顺时针逆时针

第18页：等边三角形的成分表示法

• 平行于一边的直线上所有点，表示这个边对应顶点的组元含量均相等；6.4.2三元相图中的基本法则B%
• 等含量规则1.等含量规则

第19页：等边三角形的成分表示法

• ②过一顶点的直线上所有点，另两个顶点代表的两组元的含量比为一定值。
• 等比例规则
• 2.等比例规则

第20页：等边三角形的成分表示法·直线法则

• 3.直线法则和杠杆定律材料的成分点（O）和其两个平衡相的成分点(a，b）必然位于成分三角形内的一条直线上，称为直线法则或三点共线原则。
• T温度下，两相平衡：杠杆定律：

第21页：直线法则·相的成分

• 4.重心法则O点为合金成分，D\E\F分别为α\β\
• 相的成分。合金的成分点O为三角形abc的质心（重心法则）。
• T温度下,三相平衡时：
• 直线法则→
• α /β→f；
• f/
• →O.

第22页：三元匀晶相图

6.4.3三元匀晶相图1.相图构成2.合金的结晶过程3.等温截面（水平截面）4.变温截面（垂直截面）5.投影图

第23页：三元匀晶相图·三元匀晶

三元匀晶(动画）相图的空间模型：

第24页：三元匀晶·相图构成形成条件

1.相图构成形成条件：三组元在液态和固态都能无限互溶。

第25页：相图构成形成条件

2.合金的结晶过程结晶在一温度范围内完成。

第26页：相图构成形成条件

两相平衡成分变化规律液、固相面上一条空间曲线；OSℓ1S1ℓS2ℓ2

第27页：O点分

O点分L-S连接线的比例随结晶过程在不断变化，类似一只蝴蝶。迹线的外缘是液、固成分变化曲线的投影。

投影图上，为一系列绕成分O点旋转的线段，

第28页：O点分·等温截面

3.等温截面（水平截面动画）1能分析什么？2杠杆定律可否用？

第29页：等温截面

• 3.等温截面（水平截面动画）两平衡相的相对数量比为：杠杆定律
• 两相平衡区:液/固相线（共轭线）：连接线：o\n、m。

第30页：等温截面·T温度下

• 连接线：
• 由试验数据标出。
• T温度下，同一成分的合金有固定的平衡相;
• 连接线不可能相交;
• 一般不平行于三角形的边。连接线能相交吗？

第31页：T温度下·柯氏法则

柯氏法则：连接线的走向受组元熔点制约。过O点和某一顶点连线BS2：①则连接线mn的两端点在这直线的两边；②其中固相点m在直线分隔的另两组元的高熔点那一边。高熔点组元先结晶。

第32页：柯氏法则·32③液相点

32③液相点n应在直线分隔的另两组元的低熔点那一边。

第33页：32③液相点·变温截面

4.变温截面（垂直截面动画）（1）平行于成分三角形一边的变温截面（2）过成分三角形一顶点的变温截面

第34页：变温截面

• 4.变温截面（垂直截面动画）（1）平行于成分三角形一边的变温截面
• 截面两边开口；
• 三个区：L、L＋α、α。

第35页：三个区

• 截面一边闭合。
• 三个区：L、L＋α、α。（2）过成分三角形一顶点的变温截面

第36页：三个区·①合金凝固开始

• ①合金凝固开始和结束温度，给出了冷却过程经历的各种相平衡.
• 可以分析结晶过程。1能分析什么？2杠杆定律可否用？

第37页：①合金凝固开始·37②L相

• 37②L相和α相成分变化是空间曲线，并不都在同一垂直截面上（蝴蝶规律）;
• 变温截面上的液/固相线走向不代表成分变化。
• 尽管形状类似二元相图，不能用杠杆定律。杠杆定律可否用？

第38页：相图

小结：等温截面（水平截面）

第39页：相图·变温截面

变温截面（垂直截面）小结：

第40页：变温截面·投影图小结

405.投影图小结：

第41页：投影图小结

• 5.投影图合金O:t4~~t3温度开始凝固。t6~~t5温度凝固终了。t1
• t2
• t3
• t4
• ……..②所有相区的交线投影到成分三角形中(共晶相图)。①等温线投影图(匀晶相图）：一系列等温截面中的相界线投影到成分三角形中。

第42页：固态互不溶解的三元共晶相图

6.4.4固态互不溶解的三元共晶相图

• 固态互不溶解的三元共晶相图投影图
• 固态有限互溶的三元共晶相图(自学）

第43页：固态互不溶解的三元共晶相图

http://course.cug.edu.cn/21cn/%E6%9D%90%E6%96%99%E7%A7%91%E5%AD%A6%E5%9F%BA%E7%A1%80/doc/chap8/82.htm43固态互不溶解的三元共晶相图相图的空间模型动画

第44页：固态互不溶解的三元共晶相图

6.4.4固态互不溶解的三元共晶相图tAE1EE3tA，tBE1EE2tB，tCE2EE3tC分别是组元A\B\C的初始结晶面（液相面）1.相图构成

第45页：固态互不溶解的三元共晶相图

• 二元共晶转变线：E1E，E2E，E3EE1E：L
• (A+B)，E2E：L
• (C+B)，E3E：L
• (A+C)

第46页：固态互不溶解的三元共晶相图

• 三元共晶点：ELE
• （A+B＋C）三元共晶面（固相面）：A1B1C1

第47页：固态互不溶解的三元共晶相图

三相平衡区：空间三棱柱（共6个）二元共晶曲面：A3E1EA1A3等6个。三相平衡区L+A+BE1E:L→(A+B)三相平衡区：L+A+B

第48页：固态互不溶解的三元共晶相图

482.等温截面分析

第49页：固态互不溶解的三元共晶相图

2.等温截面分析

第50页：固态互不溶解的三元共晶相图

502.等温截面分析

第51页：固态互不溶解的三元共晶相图

512.等温截面分析

第52页：固态互不溶解的三元共晶相图

• 在固态完全不溶的三元共晶相图投影图3.投影图
• e1E，e2E和e3E是3条共晶转变线的投影。
• 把投影图分成3个液相面的投影。E是三元共晶点的投影。

第53页：固态互不溶解的三元共晶相图

板书固态互不溶解的三元共晶相图(动画）投影图组织分析3.投影图

第54页：

第55页：固态互不溶解的三元共晶相图

组织组成物相组成位置合金成分（A+B +C）A+B +CE四相平衡A初+（A+B）+（A+B+C）A+B+C①液相面内6个B初+（A+B）+（A+B+C）A+B+C②B初+（C+B）+（A+B+C）A+B+C③C初+（C+B）+（A+B+C）A+B+C④C初+（A+C）+（A+B+C）A+B+C⑤A初+（A+C）+（A+B+C）A+B+C⑥（A+B）+（A+B+C）A+B+Ce1E线上三相平衡共晶线(B+C)+（A+B +C）A+B+Ce2E线上（A+C）+（A+B+C）A+B+Ce3E线上A初+（A+B+C）A+B+CAE线上二元共晶曲面和三元共晶曲面交线B初+（A+B+C）A+B+CBE线上C初+（A+B+C）A+B+CCE线上

第56页：固态互不溶解的三元共晶相图

相:A+B+C相对量：杠杆定律

第57页：固态互不溶解的三元共晶相图

组织的相对量：杠杆定律

第58页：固态互不溶解的三元共晶相图

58O点成分合金的室温组织：初晶A＋（A+C）＋（A+B+C)5.变温截面

第59页：立体图

立体图

只能根据相区接触面，而不能根据相区接触的线或点来判断；

截面图

只能根据相区接触线，而不能根据相区接触的点来判断。

第60页：立体图

• α初+ (α+β)＋(α+β+γ )+ αⅡ+βⅡ+γⅡ
• 固态有限互溶的三元共晶相图(自学）

第61页：立体图

• 61O的结晶过程：L
• α初L
• （α＋β）L
• βⅡ＋αⅡα初+ (α+β)＋(α+β+γ )+ αⅡ+βⅡ+γⅡ
• 固态有限互溶的三元共晶相图(自学）

第62页：立体图·相邻相区的相数差1

• 1.相区接触法则（空间相图、水平/垂直截面）：
• 相邻相区的相数差1（点接触除外）。6.4.5三元相图的几何规律及分析方法

第63页：以面

• 2.相区接触规律
• 空间图形：
• 以面（曲面或连接三角形）相邻的两相区相数差1（单双、双三、三四）；
• 以线(变温线或连接线)相邻的两相区相数差2（单三、双四）；
• 以点（四相区平衡点）相邻的两相区相数差3（单四）。
• 截面图中（水平/垂直截面）：
• 以线相分隔的两相邻相区相数差1；
• 以点相接的两相邻相区相数差2。

第64页：以面·三相区特征

3.三相区特征（1）转变类型判断：共轭三角形反应相单变量线在前，生成相在后。

第65页：三相区特征·转变类型判断

（2）转变类型判断：变温截面上曲边三角形的特征中间的单相区在上。中间的单相区在下。

第66页：转变类型判断·四相平衡

4.四相平衡（1）转变类型判断：邻接关系

第67页：四相平衡·转变类型判断

（2）转变类型判断：变温截面（4个三相区的位置）共晶反应包晶反应包共晶反应

第68页：转变类型判断

（3）转变类型判断：投影图上液相单变量线的走向共晶反应包晶反应包共晶反应4.四相平衡

第69页：转变类型判断

（4）转变类型判断：单变量线的位置和温度走向共晶反应包晶反应包共晶反应4.四相平衡

第70页：转变类型判断

6.4.6典型的三元相图1．Fe-C-Si三元系垂直截面

第71页：转变类型判断

• 2．Fe－C－Cr三元系相图Fe-C－Cr相图分析
• 4个单相区(Lαγδ);
• 8个两相区;
• 8个三相区;
• 3条四相平衡的水平线。
• C1和C2是Fe溶于Cr7C3和Cr23C6中的碳化物;
• C3是以Fe3C为基础溶有Cr原子的合金渗碳体。

第72页：转变类型判断

3．Al—Mg—Cu系投影图（LY12）α(Al为基的固溶体)θ(CuAl2) β(Mg2Al3)γ (Mg17Al12)S (CuMgAl2)T [Mg32(Al,Cu)49]Q (Cu3Mg6Al7)

第73页：转变类型判断

4．MgO—Al2O3－SiO2系投影图

第74页：转变类型判断·四相平衡反应

四相平衡反应：

第75页：镁砖

• 二大类常用制品：
• 无线电高频镁制陶瓷：
• 滑石瓷，
• 堇青石瓷，
• 镁橄榄石瓷等。
• 高级耐火材料：
• 镁砖（方镁石，MgO），
• 尖晶石砖（MA)，
• 镁橄榄石（M2S);

第76页：镁砖·76CaO—Al2O

• 76CaO—Al2O3－SiO2系：
• 高Ca区：
• 硅酸盐水泥：
• C2S+C3S+C3A

第77页：

第78页：76CaO—Al2O·本章小结

本章小结1.三元相图的形式，成分的表示方法。2.读懂三元相图的平面图（水平/垂直截面图,投影图)，掌握程度以课堂例子和作业要求为限。

第79页：结束页

谢谢！