物理化学三元相图

一、三元相图几何特征1.成分表示法——浓度三角形等边三角型＋顺时针坐标BCA←A%B%C%2.浓度确定BCA←A%B%C%1）确定O点的成分1）过O作A角对边的平行线2）求平行线与A坐标的截距得组元A的含量O3）同理求组元B、C的含量课堂练习1.确定合金I、II、III、IV的成分ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%C%II点：A%=60%B%=30%C%=10%课堂练习ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%C%II1.确定合金I、II、III、IV的成分II点：A%=20%B%=50%C%=30%课堂练习ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%C%III1.确定合金I、II、III、IV的成分III点：A%=20%B%=20%C%=60%课堂练习ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%C%IV1.确定合金I、II、III、IV的成分IV点：A%=40%B%=0%C%=60%ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%C%2.标出75%A+10%B+15%C的合金课堂练习3.标出50%A+20%B+30%C的合金ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%C%课堂练习2.浓度三角形中具有特定意义的直线ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%C%II点：20%A-50%B-30%CIII点：20%A-20%B-60%CIV点：40%A-0%B-60%CIIIIIIVBCA←A%B%C%1）与某一边平行的直线PQ含对角组元浓度相等课堂练习4.绘出A＝40%的合金ABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%C%5.绘出C＝30%的合金BCA←A%B%C%Da1′a2′c2c12）过某一顶点作直线a1a2FE常数22221111''%%BcCaBcBaBcBaBcCaCAABC908070605040302010102030405060708090102030405060708090←A%B%C%6.绘出C/B＝1/3的合金课堂练习%75%2531BC7.绘出A/C＝1/4的合金3.直线法则与重心法则1）直线法则——适用于两相平衡的情况投影到任何一边上，按二元杠杆定律计算WWRRfegfeffg''''BCA←A%B%C%efge’f’g’R三元合金R分解为α与β两个新相，这两个新相和原合金R点的浓度必定在同一条直线上。2）重心法则BCA←A%B%C%efd——适用于三相平衡的情况%100%adRd%100%eRe%100%fRfR在一定温度下，三元合金三相平衡时，合金的成分点为三个平衡相的成分点组成的三角形的质量重心。（由相率可知，F=1，三个平衡相的成分是确定的。）平衡相含量的计算：所计算相的成分点、合金成分点和二者连线的延长线与对边的交点组成一个杠杆。合金成分点为支点。计算方法同杠杆定律。4.其它浓度三角形1）等腰浓度三角形组元B的含量很少成分点靠近AC边按比例放大AB、BC边ABC2）直角浓度三角形AC%→↑B%原点为基体组元A纵、横坐标为组元B和CB、C的浓度可以直接读出A的浓度不能直接读出组元A占绝大多数时N在三元系浓度三角形中，凡成分位于上的合金，它们含有另两个顶角所代表的两组元含量相等。A通过三角形顶角的中垂线B通过三角形顶角的任一直线C通过三角形顶角与对边成45度的直线01交大SP在如图所示成分三角形中，1）确定组元C为80%，而A和B组元浓度比等于S成分的合金成分；2）确定用10公斤P成分合金与10公斤S成分合金熔化混合后的合金成分，写出作图的步骤。ABC二、三元匀晶相图——形成匀晶相图的条件——匀晶转变：由液相直接结晶出单相固溶体的转变（相变）组元晶体结构相同、原子尺寸、电负性相似组元在液相、固相均可完全互溶T（℃）ABLL＋固相线液相线单相区双相区BCA1.三元匀晶相图BCA液相面固相面——由液相线演化而来——由固相线演化而来单相区：L、双相区：L+点：三个纯组元的熔点面：液相面、固相面区：L,α,L+α二元相图与三元相图的关系：二元相图（二维平面图）三元相图（三维立体图）＋1维平面相区立体相区线面点线＋1维＋1维＋1维BCA2.结晶过程LL→t1t2匀晶三元相图---蝶形法则蝶形法则：如图匀晶合金凝固中相成分变化，凝固中固、液相成分沿固相面、液相面呈曲线变化，每一个温度下的固、液相成分连线在浓度三角形中投影呈蝴蝶状3.等温截面及其投影BCABCALL+LL+随着等温温度的降低，液相线投影向液相区移动，即液相区缩小；固相区增大，两相区向液相区一方移动相区变化方向匀晶三元系的等温截面液相面等温线固相面等温线mnML×mx=Ma×nx三元合金相图投影图示例把三元立体相图中所有相区的交线都垂直投影到浓度三角形中，就得到了三元相图的投影图。利用三元相图的投影图可分析合金在加热和冷却过程中的转变。若把一系列不同温度的水平截面中的相界线投影到浓度三角形中，并在每一条投影上标明相应的温度，这样的投影图就叫等温线投影图。右图为三元匀晶相图的等温线投影图，其中实线为液相面投影，而虚线为固相面投影。等温截面作用匀晶三元系等温截面作用：1.该温度下三元系中各合金的相态2．杠杆定律计算平衡相的相对量3．反映液相面、固相面走向和坡度，确定熔点、凝固点4.垂直截面（变温截面）类型一：经通过某一顶点的直线做垂直面获得BCACBCA类型二：经平行于某条边的直线做垂直面获得；结晶过程分析成分轴的两端不一定是纯组元；注意:液、固相线不一定相交；液、固相线不是成分变化线,不能运用杠杆定律。01交大根据三元相图的垂直截面图，可以A分析相成分的变化规律B分析合金的凝固过程C用杠杆法则计算各相的相对量三、三元共晶相图共晶转变：一个液相，同时结晶出两个（或三个）固相——共同结晶液相线：TA——E——TS固相线：TA—M—E—N—TS线：固溶度曲线：MF、NG共晶线：M-E-N点：共晶点：E最大溶解度点：M、NT（℃）PbSnLL＋＋L＋TATSMENFG183℃固态不溶解的三元共晶相图相图的空间模型图8．12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。它是由A—B，B—C，C-A三个简单的二元系共晶相图所组成。A、B、C三组元的初始结晶面为：ae1Ee3a、be1eE2b、ce2Ee3c。三条共晶转变线：e1E，e2E和e3E。当液相成分沿这三条曲线变化时，分别发生共晶转变：e1ELA+Be2ELB+Ce3ELC+AE点为三元共晶点：LEA+B+C三相平衡区和共晶转变的初始面单独示于图8.13中。1.简单三元共晶相图分析CAABBCABCCAB3条三相平衡共晶线交于E点，E点为四相平衡共晶点，即由液相同时析出ABC相，过E点的水平三角形为四相平衡共晶面CABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBCABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBEE3E1TAEE1E2TBEE3E2TCLALBLCCABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATB液相面——初生相开始析出CABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBEE3E1TAEE1E2TBEE3E2TCLALBLC液相面——初生相开始析出e1ee3e2ABCe1E1e2E2e3E3eLALBLCEE3E1TALAEE1E2TBLBE3E2TCLCeABCE3EE1E2LA+CLA+BLB+Ce1e2e3CABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBEE3E1E2LA+CLA+BLB+C——三相平衡共晶线eLA+BLA+BLB+CLA+CABCCABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBEC1A1B1LA+CLA+BLB+CLA+B+C固相面——三相平衡共晶转变结束四相平衡共晶CABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBLA+CLA+BLB+CEA1A2B1B2E1EE3C1C3A1A3EE2C1C2B1B3中间面——三相平衡共晶转变开始eLA+BLA+BLB+CLA+CABCABCLA+B+CeLA+BLA+B+CLA+B3.投影图下图所示的投影图中，粗线e1E，e2E和e3E是3条共晶转变线的投影，它们的交点E是三元共晶点的投影。粗线把投影图划分成3个区域，这些区域是3个液相面的投影，其中标有tl，t2…字样的细线即液相面等温线。3.等温截面及其投影CABEE3E1E2C1C2C3A1A2A3B1B2B3TCTATBABCLL+CL+CL+AL+BLL+A+CL+A+CL+A+B+CL+CL+ALL+A+CLL+BA+B+C固态部分溶解的三元共晶相图1.立体图f=c-p+1，fmax=4单相区两相区三相区四相区同析三角台单相区(1个液相区，固溶体相、、的单相区)3个液相面以上的区域——1个液相区单相区(1个液相区，固溶体相、、的单相区)相单相区为afmk与Aa之间的区域a1aa0a0’a1为B、C组元在相中的溶解度曲面b1bb0b0’b1为A、C组元在相中的溶解度曲面固态有限溶解三元共晶：三组六个单析溶解度曲面两相区液-固两相区(L+、L+、L+)液相面ae1Ee3a以下，共晶开始面fe1Emf以上是L+相区mnfg为共晶反应完成面，其下部为+两相区（ff’mm’nn’gg’）固-固两相区(+、+、+)两相区三相区L++：由底面为mnE,上边fe1g三条棱fm,gn,e1E围成三棱柱L++L++++（mnp-m’n’p’构成的同析三角台）注意：三棱柱体的外侧面不是垂直平面，而是倾斜面注意：fe1Em和ge1En为共晶反应开始面，mngf为共晶反应完成面,围成三相区四相平衡面L+++L＋+同析三角台在四相平衡反应温度下为mnp，在室温下为mnp双析溶解度曲面：mm’nn’,mm’pp’,nn’pp’2.投影图液相面、、、单相区的投影两相区的投影三相区的投影四相区的投影3.固态相变阶段位于mnp内的合金凝固到固态后，随着温度的降低会发生同析反应：4.各种成分合金的凝固过程及室温平衡组织分析E合金Ⅱ区中的合金Ⅲ区中的合金Ⅳ区中的合金Ⅴ区中的合金Ⅵ区中的合金Ⅶ区中的合金Ⅱ区中的合金A0e1Ee3A0面(L)，fe1Emf二元共晶开始面(L＋)，mnp三元共晶面(L＋+)，温度低于TE后发生同析反应：Ⅲ区中的合金A0e1Ee3A0面(L)，fe1Emf二元共晶开始面(L＋)，fgmn二元共晶完成面。随着温度的降低，和相的成分沿固溶度面ffmm和ggnn变化()。Ⅳ区中的合金A0e1Ee3A0面(L)，fe1Emf二元共晶开始面(L＋)，fgmn二元共晶完成面。随着温度的降低，和相的成分沿固溶度面ffmm和ggnn变化()，继续冷却时，发生同析反应(因为成