物理化学三元相图详解.ppt
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1、材料科学基础相平衡和相图习题课1 复杂三元相图的分析步骤 (1)判断化合物的性质 (2)把相图划分成若干个副三角形 (3)判断各界线的温度下降方向 (4)判断各界线的性质 (5)确定三元无变量点的性质 (6)分析冷却析晶过程或加热过程 (7)应用杠杆原理计算各相含量 (8)画出三元相图一边上的二元相图(1)判断化合物的性质 了解相图有哪些化合物,组成的和初晶区的位置,根据化合物的组成点是否在其初晶区内,判断化合物的性质。 化合物根据组成可以分为二元化合物和三元化合物; 化合物在自己的初晶区内为一致熔融化合物,不在自己的初晶区内为不一致熔融化合物。 (2)把相图划分成若干个副三角形 根据划分副三
2、角形的原则和方法,把复杂的三元相图划分成若干个分三元系统,使复杂相图简化。 根据无变量点划分,除多晶转变点和过渡点外,每一个无变量点都有自己对应的副三角形。 把无变量点周围的三个初晶区对应的晶相组成点连结成三角形,就是该无变量点对应的副三角形。(3)判断各界线的温度下降方向 根据连线规则判断各界线的温度下降方向,并用箭头标出。 两个初晶区之间的界线或者延长线,如果和两个晶相的组成点的连线或者延长线相交,交点是界线的温度最高点(4)判断各界线的性质 应用切线规则切线规则判断界线是共熔性质还是转熔性质,确定相平衡关系界线上点的切线与AB连线交点在AB之内,界线性质为共熔过程界线上点的切线与AB连线
3、交点在AB延长线上,界线性质为转熔过程b点为界线性质转变点,在该点只析出B(5)确定三元无变量点的性质 根据三元无变量点与对应的副三角形的位置关系,位于重心位置是低共熔点,位于交叉位置是单转熔点,位于共轭位置是双转熔点。 根据交汇于三元无变量点的三条界线的温度下降方向来判断无变量点是低共熔点、单转熔点还是双转熔点,确定三元无变量点上的相平衡关系。三元无变量点类型及判别方法性质性质低共熔点低共熔点双升点(单转熔)双升点(单转熔)双降点(双转熔)双降点(双转熔)图例相平衡关系判别方法E点在三角形重心位置P在副三角形外构成交叉位置关系R在副三角形外构成共轭位置关系是否结晶终点是视物系组成点位置而定视
4、物系组成点位置而定CABECABECBALE)(CABPCABPCBALP)(CBALR)(CABRCRAB三元无变量点类型及判别方法性质性质过度点过度点双升形双升形过度点过度点双降型双降型多晶转变点多晶转变点图例相平衡关系判别方法过渡点没有对应的副三角形,相平衡的组成在一条直线上无对应副三角形,组成在一条直线上是否结晶终点否(只是结晶过程经过点)否nBmABAnmAC 、LASABRASBDABPADBACAAC(6)分析冷却析晶过程或加热过程 熔体冷却,首先在初晶区析晶,液相组成按背向线规则变化,此时F=2。 液相到达界线上析晶,如果是共熔线,析出两种晶体,F=1,组成沿着界线温度下降方向
5、变化。如果在界线上转熔,需要注意固相组成,转熔是否提前结束进入单相区。 熔体析晶结束点,必定在熔体组成所属副三角形对应的无变量点上。 熔体析晶过程中任何时刻,原始熔体组成点、固相、液相组成点在一条直线上。利用杠杆规则可计算各相含量。(7)特殊情况的判别 组成点如果正好在界线上,如果是共熔线,则冷却时同时析出两种晶相,固相组成可以使用切线规则求出。 如果界线是转熔线,则析出单一固相,液相组成点直接进入单相区,并按照背相线规则变化。 如果组成点是三元低共熔点,则同时析出三种晶体。如果是单转熔点,不发生转熔而是沿某一界线析晶。如果是双转熔点,不转熔也不沿着界线析晶,直接析出单一固相,组成的进入单相区
6、按背向线规则变化。例题1 如图A-B-C三元系统相图,根据相图回答下列问题(20分) 1.在相图上划分副三角形,用箭头表示各条界线上温度下降的方向及界线的性质; 2.判断化合物S的性质; 3.写出各三元无变量点的性质及其对应的相平衡关系式; 4.写出组成点M在平衡条件下的冷却结晶过程,结晶结束时各相的百分含量(用线段比表示)。(1)划分副三角形有三个无变量点P、E、Q,其中Q点是多晶转变点。连结P点周围初晶区的组成点A、S、C,得到ASC连结E点周围初晶区的组成点BSC,得到BSC(2)化合物性质化合物S在AB连线上,为二元化合物。并且不在自己的初晶区内,因此S是不一致熔融的二元化合物(3)界
7、线性质和温度下降方向Pp上任何一点做AS切线,都交于AS延长线上,所以Pp是转熔线,L+AS注意三角形的外框、等温线附近的箭头不要遗漏(4)无变量点性质P在对应副三角形ASC的交叉位置上,P是单转熔点L+AS+CQ是多晶转变点,在有液相和S存在的情况下,B转变成BE在对应三角形的重心位置上,为低共熔点LB+S+C(5)熔体M冷却析晶过程uvw1.熔体M在初晶区B内先析出B,液相组成沿背向线变化,固相组成在B2.在多晶转变等温线u上B全部转变为B后继续降温3.到达在界线上v点后,同时析出B 和S,F=1,液相组成沿着界线变化,固相组成离开B4.液相到达低共熔点E时,固相组成到w点,液相同时析出B
8、SC,固相由w逐渐靠向M,到达M时,液相消耗完毕,析晶结束(5)熔体M冷却析晶过程uvw4.液相到达低共熔点E时,固相组成到w点,液相同时析出BSC,固相由w逐渐靠向M,到达M时,液相消耗完毕,析晶结束x液相在E点析晶时,固相组成由w向M移动,刚离开w时,L%=Mw/Ew。到达x时,L%=Mx/Ex,可见液相不断减少。达到M点是L%=0当固相组成点达到熔体原始组成点时,冷却析晶结束(5)熔体M冷却析晶过程uvw1.熔体M在初晶区B内先析出B,液相组成沿背向线变化,固相组成在B2.在多晶转变等温线u上B全部转变为B后继续降温3.到达在界线上v点后,同时析出B 和S,F=1,液相组成沿着界线变化,
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