三元相图总结.docx

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三元相图总结

第四章三元相图

必要性：

工业材料为多元合金

本章主要内容：

1.三元相图的表达方式，使用方法

2．几种基本的三元相图立体模型

3．各种等温截面，变温截面及各相区在浓度三角形上的投影图

4．典型合金的凝固过程及组织，各种相变过程及相平衡关系。

一、三元相图的成分表示法

1．浓度等边三角形：

三个顶点为纯组元，三条边为

二元合金，三角形内任一点为三元合金

2．三元合金成分确定n浓度等边三角形

3．浓度三角形中特殊线：

平行浓度三角形任一边的直

线从浓度三角形的一个顶点到对边的任意直线

等腰三角形及直角坐标表示浓度

二、杠杆定律及重心法则

单相平衡勿须计算，四相平衡无从计算

1．两相平衡：

杠杆定律

F4-5三元相图中杠杆定律与重心法则

共线法则：

三元合金中两相平衡时合金成分点与两平衡相成分点在浓度三角形的同一直线上

杠杆定律表达式α%=EO/DE×100%，β=OD/DE×100%

注意：

当一个合金O在液相的凝固过程中，析出α相成分不变时，液相成分一定沿α相成分点与O点连线延长线

变化。

2．三相平衡重心法则（重量三角形重心）x，y，z分别为α，β，γ成分点

则nα%=oa/ax×100%，β=ob/by×100%，γ%=oc/cz×100%

三、匀晶三元相图

1．立体模型液相区，固相区，液、固两相区

2．合金凝固过程及组织

a.平衡凝固

b.蝶形法则：

F4-7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

3．等温截面

匀晶三元系的等温截面

两相区中的共轭线

等温截面中两相区平衡两相的成分连线

，

共轭线的确定：

实验确定，测定两平衡相中任一相的一个组元含量

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

变温截面              

变温截面：

某合金不同温度下状态分析合金的相变过程

四、简单三元共晶相图

1．立体模型：

简单三元共晶相图模型

3个初晶液相面

3条单变量线或二元共晶线

一个三元共晶点,

三相区开始面，结束面

各相区在浓度三角形上的投影

图

投影图

如图x合金nL→A，L→A+B，L→A+B+C

表4-1简单三元共晶中合金凝固后组织

4．等温截面F4-15简单三元共晶的等温截面二相区：

共轭线

三相区：

三角形，三个顶点代表成分点

5．变温截面：

平行于浓度三角形一边的变温截面cd

F4-16：

变温截面

分析合金x的结晶过程：

L→B，L→A+B，L→A+B+C

练习：

分析合金O的结晶过程

4-17：

通过顶点的变温截面

注意：

不能用杠杆定律，F4-17中A1g1非四相平衡

，            

五、固态有限溶解的三元共晶相图

1．立体模型

F4-18固态有限溶解三元共晶模型

三个液相面

三个固溶体相面

一个三元共晶固相面

三个二元共晶完毕固相面

三组二元共晶开始面

三组六个固溶度面

F4-20：

固溶度面

三条同析线及构成的一个同析台

F4-22各相区的投影图

2．合金的凝固过程和组织

合金I、II、III（合金x），VI、V、IV

合金VIL→α，L→α+β，nαβ，F4-23：

凝固过

程投影图

合金VI：

L→β，L→β+γ，

L→β+α+γα→β同析反应nγ

表4-2：

各相区合金凝固过程及组织

3．等温截面F4-24：

不同温度下等温截面

．变温截面F4-25：

xy变温截面

x1：

L→α+β，L→α+β+γ

x2：

L→α，L→α+β+γ

x3：

L→α，L→α+γ，L→α+β+γ

x4：

L→α，L→α+γ，αβn

γ

x5：

L→α，L→α+γ，αγ

F4-26：

OP变温截面

，

六、有包共晶反应的三元相图

1．立体模型

包共晶反应L+A→M+C

F4-27：

空间模型

4个液相面

5条单变量线

三相平衡反应开始面与结束面（二元n共晶结束与四相

面重合）

二元包晶反应开始面与F4-29：

结束

2个水平面，2个四相平衡点

2．合金的凝固过程和组织

F4-28中各点合金的组织如表

4-3（表需修正有错误）

如合金I：

L→A

剩余液相交np于n1：

L+A→M至n2点，A消失，L→M

液相沿e1E：

L→M+B

液相成分在E点：

L→M+B+C

3．等温截面

4。

变温截面F4.31

x合金结晶：

L→A，L+A→M，L→M，L→M+C，L→M+B+C

y合金结晶：

L→A，L+A→M，L+A→M+C，L→M+C，L→M+B+C

5．固相有固溶度时的包共晶投影图：

F4-32

包共晶：

Lα+P→Md1+γc1

包晶反应LE→Md2+βb+γc2

d1d2，c2c1为M+γ二元共晶结

束面投影

x合金凝固过程：

L→α，液相与np接触，L+α→M，至P点

LP+αa→Md1+γc1，α消失，多余液相发生L→M+γ结束

七、有三元包晶反应的三元相图

1．空间模型（与有固溶度三元共晶比较）

三个液相面三个单相固相面

一个三元包晶反应水平面,一组二元共晶开始、结束面

两组二元包晶反应开始、结束面,六个单相固度面

2．浓度三角形上的投影图

        ，

2.形成一个稳定三元化合物的三元相图及简化

3.形成几个稳定化合物的三元相图及简化

两种划分法：

CX及BY,正确的划分：

检查W的成分

          ，

八、形成稳定化合物的三元相图

1．形成一个稳定二元化合物的三元相图

特殊截面

2.形成一个稳定三元化合物的三元相图及简化

3.形成几个稳定化合物的三元相图及简化

两种划分法：

CX及BY

正确的划分：

检查W的成分

九、三元相图分析法总结

1．两相平衡

凝固中成分变化蝶形

规则等温截面上，共轭线，可用杠杆定律

变温截面上，判定转变温度范围，不能用杠

杆定律。

2．三相平衡

等温截面中：

直边三角形，三顶点为相成分

点，可用重心法则F4-30（d）

变温截面：

曲边三角形或多边形F4-25

三相反应的判定：

1.变温截面上F4-43

2.投影图上

       ，

F4-28液相单变量线穿

过两旁固相成分点连线的为二元共晶型，而单变线穿

过两旁

固相成分点连线延长线为二元包晶反应，

且靠近单变线的为生成相

3．四相平衡

反应类型判断：

液相面投影图指向结点单变量线数为产物数变温截面上，根据水平线上、下方三相区判断（见

实例）

4．三元相图截面图上相区接触法则

相数差为1的两相邻相区线段为界差大小1或等于零的为点接触

等温截面上单相区边界线走向F4-45

十、三元相图实例

1．Pb-Sn-Bi系F4-46

单变量线的反应及四相平衡点的反应

2．Al-Cu-Mg系F4-48

（a）固相面投影图

（b）不同温度下固溶度变化

Al-Cu-Mg系热处理依据

3.W-C-Co系

液相面投影图中

四相反应部分变温截面，

分析W-Co硬质合金

生产工艺

4．MgO-Al2O3-SiO2系

四相平衡反应

5．Fe-Cr-C系三相区1-6及四相平衡转变

1：

L+δ→γ

2：

L→γ+C1

3:

γ→α+C2

4:

γ+C1→C2

5:

γ→α+C1

6:

γ+C1→C3

1175℃L+C1→γ+C3

295℃γ+C2→α+C1

760℃γ+C1→α+C3

2Cr13法结晶过程（0.2%C）：

L→δ，L+δ→γ，δ→γ，γ-C2，γ→α+C2，α→C2

室温组织，球光体（共析产物）和碳化物Cr12（2%C）：

L→γ，L→γ+C1，γ→α+C1，α→C1

室温组织：

球光体和莱氏体（共晶体）