材料科学基础第5章...ppt
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1、&二元相图只适用于二元合金或二个组元的陶瓷材料,对二元相图只适用于二元合金或二个组元的陶瓷材料,对于三组元的合金或陶瓷材料需用三元相图分析。于三组元的合金或陶瓷材料需用三元相图分析。&工程实用材料多是三组元或三组元以上的,三组元的合工程实用材料多是三组元或三组元以上的,三组元的合金可举例如下:轴承钢中的金可举例如下:轴承钢中的Fe-C-Cr合金;高锰耐磨钢中的合金;高锰耐磨钢中的Fe-C-Mn合金;不锈钢中的合金;不锈钢中的Fe-Cr-Ni合金;铸铁中的合金;铸铁中的Fe-C-Si合金;铝合金中的合金;铝合金中的Al-Mg-Si合金,合金,Al-Cu-Mg合金等等。合金等等。第五章 三元相图为
2、什么要用到三元相图为什么要用到三元相图?第一节 三元相图的成分表示方法&右图是一个表示合金成分的右图是一个表示合金成分的等边三角形等边三角形,称为浓度三角形。称为浓度三角形。&浓度三角形的三个顶点代表浓度三角形的三个顶点代表A、B、C三个纯组元,三个纯组元,A-B边边代表代表A-B二元合金的成分,二元合金的成分,BC、AC分别代表分别代表B-C、A-C二元合二元合金的成分。三角形内任一点代金的成分。三角形内任一点代表一定成分的三元合金。表一定成分的三元合金。图 浓度三角形5.1.1浓度三角形浓度三角形abc图 部分浓度三角形 A%C%B%ABC图 平行于浓度三角形某一条边的直线cd5.1.2浓
3、度三角形中具有特定意义的线浓度三角形中具有特定意义的线A%C%B%ABC图 通过三角形顶点的任一直线Pcd思考题1图 思考题1&下图的成分三角形中有下图的成分三角形中有P、R、S、T四个材料点,四个材料点,问哪个点的材料,其成分问哪个点的材料,其成分为:为:A=20%,B=10%,C=70%&P&R&S&T思考题2&右图中的成分三角形中右图中的成分三角形中标出了标出了O材料的成分点,材料的成分点,问下述的几个成分描述,问下述的几个成分描述,哪一个是正确的?哪一个是正确的?&A=30%,B=30%,C=40%&A=30%,B=40%,C=30%&A=40%,B=30%,C=30%图 思考题2第二
4、节 三元系平衡转变的定量法则图 直线定理&O点成分的三元合金在该点成分的三元合金在该温度下处于温度下处于+两相平衡两相平衡,和和相的平衡成分分别为相的平衡成分分别为M和和N点的成分。则两平衡相的点的成分。则两平衡相的成分点成分点M和和N点,与合金成点,与合金成分点分点O点必定在一条直线上,点必定在一条直线上,且且O点位于点位于M、N两点的连线两点的连线上,此即为直线法则。上,此即为直线法则。5.2.1直线定理直线定理&上式就是解析几何中三点共线的关系式。由此证得上式就是解析几何中三点共线的关系式。由此证得M,N,O三点必在一条直线上。三点必在一条直线上。思考题3图 思考题3&将成分为将成分为x
5、的材料的材料300克克与成分为与成分为y的材料的材料200克熔克熔化在一起化在一起,形成一个新的材形成一个新的材料料,请用作图法求出新材料请用作图法求出新材料的成分的成分,并用计算法进行并用计算法进行验证。验证。思考题4&某三元合金某三元合金K在温在温度度T时分解为时分解为B组元和组元和液相液相L,两个相的相对两个相的相对量量WB/WL=2,已知合金已知合金K中中,C组元和组元和A组元的组元的重量比为重量比为3,液相含液相含B组组元为元为0.4,试求合金试求合金K的的成分。成分。图 中心定理&O点成分的三元合金处于点成分的三元合金处于+三相平衡,三相平衡,和和相的平衡成分分别为相的平衡成分分别
6、为D,E和和F点的成分。重心法则指出:点的成分。重心法则指出:三平衡相的成分点构成一个三平衡相的成分点构成一个重量三角形重量三角形(三角形三角形DEF),合金成分点合金成分点O必位于三角形必位于三角形的重量重心位置。的重量重心位置。5.2.2重心定理重心定理&重心法则可由直线法则和杠杆定律引伸得到。重心法则可由直线法则和杠杆定律引伸得到。&如果将合金如果将合金O看成是处于假想的看成是处于假想的+(+)“两相平衡两相平衡”,两平衡相分别为,两平衡相分别为相和相和(+)混和物。混和物。的成分点为的成分点为D点,点,合金的成分点为合金的成分点为O点,故点,故(+)的成分点必在的成分点必在DO连线的延
7、连线的延长线上。同时,长线上。同时,(+)是由是由和和两相组成的,其成分点必两相组成的,其成分点必位于位于E、F的连线上。所以,的连线上。所以,(+)的成分点为的成分点为DO连线的连线的延长线与延长线与EF连线的交点,即连线的交点,即D点。点。第三节 三元匀晶相图&三元系中如果任意两个组三元系中如果任意两个组元都可以无限互溶元都可以无限互溶,那么它们那么它们所组成的三元合金也可以形所组成的三元合金也可以形成无限固溶体成无限固溶体,这样的三元合这样的三元合金相图金相图,叫三元匀晶相图。叫三元匀晶相图。图 三元匀晶相图图 三元匀晶相图&A、B、C三点代表三个纯组元。三点代表三个纯组元。A1、B1、
8、C1三点分别是三点分别是A、B、C三三个组元的熔点。个组元的熔点。&A1B1C1dL是是A-B-C三元合金系的三元合金系的液相面,液相面,A1B1C1dS是是A-B-C三元合三元合金的固相面。金的固相面。&单相区有单相区有L、两个,在液相面两个,在液相面以上为单相的液相区;在固相面以以上为单相的液相区;在固相面以下是单相的下是单相的固溶体相区;固溶体相区;&两相区,有一个两相区,有一个L+,在液相面,在液相面和固相面之间是液相和固相面之间是液相L和和固溶体两固溶体两相区。相区。5.3.1相图分析相图分析图 三元固溶体合金的平衡凝固过程分析 图 三元匀晶相图的水平截面图5.3.2等温截面图等温截
9、面图(水平截面图水平截面图)图 等温截面图和共扼线&如图合金如图合金O处于处于L+两相两相平衡。平衡。&图中的图中的PQ线是连接两平线是连接两平衡相成分点的直线,称为连衡相成分点的直线,称为连接线或共轭线。接线或共轭线。&f=c-p+1=3-2+1=2&三元合金在两相平衡时有两个独立变数,除温度外,还有三元合金在两相平衡时有两个独立变数,除温度外,还有一个平衡相的成分可独立变化,而不影响系统平衡。一个平衡相的成分可独立变化,而不影响系统平衡。&在一定温度下,还必须先确定一个平衡相的成分,然后才在一定温度下,还必须先确定一个平衡相的成分,然后才可以应用直线法则和杠杆定律来求出另一个平衡相的成分,
10、可以应用直线法则和杠杆定律来求出另一个平衡相的成分,以及两平衡相的重量。以及两平衡相的重量。&如图合金如图合金O处于处于L+两相平衡。先通过实验测出液相的成两相平衡。先通过实验测出液相的成分为分为P点成分,则由直线法则可以知道固相点成分,则由直线法则可以知道固相的成分为的成分为Q点成点成分。分。&应用杠杆定律可求得两平衡相的重量。应用杠杆定律可求得两平衡相的重量。图 连接线的走向TBTATC&在不知道两平衡相具体成在不知道两平衡相具体成分的情况下,连接线的走向分的情况下,连接线的走向可以由组元熔点的高低来进可以由组元熔点的高低来进行判断。行判断。&合金的连接线总是向组元合金的连接线总是向组元熔
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