冶金物理化学相图

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第3章 相图(8 学时)

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一、 基本概念

§ 1 相 图 基 础

相图：相平衡体系的几何图示。描述多相体系中相 状态与T、P、x等的关系。

凝聚系：没有或不考虑气相的体系。 自由度：在一定范围内可以任意独立改变而不致发 生相变化的变数(如温度、压力和浓度等)的个数。

组元：组成系统的独立化学组成物。合金中元素视 为组元，熔渣中某一化合物视为组元。 相数：在一个多相体系中由界面分开的物质的均匀 部分，它们具有相同的物理、化学性质和晶体结构。 气液——有几个分层就有几个相； 固——有几种晶型就有几个相。

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一、 基本概念

§ 1 相 图 基 础

相律：

多相体系平衡的基本规律。说明平衡体系中相数、 独立组元数与自由度的关系。考虑到温度、压力两个变数时：f =K–φ+2f:自由度； K:独立组元数； φ :相数

对有其他影响因素的平衡体系，如磁场、电场等： 为：f = K–φ+n 对于凝聚系，可以不考虑体系压力： 为：f = K–φ+1

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一、 基本概念

§ 1 相 图 基 础

实例：FeO-Fe-O2系

当FeO、Fe是固态时，体系有3相，有一个氧化反应： Fe+1/2O2=FeO,

K=3-1=2,自由度 f =2-3+2=1。分解压是温度的函数。

对于铁液中的FeO、Fe,相数为2, 自由度f =2-2+2=2, 影响氧分压的除了温度，还有铁液中FeO的活度。

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二、 二元相图

§ 1 相 图 基 础A

2. 基本类型 L L (AmBn+L) A+L B+LE

A+L

B+L AmBn+B B

A+B B A 1.简单共晶型(1)共晶反应

A+AmBn

AmBn 2.具有稳定化合物

L=S1+S2

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二、 二元相图

§ 1 相 图 基 础

2. 基本类型 L A+L(AmBn+L)

L

D

B+L

A+L A+B

B+L

A+ AmBn A AmBn

AmBn+B B A

A+AmBn

AmBn+BAmBn B

3.具有不稳定化合物(2)包晶反应 (转熔反应)

4.固相分解化合物型

L+S1=S2

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二、 二元相图

§ 1 相 图 基 础

2. 基本类型 L A+L A+ α-B A+ β-B A 5.固相晶形转变 BA 6.液相分层(3)偏晶反应

LL1+L2 B+L A+LD

A+ L2 A+ B

B+L

B

L1=S1+L2

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二、 二元相图L

§ 1 相 图 基 础

2. 基本类型

L+S

S LL+S S S A B A 8.连续固溶体型 B A L L+S B

7.连续固溶体型

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二、 二元相图

§ 1 相 图 基 础

2. 基本类型 L L As+L As As+BsBs+L Bs α+L α β+L

E

β

α+β B 10. 有限固溶体型 具有转熔点

A9. 有限固溶体型 具有最低共熔点

B A

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二、 二元相图

§ 1 相 图 基 础

3. 相变反应类型 分解型 共晶反应 共析反应 偏晶反应 熔晶反应

L S1+S2

S S1+S2 L1 L2+S S1 L+S2

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二、 二元相图

§ 1 相 图 基 础

4. 相变反应类型

合成型包晶反应 包析反应 固相合成 合晶反应

L+ S1 S2 S1+S2 S3 A+B Am B n

L1+L2 S

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典型的二元相图

§ 2 铁 氧 二 元 相 图

Fe-O二元相图是分析铁的氧化、铁氧化物还原 与分解的基础

特殊线 单相区

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浮士体：

§ 2

溶解[O]的FeO相

不同温度下含氧量不同不存在化学计量的FeO 表示FexO,x<1

铁 氧 二 元 相 图

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§ 2 铁 氧 二 元 相 图

570℃

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图中 符号 P Q A B C D E F G H M

相平衡 CaO=L SiO2=L 方石英+LB=LA 方石英+LB=LA CS+磷石英=L CS=L CS+C3S2=L C3S2=αC2S+L α-C2S=L CaO+αC2S=L αC2S+CaO=C3S

性质 熔化 熔化 熔化分层 熔化分层 低共溶点 熔化 低共溶点 转熔 熔化 低共溶点 固相反应(化合)

NO R T

αC2S+CaO=C3SCS+磷石英=CS+石英 αC2S=α'C2S γC2S=α'C2S

固相反应(化合)晶型转变 晶型转变 晶型转变

CaO-SiO2系二元相图

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一、 概论

§ 3 三 元 相 图

1.相律 f 0, f K 2 5 f 4,

5 1

四维空间图 对凝聚体系：f K 1 4

f max 3

即得三维空间立体图，又称三元立体熔度图。