3系铝合金相图知识

灰口铸铁基本 上是Fe-C-Si系 包含的相、相 变类型与二元 系相同 三相平衡扩展 到一个温度区 间，C，E，S 等左移。
Si含量增加 时，共析、共 晶温度上升， A区缩小， C，E，S等左 移。
（2）Fe-C-Cr相图截面
Fe-Cr-C三元合金应用很广，例如铬不锈 钢0Cr13,1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13以及 Cr12模具钢等，添加其它合金元素还可 以变换出其他钢种。 相图中共含有7个组成相，除了L、α、γ、 δ以外，还有C1、C2、C3三种化合物。其 中C1是Cr7C3或(Cr,Fe)7C3，C2是 (Cr,Fe)23C6、C3是(Cr,Fe)3C或Fe3C
单相区4双相区3四相区1水平面动态演示二元共晶开始曲面二元共晶开始曲面等温截面等温截面e动态演示含有液相的两相区内发生匀晶转变含有液相的三相区内发生两相共晶转变垂直截面垂直截面三元合金的平衡凝固三元合金的平衡凝固利用适当的垂直截面可以分析凝固过在了解相图空间结构面相区相互位置关系的基础之上利用投影图同样可以分析凝固过程四相平衡面以下
测定一个立体相图需要进行大量试验积累数据、 而且使用不便，实际上经常使用三元相图的二 维剖面或投影图。 当假定一个变量不变或者两个变量之间有某种 关系时，就可以得到二维图形。



例如温度一定，就可以得到等温截面（水平截 面）； 当假定一个组元的浓度为常数或者两组元浓度之间 有某种关系时，就可以得到变温截面（垂直截面） 把不同温度下的等温截面或空间曲线投影至成分三 角形内（就是去掉温度变量），就可以得到投影图。
6.3 三元共晶相图
一些三元系中含有四相平衡，例如三相 共晶转变。 实际上经常遇到固态下三组元相互溶解 度很小的三元系，近似地可以认为三组 元互不溶解，结晶时将以纯组元的形式 析出。 下边先介绍液相完全互溶、固态完全不 溶的共晶相图。

LE
A+B+C
E点为三元共晶点，与 35
L+A区间：TAE1EA1TA面与TAE3EA1TA面围成的2相区；
L+B区间：TBE1EB1TB面与TBE2EB1TB面围成的2相区；
36 L+C区间：TCE3EC1TC面与TCE2EC1TC面围成的2相区。
21
22
3 等截温界面（水平截面）
（1）做法：某一温度下的水平面与相图中各面的交线。
表示温度的水平面与空间模型中各个相界面相截到的 交线投影到成分三角形所得到的.
23
（2）截面图分析 3个相区：L， α， L+α; 2条相线：L1L2，S1S2（共轭曲线）;
a)在T温度做等温截面；b)等温截面上的共轭连线
2
三元合金系（ternery system）中含有三个
组元，因此三元相图是表示在恒压下以温度变
量为纵轴，两个成分变量为横轴的三维空间图
形。由一系列空间区面及平面将三元图相分隔 成许多相区。
3
第一节 三元相图基础
1 三元相图的主要特点 （1）是立体图形，主要由曲面构成； （2）可发生四相平衡转变,四相平衡区是恒温水平面； （3）三元相图中有单相区、两相区、三相区和四相区 除四相平衡区外，一、二、三相平衡区均占有一定空 间，是变温转变过程。
4
2 成分表示法－成分(或浓度)三角形（等边、等腰、 直角三角形） A （1）已知点确定成分； （2）已知成分确定点。 1）AB、BC、AC的含义 E 2）物系点距离某顶点愈近,则 体系中此组分的含量愈多;愈 远,则体系中此组分含量愈少。D 3）设有一物系点P. 过P顺时针分别作BC,AB, B AC的平行线与三角形 的 边相交于D，E，F，则：

2.等边成分三角形中的特殊线
●平边线等浓度关系 平行于三角形某一边的直线 （如 ef），凡成分点位于该线 上的各合金中所含与此线对应 顶角代表的组元（ B）的质量分 数(浓度)均相等。
WB=Ae%
●顶角线等比成分关系 通过三角形某一顶点的直线 （ 如 Bg），位 于 该线上的所有 三元系合金，所含另外两顶点 所代 表 的 组 元 （ A、C） 质量分 数(浓度)比值为恒定值。 即：WA/WC= Cg/Ag
一、三元相图成分表示方法
相图成分通常用浓度(或成分)三角形 （concentration/composition triangle） 表示。常用的成分三角形有等边成分三角形、 等腰成分三角形或直角成分三角形。
1.等边成分三角形
●三角形顶点代表纯组元 A、B、C， ●三角形的边代表二元系合金 即：A-B系、B-C系、C-A系。 且 AB=BC=CA=100%， ● 三角形内任一点都代表一个三 元合金。 其成分确定方法如下：由成分三 角形所给定点 S，分别向 A、B、C 顶点所对应的边 BC、CA、AB 作平 行 线 ( sa、sb、sc)， 相 交 于 三 边 的 c、a、b 点 ， 则 A、 B、C 组 元 的 浓度为：
（vid三元简单共晶相图介绍）
三元共晶相图的相区
相区：（fla三元相图在固态下互不溶解共
晶相图分布）。
液相区L(液相面以上)； 三个液固两相区 L＋A L ＋B L＋C(液相面和二元共晶 转变面之间 ) （vid 简单共晶两相区） ； 三 个 液 固 三 相 区 L＋A＋B L＋B＋C L＋C＋A( 二元共晶 面与三元共晶面之间 ) ；一个 固 相 三 相 区 A＋B＋C( 固 相 面 mpne以下) （vid简单共晶三相区）； 一 个 四 相 区 L＋A＋B＋ C(过E点水平面)

2012-8-6 物理化学
理论上说，两种方法所得到的结果应该是一致的，但
实际上做不到。因此，通常是将两种方法联合使用，
取平均值来绘制Na2O-Al2O3-H2O系平衡状态图。 三元系在定温下的相图（平衡状态图）通常采用 等边三角形表示，但是， Na2O-Al2O3-H2O系可以说 是考察Na2O和Al2O3在H2O中的溶解度，所以可以转 化成直角三角形
Bi
2012-8-6 物理化学
W s W Sn W Bi ,
三、三元水盐系相图
水+两种盐，且两盐有共同的一种离子
1.纯盐(B+C)与水(A)体系
A(H2O)
纯盐：不形成共溶盐
不形成化合物
F D E
不形成水合盐
D点：B盐在纯水中的
B
C
溶解度； F点：C盐在纯水中的溶解度；
2012-8-6
E点：共饱和点（三相点） 物理化学
cC( R ) cC( P ) cC(Q )
B
R P Q
A
a
A
C
3. 杠杆规则 由两个三元体系(M和N)混合得到的
新三元体系点(O)一定在M和N的连
线上，且满足杠杆规则：
W M MO W N NO ,
2012-8-6
M
O N
WO WM WN
物理化学
B
C
4. 重心规则
由三个三元体系(O、M和N)混合得 到的新三元体系点(H)是△MON的 质量重心。
l Bi
*
l
Bi Pb
T f, Sn
*
T f, Bi
*
Sn
e1 e2 e e3
Pb
e1
Sn

三相平衡——三相反应的判定
三相平衡空间的反应相的单变量线的位置 在生成相单变量线的上方。 三相区在等温截面上随温度下降时的移动 方向始终指向反应相平衡成分点。 在垂直截面上，始终是反应相位于三相区 的上方，生成相位于三相区的下方。
四、三元系的四相平衡(F=0)
四相平衡区为一个等温面，垂直截面图中 为一条水平线。 1、立体图中的四相平衡
5.3 三元匀晶相图
三个组元在液态和固态时都能够完全互溶。 如Fe-Cr-V、Cu-Ag-Pb。 一、相图分析
点：三个纯组元的熔点；
面：液相面(由液相线演化而来)、固相面 (由固相线演化而来)； 区：L，α，L+α。
二、三元固溶体合金的结晶过程
结晶过程：L→L+α→α。 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。(立 体图直观，但不实用)
3、投影图中的四相平衡
根据12根单变量线的位置和走向来判断 四相平衡反应的类型：四相平衡平面和四 个三相区相连，每一个三相区都有三根单 变量线，四相平衡平面必然与12根单变量 线相连； 根据3根液相单变量线来判断四相平衡反 应的类型：指向结点单变量线数为产物数。
五、相区接触法则
相邻相区指在立体相图中彼此以面为界的 相区。在等温截面图和垂直截面图上彼此 以线为界的区。
本章主要内容
三元相图的表达方式，使用方法； 几种基本的三元相图立体模型； 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； 典型合金的凝固过程及组织，各种相变过 程及相平衡关系。
5.1 三元合金相图的表示方法
F=4-P，Pmin=1，Fmax=3

e1 E1
C E2 e2
（4） 三角形规则
C
用途：确定结晶产物和
结晶终点。
内容：原始熔体组成点 所在三角形的三个顶点表
C
e4
E
m P
e3
示的物质即为 其结晶产物；
与这 三个物质相应的初晶
A
S
区所包围的三元无变量点 A
e1
Q
B
．
S
B
是其结晶终点。
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2） 不同组成的结晶路程分析 A、划分副三角形， 确定组成点的位置； B、 分析析晶产物和析晶终点； C、分析析晶路线，正确书写其结晶路程； D、利用规则检验其正确性。
A
结论：从M3中取出M1
＋M2愈多，则M点离M1和
M2愈远。
C
M
M3 PP M1
M2 B
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四、 三元相图的基本类型
1)具有一个低共熔点的简单三元相图
高温熔体
对C晶体饱和： p=2, f=2
低共熔点：同时对晶 体C、A、B饱和， p=4,f=0; 至液相消失 到达界线：同时对晶体 C、A饱和; p=3, f=1 18 18
(2)三侧面：构成三个简单二元系统状态图，并具有相 应的二元 低共熔点；
(3)二元系统的液相线在三元系统中发展为液相面，液 相面代表了一种二相平衡状态，三个液相面以上的空间 为熔体的单相 区；
(4)液相面相交成界线，界线代表了系统的三相平衡状 态，f ＝ 1；
(5)三个液相面和三条界线在空间交于E/点，处于四相 平衡状态， f ＝ 0；
E1为I相应副 三角形的交叉 位，则为单转 熔点
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无变量点 E1处于其相应 副三角形 △ADC的共轭 位，则为双转 熔点,在E1点发 生l+C+A=D

二元共晶
三元共晶
第四节三元共晶相图
通过成分三角形 顶点的变温截面
第四节三元共晶相图
(四) 投影图 1. 投影图分析
2. 合金O结晶过程 L----L+A------------L+A+(A+B)---------------A+(A+B)+(A+B+C)
二元共晶 三元共晶
第四节三元共晶相图
3.合金O在室温下的相和 组织含量
第一节三元合金相图的表示方法
B （1）确定O点的成分 1）过O作A角对边的平行线 B% C% 2）求平行线与A坐标的截距 得组元A的含量 3）同理求组元B、C的含量 O A C
← A%
第一节三元合金相图的表示方法
C B
A
Oa+Ob+Oc=AB=AC=BC=100% A浓度:Oa=Of=Cb B浓度:Ob=Od=Ac C浓度:Oc=Ba A浓度:55% B浓度:20% C浓度:25%
90 • 标出 50%A+20%B+30%C 的合金 60 B% 50 40 30 20 10 A 90 80 70 60
B
10 20 30 40
80
70
50
C%
60
70 80
90 50 40 ← A% 30 20 10 C
第一节三元合金相图的表示方法
二、在成分三角形中具有特定意义的直线 B 成分三角形中特殊的点和线
第五章 三元合金相图
三元系相图简介
相图基本知识
三元相图的主要特点——立体图形，主要由曲面构成
三元系相图简介
垂直轴表示温度。 成分表示在棱柱底，通常是 一等边三角形。 棱柱的每个侧面表示三个二 元系统，如AB，BC，AC。

性质，又称为金属间化合物。
中间相的分类

正常价化合物(Valence Compoud)：电负性控制，符 合原子价规律 电子化合物(Electron Compound)：电子浓度控制，电 子浓度与晶体结构有关 尺寸因素化合物(Size-Factor Compound)：间隙相， 间隙化合物，△r>41%结构简单， △r<41%，复杂结 构。 拓扑密堆相：全部或主要是四面体间隙的复杂结构。
3.1

合金相结构
为何工业上很少使用纯金属，而多使用合金？ 纯金属性能有限。 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属， 经熔炼或烧结，或用其他方法组合而成的具有金 属特性的物质。


组元：组成合金最基本的、独立的物质。(如二元、 三元、多元合金)可以是纯元素，也可以是化合物。
合金相结构

相(phase) ：合金中具有同一聚集状态、成分 和性能均一，并以界面分开的组成部分。 合金相由固溶体和中间相两大类相组成。
正常价化合物


纤维锌矿(ZnS), 密排六方: AlN, γ-MnS, GaAs, GaSb, InSb, AlP。 NiAs: As组成密排六方，Ni在其间隙中。
2. 电子化合物

Hume(休姆)：电子浓度和晶体结构有明确对应 关系。 电子浓度通常为21/14，21/13，21/12。
几种电子化合物的电子浓度与晶体结构 电子浓度＝21/14＝3/2 β体心立方 复杂立方 β-Mn结构 密排六方δ Cu5Ge, AgZn, Ag3Al, Cu5Sn 21/13 γ黄铜结 构 Cu5Zn8, Cu31Si8, Ni5Be21, Fe5Zn21 21/12 密排六 方结构 CuZn3 , Cu3Sn, Cu3Si, Ag3Sn, Au5Al3

三元共晶点E 三元共晶点 三条二元共晶曲线的交点E， 三条二元共晶曲线的交点 ，就是 三元共晶点。 三元共晶点。在点进行三元共晶转 变： LE TE ( A + B + C ) → 根据相律 f =C-P +1= 0，这是一个 ， 恒温转变。 恒温转变。 E点所在平面△A’B’C’称为三元共 点所在平面△ 称为三元共 点所在平面 称为 晶平面。 晶平面。 液相面、 液相面、固相面 液相面： 液相面：TAE1EE3TA， TBE2EE1TB ， TCE3EE2TC 固相面： 三元共晶面——水平面 固相面： △A’B’C’三元共晶面 三元共晶面 水平面
Qα = OD' OE ' OF ' , Qβ = , Qγ = DD' EE ' FF '
由于O点象共轭三角形的重心，所以称为重心法则。 由于 点象共轭三角形的重心，所以称为重心法则。 点象共轭三角形的重心 注意，直线法则、 注意，直线法则、杠杆定律和重心法则仅适用于三元相图的等 水平）截面。 温（水平）截面。
二元合金 合金 共晶点 共晶转变 A-B B-C C-A E1 E2 E3 f ＝0 合金 L→ (A+B) 恒温 A-B-C 转变 L→ (B+C) B-C-A L→ (C+A) C-A-B E1E E2E E3E 三元合金 共晶曲线 共晶转变 L→ (A+B) L→ (B+C) L→ (C+A) f ＝1 非恒温 转变
二、三元匀晶相图 1、立体相图分析 、
液相面， 液相面，固相面 相区： 相区： 液相区——液相面以上区域 液相区 液相面以上区域 固相区——固相面以下区域 固相区 固相面以下区域 二相区——液相面和固相面之间的区域 二相区 液相面和固相面之间的区域 立体相图的用途 应用立体相图可以分析某成分的合金的冷却凝固过程， 应用立体相图可以分析某成分的合金的冷却凝固过程，与二 元相图类似。例如，分析合金o的冷却凝固过程 的冷却凝固过程： 元相图类似。例如，分析合金 的冷却凝固过程：温度降低到液 相面开始结晶出固相α，随着温度继续下降，液相逐渐减少， 相面开始结晶出固相 ，随着温度继续下降，液相逐渐减少，固 相逐渐增多，温度低于固相面时液相全部转变成固相。 相逐渐增多，温度低于固相面时液相全部转变成固相。凝固过 程中，液相成分沿液相面变化，固相成分沿固相面变化。 程中，液相成分沿液相面变化，固相成分沿固相面变化。

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典型的铝合金三元相图
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典型的铝铝合金相图
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1. 二元合金相图
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