【精品课件】上海大学钢铁冶金专业研究生课程

上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学MetallurgicalThermodynamics主讲：吴永全上海大学现代冶金及材料制备国家重点实验室培育基地研究生课程——冶金热力学上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——二元相图6).铁碳相图ABC分析从A、B、C三条线体系中相的变化及各相的量？上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——授课内容授课内容统计热力学基础物理化学基础冶金热力学统计热力学基础物理化学基础冶金热力学氧化还原反应化学反应自由能、焓、熵组元与活度冶金熔体活度相平衡及相律二元相图三元相图计算物理化学简介氧化还原反应化学反应自由能、焓、熵组元与活度冶金熔体活度相平衡及相律二元相图三元相图上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图三元相图基础1完全互溶型三元相图2共晶型三元相图3包晶型三元相图4生成化合物的三元相图5三元相图小节6三元相图基础1上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角形进行表示。BAC三个顶点代表三个纯组元：A、B、C三条边代表三个二元系：A-B、B-C、C-A三角形内部面积中的点代表由A、B和C三组元组成的体系成分，其和为100%CD线上的组元A和B的比例相同EF线上的组元C的含量固定DEF上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角形进行表示。BACPPEPFPGCDGDFE[I].浓度性质垂线性质：PHPIPJAB平行线性质：JIHxA=PH/AB=PE/CDxB=PI/AB=PF/CDxC=PJ/AB=PG/CD上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角形进行表示。BACPab对于任意点p，过该点做平行于AC、BC的线并交AB线于a和b，则有：ABCbBAaab,,ABABABxxxACB上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角形进行表示。BAC[II].三元系杠杆原则——直线规则在浓度三角形ABC中，设a、b代表两个三元系，他们可能是单相或多相的混合体，如果令a、b混合成一个三元体系c，问c的位置应在哪里？其中，A、B、C的量分别为Wa、Wb、Wc。必然存在如下杠杆关系：abcabWbcWac上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角形进行表示。BAC[II].三元系杠杆原则——重心规则在浓度三角形ABC中，如果处于平衡的三个相的成分已知为x、y、z，则此三角形xyz称为“结线三角形”。设这个结线三角形内任一点P体系都能分解成x、y和z三个相，则这三个相的相对量可以通过重心规则来计算。xyzPx’y’z’上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础相律分析：F＝C－P＋1＝3－P＋1＝4－P如果是单相，自由度为3，独立变量为温度和两个组分的含量。这样需要用三维空间的相图表示。更为方便的是采用等边三角形进行表示。BAC[II].三元系杠杆原则——重心规则,,yxzPPPxyzPx’y’z’方法一：,,,yxxzPPxx方法二：上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础三元相图的水平截面（等温截面）上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础三元相图的垂直截面（等含量截面）上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础三元相图的相界投影图（相界面之间的交线）ABCOe2e1e3上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础三元相图的等温投影图（等温截面与相界的交线）Solidline:液相线Brokenline:固相线上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——三元相图基础三元相图的共轭线图1三元系相图的两个等温截面中的共轭线a:TBTTA;b:TATTC对于点X，因为处于两相区，平衡状态下的两相的成分需要通过一条直线确定，这条直线与液相线的交点L3就是对应平衡液相的成分点，与固相线的交点S3就是对应固相的成分点，这条直线就是所谓的共轭线。333LXSxLS333SXLxLS上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图三元相图基础1完全互溶型三元相图2共晶型三元相图3包晶型三元相图4生成化合物的三元相图5三元相图小节6三元相图基础1完全互溶型三元相图2上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——完全互溶型三元相图上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——完全互溶型三元相图由等温截面可以知道不同浓度的合金在一定温度下的平衡相。在两相区内两个平衡相的浓度可连成一直线，称为连结线。如图3a中,浓度为X的合金在此温度下,可分解成具有浓度为L3的液相和浓度为S3的固相。L3、X和S3三者同在一条直线上，符合直线法则。三组元在液相和固相都完全互溶的三元系相图如图1所示。二元系相图中具有液相线和固相线，在三元系相图中则具有液相面和固相面。这类三元系相图中的液相面和固相面由各二元系的液相线和固相线在空间伸展组成。将液相面上等温线和固相面上等温线分别以实线和点线投影到浓度三角形底面上,如图2所示。分别取一定温度T1、T2…时液相面及固相面的等温线可得一系列的等温截面。图3a表示低于B组元熔点TB而高于组元A的熔点TΑ的一个等温截面，图3b表示低于TΑ但高于C组元的熔点TC的一个等温截面。图1三组元在液态和固态都完全互溶的三元系相图图2液相面和固相面上等温投影图图3三元系相图的两个等温截面a:TBTTA;b:TATTC上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——完全互溶型三元相图图1三组元在液态和固态都完全互溶的三元系相图O12O线的冷却过程：温度时间O12L+SLS上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图三元相图基础1完全互溶型三元相图2共晶型三元相图3包晶型三元相图4生成化合物的三元相图5三元相图小节6三元相图基础1完全互溶型三元相图2共晶型三元相图3上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——共晶型三元相图1).固态互不溶解的三元共晶相图上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——共晶型三元相图1).固态互不溶解的三元共晶相图E点：三元共晶点E1、E2、E3点：二元共晶点TA、TB、TC点：组元A、B、C的熔点EE1线：L=A+B的共晶转变线EE2线：L=B+C的共晶转变线EE3线：L=A+C的共晶转变线TAE1EE3TA面：组元A的初晶面TBE1EE3TB面：组元B的初晶面TCE1EE2TC面：组元C的初晶面A1B1C1平面：L=A+B+C四相平衡共晶平面初晶面以上空间：L单相区TAE1EA1TAE3E空间：L+A两相区TBE2EB1TBE1E空间：L+B两相区TCE3EC1TCE2E空间：L+C两相区A1A3E1EB1B3空间：L+A+B三相区B1B2E2EC1C2空间：L+B+C三相区C1C3E3EA1A2空间：L+C+A三相区A1B1C1平面以下空间：A+B+C三相区上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——共晶型三元相图1).固态互不溶解的三元共晶相图三元相图也遵循与二元相图同样的相区接触法则，即相邻相区的相数差为1(点接触除外)，不论在空间相图、水平截面或垂直截面中都是这样。因此，任何单相区总是和两相区相邻；两相区不是和单相区相邻，就是和三相区相邻；而四相区一定和三相区相邻，这可在右图中清楚地看到。但应用相区接触法则时，对于立体图只能根据相区接触的面，而不能根据相区接触的线或点来判断；对于截面图只能根据相区接触的线，而不能根据相区接触的点来判断。另外，根据相区接触法，除截面截到四相平面上的相成分点(零变量点)外，截面图中每个相界线交点上必定有四条相界线相交，这也是判断截面是否正确的几何法则之一。上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——共晶型三元相图Pb-Sn-Cd三元系液相面等温线投影图e1e2e3EE点：三元共晶点e1、e2、e3点：二元共晶点Ee1、Ee2、Ee3线：共溶线Be1Ee3B面：Sn的初晶面Ae2Ee3A面：Cd的初晶面Ce1Ee2C面：Pb的初晶面1).固态互不溶解的三元共晶相图上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——共晶型三元相图e1e2e3EP以P点为例说明结晶过程1).液体冷却，温度下降，碰到Cd的初晶面；2).温度继续下降，开始析出Cd的一次晶体（此时自由度为2），同时液相成分沿PQ变化；3).当液相成分碰到Q点，开始析出Cd和Sn的二元共晶相（称为二次结晶，自由度为1），液相成分沿Qa变化；4).继续冷却到E点，析出Cd、Sn和Pb的三元共晶相（三次结晶，四相共存，自由度为0），液相成分一直不变到全部消失，结晶过程结束。QabCdPPQWWAQE’一次结晶相：Cd+Sn3PEQAPWWEeAQ二次结晶相：3Cd+Sn+Pb3PQeAPWWEeAQ三次结晶相：1).固态互不溶解的三元共晶相图上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——共晶型三元相图e1e2e3EP以P点为例说明结晶过程QabE’温度时间PLL+CdL+Cd+SnL+Cd+Sn+PbCd+Sn+PbPQE1).固态互不溶解的三元共晶相图上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——共晶型三元相图2).固态有限互溶的三元共晶相图上海大学——钢铁冶金专业研究生课程吴永全2019年8月15日4时3分冶金热力学——三元相图——共晶型三元相图2).固态有限互溶的三元共晶相图fmm’f’f和lmm’l’l面：固溶体α的溶解度曲面hnn’h’h和gnn