元合金凝固理論ppt課件(已修改)
2025-05-16 18:09 本頁(yè)面
【正文】 第一章 合金凝固理論 武建軍 教授 相圖熱力學(xué)基礎(chǔ) 相圖大多是實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的，但是也可以用熱力學(xué)計(jì)算獲得。 合金體系中組元之間可以形成單相溶體、單相化合物，也可能是多相混合物。 在一定溫度、濃度條件下，用自由焓 G最低條件可以確定合金的平衡狀態(tài)。 溶液的自由焓 溶液包括氣體、互溶液體及固溶體。若忽略形成固溶體時(shí)的應(yīng)變能，相似。 如果 xA摩爾 A組元與 xB摩爾 B組元在等溫、等壓條件下混合形成 1摩爾溶液 混合前的自由焓 = 其中 分別為 A、 B組元的摩爾自由焓 混合引起的自由焓變化 混合后溶液的摩爾自由焓 = 00 BBAA GxGx ?00 , BA GGM i xM i xM i x STHG ?????MixBBAA GGxGxG ???? 00 GxB曲線的形狀與 ?有關(guān) 如果 ?0或 =0， U形曲線； 如果 ?0,W形曲線。 )lnln(000000BBAABABBAAM i xM i xBBAAM i xBBAAxxxxRTxxGxGxGSTHGxGxGGGxGxG????????????????Gx曲線的形狀 組元的化學(xué)位 這就是切線方程 成分為 x的溶體中 A、 B組元的化學(xué)位 BABABBABBBAAxGxxGxxG)()1(????????????????BbAaBA???? 混合物的自由焓 由于相界面上的原子數(shù)量很少，近似地可以忽略界面的能量。多相合金的自由焓就等于各相自由焓的和。 設(shè) A， B兩組元可形成 ?， ?兩相 兩相的總 摩爾數(shù)分別是 n1和 n2 兩相中 B組元的摩爾分?jǐn)?shù)分別是 x1， x2, 兩相的摩爾自由焓 G1和 G2, 合金的摩爾自由焓 G 合金的平均濃度 x 兩式相除，得到 212211nnGnGnG??? )()( 2211 GGnGGn ???212211nnxnxnx??? )()( 2211 xxnxxn ???xxGGxxGG?????2211杠桿定律 混合物的自由焓 G與合金成分 x呈直線關(guān)系； 兩相混合物的自由焓 G與兩組成相的摩爾自由焓位于同一直線上。 與擴(kuò)散的關(guān)系 根據(jù)最小自由焓原理 若 ?=0，理想溶液， A， B原子沒(méi)有差別，溶質(zhì)無(wú)序 下坡擴(kuò)散，從不均勻 均勻。 ?0， AB原子對(duì)能量較低，短程有序； 下坡擴(kuò)散，從不均勻 均勻。 ?0， AB原子對(duì)能量較高，溶質(zhì)偏聚。 上坡擴(kuò)散，從均勻 不均勻。 公切線法則與相圖推斷 如果已知各組成相在某一溫度、壓力下的Gx曲線，根據(jù)最小自由焓原理，可以確定平衡相的種類(lèi)及濃度。 例如， T1溫度時(shí)， L，?， ?的 G如圖，可以看出在整個(gè)成分范圍L相為穩(wěn)定相。 如果兩相的 Gx曲線相交，相平衡狀態(tài)需根據(jù)公切線法則確定 如圖所示 若 xx1， ?相穩(wěn)定； 若 xx2， ?相穩(wěn)定； x1xx2， ?+?兩相混合物能量最低； 平衡相 ?、?的成分分別是 x1和 x2 兩相平衡時(shí)，合金成分與相成分無(wú)關(guān) 只有公切線上的兩點(diǎn)才是平衡相的成分點(diǎn) 同理，如果某一溫度T2時(shí)， Gx曲線如圖，則各成分范圍的穩(wěn)定相依次為 xc, ?； c~d, L+? d~e,L e~f, L+?。 xf, ? 三相平衡 在三相平衡時(shí)，其中的兩相必然兩兩平衡； 因而三相的 Gx曲線也必有公切線。平衡成分也是切點(diǎn)。 相圖推斷與解釋 能 非平衡勻晶轉(zhuǎn)變 勻晶轉(zhuǎn)變：由液相結(jié)晶得到單相固體的轉(zhuǎn)變 。 絕大多數(shù)合金系中都包含勻晶轉(zhuǎn)變。 兩組元在液態(tài)無(wú)限互溶，在固態(tài)也無(wú)限互溶的系統(tǒng)稱(chēng)為勻晶系，如 CuNi, AuAg, FeNi, SiGe, AuPt, SiBe等。 勻晶系在所有濃度只有勻晶轉(zhuǎn)變。 固溶體凝固過(guò)程是選分結(jié)晶 (新相與母相化學(xué)成分不一致 )， 依賴(lài)于原子擴(kuò)散 。 平衡凝固指合金從液態(tài)很緩慢地冷卻 ， 使合金在相變過(guò)程中有充分時(shí)間進(jìn)行組元間的互相擴(kuò)散 ， 每個(gè)階段在液相以?xún)?nèi) 、 固相以?xún)?nèi)以及兩相之間都 能達(dá)到平衡 ， 達(dá)到平衡相的均勻成份 。 若冷速較快 ， 則只有固液界面接近于平衡狀態(tài) 由于擴(kuò)散難以充分進(jìn)行 ， 液相尤其是固相成分不均勻 。 非平衡凝固
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