|
第8章 相平衡與相圖 |
| 8.4 三元系相圖簡(jiǎn)介(1) 8.4.1 三元相圖概述 工業(yè)上使用的大多數(shù)材料是由兩種以上組分構(gòu)成的，例如陶瓷、合金鋼、ABS塑料等等都是屬于三元體系。即使有些二元體系，因?yàn)椴豢杀苊獾脑颍矔?huì)存在一些雜質(zhì)，因而也構(gòu)成三元甚至多元體系。在多元系統(tǒng)中，各組元之間的交互作用并非是加和性的，例如在二元系統(tǒng)中加入第三組元后，不僅改變了原有組元之間的溶解度，而且在某些情況下還可以發(fā)生新的轉(zhuǎn)變，形成新相。加入第3組元或更多組元后，會(huì)使體系出現(xiàn)液相的溫度大幅度降低，這對(duì)耐高溫場(chǎng)合應(yīng)用的材料，需要特別引起注意。因此，要全面了解和掌握材料的結(jié)構(gòu)（或組織）、性能以及相應(yīng)的加工工藝，除了使用二元相圖外，還需要掌握和應(yīng)用三元甚至多元相圖。當(dāng)然，三元相圖是使用最多、最普遍的一類(lèi)相圖，雖然組分只比二元體系增加了一種，但是三元相圖的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)二元相圖，實(shí)際三元相圖的測(cè)定與繪制非常困難，相圖的分析和應(yīng)用也更復(fù)雜。本節(jié)主要介紹三元相圖的基本內(nèi)容，三元相圖的基本類(lèi)型以及結(jié)合不同材料專(zhuān)業(yè)方向的實(shí)際相圖的分析與應(yīng)用將在各專(zhuān)業(yè)方向課程中講授。 對(duì)于三元凝聚系統(tǒng)，F(xiàn)=?C –P + 1 = 4 –P，當(dāng)F = 0時(shí)，P = 4，即三元凝聚系統(tǒng)中可能存在的平衡共存的相數(shù)最多為4個(gè)。當(dāng)P = 1時(shí)，F(xiàn) = 3，即系統(tǒng)的最大自由度為3。這3個(gè)自由度指溫度和三個(gè)組分中的任意2個(gè)濃度。由于要描述三元系統(tǒng)的狀態(tài)，需要三個(gè)獨(dú)立變量，其完整的狀態(tài)圖應(yīng)該是一個(gè)三坐標(biāo)的立體圖。與普通的三維坐標(biāo)系不同，三元系統(tǒng)相圖的狀態(tài)圖是以三角形為底，表示三組分的組成，垂直于底面的坐標(biāo)表示溫度，所以這個(gè)狀態(tài)圖是一個(gè)三方棱柱體，柱體內(nèi)的任一點(diǎn)代表了某一組成在一定溫度下的狀態(tài)。但這樣的立體圖不便于應(yīng)用，我們實(shí)際使用的是它的平面投影圖。圖8-35是一個(gè)最簡(jiǎn)單的具有低共熔點(diǎn)的三元系統(tǒng)相圖立體狀態(tài)圖，圖8-36是其在底面上的投影圖。   8.4.2 三元系統(tǒng)基本原理 1. 三元系統(tǒng)組成表示法  三元系統(tǒng)中任意兩個(gè)組成確定后，第三個(gè)組成便隨之確定，因此在相圖上需要用兩個(gè)坐標(biāo)軸來(lái)表示組成的變化，這兩個(gè)坐標(biāo)軸之間的夾角沒(méi)有任何限定，但為了使用上的簡(jiǎn)便直觀，常用等邊三角形來(lái)表示三元系統(tǒng)的組成。這個(gè)三角形又稱(chēng)為濃度三角形或成分三角形。如圖8-37所示，三角形的三個(gè)頂點(diǎn)分別表示三元系統(tǒng)的三個(gè)純組分A、B、C，三條邊分別表示3個(gè)二元系A(chǔ)-B、B-C、C-A的組成，三角形內(nèi)部任意一點(diǎn)都表示含有A、B、C三個(gè)組分的三元系統(tǒng)，不同點(diǎn)所含的三個(gè)組分的比例不同。從幾何學(xué)上可以很容易證明等邊三角形具有如下一個(gè)性質(zhì)：即經(jīng)過(guò)等邊三角形內(nèi)的任意一點(diǎn)，作平行于三角形各邊的直線(xiàn)，則在每條邊上所截的截線(xiàn)之和等于等邊三角形的邊長(zhǎng)（參見(jiàn)圖8-37，a + b + c = AB = BC = CA），所以可以利用這個(gè)性質(zhì)來(lái)確定三元系統(tǒng)的組成。 將三角形的邊長(zhǎng)分成100份，用于表示三元系統(tǒng)組成總含量為  100%。那么M點(diǎn)的組成按如下方法來(lái)確定：A = 長(zhǎng)度a = 50%，B = 長(zhǎng)度b =30%，C = 長(zhǎng)度c = 20%（見(jiàn)圖8-37）。實(shí)際上M點(diǎn)的組成可以用雙線(xiàn)法求得，即過(guò)M點(diǎn)朝著某一邊做另外兩邊的平行線(xiàn)，在該邊上的兩個(gè)截點(diǎn)將邊長(zhǎng)分成3段，分別代表三個(gè)組分的含量，a + b + c = BD + AE + ED = AB = 100%，見(jiàn)圖8-38。如已知三元系統(tǒng)的組成，也可用雙線(xiàn)法確定其組成點(diǎn)在濃度三角形內(nèi)對(duì)應(yīng)的位置。即按相反的操作程序即可確定組成點(diǎn)。如已知三元系統(tǒng)的組成A = 50%、B = 30%、C = 20%，那么在三角形AB邊上，截取BD = 50%代表組分A的含量，截取AE = 30%代表B的含量，中間一段DE = 20%代表C的含量。過(guò)D點(diǎn)作平行于BC邊的直線(xiàn)，過(guò)E點(diǎn)作平行于AC的直線(xiàn)，兩直線(xiàn)交點(diǎn)M即為所求的組成點(diǎn)，參見(jiàn)圖8-37。 根據(jù)濃度三角形的這種表示法，不難看出，一個(gè)三元組成點(diǎn)越靠近某一邊，則該邊所代表的2個(gè)組成含量越高；越靠近某一頂角，則該頂角所代表的組分含量必定越高。 |
版權(quán)所有 民眾工作室.制作 |