圣才电子书www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台7.1复习笔记一、相图的表示和测定方法二元相图中的成分有两种表示方法：质量分数（w）和摩尔分数（x）。两者换算如下：二、相图热力学的基本要点1．固溶体的自由能-成分曲线图7-1固溶体的自由能一成分曲线示意图（a）Ω＜0（b）Ω＝0（c）Ω＞0相互作用参数的不同，导致自由能一成分曲线的差异，其物理意义为：（1）当Ω＜0，即eAB＜(eAA＋eBB)/2时，A-B对的能量低于A-A和B-B对的平均能量，所以固溶体的A，B组元互相吸引，形成短程有序分布，在极端情况下会形成长程有序，此时△Hm＜0。1/22圣才电子书www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台（2）当Ω＝0，即eAB＝(eAA＋eBB)/2时，A-B对的能量等于A-A和B-B对的平均能量，组元的配置是随机的，这种固溶体称为理想固溶体，此时△Hm＝0。（3）当Ω＞0，即eAB＞(eAA＋eBB)/2时，A-B对的能量高于A-A和B-B对的平均能量，意味着A-B对结合不稳定，A，B组元倾向于分别聚集起来，形成偏聚状态，此时ΔHm＞0。2．多相平衡的公切线原理两相平衡时的成分由两相自由能—成分曲线的公切线所确定，如图7-2所示。图7-2两相平衡的自由能曲线图对于二元系，在特定温度下可出现三相平衡，如图7-3所示。7-3二元系中三相平衡时的自由能成分曲线3．混合物的自由能和杠杆法则混合物中B组元的摩尔分数：2/22圣才电子书www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台而混合物的摩尔吉布斯自由能：由上两式可得：上式表明，混合物的摩尔吉布斯自由能Gm应和两组成相和的摩尔吉布斯自由能Gm1
和Gm2在同一直线上。该直线即为相?和?相平衡时的共切线，如图7-4所示。图7-4混合物的自由能两平衡相共存时，多相的成分是切点所对应的成分x1和x2，即固定不变。此时可导出：此式称为杠杆法则，在?和?两相共存时，可用杠杆法则求出两相的相对量，?相的相对量为x2?xx?x1，?相的相对量为，两相的相对量随体系的成分x而变。x2?x1x2?x14．二元相图的几何规律（1）相图中所有的线条都代表发生相转变的温度和平衡相的成分，所以相界线是相平衡的体现，平衡相成分必须沿着相界线随温度而变化；（2）两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线3/22圣才电子书www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台接界。两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开，即在二元相图中，相邻相区的相数差为l（点接触情况除外），这个规则称为相区接触法则；（3）二元相图中的三相平衡必为一条水平线，它表示恒温反应；（4）当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区内。三、二元相图分析1．匀晶相图和固溶体凝固（1）匀晶相图图7-5（2）固溶体的平衡凝固Cu-Ni相图平衡凝固是指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分的时间进行组元间的扩散，以达到平衡相的成分，现以w（Ni）为30％的Cu-Ni合金（见图7-6）为例来描述平衡凝固过程。4/22圣才电子书www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台图7-6Cu-Ni固溶体平衡凝固时组织变化示意图固溶体的凝固过程与纯金属凝固的不同：①合金结晶出的固相成分与液态不同，形核时除需要能量起伏外还需要成分起伏；②固溶体的凝固在一个温度区间内进行，这时液、固两相的成分随温度下降不断地发生变化，因此，这种凝固过程必然依赖两组元原子的扩散。（3）固溶体的非平衡凝固非平衡凝固：在工业生产中，合金溶液浇涛后的冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离了平衡条件，这称为非平衡凝固。枝晶偏析：固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝晶的成分不同，故称为枝晶偏析。属于晶内偏析。2．共晶相图及其合金凝固（1）共晶相图图7-7该共晶反应可写成：LE→αM＋βN（2）共晶合金的平衡凝固及其组织Pb-Sn相图现以Pb-Sn合金为例，分别讨论各种典型成分合金的平衡凝固及其显微组织。5/22
胡赓祥《材料科学基础》(第3版)(复习笔记 二元系相图和合金的凝固与制备原理)【圣才出品】
