文档介绍：北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固第六章单组元相图及纯晶体的凝圄北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固第一节单元系相变的热力学及相平衡相平衡条件和相律相变:由一种相转变为其他的相。1、相平衡条件相平衡:物质系统中各相的自由能相等,且能稳定存在。自由度:可以独立变化,而不改变平衡系统中相的数目、种类的因素。北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固可以证明,处于平衡状态下的多相(a、B、y、·,P个相)体系,每个组元(1、2、·,C个组元)在各相中的化学势都必须彼此相等,即共=4=以=…=12=m2==…=受热力学平衡条件限制,系统的自由度数目(f)与系统的组元数目(C)、相数目(P)和外界影响因素数目(n)之间存在一种相互制约的关系,称为相律,即:=c-p+n对固体材料,相律可写为∫=c-p+2(仅考虑温度、压力的影响)或∫=c-p+1(仅考虑温度的影响)北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固二、单元系相图单元系:单一组元组成的体系多元系:多个组元组成的体系相图:描述一个物质体系在不同平衡条件下存在相的种类、成分及其相对数量的几何图。相图作用:利用相图可以判断一个物质体系在不同条件下所存在相的种类、相的成分及其相对数量,判断随条件变化所发生的相变。北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固1、H2O相图单相区:=1-1+2=2,即温度、压力变化不会引起相变。两相区:」=1-2+2=1,即为维持两相平衡,温度和压力中只有一个可独立变化,另一个必须随之作相应变化才不会引起相变。三相区:f=13+2=0,即为维水持三相平衡,温度和压力都必须保持恒定当压力恒定时,单元系相图仅有温度变化轴。在单相区,f=1,在两相区,f=0。冰a)恒压(b)温度、压力均改变北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固2、Fe相图对于Fe而言,在固态时可以发生同素异构转变,形成不同的固体相。单相区:f=1-1+2=2,即温度、压力变化不会引起相变。两相区:f=1-2+2=1,即为维液持两相平衡,温度和压力中只有个可独立变化,另一个必须随之作相应变化才不会引起相变。三相区:f=1-3+2=0,即为维持三相平衡,温度和压力都必须保持恒定。l度北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固第2节纯晶体的凝固物质由液态转变为固态的过程称为凝固。若凝固所形成的固体为晶体,则凝固过程可以称为结晶。液态结构(1)大多数金属熔化时体积变化不大,表明原子间距变化不大。液态原子平均距离略大于固态。(2)对密排结构的晶体,其液态原子配位数减小;对非密排结构的晶体,其液态原子配位数增大。(3)液态原子长程无序,但存在短程有序结构。局部的有序结构随原子热运动不断形成和消失,称“结构起伏”。(4)金属的熔化热远小于气化热,判断液态金属仍为金属键结合。北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固二、晶体凝固的热力学条件G恒压时,dGMT=S,△G因SL>Ss,故有:(dGdT)n<dGT)s14TS曲线GT与Gs-T必相交,交点对应温度为金属熔点(凝固点)。T℃液相、固相自由能温度曲线当T<Tm:有Gs<L,固相稳定存在;当T>Tm:有Gs>GL,液相稳定存在;当T=Tm:有Gs=G,固、液两相共存。所以,△G是结晶的驱动力。北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固结晶时,单位体积液相和固相自由能差为:G,=G、-G,=MH-TAS恒压条件下,H=H-H1=-L(Lm结晶潜热)温度为结晶点时,AG,=AH-TAS=-L-TmAS=0所以,4≈、L故:4G,=H-TAS=-Ln+T7n)=-4结晶过冷度△T(=Tm-T):理论结晶温度与实际结晶温度之差。△T的存在为结晶的必要条件。△T越大,结晶驱动力4G,越大北京现工大学第六章单组元相图及纯晶体的凝固三、结晶过程中的形核结晶分为形核和长大两个过程。结晶通过不断的形成固相晶核和晶核长大而进行,直至液态金属完全转变为固态金属