三元相圖

三元相圖是一種用於表示三元體系狀態的圖表，其中三元體系包含三個獨立組分。相圖採用三維立體模型來表示，其中三個組分的濃度以成分三角形來表示。

成分三角形是一個等邊三角形，其三條邊代表三個組分的濃度。三角形上任意一點表示合金中三種組分的比例關係。

三元相圖的投影圖：投影法則

三元相圖的投影圖是將三元立體相圖中所有相區的交線垂直投影到濃度三角形中得到的圖。

投影法則指出：當三元合金中兩相平衡時，合金成分點和兩個平衡相的成分點必然位於成分三角形內的一條直線上。這條直線稱為直線法則或三點共線原則。

槓桿定律

槓桿定律是基於直線法則的一個定律，它指出：當三組元材料兩相平衡時，合金成分點、兩個平衡相的成分點和共軛三角形質心點位於一條直線上。

重心定律

重心定律指出：當三元系統三相平衡共存時，三個平衡相的成分應構成一個共軛三角形，其質量重心與合金成分點重合。

三元相圖中的常用術語

二元共晶曲線：液相與兩種固態平衡相相交的曲線。

三元共晶點：合金在冷卻到特定温度時，在成分三角形內發生三元共晶反應的點。

兩相區：包含一個純組元和液相的區域。

三相區：同時存在三種平衡相的區域。

三元相圖的應用

三元相圖廣泛應用於合金系統的分析和設計中，例如鋼鐵、有色金屬和半導體材料。通過研究三元相圖，可以預測合金在不同温度和組成下的相變和組織演變。

範例： Cu-Sn-Zn 合金系的包共晶轉變

Cu-Sn-Zn 合金系中發生包共晶轉變，其四相平衡平面為一個四邊形，名為包共晶轉變平面。在包共晶轉變中，液相與兩個固態平衡相反應，形成第三個固態平衡相。

結晶過程：

隨著合金冷卻，首先析出初生相α。當温度冷至與二元包晶面相交時，發生二元包晶轉變 L + α → γ。隨後温度繼續下降，在包共晶轉變平面發生包共晶轉變 L + α → β + γ。包共晶轉變結束後，α 相消失，開始發生二元包晶轉變。

最終組織：

室温下，合金組織為初晶α + 包晶β + 包共晶β + γ + 次生αⅡ + 次生βⅡ + 次生γⅡ。

三元相圖怎麼看

三元相圖是表示三組分系統中各相平衡狀態的圖形。它反映了系統中温度、壓力和組成的相互關係，對於 understanding 三組分系統的相平衡和 phase transformation 很重要。

解讀三元相圖

三元相圖通常以温度表示的等温線、以壓力表示的等壓線和表示組成的等組分線形成。

1. 等温線：連接相同温度下不同相平衡的點，表明系統在該温度下可以存在哪些相。
2. 等壓線：連接相同壓力下不同相平衡的點，表明系統在該壓力下可以存在哪些相。
3. 等組分線：連接相同組分比 (通常以重量百分比表示) 的點，表明系統中不同相的組成比。

相區域

相圖中的不同區域代表系統中存在的不同相。這些區域由相界線分隔。

相界線

相界線表示系統中不同相之間的平衡。這些線路通常以斜率表示，斜率表示相界線上温度或壓力對組成的變化率。

特別注意：

• 同系相變： 沿著同一條相界線的相變，系統組成變化。
• 異系相變： 系統組成跨越多條相界線的相變。

組成和温度對相平衡的影響

通過相圖，可以瞭解組成和温度對相平衡的影響。

組成的影響：

延伸閲讀…

5.5 三元相圖

【材科基乾貨】第45期：動圖助你快速理解三元相圖！（下）

• 不同的組合比會導致不同的相出現。
• 添加組分或調整組分比會改變相平衡。

温度的影響：

• 温度變化會影響相界線的位置，從而影響系統中存在的相。
• 相界線的斜率決定了温度變化對系統組成的影響。