相图(PhaseDiagram)或称相平衡图(PhaseEquilibriaDiagram)是研究物系相平衡时各种热力学变量(如温度、压力、摩尔量)之间关系及其变化规律的图形表达形式。由于在大多数情况下工程技术领域所研究的体系的各种反应和相平衡,都是在等压条件下(主要是在大气压力下)进行的,因此工程中相图的图轴通常是由温度和组元的摩尔分数(或质量分数)组成。这种由温度和组元的成分为坐标轴组成的相图中的每个点都代表这个系统的一个确定的热力学状态,故也把这种图形称为“状态图”(ConstitutionDiagram)。
根据相图可以了解到该体系中任何一个成分在任何温度存在有哪些相,各个相的成分及其相对量,以及在温度变化时其组成相的变化规律,产生什么反应。这些信息都是材料成分设计、确定材料制备加工工艺方法和预测材料性能的重要依据。美国著名冶金学家JohnF.Elliott形象地比喻,相图是材料科技工作者的地图;也有人比喻相图是材料研究的指南针。
因此世界各发达国家对相图的研究都十分重视,有大量专门从事相图研究的科技人员。随着科学技术的发展,新材料也不断涌现,如非平衡态材料、复合材料、梯度材料等,而且实际使用的材料绝大多数都是多元合金,因之相图的研究内容也越来越广。尽管如此,二元相图始终是相图研究和应用的基础,其重要性仍然是不言而喻的。
此外,美国金属学会从1987年开始汇编出版了Au、Be、Mg、Ni、Ti、V、W等12本二元专题相图集。
我们经过三年多的工作,主要依据:HiroakiOkamoto,DeskHandbook,《PhaseDiagramsforBinaryAlloys》,2000;T.Masalski,H.Okamoto,P.R.SubramanianandKaeprzake,《BinaryAlloyPhaseDiagrams》,2nd,ASMInternationalMaterialsPark,OH,1990;以及АкадРАНН.П.Лякищев,《Диаграммысостаяниядвойныхметаллическихсистем》,москвамащинотроение,1996,这三部比较齐全的二元相图集,并参考其他一些已发表的二元相图及中间相晶体结构参数,通过各种最新资料的筛选、校核、相互补充,汇编成这本《二元合金相图及中间相晶体结构》,它共收集、遴选了2200多幅二元合金相图和1870多个二元系的中间相晶体结构参数;读者不仅可以根据相图来分析合金成分与相组成的关系,以及温度变化时相转变的规律,而且可以根据组成相的晶体结构特征进一步分析合金可能具有的性能特点,有利于扩展材料开发的思路,同时也对材料物理的研究人员和测试人员有一定的参考价值。
为了便于排版,本书将相图和晶体结构分成两篇,都按英文字母顺序排列。参考文献中除了列出了本书一些主要参考资料外,对每幅相图选列了一篇参考文献供读者需要时参考。在最后的附录中列出了元素的有关物理性质数据,便于读者查阅。
考虑到本书的读者,大多数都系统学习过金属学或物理冶金基础,对相图和晶体结构的基本知识已经掌握,故对相图、相平衡、晶体结构的基本概念不再重复介绍。但考虑到某些不常见的等温反应,例如偏晶、熔晶、合晶、偏析等,有些读者可能不太熟悉,也考虑到有的从事材料研究工作不久的青年读者的需要,我们仍然在相图篇开始,把二元系中三相平衡反应在相图中的表示方法、固溶体和中间相的一些基本特点作了简要介绍;晶体结构篇开始也对晶体结构表示方法的基本知识作了简要说明,便于读者正确阅读、理解。
编者2008年8月
随着科学技术的进步,新材料不断涌现,实际使用的工程材料大都是多元合金,并向非平衡态材料、梯度材料和复合材料等方向发展,计算多元相图的工作也在蓬勃发展。因此相图研究的内容也越来越广泛。尽管如此,二元相图始终是相图研究和应用的基础,二元相图集的汇编出版仍然是一项很重要的基础性工作。美国、俄罗斯、日本等发达国家,一直十分重视二元相图集的汇编出版,近期他们相继出版了几套比较完整的二元相图集,反映了二元相图研究的最新成果。