Phase diagrams : understanding the basics

B.1 The Liquid State......Page 1
B.2 Solidification Interfaces......Page 2
ISBN: 1-6150-3835-3......Page 3
Table of Contents......Page 4
B.4 Segregation......Page 8
1: Introduction to Phase Diagrams......Page 10
1.2 Binary Systems......Page 11
1.4 Equilibrium......Page 13
1.5 The Phase Rule......Page 14
1.6 Theorem of Le Châtelier and the Clausius-Clapeyron Equation......Page 15
References......Page 17
References......Page 20
Selected References......Page 21
A.10.2 Phase Boundaries......Page 24
2.2 Solid Solutions......Page 28
A.11 Volume Defects......Page 32
Selected References......Page 33
2.5 Intermediate Phases......Page 34
2.6 Free Energy and Phase Transformations......Page 36
2.7 Kinetics......Page 37
2.8 Liquid-Solid Phase Transformations......Page 39
2.9 Solid-State Phase Transformations......Page 42
2.10 Polymorphism (Allotropy)......Page 45
References......Page 47
Selected References......Page 48
3.1 Three Laws of Thermodynamics......Page 50
3.2 Gibbs Free Energy......Page 52
3.3 Binary Solutions......Page 60
3.3.1 Gibbs Free Energy of Binary Solutions......Page 61
3.3.2 Ideal Solutions......Page 63
3.4 Chemical Potential......Page 65
3.5 Regular Solutions......Page 67
3.5.1 Activity......Page 71
3.6 Real Solutions......Page 73
3.6.1 Equilibrium in Heterogeneous Systems......Page 74
3.6.2 Phase Diagrams......Page 76
Selected References......Page 81
4.1 Binary Systems......Page 82
4.1.1 Binary Isomorphous Systems......Page 84
4.1.1.2 Prediction of Chemical Compositions of Phases......Page 88
4.1.1.3 Prediction of Amounts of Phases......Page 89
References......Page 94
5: Eutectic Alloy Systems......Page 96
5.1 Aluminum-Silicon Eutectic System......Page 100
5.2 Lead-Tin Eutectic System......Page 103
5.3 Eutectic Morphologies......Page 106
5.4 Solidification and Scale of Eutectic Structures......Page 110
5.5 Competitive Growth of Dendrites and Eutectics......Page 115
5.6 Terminal Solid Solutions......Page 117
References......Page 123
6: Peritectic Alloy Systems......Page 126
6.1 Freezing of Peritectic Alloys......Page 128
6.2 Mechanisms of Peritectic Formation......Page 130
6.3 Peritectic Structures in Iron-Base Alloys......Page 139
6.4 Multicomponent Systems......Page 140
References......Page 142
7: Monotectic Alloy Systems......Page 144
7.1 Solidification Structures of Monotectics......Page 145
Acknowledgment......Page 149
Selected Reference......Page 151
8: Solid-State Transformations......Page 152
8.1 Iron-Carbon Eutectoid Reaction......Page 153
8.1.1 Ferrite......Page 155
8.1.2 Eutectoid Structures......Page 158
8.1.3 Hypoeutectoid and Hypereutectoid Structures......Page 167
8.1.4 Alloying Elements......Page 174
8.2 Peritectoid Structures......Page 175
Acknowledgment......Page 177
References......Page 179
9: Intermediate Phases......Page 180
9.1 Order-Disorder Transformations......Page 183
9.2 Spinodal Transformation Structures......Page 190
References......Page 197
10.1 Space Model of Ternary Systems......Page 200
10.2 The Gibbs Triangle......Page 205
10.3 Tie Lines......Page 207
10.4 Ternary Isomorphous Systems......Page 209
10.5 Ternary Three-Phase Phase Diagrams......Page 216
10.6 Eutectic System with Three-Phase Equilibrium......Page 219
10.7 Peritectic System with Three-Phase Equilibrium......Page 223
10.8 Ternary Four-Phase Equilibrium (L right-arrow alpha + beta + gamma)......Page 226
10.9 Ternary Four-Phase Equilibrium (L + alpha right-arrow beta + gamma)......Page 227
10.10 Ternary Four-Phase Equilibrium (L + alpha + beta right-arrow gamma)......Page 233
10.11 Example: The Fe-Cr-Ni System......Page 236
Selected References......Page 239
11: Gas-Metal Systems......Page 240
11.1 Free Energy-Temperature Diagrams......Page 242
11.2 Isothermal Stability Diagrams......Page 244
11.3 Limitations of Predominance Area Diagrams......Page 246
References......Page 247
12: Phase Diagram Determination......Page 248
12.1 Cooling Curves......Page 250
12.2 Equilibrated Alloys......Page 253
12.3 Diffusion Couples......Page 262
12.4 Phase Diagram Construction Errors......Page 266
References......Page 271
13: Computer Simulation of Phase Diagrams......Page 272
13.1 Thermodynamic Models......Page 273
13.2 Computational Methods......Page 275
13.3 Calculation of Phase Equilibria......Page 276
13.4 Application of CALPHAD Calculations to Industrial Alloys......Page 277
13.5 Databases......Page 279
13.6 Industrial Applications......Page 280
13.7 Limitations of the CALPHAD Approach......Page 294
References......Page 296
14: Phase Diagram Applications......Page 298
14.1.1.1 Age-Hardening Alloys......Page 301
14.1.2 Processing......Page 302
14.1.2.1 Hacksaw Blades......Page 304
14.1.2.2 Hardfacing......Page 305
14.1.3.2 Electric Motor Housings......Page 306
14.1.3.4 Solid-State Electronics......Page 308
14.2 Limitations of Phase Diagrams......Page 309
References......Page 310
15.1 Nonequilibrium Cooling - TTT Diagrams......Page 312
15.2 Martensite in Steels......Page 317
15.3 Tempering of Martensite in Steels......Page 325
15.4 Nonferrous Martensite......Page 329
15.5 Shape Memory Alloys......Page 332
15.6 Bainitic Structures......Page 334
References......Page 345
16.1 Precipitation Hardening......Page 348
16.2 Theory of Precipitation Hardening......Page 351
16.3 Precipitation Hardening of Aluminum Alloys......Page 361
16.4 Precipitation Hardening of Nickel-Base Superalloys......Page 367
References......Page 369
A.1 Periodic Table......Page 372
A.2 Bonding in Solids......Page 374
A.3 Crystalline Structure......Page 380
A.4 Crystalline System Calculations......Page 386
A.5 Slip Systems......Page 393
A.6 Crystallographic Planes and Directions......Page 395
A.7 X-ray Diffraction for Determining Crystalline Structure......Page 400
A.10 Surface or Planar Defects......Page 16
A.10.3 Twinning......Page 27
A.10.4 Stacking Faults......Page 30
B.3 Solidification Structures......Page 5
B.6 Porosity and Shrinkage......Page 12
A......Page 403
B......Page 406
C......Page 408
D......Page 414
E......Page 418
F......Page 420
G......Page 422
H......Page 425
I......Page 426
L......Page 429
M......Page 431
N......Page 434
O......Page 435
P......Page 436
R......Page 441
S......Page 442
T......Page 448
U......Page 452
W......Page 453
TrUe LiAr......Page 454