“相圖”與“地圖”

劉慧敏 張瑞英 許萍 劉軍

【摘要】為加強對相圖及其作用的認識，引入地圖，并以二元共晶相圖和中國地圖為例，對比“相圖”與“地圖”的異同點。從點、線、區（面）三個方面進行淺顯的分析。從而得知，用數學（幾何）的語言（圖解形式）描述地理科學、材料科學等自然科學的規律，能夠為學者提供諸多方便的同時，建立相關的學科之間的聯系，為科學研究提供一種以數學為基礎的思維方法。

【關鍵詞】相圖 地圖 異同點

【基金項目】內蒙古自治區“金屬學與熱處理”精品課程建設項目；內蒙古工業大學“固態相變”精品課程建設項目。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）10-0220-01

關于地圖，人們不陌生。地圖常規的作用就是確定地理位置。什么是地圖？其內涵和外延也在不斷發展，從“百度”中查詢到的現階段地圖的定義是：以一定的數學法則（即模式化）、符號化、抽象化反映客觀實際的形象符號模型或者稱為圖形數學模型。

地圖來源于地球。由于地球很大，所以有必要把它用數學的方法按比例縮小并繪制成圖，便于人們使用和研究。如果把地球也看成一個球體，并建立相應的球面坐標系統，來解決地球表面上的定位問題。球面坐標系（地球儀）屬于空間的坐標系，不便于在紙張或平面上繪制，而人們習慣于看紙張（書或圖冊）或平面上的圖文，所以又引入大地坐標系，建立地球表面與地圖平面的對應關系，地面點的位置用大地經度、大地緯度表示，這樣就形成經度-緯度二維坐標系，再根據用途用地圖將其劃分成若干區域，就形成了地圖。

1.相圖與地圖中的點及其連續性

從數學的角度的理解相圖中的任意點（稱為表象點），它都意義的，也即有連續性，相當于x-y二維坐標系中的坐標點，所以表象點落在某個相區內，代表合金的某個狀態，此時可以確定其x-y坐標，也即合金的成分和溫度。反之，已知合金的成分和溫度，即可確定對應的表象點（合金狀態）。這樣利用數學的語言來描述材料科學的知識，不僅增強數學的基礎地位，而且容易理解材料科學的含義，使得數學和材料科學具有一定的聯系。

同理，地圖中的所有的點都表示客觀存在的地理位置。反之，任意一個空間位置，均能夠在地圖中找到相應的點或區域。地圖中的所以點/位置都表示實際空間的具體的位置。地圖和地球空間之間具有一一對應關系，而實際的空間是連續的，所以與之對應的地圖也具有連續性。

2.相圖與地圖中的線及其分界性

相圖中的線條可以認為是相變線。因為不論合金成分如何（理論上可隨意配置），均有凝固（或結晶）和熔化現象，而且需要一個溫度范圍（除了純金屬和共晶合金），凝固（或結晶）的開始點或者說熔化結束點的連線即為液相線，反之為固相線。事實上，合金的溫度變化也不會有跳躍式的變化，不論冷卻或加熱速度如何，溫度還是連續變化的，從而保證了合金狀態的連續性。液相線和固相線的交點至少有兩個，分別為兩個縱坐標上，是兩個組元的熔點。固溶線的上端點與固相線定交于一點，固溶線的下端點理論上應該坐標系的原點相重，但是由于所取得溫度不同有時有可能落在橫坐標上。液相線、固相線和固溶線的上述特性，形成了類似于“迷宮游戲”的特點，不論從左到右，還是從右到左，給出一個起點，總會有到達對岸的終點。

地圖中的線條可理解為分界線或邊界線。不同省、自治區和直轄市之間的分界線構成了中國地圖行政區劃分線，而中國與相鄰國度之間的線條叫邊界線，邊界線構成的中國地圖的輪廓。分界線和邊界線的位置與各個國家或各個省市的發展歷史有關，地理和歷史的相關性也體現在不同時期的地圖上。地圖中的線條與相圖中的線條相似，它不能中斷于某個區域，必須找到與其它線條的交點。所以從這個意義上講地圖中的線條的連續性更加直觀。

3.相圖與地圖中的區及其含義

相圖中的區域叫作相區。對于二元相圖，相區分為單相區、雙相區及三相區，服從相律（F=C-P+1，常壓狀態）。單相區：液相線以上為液相區；靠純組元的封閉區是以該組元為基的單相固溶體區；相圖中的垂線。雙相區：兩個單相區之間夾有一個兩相區，該兩相區的相由兩相鄰單相區的相組成。三相區：二元相圖中的水平線是三相區，其三個相由與該三相區點接觸的三個單相區的相組成。相區的位置及其大小是與構成合金的組元的特性有關。各個相區之間還存在接觸法則：相鄰相區的相數差為一（點接觸情況除外）；兩個單相區之間必有一個由這兩相所組成的兩相區；兩個兩相區之間必須以單相區或三相共存水平線隔開；找出三相共存線及與其相接觸（點接觸）的三個單相區。所以相圖中的相區的變化有規律可循。

4.結束語

通過對比相圖與地圖異同點，在原有“地圖”對掌握地理知識的作用的基礎上，學習“相圖”對材料科學知識的作用，從而進一步理解圖解工具對學習過程中重要作用，同時形成圖解分析或對比分析的學習方法。此外，也能夠理解數學或幾何學在地理科學和材料科學中的應用，從而將不同學科之間建立一定的關系，為自然科學及人文科學的研究及發展提供有效途徑。

參考文獻：

[1]崔忠圻，覃耀春.《金屬學與熱處理》（第二版）[M].北京：機械工業出版社，2007

[2]趙杰.《材料科學基礎》（雙語版）（第二版）[M].大連：大連理工大學出版社，2015