文档名称：第三章
二元合金.ppt
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文档介绍：第二节二元合金相图-17第二节二元合金相图-17第二节二元合金相图-18第二节二元合金相图-18第二节二元合金相图-18第二节二元合金相图-19第二节二元合金相图-19第二节二元合金相图-20置换固溶体与间隙固溶体示意图还原1还原2置换固溶体与间隙固溶体引起晶格畸变还原无限固溶体性能随成分变化示意图还原匀晶相图一角还原固液界面前沿的液相溶质浓度分布曲线匀晶相图还原固液界面附近实际温度分布还原界面前方为正温度梯度dT/dx＞0还原界面前沿液相的（理论）熔点温度曲线匀晶相图还原匀晶相图还原匀晶相图还原固液界面前沿的成分过冷示意图还原纯金属固液界面前方为负温度梯时的支晶生长示意图还原界面前方为正温度梯度时的平面生长示意图还原还原2温度梯度对成分过冷的影响示意图还原胞状界面形成示意图还原界面前沿液相的（理论）熔点温度曲线匀晶相图还原匀晶相图还原晶体树枝界面示意图还原形核率、晶粒长大速率与过冷度的关系还原二元（Pb-Sn）合金共晶相图返回返回二元（Pb-Sn）合金共晶相图返回2：典型合金的结晶过程—共晶相图_还原2：典型合金的结晶过程—共晶产物计算—还原典型合金的结晶过程成份40%Sn还原还原计算典型合金的结晶过程成份40%Sn还原成份40%Sn的Pb-Sn合金—计算过程A1：共晶产物A1：L61.9%.与α先相对质量；还原成份40%Sn的Pb-Sn合金—计算过程A2：最终得到产物α总固溶体、β总固溶体的相对质量还原成份40%Sn的Pb-Sn合金—计算过程—还原问:为何不等？为何不等？WαWβA-B二元合金共析转变相图还原相图与合金强度、硬度、电阻之间的关系—还原相图与合金铸造性能之间的关系还原**第二节二元合金相图-27（1）：根据相图判断合金工艺性能A：固溶体随着溶质原子的增加，合金的流动性下降，集中缩孔减少，分散缩孔（蔬松）增加。B：纯金属、共金成份合金流动性最好，分散缩孔少，实验7二元系合金相图的绘制；一、目的要求；(1)用热分析法测绘Sn-Pb二元系合金相图；(2)掌握热电偶测量温度的原理及校正方法；(3)了解热分析法测量技术；二、实验原理；相图是描述多相平衡体系的宏观状态与温度、压力及组；对于二元凝聚体系，C=2，F=3-P；二元简单低共熔体系的冷却曲线具有图1.1所示的形；用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近；
二元系合金相图的绘制
一、目的要求
(1) 用热分析法测绘Sn-Pb二元系合金相图。
(2) 掌握热电偶测量温度的原理及校正方法。
(3) 了解热分析法测量技术。
二、实验原理
相图是描述多相平衡体系的宏观状态与温度、压力及组成的相互关系的图解，具有重要的生产实践意义。
对于二元凝聚体系，C=2，F=3-P。由于我们所讨论的体系至少有一个相，所以自由度数最多为2。即二元体系的状态可以由两个独立变量所决定，这两个变量通常为温度、及组成，所以在二元体系中，温度-组成(T-X)图表示体系状态与组成之间的相互关系。
测绘金属相图常用的实验方法是热分析法，其原理是将一种金属或合金熔融后，使之均匀冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系的曲线叫步冷曲线。当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续均匀下降得到一光滑的冷却曲线;当体系内发生相变时，则因体系产生的相变潜热补偿了自然冷却时体系放出的热量，冷却曲线就会出现转折或水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。利用冷却曲线所得到的一系列组成和所对应的相变温度数据，以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些点连接起来，就可绘出相图。
二元简单低共熔体系的冷却曲线具有图1.1所示的形状。
用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此必须保证冷却速度足够慢才能得到较好的效果。此外，在冷却过程中，一个新的固相出现以前，常常发生过冷现象，轻微过冷则有利于测量相变温度; 但严重过冷现象，却会使折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。见图1.2。遇此情况，可延长dc线与ab线相交，交点e即为转折点。
三、仪器与样品
立式加热炉
冷却保温炉
计算机温度测量系统
镍铬-镍硅热电偶
烧杯(250mL)
Sn(化学纯)；
Pb(化学纯)
四、实验步骤
1) 热电偶的校正
用纯Pb、纯Sn的熔点及水的沸点对热电偶进行校正。
2) 样品配制
用感量0.1g的天平分别称取纯Sn、纯Pb各50g，另配制含锡30%、61.9%、80%的铅锡混合物各50g，分别置于坩埚中，在样品上方各覆盖一层石墨粉。
3) 绘制步冷曲线
(1) 将热电偶及测量仪器如图1.3连接好。
(2) 将盛样品的坩埚放入加热炉内加热。待样品熔化后停止加热，用玻璃棒将样品搅拌均匀，并用石墨粉覆盖样品表面，以防止样品氧化。
(3) 将坩埚移至保温炉中冷却，此时热电偶的尖端应置于样品中央，以便反映出体系的真实温度，同时开启记录仪绘制步冷曲线，
直至水平线段以下为止。
(4) 用上述方法绘制所有样品的步冷曲线。
(5) 用小烧杯装一定量的水，在电炉上加热，将热电偶插入水中绘制出当水沸腾时的水平线。
五、数据处理
(1)用已知纯Pb、纯Sn的熔点及水的沸点作横坐标，以纯物料步冷曲线中的平台温度为纵坐标作图，画出热电偶的工作曲线。
(2)找出各步冷曲线中拐点和平台对应的温度值。
(3)从热电偶的工作曲线上查出各拐点温度和平台温度，以温度为纵坐标，以组成为横坐标，绘出Sn―Pb合金相图。并注明各区域的温度及组织。
七、 注意事项
(1) 用电炉加热样品时，注意温度要适当，温度过高样品易氧化变质; 温度过低或加热时间不够则样品没有全部熔化，步冷曲线转折点测不出。
(2) 热电偶热端应插到样品中心部位，在套管内注入少量的石腊油，将热电偶浸入油中，以改善其导热情况。搅拌时要注意勿使热端离开样品，金属熔化后常使热电偶玻璃套管浮起，这些因素都会导致测温点变动，必须消除。
(3) 在测定一样品时，可将另一待测样品放入加热炉内预热，以便节约时间，合金有两个转折点，必须待第二个转折点测完后方可停止实验，否则须重新测定。
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合金相图实验报告
篇一：合金相图实验报告
篇二：二组分合金相图的绘制实验报告 二组分合金相图的绘制 一、 实验目的：
1.通过实验，用热分析法测绘锡-铋二元合金相图。 2.了解热分析法的测量技术与有关测量温度的方法。 二、 实验原理：
绘制相图常用的基本方法，其原理是根据系统在均匀冷却过程中，温度随时 间变化情况来判断系统中是否发生了相变化。将金属溶解后，使之均匀冷却，每 隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系的曲线称为步冷曲线。若熔融体 系在均匀冷却的过程中无相变，得到的是平滑的冷却线，若在冷却的过程中有相 变发生，那么因相变热的释放与散失的热量有所抵偿，步冷曲线将出现转折点或 水平线段，转折点所对应的温度即为相变温度。 时间 （a）纯物质 （b）混合物（c）低共熔混合物 图1典型步冷曲线 对于简单的低共熔二元合金体系，具有图1所示的三种形状的步冷曲线。由 这些步冷曲线即可绘出合金相图。如果用记录仪连续记录体系逐步冷却温度，则 记录纸上所得的曲线就是步冷曲线。 用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此体 系的冷却速度必须足够慢才能得到较好的结果。 Sn―Bi合金相图还不属简单低共熔类型，当含Sn 81%以上即出现固熔体。 三、 实验仪器和药品：
仪器和材料：金属相图实验炉（图2），微电脑温度控制仪，铂电阻，玻璃试 管，坩埚，台天平。 药品：纯锡（CR）、纯铋（CR），石墨。四、 实验步骤： 1.配制样品 用感量为0.1g的托盘天平分别配制含铋量为30%、58%、80%的锡铋混合 物各100g，另外称纯铋100g、纯锡100g，分别放入五个样品试管中。 2.通电前准备 ① 首先接好炉体电源线、控制器电源、铂电阻插头、信号线插头、接地线。 图2 金属相图实验炉接线图 ②将装好药品的样品管插入铂电阻，然后放入炉体。 ③设置控制器拨码开关：由于炉丝在断电后热惯性作用，将会使炉温上冲 100℃―160℃（冬天低夏天高）。因此设置拨码开关数值应考虑到这一点。例如： 要求样品升温为350℃，夏天设置值为170℃。当炉温加热至170℃时加热灯灭， 炉丝断电，由于热惯性使温度上冲至350℃后，实验炉自动开始降温。 ④将炉体黑色旋钮（电压指示旋钮）反时针旋转到底，处于保温状态。 3．通电工作 ①通电升温：接通电源，控制器显示室温，加热灯亮，炉体上电压表指示电 压值，炉体开始升温。 ②炉体自动断电：当炉内温度（即显示温度）高于设置温度后，加热灯灭， 电压表指零，炉内电流切断，停止加热。 ③限温功能：为了防止拨码开关值设置过大而损坏铂电极，软件功能使拨码 开关百位数不大于2，即温度最高设置值为299℃（万一拨码开关百位数大于2， 程序中也认为是2）这样温度上冲后不会超过铂电阻的极限值500℃。 ④一次加热功能：由于实验中按先升温后降温的顺序进行，所以软件中采取 一定的措施使得温度降到低于拨盘值时仍不加热，只有操作人员按复位键或重新 通断一次电源，炉体才重新开始加热至拨码开关值。 ⑤中途加热：当炉体升温未达到要求温度时，如果显示温度小于299℃，则 可增加拨码开关数值后再按一下复位键，加热继续进行。当显示温度超过299℃ 时，把黑色旋钮向顺时针旋动（工作人员不能离开），这时炉体继续加热，注意 应提前切断炉丝电流（防止热惯性使温度上冲过高），即反时针旋动黑色旋钮至 电压指示为零。⑥保温功能：由于冬季气温较低，为防止温度下降太快，不易发现拐点平台现象，可将黑色旋钮顺时针旋动，使电压表指示20V―40V，使炉体中有少量的保温电流。正常温度下降为一分钟4℃左右。 ⑦报时功能：按定时键可选择15―60秒的定时鸣笛，按第一次，显示15秒，第二次显示30秒，依次类推，按复位键可使叫声停止。
4.测步冷曲线 依次测纯铋、含铋30％、58％、80％的铋锡混合物及纯锡等的步冷曲线，方法如下：将装了样品的样品管放入金相相图实验炉，接通电炉电源，样品熔化后，在样品上面覆盖一层石墨粉或松香(防止金属被氧化)，用小玻棒将熔融金属搅拌均匀。同时将铂电阻热端插入熔融金属中心距样品管底1cm处。样品温度不宜升得太高，一般在熔化全部金属后，再升高30℃即可停止加热，让样品在样品管内缓缓冷却，同时开动微电脑控制器，冷却过程中每隔一分钟记录一次控温仪上的温度读数，记录冷却曲线。冷却速度不能太快，最好保持降温速度在6―8℃min-1。 五、 实验数据记录及处理 室温：25℃气压：1atm温度 时间/分 由以上数据作图得： 六、 注意事项： 1.测试时，发现温度上升至450℃，并且加热灯继续亮或者电压表不回零，应迅速提出铂电阻防止烧坏。 2.测试结束后，拨码开关应置于零，黑色旋钮应反时针旋到底，防止他人通电试验时一直升温而出事故。 3.工作时操作人员不能离开。篇三：实验3 金属相图实验报告dyl 物理化学实验备课材料
热电偶温度计的校正及金属相图
一、基本介绍 一个多相体系的状态可用热力学函数来表达，也可用几何图形来描述。表示相平衡体系状态与影响相平衡强度因素关系的几何图形叫平衡状态图，简称相固，也叫状态图。由于常见的影响相平衡的强度因素是温度、压力和浓度，所以也可以说，相图是描述多相体系的状态与温度、压力和组成关系的几何图形。 相平衡的研究对生产和科学研究具有重大意义。钢铁和合金冶炼生产条件的控制、硅酸盐(水泥、耐火材料等)生产的配料比、盐湖中无机盐的提取等，都需要相干衡的知识。又如对物质进行提纯(如制备半导体材料)、配制各种不同低熔点的金屑台金等，都要考虑到有关相干衡问题。化工生产中产品的分离和提纯是非常重要的，其中溶解和结晶、冷凝和熔融、气化和升华等都属相交过程。 总之．由于相变过程和相干衡问题到处存在，研究和革捏相变过程的规体，用以解释有关的自然现象和指导生产甚为重要。 二、实验目的 1、用热电偶―电位差计测定Bi―Sn体系的步冷曲线,绘制相图; 2、掌握热电势法测定金属相图的方法； 3、掌握热电偶温度计的使用,学习双元相图的绘制。。 三、实验原理 绘制固液二相平衡曲线的方法，常用的有溶解度法和热分析法。溶解度法是指在确定的温度下，直接测定固液二相平衡时溶液的浓度，然后依据澜得的温度和相应的溶解度数据绘制成相固。此法适用于常温下易澜定组成的体系，如水盐体系等。热分析法是指在常温下不便直接澜定固液乎衡时溶液组成的体系(如合金和有机化合物的体系)．通常利用相变时的热效应来测定组成已确定之体系的温度，然后依据选定的一系列不同组成的二组分体系所测定的温度，绘制相图。此法简单易行，应用顾广。 用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态。因此．体系的冷却速度必须足够慢．才能得到较好的结果。体系温度的测量，可用水银温度计，也可选用合适的热电偶。由于水银温度计的测量范围有限，而且其易破损，所以目前大都采用热电偶来进行测温。用热电偶测温其优点是灵敏度高、重现性好、量度宽。而且由于它是将非电信号转换为电信号，故将它与电子电热差计配合使用，可自动记录温度―时间曲线。原则上也可用升温过程中的实验数据作温度-时间关系曲线，但由于升温过程中温度很难控制，不易做到均匀加热，由此产生的误差大于冷却过程，所以通常都绘制冷却曲线。 本实验用热电偶作为感温元件，自动平衡电位差计测量各样晶冷却过程中的热电势，作出电位―时间曲线(步冷曲线)，再由热电偶的工作曲线找出相变温度，从而作出Bi-Sn体系的相图.实验装置简图 四、实验仪器及试剂 坩埚电炉（含控温仪）；自动平衡电位差计；冷却保温装Z；样品管；杜瓦瓶；镍铬―镍铝 （或其他材料）热电偶。 五、实验步骤 1、准备工作 1)在杜瓦瓶中装入室温水,连接并检查线路。 2)热电偶调零：在测温热电偶为室温温度时开启记录仪开关，调量程为20mV，走纸温度为0，调节零悬纽使记录笔位于记录纸左边零线处。这是位Z所指温度热电势为0，代表温度为室温。 2、测量温度 1)加热试样：Z样品坩埚于管式电炉中，Z电热偶温度计于坩埚中细玻璃管内，并插入底部。调调压器使加热电压为120Mv，加热至坩埚中试样熔化停止加热。(判断：加热时若坩埚中间细玻璃管能动则说明试样已熔化)。 2)步冷曲线测量：当发现记录笔开始向左移动(降温)时，应放下记录笔，调走纸速度为4mm/min,开始测量。(注意：纯物质及58%混合物仅出现平台，30%，混合物出现拐点和平台。当平台出现后即可抬起记录笔并调节走纸速度为0) 六、数据记录 0%Bi
60%Bi 80%Bi 100%Bi 300 269C0
T/CC 183C0000
100 0014000 time/s七、实验注意事项 根据前面的实验原理可以知道，要获得准确真实的相图，必须保证样品组成和测量温度的准确性，为此在实验过程中需注意以下几点： 1、样品的组成是直接称重配成的，要保证样品的纯度，一般化学纯可以满足实验要求。为防止样品在高温下的挥发氧化，在配制样品时加入了少量的石墨粉，尽管如此，长期使用的样品难免发生氧化变质，可以将样品废弃，重新配制。 2、加热熔化样品时的最高温度比样品熔点高出50℃左右为宜，以保证样品完全熔融。待样品熔融后，可轻轻摇晃样品管，使体系的浓度保持均匀。 3、在样品降温过程中，必须使体系处于或接近于相平衡状态，因此要求降温速率缓慢、均匀。降温速率取决于体系与环境间的温差、体系的热容量和热传导速率等因素。当固体析出时，产生的凝固热使步冷曲线出现“拐点”，若产生的凝固热能够抵消散失热量的大部分，则“拐点”明显；反之，则不明显。但降温速率太慢，实验时间延长。在本实验条件下，通过调整适当的风量以每分钟3～5 ℃的速率降温，可在较短时间内完成一个样品的测试。 4、样品在降温至“平阶”温度时，会出现十分明显的过冷现象，应该待温度回升出现“平阶”后，温度再下降时，才能结束记录。另外，为了使热电偶指示温度能真实地反映被测样品的温度，本实验所设计的热电偶套管的底部正好处于样品的中部，所用热电偶的热容量小，具有较好的导热性。 5、在测定一样品时，可将另一待测样品放入加热炉内预热，以便节约时间，体系有两个转折点，必须待第二个转折点测完后方可停止实验，否则须重新测定。
手动实验注意事项： 1、测量过程中只进行一次热电偶调零； 2、在试剂加热后的冷凝过程中注意不要使玻璃管触壁。 3、步冷曲线的斜率，即温度变化的速率决定于体系与环境的温度，体系的热容和热导率，相变情况等因素．若冷却体系的热容、散热情况等基本相同，体系温度降低的速率控制，可在降温过程中需给电炉加以一定的电压(约20V左右)，来减缓冷却速度，以使转折明显。 4、用电炉加热时，注意调节电压，不宜过高。待金属全部熔融后，切断电源停止升温，以防止超温过剧而使金属发生氧化。适当搅拌可避免过冷现象出现，但搅拌时须是平动，忌上下搅动，否则测温点会不断变更而致温度变化不规律。 5、热电偶的一端，即热端，须插到套管底部，以保证测温点的一致性；其另一端，即冷端．应保持在0℃。由于有些用作冷阱的杜瓦瓶绝热性能并不良好，所以在其内部的冰颗粒要小，每隔一定时间搅拌一次，使冷阱内上下温度一致，特别在室温较高时尤要注意。
电脑实验参数设定注意事项： 1、1号与6号样品的记录截止温度为200℃，其余样品为100℃。 2、记录时间间隔为5秒。 3、记录文件的编号与样品号一致，即1号样品的记录文件命名为“01”，2号样品的记录文件命名为“02”，依次类推。 4、加热温度不能过高，以免金属被氧化。 5、在origin软件处理好数据，获得图形后，可直接按“crtl＋J”拷贝当前图形，再打开word，将图形粘贴在word文档中。6、如果在origin软件中打开剪贴板失败，无法拷贝，可“File”栏中点击“export page”将图形另存为“. WMF”格式的文件，存在桌面上，再在word中点击“插入”、“图片”、“来自文件”，选择桌面上的文件名，插入到word中。
八、思考题解答 1、对于不同成分的混合物的步冷曲线,其水平段有什么不同? 答:纯物质的步冷曲线在其熔点出现水平段,混合物在共熔温度出现水平段。 2、解释一个经典的步冷曲线的每一部分的含义? 答:对于简单的低共熔混合物,当将体系缓慢而均匀的冷却时如果体系内不发生相的变化,则温度将随时间而线性的改变,当其中一种物质的晶体开始析出时,由(转载自： 蓬 勃 网:合金相图实验报告)于相变潜热的出现,步冷曲线出现转折点,直到另一种晶体开始析出,此时两种物质同时析出,二者同时放出凝固热,步冷曲线上出现水平线段。 3、对于含有粗略相等的两组分混合物，步冷曲线上的每一个拐点将很难确定而低共熔温度却可以准确测定。相反，对于一个组分含量很少的样品，第一点将可以确定，而第二个拐点则难以准确测定。为什么？ 答:当固体析出时，放出凝固热，因而使步冷曲线发生折变，折变是否明显决定于放出的凝固热能抵消散失热量多少，若放出的凝固热能抵消散失热量的大部分，折变就明显，否则就不明显。对于含有粗略相等的两组分混合物，当有一种组分析出时，其凝固热难以抵消另一种组分及其自身的散失热量，所以第一个拐点很难确定，但由于其两组分含量相当，两种晶体同时析出时，受前一种析出的晶体放出的凝固热的影响较小，因此低共熔温度可以准确测定；反之，对于一个组分含量很少的样品，第一个拐点将可以确定，而第二个拐点则难以确定测定。 4、试从相律阐明各步冷曲线的形状。 答：对定压下的二组分体系，根据相律可知， 当出现“拐点”时， 则，则。因此，，表明温度可变；当出现“平阶”时，，根据相律可知，=0，表明温度和各相组成均不变。对于纯物质，当出现“平阶”时，对单组分体系，没有“拐点”存在。 九、实验 1、步冷曲线的平台长度的测量误差是本实验误差的主要采源。 2、用自动平衡记录仪绘制出的步冷曲线，测量精确度高，手续简便。 3、步冷曲线发生折变时，是否明显决定于放出的凝固热能抵消散失热量多少，若放出的凝固热能抵消散失热量的大部分，折变就明显，否则就不明显。 4、纯物质的步冷曲线在其熔点出现水平段,混合物在共熔温度出现水平段。 十、电脑预备实验数据结果 1.由步冷曲线得相变温度和最低共熔温度。
2.Bi－Sn相图280 260 240 220 T/C200 180 160 140 120 o Bi%
十一、进一步讨论 1、本实验成败的关键是步冷曲线上折变和水平线段是否明显。步冷曲线上温度变化的速率取决于体系与环境间的温差、体系的热容量、体系的热传导率等因素，若体系析出固体放出的热量抵消散失热量的大部分，转折变化明显，否则就不明显。故控制好样品的降温速度很重要，一般控制在6℃/min ～8℃/min，在冬季室温较低时，就需要给体系降温过程加以一定的电压（约20V左右）来减缓降温速率。 2、本实验所用体系一般为Sn-Bi、Cd-Bi、Pb-Zn等低熔点金属体系，但它们的蒸气对人体健康有危害，因而要在样品上方覆盖石墨粉或石蜡油，防止样品的挥发和氧化。石蜡油的沸点较低（大约为300℃），故电炉加热样品时注意不宜升温过高，特别是样品近熔化时所加电压不宜过大，以防止石蜡油的挥发和炭化。 3、本实验属二组分体系相图，它是相平衡的重要内容之一。相图突出的特点是直观性和整体性，通过相图可以得知在压力恒定时的某温度下，体系所处的状态，平衡共存的各相组成如何，各个相的量之间有什么关系，以及当外界条件发生变化时，相变化进行的方向和限度。因此，金属相图的绘制对于了解金属的成分、结构和性质之间的关系具有十分重要的意义。 4、本实验所绘制的二组分体系属于液相完全互溶，而固相完全不互溶的简单低共熔体系，它是二组分凝聚体系中最简单的一种，是研究其它类型相图的基相关热词搜索：
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