实验 10 二组分合金相图 班级 : 材料(硕) 01 组长 : 丁斌 组员 : 陈越凡 门明达 王 光 王晓宇 魏瑛康 何 林 温雅欣 杨多雪 杨俊杰 实验日期: 2013 年 5 月 22 1. 1 实验目的 1. 2 ① 掌握用热分析法测定材料的临界点的方法; ② 学习根据临界点建立二元合金相图; ③ 自制二元合金金相样品, 并分析组织。 热分析法(冷却曲线法) 热分析法(冷却曲线法) 是绘制凝聚体系相图时常用的方法。 它是利用金属及合金在加热或冷却过程中发生相变时, 潜热的释出或吸收及热容的突变, 使得温度-时间关系图上出现平台或拐点, 从而得到金属或合金的相转变温度。 由热分析法制相图, 先做冷却曲线, 然后根据冷却曲线作图。通常的做法是先将金属或合金全部熔化。 然后让其在一定的环境中自行冷却, 通过记录仪记录下温度随时间变化的曲线(步冷曲线)。 以合金样品为例, 当熔融的体系均匀冷却时(1 所示), 如果系统不发生相变, 则系统温度随时间变化是均匀的, 冷却速率较快(如图中 ab 线段);若冷却过程中发生了 相变, 由于在相变过程中伴随着放热效应, 所以系统的温度随时间变化的速率发生改变, 系统冷却速率减慢, 冷却曲线上出现转折(如图中 b 点)。 当熔液继续冷却到某一点时(如图中 c 点), 此时熔液系统以低共熔混合物的固体析出。 在低共熔混合物全部凝固以前, 系统温度保持不变, 因此步冷曲线出现水平线段(如图中 cd 线段); 当熔液完全凝固后, 温度才迅速下降(如图中 de 线段)。 由此可知, 对组成一定的二组分低共熔混合物系统, 可根据它的冷却曲线得出有固体析出的温度和低共熔点温度。 根据一系列组成不同系统的步冷曲线的各转折点, 即可画出二组分系统的相图(温度-组成图)。 不同组成熔液的冷却曲线对应的相图 2 所示。 测定一系列不同 Pb-Sn 合金成分下的由液体缓慢冷却至完全凝固的数据, 作冷却曲线,找出转折点或者平台, 即对应转变开始或者完成所对应的温度, 由此, 综合这一系列的温度和其所对应的成分即可作出平衡态下的相图。 图 1 图 2 实验结果: 成分 实验人员 临界点/° C 可取值/° C 显微组织 相的相对量 (实际) 相的相对量 (理论) 90%Pb+10%Sn 何林 299, 254 299, 254 α +β Ⅱ / / 温雅欣 299, 252 杨多雪 299, 252 杨俊杰 298 , 256 70%Pb+30%Sn 陈越凡 251 252 α, (α+β) α = (α+β) = α =(61 .9-30)/(61 .9-1 8.3)=73.2% (α+β)=1 -ɑ=26.8% 丁斌 251 门明达 20%Pb+80%Sn 王光 220 220 β, (α+β) β = (α+β) = β =(97.8-80)/(97.8-61 .9)=49.6% (α+β)=1 -β=50.4% 王晓宇 220 魏瑛康 220 金相组织分析: 何 林 温雅欣 杨多雪 杨俊杰组: 成分 组织 相理论相对量 相实际相对量 90%Pb-10%Sn α +β Ⅱ α 90% 87.1% β 10% 12.9% 最终为 ɑ 固溶体, 其冷却到固溶度线以下, 将析出二次 β, 通常呈粒状或小条状分布于晶界与晶内。 陈越凡 门明达丁斌组 : 成分 组织 相理论相对量 相实际相对量 70%Pb-30%Sn α +(α +β ) +β Ⅱ α β 70% 69.3% 30% 30.7% 合 金 成 分 是 亚 共 晶 状 态 ,相 , 到 固 溶 度 线 下 会 析 出 二 次 相 ,剩余液相按共晶成分恒温析出至完全, 为 (ɑ+β),在 由 液 态 缓 慢 冷 却 时 ,先 析 出 初 生ɑ最后冷却到室温, 组织没有发生变化 王 光 王晓宇 魏瑛康组: 成分 组织 相理论相对量 相实际相对量 20%Pb-80%Sn β +(α +β ) +α Ⅱ α β 20% 27.3% 80% 72.7% 合 金 成 分 是 过 共 晶 状 态 ,由 于 合 金成分离共晶点很近, 初生 β 相的量非常少, 故沿晶界非连续分布, 到达共晶点温度时, 剩余液相按共晶成分恒温析出至完全, 为(ɑ+β), 最后冷却到室温, 组织在 由 液 态 缓 慢 冷 却 时 ,先 析 出 初 生β 相 ,没有发生变化。 组织的定量分析 成分 组织 相理论相对量 相实际相对量 90%Pb-10%Sn α +β Ⅱ α β α β α β 90% 87.1% 10% 12.9% 70%Pb-30%Sn α +(α +β ) +β Ⅱ 70% 69.3% 30% 30.7% 20%Pb-80%Sn β +(α +β ) +α Ⅱ 20% 27.3% 80% 72.7% 90%Pb-10%Sn α +β Ⅱ 4%硝酸酒精 X400 70%Pb-30%Sn α +(α +β ) +β Ⅱ 4%硝酸酒精 X400 20%Pb-80%Sn β +(α +β ) +α Ⅱ 4%硝酸酒精 X400 由已知数据及实验数据, 如下表所示, 绘制二元 Pb-Sn 合金相图 含Sn量/% 临界点/° C 0 327 10 299 10 254 30 251 61. 9 183 80 220 100 232 10 299 实验讨论: ① 为什么能用冷却曲线确定相界? 答: 步冷曲线斜率突变点是相变的温度, 相变时放出温度, 使曲线斜率发生改变, 在平台出温度不变, 可以确定熔点。 ② 热电偶测量温度的原理是什么? 为什么要保持冷端温度恒定? 答: 将两种金属导线 A 与 B 的两端分别接合在一起, 保持其中一端接点的温度 T0 不变, 改变另一端接点的温度 T, 则因为电子的扩散速度不同, 会产生环路中电势的差异, 通过电子分析器接收电势的差异, 从而可以获得关于温度差的信号与数据。 当测量端的温度改变后,势电势也随之改变, 并且温度和热电势之间有一固定的函数关系, 利用这个关系就可以测量温度。 热电偶中一端的温度必须恒定, 因为热电偶是单参量电子仪器, 其变化的参量只允许有一个, 即电势差数值, 所以热电偶一端的温度必须恒定。 ③ 冷却曲线的斜率以及平台的长短与哪些因素有关? 答: 斜率由散热速度决定, 取决于物质种类和温差, 平台长短由相变持续时间决定 实验心得: 这个实验相对来说是简单的一个实验, 待温度达到后仅仅是自然冷却每30s 记录温度一次, 虽然看似简单, 但仍然有一些要注意的, 如果实验前老师不给我们讲解装置的传热并要求我们在远低于实验温度的某一刻拔掉插头, 待温度完全被温度传感器感触, 那么等你让热炉加热到预定温度, 那么温度将会远远超过预定温度, 对于实验装置有很大影响, 同时这个实验我们是分组做, 数据处理是集中处理, 这也就要求了, 每一个组数据要准确, 要一起合作, 资源共享才行。