实用文档 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 标准文案 实用文档 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标准文案 实用文档 实验结果: 可取值 显微组 相的相对 相的相对 成分 实验人员 临界点 / °C / °C 织量(实际) 量(理论) 299, 254 何林 299 , 温雅欣 299 ,254 252 α+ βⅡ / / 299 , 90%Pb+1 杨多雪 252 0%Sn 298 , 杨俊杰 256 α = 陈越凡 251 (61.9-30 ) α,(α+ α = /(61.9-18. 252 β) (α+ β)= 3)=73.2% 70%Pb+3 丁斌 251 (α+ β) 0%Sn =1- ɑ=26.8% 门明达 β = 王光 220 (97.8-80 ) /(97.8-61. β,(α+ β = 王晓宇 220 220 9)=49.6% 20%Pb+8 β) (α+ β)= (α+ β) 0%Sn =1- β 魏瑛康 220 =50.4% 标准文案 实用文档 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 α 90% 87.1% 90%Pb-10%Sn α+ βⅡ β 10% 12.9% 标准文案 实用文档 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 α 70% 69.3% Ⅱ 70%Pb-30%Sn α+ (α+ β)+ β β 30% 30.7% 合金成分是亚共晶状态,在 由液态缓慢冷却时,先 析出初生ɑ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), 最后冷却到室温,组织没有发生变化 标准文案 实用文档 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 α 20% 27.3% Ⅱ 20%Pb-80%Sn β+ (α+ β)+ α β 80% 72.7% 合金成分是过共晶状态,在由液态缓慢冷却时,先析出初生β相 , 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 没有发生变化。 标准文案 实用文档 组织的定量分析 成分 组织 相理论相对量 相实际相对量 α 90% 87.1% 90%Pb-10%Sn α+ βⅡ β 10% 12.9% α 70% 69.3% Ⅱ 70%Pb-30%Sn α+ (α+ β)+ β β 30% 30.7% α 20% 27.3% Ⅱ 20%Pb-80%Sn β+ (α+ β)+ α β 80% 72.7% 90%Pb-10%Sn α+ βⅡ 4%硝酸酒精 X400 Ⅱ 70%Pb-30%Sn α+ (α+ β)+ β 4%硝酸酒精 X400 标准文案 实用文档 Ⅱ 20%Pb-80%Sn β+ (α+ β)+ α 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 标准文案 实用文档 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 标准文案 实用文档 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。 标准文案