二元合金相图的测定实验

二元合金相图实验报告
二元合金相图实验报告
本次实验的目的是研究二元合金的相图，以及它们的组成和性质之间的关系。

实验中，我们使用了一种名为“二元合金相图”的实验方法。

该方法是通过改变合金中两种元素的比例，来研究合金的性质变化。

我们使用的合金是铝锰合金，它由铝和锰组成，比例分别为90％和10％。

实验过程中，我们首先将铝和锰的比例改变为80％和20％，然后将其熔炼，并将其冷却到室温，以观察其相变。

结果发现，当比例改变为80％和20％时，合金的结构发生了变化，表面出现了一层薄膜，表明合金中出现了新的相。

接下来，我们将铝和锰的比例改变为70％和30％，并重复上述实验步骤。

结果发现，当比例改变为70％和30％时，合金的结构发生了变化，表面出现了一层薄膜，表明合金中出现了新的相。

最后，我们将铝和锰的比例改变为60％和40％，并重复上述实验步骤。

结果发现，当比例改变为60％和40％时，合金的结构发生了变化，表面出现了一层薄膜，表明合金中出现了新的相。

经过上述实验，我们发现，随着铝和锰的比例的改变，合金的结构也会发生变化，出现新的相。

这表明，铝锰合金的组成和性质之间存在着密切的关系。

总之，本次实验成功地研究了二元合金的相图，以及它们的组成和性质之间的关系。

实验五二元合金相图一、目的要求1.用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图。

2.了解热分析法的测量技术。

二、基本原理相图是多相(二相或二相相以上)体系处于相平衡状态时体系的某物理性质(如温度)对体系的某一自变量(如组成)作图所得的图形，图中能反映出相平衡情况(相的数目及性质等)，故称为相图。

二元或多元体系的相图常以组成为自变量，其物理性质则大多取温度。

由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条什下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质，以及多相体系相平衡情况的演变(例如冶金工业冶炼钢铁或其他合金的过程，石油工业分离产品的过程等)，都要用到相图。

图4.1是一种类型的二元简单低共熔物相图。

图中A、B表示二个组分的名称，纵轴是物理量温度T，横轴是组分B的百分含量B％。

在acb线的上方，体系只有一个相(液相)存在；在ecf线以下，体系有两个相(两个固相——晶体A、晶体B)存在；在ace所包为的面积中，一个固相(晶体A)和一个液相(A在B中的饱和熔化物)共存；在bcf所包围的面积中，也是一个固相(晶体B)和一个液相(B在A中的饱和熔化物)共存；图中c点是ace与bef 两个相区的交点，有三相（晶体A、晶体B、饱和熔化物）共存。

测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。

常用的实验方法是热分析法。

热分析法所观察的物理性质是被研究体系的温度。

将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间(例如半分钟或一分钟)读体系温度一次，以所得历次温度值对时间作图，得一曲线，通常称为步冷曲线或冷却曲线，图4.2是二元金属体系的一种常见类型的步冷曲线。

冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，团此步冷曲线的斜率将发生变化而出现转折点，所以这些转折点温度就相当于被测体系在相图中分隔线上的点。

若图4.2是图4.1中组成为P 的体系的步冷曲线，则点2、3就分别相当于相图中的点G 、H 。

因此，取一系列组成不同的体系，作出它们的步冷曲线，找出各转折点，即能画出二元体系的最简单的相图(对复杂的相图，还必须有其他方法配合，才能画出)。

二元合金相图一、实验目的1.用热分析法测绘Pb—Sn二元金属相图。

2.了解热分析法的测量技术。

二、实验原理相图是多相（二相或二相相以上）体系处于相平衡状态时体系的某物理性质（如温度）对体系的某一自变量（如组成）作图所得的图形，途中能反映出相平衡情况（相的数目及性质等），故称为相图。

二元或多元体系的想吐常以组成为自变量，其物理性质则大多去温度。

由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条件下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质，以及多相体系相平衡情况的演变，都要用到相图。

热分析法所观察的物理性质是被研究体系的温度。

将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间度体系温度一次，以所得历次温度值对时间作图，得一曲线，通常称为步冷曲线或冷却曲线。

从相图的定义可知，用热分析法测绘相图的要点如下：（1）、被测体系必须时时处于或非常接近于相平衡状态。

因此，体系冷却时，冷却速度必须足够慢，以保证上述条件近与实现。

若体系中的几个相都是固相，这条件通常非常难以实现（因固相与固相间相互转化时的相变热较小），此时测绘相图，常用其他方法（如差热分析法）。

（2）、测定时被测体系的组成值必须与原来配制样品时的组成值一致。

如果测定过程中样品各处不均匀，或样品发生氧化变质，这一要求就不能实现。

（3）、测得的温度值必须能真正反映体系在所测时间时的温度值。

因此，测温仪器的热容必须足够小，它与被测体系的热传导必须足够良好，测温探头必须深入到被测体系足够深处。

本实验测定铅、锡二元金属体系的相图，用SWKY数字控温仪，通过KWL-08可控升降温电炉来控制体系的加热和冷却速度。

三、仪器和药品1.仪器SWKY型数字控温仪一台；KWL-08型可控升降温电炉一台；样品管一只。

2.药品铅；锡。

四、实验步骤1、连接SWKY数字控温仪与KWL-08可控升降温电炉。

将KWL-08可控升降温电炉冷风量调节逆时针旋转到底，加热量调节顺时针旋转到底，接通电源，“内控”、“外控”开关置于“外控”，电源开关“开”、“关”置于“开”。

实验 二元合金相图的绘制与应用一、目的要求1、理解步冷曲线，学会用热分析方法测绘Sn-Bi 二元合金相图2、学会铂电阻的测温技术，尝试用金属相图测量装置测量温度的方法3、掌握微电脑控制器的使用方法4、理解产生过冷现象的原因及避免产生过冷现象的方法二、基本原理相图是用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何，不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图。

对蒸气压较小的二组分凝聚体系，常以温度-组成图来描述。

热分析方法与步冷曲线热分析方法是绘制相图常用的基本方法之一。

将两种金属按一定比例配成并把它加热成均匀的液相体系，然后让它在一定的环境中自行冷却，并每隔一定的时间（例如0.5min 或1min ）记录一次温度，以温度T 为纵坐标，以时间t 为横坐标，做出温度-时间（T-t ）曲线，称为步冷曲线。

若体系均匀冷却时，冷却过程不发生相变化，则体系的温度随时间的变化是均匀的，则步冷曲线不出现转折或平台，而是一条直线，冷却速度快。

若冷却过程中发生了相变化，由于相变化过程中伴随有热效应，发生相变热，所以体系温度随时间的变化速度将发生改变，体系的冷却速度减缓，步冷曲线就出现转折或平台。

测定一系列组成不同的样品的步冷曲线，从曲线上找出各相对应体系发生相变的温度，就可以绘制出被测系统的相图。

这就是用热分析法绘制液固相图的概要.如图所示：Bi-Cd 合金冷却曲线曲线1、5是纯物质的步冷曲线。

当系统从高温冷却时，开始没有发生相变化，温度下降比较快，步冷曲线较陡；冷却到A 的熔点时，固体A 开始析出，系统出现两相平衡（固体A 和溶液平衡共存），根据相律，此时f= k-Ø+1=1-2+1=0，系统温度维持不变，步冷曲线出现bc 的水平线段；直到液相完全凝固后，温度又继续下T /℃t降。

曲线2、4是A与B组成的混合物的步冷曲线。

与纯物质的步冷曲线不同。

系统从高温冷却到温度b’时,开始有固体A不断析出，这时体系呈两相，溶液中含A的量随之减少，由于不断放出凝固热，所以温度下降速度变慢，曲线的斜率变小（b’c’段）。

含10%Sn 的合金的歩冷曲线由图可知：金属Bi 的熔点为：234.95℃金属Bi 和Sn 合金的最低共熔点为：136.82℃。

当压力p 一定时，而组分系统的相率表现形式为：Φ-=+Φ-=31K f因此，2131:=-==Φ→f B A ，组分为溶液相 1232:=-==Φ→f Bi C B ，和溶液共存，金属体系温度不变，和溶液共存，、金属金属,0333:=-==Φ→f Sn Bi D C 1232:=-==Φ→f Sn Bi E D ，共存，和金属金属2含Sn20％的合金 组数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间/min 00.511.522.533.544.555.5温度/℃ 270 260 251 244 238 234 232 230 228 224 221 217 组数 131415161718192021222324时间/min 66.577.588.599.51010.51111.5温度/℃ 213 209 206 202 198 194 191 188 184 181 178 174 组数 252627282930313233343536时间/min 1212.51313.51414.51515.51616.51717.5温度/℃172 169 166 163 160 158 156 154 151 149 147 145含20%Sn 的合金的歩冷曲线由图可知：金属Bi 的熔点为：233.15℃金属Bi 和Sn 合金的最低共熔点为：140.00℃。

当压力p 一定时，而组分系统的相率表现形式为：Φ-=+Φ-=31K f因此，2131:=-==Φ→f B A ，组分为溶液相 1232:=-==Φ→f Bi C B ，和溶液共存，金属体系温度不变，和溶液共存，、金属金属,0333:=-==Φ→f Sn Bi D C 1232:=-==Φ→f Sn Bi E D ，共存，和金属金属3含Sn30%的合金组数 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 时间/min 1818.51919.52020.52121.52222.52323.5温度/℃ 143 142 141 142 141 141 140 140 139 139 138 137 组数 495051525354555657585960时间/min 2424.52525.52626.52727.52828.52929.5温度/℃137 136 135 133 131 129 127 125 123 121 119 117组数123456789101112时间/min 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 温度/℃270263254247240235229224218214209204组数13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 时间/min 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 10.5 11 11.5 温度/℃200196192188184181178174172169167165组数25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 时间/min 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 16 16.5 17 17.5 温度/℃163162161159158156155153152150149147组数37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 时间/min 18 18.5 19 19.5 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 温度/℃146145143142141141141141141141141141组数49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 时间/min 24 24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5 28 28.5 29 29.5 温度/℃140140140140140139139139138138137136组数61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 时间/min 30 30.5 31 31.5 32 32.5 33 33.5 34 34.5 35 35.5 温度/℃135132129127125123121119117115 113 111含30%Sn的合金的歩冷曲线由图可知：金属Bi 和Sn 合金的最低共熔点为：140.00℃。

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。

物理化学实验报告班级：姓名：学号：实验日期：2019年5月18日实验名称：二元合金相图的绘制一、实验目的（一）学习热分析法绘制相图的基本原理（二）加深对相变过程的认识和理解二、实验原理热分析法是一种常用的绘制相图方法。

由于一切相变过程都伴随着热的吸收或放出，因此将系统均匀加热或冷却时，若不发生相变，则温度T随时间t变化的T-t 曲线是光滑的，即温度随时间的变化率是连续的；当系统发生相变化时，其T-t曲线就会出现转折点或平台，其温度随时间的变化率会发生突跃。

把这种温度随时间变化的T-t曲线称为步冷曲线。

步冷曲线上的转折点或平台对应的温度就是开始发生相变化的温度。

根据多个组成不同的二组分系统的步冷曲线即可绘制出相图。

图2.9.1(b)就是一种常见的二组分简单低共熔物系的相图。

所谓简单低共熔物系是指两种不同物质在固态互不相溶（即彼此不生成固溶体），这两种物质也不生成化合物。

Pb-Sn二元凝聚物系相图就属于简单低共熔混合物系相图。

对于纯物质而言，当把它冷却到凝固点时，其步冷曲线上会出现一个水平段。

二组分液态混合物系的凝固过程并不是在一个温度点上完成的。

在凝固过程中，随着某个纯固体组分的析出，溶液的组成会不断发生变化，所以它的凝固点（即二相平衡温度）也会发生不断变化。

与此同时，由于凝固过程是放热的，即系统在对外放热的同时也会得到部分热量的补充，所以其温度降低速度会明显放慢，其步冷曲线上会出现一个拐点。

步冷曲线上的拐点与相图中的点有一一对应的关系。

在实验过程中需要注意以下几点：(1)因为待绘制的相图是平衡状态图，故实验过程中被测系统需时时处于或接近于平衡状态。

所以在系统冷却时，冷却速度应足够缓慢。

冷却过程中应尽量保持环境状况前后一致，不要搅拌，也不要晃动温度探头或样品管。

(2)实验过程中，待测样品的实际组成应与标签一致。

如果实验过程中样品未混合均匀或部分样品发生了氧化，则实验结果就误差越大。

(3)测得的温度值必须能真正反映系统的温度。

实验九二元合金相图的绘制【摘要】本文的目的是使我们加深对相变化过程的认识和理解，学习和掌握绘制相图的方法。

采用法热分析法绘制步冷曲线，从而绘制铋跟铬共熔体的简单低共熔相图；测定了铋跟铬共熔体系中的低共熔点时的成分组成及低共熔温度。

实验结果表明，铋跟铬共熔体系中的低共熔点时，铋的含量为56％，低共熔温度为148.6℃。

结果说明，实验方法正确，结果较为理想，但仍存在一定的误差。

【前言】相图是用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何，不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图。

对蒸气压较小的二组分凝聚体系，常以温度—组成图来描述。

热分析法是一种常用的绘制相图方法。

由于一切相变过程都伴随着热的吸收或放出,因此将系统均匀加热或冷却时,若不发生相变,则温度T随时间t变化的T-t曲线是光滑的，即温度随时间的变化率是连续的；当系统发生相变化时,其T-t曲线就会出现转折点或平台,其温度随时间的变化率会发生突跃。

把这种温度随时间变化的T-t曲线称为步冷曲线。

步冷曲线上的转折点或平台对应的温度就是开始发生相变化的温度。

根据多个组成不同的二组分系统的步冷曲线即可绘制出相图。

下图就是一种常见的二组分简单低共熔物系的相图。

所谓简单低共熔物系是指两种不同物质在固态互不相溶(即彼此不生成固溶体),这两种物质也不生成化合物。

铋-铬二元凝聚物系相图就属于简单低共熔混合物系相图。

对于纯物质而言，当把它冷却到凝固点时，其步冷曲线上会出现一个水平段，这是由于在定压力下，根据相律系统的自由度f与组分数C、相数P的关系以表示为：f=C−P+1故一定压力下当纯物质处于固液两相平衡时，C=1，P=2，自由度f=0,所以温度恒定不变，其步冷曲线上会出现一个平台((即水平段)。

上图中的曲线0.0就是x B=0.0时即纯A的步冷曲线；曲线1.0是x B=1.0时即纯B的步冷曲线。

在开始凝固之前和完全凝固以后，系统中只有一种纯液体或只有一种纯固体。

材料科学与工程导论A实验指导书材料科学与工程学院2005.10实验1 二元合金平衡相图的测定一、实验目的熟悉用热分析法测定金属与合金的临界点，并根据临界点画出二元合金相图。

二、实验原理相图是一种表示合金状态随温度、成分而变化的图形，又称状态图或平衡图。

根据相图可以确定合金的浇注温度、热塑性加工（锻造等）温度和进行热处理的可能性、形成各种组织的条件等。

到目前为止，几乎所有的相图都是通过实验测定出来的。

金属及合金的状态发生变化（即相变）将引起其性质发生变化，例如液体金属结晶或固态相变时将会产生热效应，合金相变时其电阻、体积、磁性等物理性质亦会发生变化。

金属及合金发生相变时（包括液体结晶和固态相变）引起其某种性质变化所对应的温度称为临界温度，又称临界点。

因此可以通过测定金属及合金的性质来求出其临界点。

把这些临界点标注在以温度为纵坐标、成分为横坐标的图上，然后把各个相同意义的临界点连接成线，就构成了完整的相图。

可见，相图的建立过程就是金属与合金临界点的测定过程。

测定金属与合金临界点的方法很多，如热分析法、热膨胀法、电阻测定法、显微分析法等，但其中最常用、最基本的方法是热分析法。

热分析法是绘制相图常用的基本方法。

其原理是将体系加热融熔成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，用体系的温度随时间的变化情况来判断体系是否发生了相的类型的变化。

记录体系的温度随时间的变化关系，再以时间为横坐标，温度为纵坐标，绘制成温度--时间曲线，称为步冷曲线（如图1中的曲线1、2）。

从步冷曲线中一般可以判断在某一温度时，体系有无相变发生。

当系统缓慢而均匀地冷却时，若系统内无相的变化，则温度将随时间而均匀地改变，即在T-t曲线上呈一条直线。

若系统内有相变化发生，则因放出相变潜热，使系统温度变化不均匀，在T-t图上有转折或呈水平线段，由此就可以判断系统是否有相的变化。

因此，测出冷却曲线就可很容易地确定相变临界点。

图 1 就是根据测定的冷却曲线建立相图的实例。

学生课程设计（论文）题目：Ti-Fe合金二元相图测定方法的设计学生姓名：学号：所在院(系)：材料工程学院专业：材料科学与工程班级：指导教师：职称：20**年** 月**日***学院教务处制***学院本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。

课程设计（论文）指导教师成绩评定表攀枝花学院本科课程设计[Ti-Fe合金二元相图测定方法的设计]学生姓名：学生学号：院（系）：材料工程学院年级专业：指导教师：助理指导教师：二〇**年十二月摘要摘要相图是多相(二相或二相相以上)体系处于相平衡状态时体系的某物理性质(如温度)对体系的某一自变量(如组成)作图所得的图形，图中能反映出相平衡情况(相的数目及性质等)，故称为相图。

二元或多元体系的相图常以组成为自变量，其物理性质则大多取温度。

由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条什下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质，以及多相体系相平衡情况的演变，都要用到相图。

实际工业生产中广泛使用合金，针对二元合金，要研究合金的性能，必须要知道其合金的二元相图，在测定相图前，准确选择、设计合理的测定方法非常重要。

建立相图的方法有试验测定和理论计算两种，本文采用试验测定的方法建立相图，首先配置一系列成分不同的Ti-Fe合金，然后利用热分析法测定这一系列Ti-Fe合金的相变临界点（温度），根据实验室中测得的大量实验数据，用Microsoft graph软件分别绘制出冷却曲线和温度—组成图。

关键词Ti-Fe合金，二元相图，测定方法，相图绘制ABSTRACThase II or phase II phase diagram is above the system when the system is in equilibrium State of a physical properties such as temperature on system consists of a variable such as mapping of the graphic, figure reflected in the number and nature of the equilibrium phase, it is called a phase diagram，phase diagram of binary or multiple system usually consists of arguments, most of its physical properties are temperature. Due to the system in phase equilibrium phase diagrams reflect multi - phase equilibrium under different arguments, therefore, study on the heterogeneous nature of the system, as well as the evolution of the phase equilibrium of multiphase systems, phase diagrams are used. Actual widely used alloys in industrial production, for a binary alloy, to examine the properties of alloys must know its binary alloy phase diagram, prior to the determination of phase diagrams, accurate determination method of selection, design is important. Build phase diagram method of test and theoretical calculation of two kinds, using test method for determination of phase diagrams in this article, first configure a series of components of TI-Fe alloys, and then using thermal analysis method for the determination of the phase transition point of a series of TI-Fe alloy ( temperature ), based on a large number of experimental data measured in the laboratory, with Microsoft Graph software drawing up of cooling curves and temperature - map respectively.Key words Ti-Fe alloys, binary phase diagram, determination method, the phase diagram drawing.目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1 绪论 (2)1.1 课题背景 (2)1.1.1合金 (2)1.1.2 钛合金 (2)2 绘制二元合金相图的原理 (3)2.1 相图的概念 (3)2.2 相图测定的基本方法 (3)2.3 绘制相图的原理 (3)3 Ti-Fe合金的简介 (4)3.1 纯钛 (4)3.2钛铁合金 (4)4 Ti-Fe合金相图的绘制 (5)4.1合金的配制 (6)4.2 步冷曲线的绘制 (7)4.3 热电偶工作原理 (8)4.4 Ti-Fe合金相图的绘制 (8)4.4.1 绘制热电偶工作曲线 (9)4.4.2 绘制相图 (9)5 结论 (10)参考文献 (11)致谢 (12)1绪论1.1 课题背景1.1.1合金合金是一种金属元素和一种或几种其它元素（金属或者非金属均可）熔合后而组成的具有金属特性的物质。

二组分合金相图一、实验目的1．用热分析法(步冷曲线法)测绘Pb—Sn二组分金属相图。

2．了解固液相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。

3．掌握金属相图（步冷曲线）测定仪的基本原理及方法。

二、实验原理1、二组分固-液相图人们常用图形来表示体系的存在状态与组成、温度、压力等因素的关系。

以体系所含物质的组成为自变量，温度为应变量所得到的T-x图是常见的一种相图。

二组分相图已经得到广泛的研究和应用。

固-液相图多应用于冶金、化工等部门。

二组分体系的自由度与相的数目有以下关系：自由度= 组分数–相数+ 2 （1）由于一般的相变均在常压下进行，所以压力P一定，因此以上的关系式变为：自由度= 组分数–相数+ 1 （2）又因为一般物质其固、液两相的摩尔体积相差不大，所以固-液相图受外界压力的影响颇小。

这是它与气-液平衡体系的最大差别。

图1以邻-、对-硝基氯苯为例表示有最低共熔点相图的构成情况：高温区为均匀的液相，下面是三个两相共存区，至于两个互不相溶的固相A、B和液相L三相平衡共存现象则是固-液相图所特有的。

从式（2）可知，压力既已确定，在这三相共存的水平线上，自由度等于零。

3、较为简单的二组分金属相图主要有三种；（1）是液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固熔体的系统，最典型的为Cu—Ni系统；（2）是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型是Bi—Cd系统；（3）是液相完全互溶，而固相是部分互溶的系统，如Pb—Sn系统，本实验研究的系统就是这一种。

在低共熔温度下，Pb在固相Sn中最大溶解度为(质量百分数)。

2、热分析法(步冷曲线法)是绘制相图的基本方法之一。

热分析法是相图绘制工作中常用的一种实验方法。

按一定比例配成均匀的液相体系，让它缓慢冷却。

以体系温度对时间作图，则为步冷曲线。

曲线的转折点表征了某一温度下发生相变的信息。

由体系的组成和相变点的温度作为T-x图上的一个点，众多实验点的合理连接就成了相图上的一些相线，并构成若干相区。

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221.1实验目的1.2①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：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+βⅡα90% 87.1% β10% 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。

《物理化学实验》讲义 第三部分 实验 德州学院化学系 王敦青二组分固---液相图的绘制一、实验目的1.学会用热分析法测绘Sn —Bi 二组分金属相图。

2.了解热分析法测量技术。

3.掌握SWKY 数字控温仪和KWL-08可控升降温电炉的基本原理和使用。

二、预习要求了解纯物质的步冷曲线和混合物的步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。

三、实验原理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，则因体系产生之相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵偿，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所示的形状。

图1 根据步冷曲线绘制相图 拐点后，开始有固体凝固出来，液相成分不断变化，平衡温度也不断随之改变，直到达到其低共熔点温度，体系平衡，温度保持不变（平台）；直到液相完全凝固后，温度又迅速下降。

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2。

遇此情况，可延长DC 线与AB 线相交，交点E 即为转折点。

图3是二元金属体系一种常见的步冷曲线。

当金属混合物加热熔化后冷却时，由于无相变发生，体系的温度随时间变化较大，冷却较快（1~2段）。

若冷却过程中发生放热凝固，产生固相，将减小温度随时间的变化，使体系的冷却速度减慢（2~3段）。

二元系合金的显微组织分析实验指导书一、实验目的1）掌握根据相图分析合金凝固组织的方法。

2）熟悉典型共晶系合金的显微组织特征。

3）了解初晶及共晶形态。

4）分析二元合金的不平衡凝固组织，掌握其组织特征及某与平衡组织的差别二、原理概述研究合金的显微组织时，常根据该合金系的相图，分析其凝固过程，从而得知合金缓慢冷却后应具有的显微组织。

显微组织是指各组成物的本质、形态、大小、数量和分布特征。

特征不同，即使组成物的本质相同，合金的性能也不一样。

具有共晶反应的二元合金系有：Pb-Sb、Pb-Sn、Al-Si、Al-Cu、Cu-O、Zn-Mg等。

根据合金在相图中的位置，可分为端部固溶体、共晶、亚共晶和过共晶合金来研究其显微组织特征。

1、端部固溶体合金端部固溶体合金位于相图两端。

如Pb-Sn相图中含锡的质量分数小于19％的合金，见图3-1；Pb-Sb相图中含锑的质量分数小于3.5％的合金，见图3-2。

这类合金慢冷凝固终了得到单相固溶体α，继续冷却到固溶度曲线以下，将析出二次相βⅡ，一般合金中的二次相常呈粒状或小条状分布在α固溶体的晶界和晶内。

图3-3为含锡10％的Pb-Sn合金的显微组织，其中暗色的基体为铅基固溶体α，亮色颗粒为二次相β，记为βⅡ，β是以锡为基体的固溶体。

图3-1 Pb-Sn相图图3-2Pb-Sb相图图3-3 Pb-10%Sn合金的显微组织2、共晶合金位于二元相图中共晶点成分的合金液体L E 冷至共晶温度t E 时，发生共晶反应，b a t E EL βα+→凝固终了得共晶体组织。

共晶体是由两种一定成分的固相（b a βα+）组成，两相的本质和成分可由相图上得知。

如Pb-Sn 合金的共晶体中两个相的本质分别为以铅和锡为基的固溶体α和β，在共晶温度时，α和β中锡的质量分数分别为19％和97.5％（见图3-1）。

而在Pb-Sb 合金中，由于铅在锑中的固溶度很小，β相的成分接近纯锑，故其共晶体由α＋Sb 所组成。

物理化学实验报告院系化学与环境工程学院班级0409403学号040940329姓名马彦宝实验五二元合金相图实验者马彦宝实验前温度和压强27.4℃712.10mmHg实验后温度和压强27.4℃712.20mmHg1、实验仪器及试剂仪器SWKY型数字仪器一台KWL-08可控温电炉一台样品管一只药品铅（CP）锡（CP）2、实验原理测绘相图通常使用的方法是热分析法。

将一体系加热熔融成一均匀液相，然后将体系冷却，并每隔一分钟读体系温度一次，通过温度对时间作图得一曲线，此曲线称步冷曲线。

取一系列组成不同的体系，做出它们的步冷曲线，找出各转折点，既能绘出简单二元相图。

3、实验步骤依次测定含锡61.9%、80%、40%、20%等样品的步冷曲线。

将样品放在加热电炉中加热，样品的温度不能升高的太高，一般样品熔化后，再升高30℃左右。

样品熔化后，关闭电源，将传感器插入样品管中，使样品缓慢冷却，每隔1分钟记录一次数据，直到步冷曲线水平部分以下为止。

四、实验数据及数据处理熔点/℃铅327.502锡231.89不同锡含量80%的T 62%的T 40%的T 20%的T 下的T时间min0.5 307.8 305.9 297.8 310.21 304.4 302.4 294.4 306.51.5 301 298.8 291.1 302.92 298.7 295.5 287.7 299.22.5 294.4 292.1 284.5 295.63 291.1 288.9 281.1 282.23.5 287.8 285.5 278.1 288.74 284.8 282.4 274.9 285.34.5 281.6 279.2 271.8 282.25 278.5 276.2 268.9 279.75.5 275.4 273.1 265.8 277.46 272.3 270.1 263.1 275.36.5 296.5 267.1 260.1 273.47 226.6 264.2 257.4 271.47.5 263.7 261.4 254.9 269.58 260.9 258.6 252.5 267.68.5 258.1 255.9 250.1 265.59 255.5 253.2 247.8 263.99.5 252.8 250.6 245.7 262.210 250.2 248 243.5 260.310.5 247.6 245.5 241.4 258.411 245 242.9 239.4 256.411.5 242.6 240.4 237.3 254.112 240.1 238 235.4 251.912.5 237.7 235.6 233.4 249.613 235.4 233.4 231.5 247.213.5 233.1 230.9 229.6 244.814 230.8 228.7 227.7 242.314.5 228.5 226.4 225.9 239.715 226.3 224.3 224 237.215.5 224.1 222.2 222.1 234.716 221.9 220.3 220.1 232.116.5 219.9 218.2 218.4 229.617 217.8 216.3 216.5 227.1 17.5 215.7 214.3 214.6 224.618 213.7 212.5 212.9 222.118.5 211.7 210.6 212 219.719 209.8 208.9 209.1 217.319.5 207.9 207 207.4 214.920 206 205.3 205.6 212.620.5 204.1 203.5 203.8 210.321 202.2 201.9 202.1 20821.5 200.6 199.9 200.1 205.822 198.8 198.3 198.4 203.622.5 197.1 196.7 196.6 201.523 195.4 195.1 194.8 199.423.5 193.9 193.6 193.2 197.324 192.6 192 191.5 185.424.5 198.5 190.5 189.9 193.425 200.7 190.6 188.1 191.525.5 201 189.6 186.3 189.626 200.5 188.9 184.8 187.826.5 199.8 187.5 183.2 185.927 199 186.1 181.6 18427.5 198 184.8 179.9 182.328 197 183.3 178.4 180.528.5 195.9 182 178 178.829 195 180.5 179 177.129.5 193.9 179.1 179.7 175.430 191.9 177.7 180 173.830.5 192.9 176.2 180.1 172.231 191.9 174.9 180 171.431.5 190.9 173.5 179.9 17632 189.19 172.1 179.7 177.532.5 189 170.6 179.6 176.733 188 169.2 179.4 174.733.5 187 168.1 179.2 172.634 185.9 171.5 178.9 170.434.5 185 177.3 178.5 168.335 184 180.3 178.1 166.335.5 183 181.1 177.5 164.336 182.1 180.5 176.5 162.436.5 181.1 180.2 175.3 160.637 180.9 180 173.3 15937.5 180.6 179.9 170.8 157.338 180.4 179.8 168.1 155.638.5 180.2 179.7 165.4 15439 179.8 179.6 163 152.539.5 179.5 179.5 160.6 15140 179.2 179.4 158.8 149.640.5 178.9 179.1 156.8 148.941 177.6 179 154.9 148.241.5 175.7 178.9 153 146.942 173.3 178.7 151.3 145.642.5 170.9 178.4 149.9 144.543 168.3 178.1 148.5 143.443.5 165.9 177.3 147.3 142.344 163.3 174.8 146.2 141.344.5 161.1 171.8 145 140.445 158.9 168.6 143.8 139.445.5 156.8 165.6 142.5 138.546 154.9 160.2 141.1 137.646.5 153 157.6 139.9 136.547 151.2 155.3 138.5 135.547.5 149.5 153 137.2 134.548 147.8 151 135.9 133.548.5 146.1 149 134.6 132.449 144.5 147.4 133.4 131.449.5 142.9 145.5 132.1 130.350 141.3 143.8 130.9 129.350.5 139.9 142.1 129.7 128.251 138.5 140.4 128.7 127.151.5 135.6 138.8 127.3 126.152 134.3 137.2 126.2 12552.5 133 135.7 125.2 12453 131.6 134.2 124.1 12353.5 131.6 132.7 123 12254 130.4 131.3 121.9 12154.5 129.2 130 120.9 12055 127.9 128.6 119.8 11955.5 126.8 127.3 118.7 118.156 125.6 126 116.8 117.256.5 124.4 124.8 115.8 116.257 123.2 123.6 114.9 115.357.5 122 122.4 114 114.458 121.1 121.2 113.1 113.558.5 119.9 120 112.3 112.659 118.9 118.9 111.4 111.759.5 117.9 117.9 110.6 110.860 116.8 116.8 109.7 110.1 60.5 115.9 115.8 108.9 109.261 114.9 113.7 108.1 108.461.5 113.9 112.8 107.3 107.662 113 111.8 106.4 10662.5 112.1 110.8 105.8 105.263 111.2 109.9 105 104.463.5 110.3 109 104.2 103.764 109.4 108.1 103.4 102.964.5 108.5 107.2 102.7 102.165 107.7 106.4 101.9 101.465.5 106.9 105.5 101.2 100.666 106 104.7 100.5 99.966.5 105.2 104 99.8 99.367 104.4 103.1 99.1 98.567.5 103.7 102.4 98.3 97.868 102.9 101.5 97.7 97.268.5 102.1 100.8 97.1 96.569 101.4 99.9 96.4 95.869.5 100.6 99.3 95.7 95.270 99.9 98.5 95 94.670.5 99.2 97.8 94.4 93.971 98.4 97.1 93.7 93.371.5 97.7 96.3 93.1 92.672 97.1 95.8 92.4 9272.5 96.4 94.4 91.8 91.473 95.7 93.7 90.6 90.873.5 95 93 90 90.274 94.4 92.4 89.4 89.674.5 93.7 91.7 88.8 9875 93.1 91.1 88.2 88.475.5 92.5 90.5 87.7 87.876 91.8 89.3 86.6 87.376.5 91.2 88.7 86 86.777 90.6 88.2 85.4 86.277.5 90 87.5 84.9 85.678 89.4 86.8 84.3 85.178.5 88.8 86.3 83.8 84.579 88.2 85.7 83.3 8479.5 87.6 84.6 82.7 83.580 87.1 84.1 82.2 82.980.5 86.5 83.5 81.7 82.481 85.9 83 81.2 81.981.8 85.4 82.1 80.7 80.982 84.8 81.8 80.2 80.482.5 84.3 81.4 79.7 79.983 83.8 80.9 79.3 79.483.5 83.3 80.4 78.8 7984 82.7 79.9 78.3 78.584.5 82.2 79.4 77.9 7885 81.7 78.9 77.4 77.585.5 81.2 78.4 77 77.186 80.7 77.9 76.5 76.786.5 79.7 77.5 76.1 76.287 79.2 77 75.7 75.887.5 78.7 76.6 75.2 75.388 78.3 76.1 74.8 74.988.5 77.8 75.6 74.4 74.589 77.4 75.2 73.9 7489.5 76.9 74.7 73.5 73.690 76.4 74.4 73.1 73.290.5 76 73.9 72.6 72.791 75.6 73.5 72.2 72.391.5 75.1 73.1 71.8 71.992 74.7 72.6 71.4 71.592.5 74.3 72.2 71 71.193 73.8 71.8 70.6 70.793.5 73.4 71.3 70.2 70.394 73 70.9 69.8 69.994.5 72.6 70.5 69.695 72.2 70.2 69.295.5 71.7 69.896 71.3 69.696.5 71 6997 70.5 68.797.5 70.2 68.498 69.820406080100050100150200250300350 温度时间t/min温度T/℃含锡量为20％时的步冷曲线20406080100050100150200250300温度时间t/min温度T/℃含锡量为40％时的步冷曲线20406080100050100150200250300温度时间t/min温度T/℃含锡量为61.9％时的步冷曲线20406080100050100150200250300350 温度时间t/min温度T/℃含锡量为80％时的步冷曲线右上图不同锡含量下的温度变化得拐点：拐点 含锡量第一拐点 第二拐点0％ 327.50 138.38 20％ 200.56 138.30 40％ 180.81 138.67 61.9％ 180.33 138.85 80％ 177.10 138.52 100％231.89 138.63用以上数据的如下相图：0.00.20.40.60.8 1.0140160180200220240260280300320340温度温度温度T/℃时间t/min5.思考及讨论1.何为热分析法?用热分析法测绘相图时,应注意哪些问题? 答: 热分析法就是将系统缓慢而均匀地冷却(或加热)时,当系统内不发生相变化时,则温度将随时间均匀(或线性地)慢慢改变, 当系统内发生相变化时,由于相变时伴随的吸热或放热现象,所以,温度-时间图上就会出现转折点或水平线,依次而绘制步冷曲线,从而可以得出共熔物的一些性质的方法.应该注意以下问题:a.每次实验要保证样品完全熔化,熔化后还要使温度升高30℃左右.b.冷却时间要从分,直到温度下降到步冷曲线水平部分以下为止.c.实验中保证样品不被影响物污染.2.用相律分析在各条步冷曲线上出现平台的原因?答;这是由于相变化时伴随的吸热和放热现象,所以, 在各条步冷曲线上就会出现平台.3.为什么在总质量相同但是组成不同的熔融的步冷曲线上,最底共熔点的水平线段长度不同?答:由于Pb-Sn的组成不同,而Pb融化热和Sn融化热不相同,放热量和吸热量也就不相同,所以最底共熔点的水平线段长度不同.。