二元合金组织分析

实验四二元合金显微组织分析组织和结构是有区别的，主要表现在它的尺度不同。

组织是显微尺度，结构是原子尺度。

组织是指用肉眼和显微镜观察到的金属内部情景，如晶粒尺寸和形状以及组成物的特点等。

而结构是指组成金属的同类或异类原子在三维空间的排列情况。

目前一般是用Ｘ射线衍射分析才能确定。

合金在室温下可以同时存在几种晶体结构，即可以多相共存，因而组织比纯金属复杂很多。

合金的组织，既可由单相组成，也可由两相甚至多相组成。

不同的相可以构成不同的组织。

单相合金是以金属为溶剂的固溶体。

两相或多相合金的组织中，数量较多的一相，称为基体相，大多是以金属为溶剂的固溶体。

其余的相可以是合金的另一组元为基体形成的固溶体或另一组元的纯金属；也可是合金各组元形成的化合物或以化合物为溶剂的固溶体。

合金的相组成是说明合金由几种相和那几种相组成。

合金的显微组织分析就是进一步分析相组成、相分布和相形态，即研究各相的生成条件、数量、形状、大小以及它们之间的相互分布状态。

1 ．实验目的根据凝固理论，利用二元相图，在金相显微镜下，识别二元合金组织特征，进行显微组织分析。

二．合金中的基本组织特征合金成份不同时，二元合金可构成不同的组织，成份相同、但凝固及处理条件不同时，也可构成不同的组织。

合金的显微组织与合金的成份、组成相的性质、冷却速度及其他处理条件、组成相相对量等因素有关，一般可有以下几种形貌：2.1 单相固溶体固溶体结晶时，先从溶体中析出的固相成分与后从溶体中析出的固相成份是不同的。

冷却速度慢（平衡凝固）时，固相原子经过充分扩散，因而可以得到成份均匀的单相固溶体；冷却快时，固相原子来不及扩散均匀，从而使凝固结束后晶粒内各部分存在浓度差别，1故各处耐腐蚀性能不同，浸蚀后在显微镜下呈现树枝状特征。

下面以Cu-20％Ni 合金为例进行说明。

C u-20 ％Ni 的铜合金铸态组织图所示为热力学不平衡组织，在固态均匀化退火后，则出现类同纯金属一样的多边形晶粒，Cu-20％Ni 的铜合金均匀化退火组织图所示为单相固溶体平衡组织。

二元合金的显微组织内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）实验三二元合金的显微组织（Microstructures of Binary Alloys）实验学时：1 实验类型：综合前修课程名称：《材料科学导论》适用专业：材料科学与工程一、实验目的运用二元共晶型相图，分析相图中典型组织的形成及特征。

二、概述二组元在液态下互溶，而在固态下有限互溶，且具有共晶转变特征的相图叫二元共晶相图。

本次实验，以Pb—Sn系合金相图为例分析共晶、亚共晶、过共晶等不同成分合金的结晶过程及结晶后所形成组织的特征。

简略相图如下：⒈共晶合金含Sn61.9%的合金为共晶合金（图中合金Ⅰ）。

当从液态缓慢冷却时，在温度Te发生共晶转变，既Le→αc +βd。

这一过程在Te温度下一直到液相完全消失为止。

所得到的共晶组织由αc 和βd两个固溶体组成。

它们的相对量可用杠杆定律计算：继续冷却时，将从α和β中分别析出βⅡ和αⅡ。

由于从共晶体中析出的次生相常与共晶体中的同类相混在一起，很难分辨，这样，在结晶过程全部结束时合金获得非常细密的两相机械混合物。

样品制备中的腐蚀剂是4%的硝酸酒精，显微镜中，α相呈暗色，β相呈亮色。

参见图3-1。

（3-1）铅锡二元共晶（3-2）铅锡二元亚共晶⒉亚共晶合金凡成分位于共晶点e以左，c点以右的合金（如图中的合金Ⅱ）叫亚共晶合金。

合金Ⅱ熔化后在液相线与固相线之间缓慢冷却时，不断地从液相中结晶出α固溶体。

随着温度的下降，液相成分沿ac线变化，逐渐趋向于e 点；α相的成分沿固相线ac变化，并逐渐趋向于c点。

当温度降到共晶温度时，α相和剩余液相的成分将分别到达c点和e点。

这时，成分为e点的液相发生前述的共晶转变，直到剩余液相全部转变为共晶组织为止。

这时，亚共晶合金的组织是由先共晶α相和共晶体（α+β）所组成。

在共晶温度以下继续冷却的过程中，将分别从α和β相中析出βⅡ和αⅡ。

第五章 二元合金组织的观察一、概述合金的种类不同，合金状态图的形式也不同，有的则十分复杂，但任何复杂的二元合金状态图，都是由一些简单的基体状态图组合起来的。

这些基本类型有匀晶状态图，共晶状态图和包晶状态图等。

熟悉掌握这些相图，是分析合金的结晶过程，组织转变规律及组织特制的必要知识。

1、二元匀晶相图及合金的结晶过程和组织特征这类状态图的特点是合金的二组元在液态与固态下均能完全互溶，Cu －Ni 合金就是其中的一种，如图1所示。

具有这种类型状态图的合金，结晶过程及所获得组织都具有独特的特征，现以合金钢为例，简要叙述如下：改合金加热至液态后自高温缓慢冷却至t 1温度时，开始从液相中结晶处α1固溶体，此时与其平衡存在得液态是L 1，由图可见，α1要比原液相含有较多的Ni 组元。

继续冷却到t 2温度时，合金的相平衡关系则变为：222t L α−−→←−−为了达到这种新的平衡，在t 1温度结晶出的α1相，必须改变为与α2相同的成分，液相成分也必将由L 1向 L 2变化。

在温度不断下降过程中，固相的成分将不断的沿固相线变化，液相的成分也不断的沿液相线变化。

同时固相的量不断增多，而液相量逐渐减少。

在一定温度下两相的相对量可用杠杆定律求出。

当冷却到t 3温度时，结晶全部完了，得到了与原合金成分相同的α固溶体。

在显微镜下观察，固溶体的组织特征与纯金属相似，为多边形晶粒所组成。

但在实际生产中，由于冷却速度比较快，因此，合金不可能完全按照平衡条件进行结晶。

2、二元共晶状态图及合金的结晶过程与组织特征二元合金具有共晶转变特征的状态图叫做共晶状态图，在这种合金系中，二组元在液态下无限互溶，而在固态下可有限互溶。

下面以Pb －Sn 合金（参看图2）为例分析其共晶、亚共晶、过共晶等不同成分合金的结晶过程及结晶后所形成组织形态的特征。

1）含Sn 小于19％的合金由图2可见，含10％Sn 的合金，缓慢冷却到液相线时，从液体中开始结晶出α固溶体。

西安交通大学实验报告课 程：金相技术与材料组织显示分析 实验 日期：年 月 日专业班级： 组别 交报告日期： 年 月 日姓 名： 学号 报 告 退 发： （订正、重做）同 组 者： 教师审批签字：实验名称：二元共晶系合金的组织观察分析实验目的：1. 熟悉共晶系合金的显微组织特征；2. 掌握用相图分析合金结晶组织的方法。

实验原理概述：相图是分析显微组织的最基本的依据。

以下是Pb-Sn 合金的相图：1. 固溶体位于相图的两端，这类合金在结晶终了将得到单相固溶体，a 固溶体和β固溶体，将其冷到固溶度线以下将析出二次β或二次a ，通常呈粒状或小条状分布于晶界与晶内。

2.共晶线上的合金成分处于共晶线上的合金，在温度讲到共晶温度时，都要发生共晶反应，组织中有共晶组织特征。

按成分分为亚共晶合金、共晶合金和过共晶合金。

3.枝晶偏析与离异共晶、伪共晶当二元合金不平衡洁净时，固相成分分散不均匀，固相成分偏离平衡相图上固相线的位置，结晶后的组织成分不均匀，先结晶的枝杆，含高熔点组元多，后结晶的枝间含低熔点的组元多，即所谓的枝晶偏析现象。

结合相图，分析所画组织的结晶过程：1.亚共晶结晶过程：其室温下显微组织都是α+βⅡ组成，只是两相的相对量不同。

从液相冷却至液相线首先从L相中析出α相，在继续冷却到共晶线时发生共晶反应析出β相成为两相固溶体。

2.共晶结晶过程：当液相成分为共晶成分时，液态冷却到共晶线时才开始析出，并同时析出α和β相，其析出成分比例也为共晶比例。

3.过共晶结晶过程：其过程和亚共晶结晶过程相似，不同的是当液相冷却至液相线时先析出β相，再到共晶线发生共晶反应是才析出α相。

用杠杆定律计算所画共晶合金中两相的相对量：因Sn的质量分数为61.9%，则由杠杆定律：α相的含量wtα=X100%=38.1%；β相的含量wtβ=X100%=61.9%。

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。