实验二：二元合金组织观察

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。

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。

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)。

实验五二元合金显微组织分析一、实验目的1. 熟悉几种典型的二元合金平衡和非平衡显微组织及几种典型成分的铁碳合金的平衡组织。

2. 学会根据已知相图及显微组织观察分析各种组织的形成过程。

3. 建立二元合金中成分、组织和性能之间变化的规律。

二、实验内容说明由于纯金属性能的局限，特别是在强度方面远不能满足工业的要求，故生产中使用的金属材料几乎都是合金。

实用合金有二元合金，也有多元合金。

而不少多元合金可粗略地作为二元合金来分析。

所以就金属材料的研究而言，二元合金是最基本的合金体系。

二元合金的主要分析方法，一是借助于合金相图以分析相的组成；二是借助于显微观察以分析显微组织的形状。

二元相图的种类很多，不同种类的二元合金经不同处理后的显微组织观察也有很丰富的内容。

本实验选配了几种典型成分的合金，经不同处理，供大家观察其组织，从而进一步熟悉不同的二元相图及二元系合金中成分、组织及性能之间的关系，同时了解平衡组织与实际铸造生产时所得到的非平衡组织之间的差异和联系。

铁碳相图是比较复杂的二元相图，它是由四种基本形式的相图——匀晶相图、包晶相图、共晶相图和共析相图所构成。

铁碳合金在工业生产中有着广泛的应用，铁碳合金的研究对生产实验有着重要的指导意义。

本实验准备了各种典型成分的碳钢退火态试样和铸态白口铸铁试样，供大家观察其平衡组织（铁碳合金不平衡组织的观察作为另一项实验的内容），以进一步了解钢（铁）的碳分、组织和性能三者之间的关系。

本实验所用试样如下：1. 铁碳合金试样：(1) 纯铁退火态4%硝酸酒精腐蚀；(2) 20钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(3) 45钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(4) 60钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(5) T8钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(6) T12钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(7) T12钢退火态苦味酸钠腐蚀；(8) T12钢球化退火4%硝酸酒精腐蚀；(9) 亚共晶白口铁铸态4%硝酸酒精腐蚀；(10) 共晶白口铁铸态4%硝酸酒精腐蚀；(11) 过共晶白口铁铸态4%硝酸酒精腐蚀；2. 其它二元合金试样：(1) 纯铜退火态；(2) 含氧工业纯铜铸态；(3) 30Ni-70Cu 铸态；(4) 30Ni-70Cu铸造后900℃退火；(5) 纯Ni 退火态；(6) 12Sb-88Sn 铸态；(7) 20Sb-80Sn 铸态；(8) 8Sb-92Sn 铸态；(9) 13Sb-87Pb 铸态慢冷；(10) 13Sb-87Pb 铸态快冷；(11) 30Sb-70Pb 铸态快冷；Cu-Ni，Sn-Sb，Pb-Sb相图见附图。

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%。