二元合金相图分析实例

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。

第二章二元合金相图纯金属在工业上有一定的应用，通常强度不高，难以满足许多机器零件和工程结构件对力学性能提出的各种要求；尤其是在特殊环境中服役的零件，有许多特殊的性能要求，例如要求耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等，纯金属更无法胜任，因此工业生产中广泛应用的金属材料是合金。

合金的组织要比纯金属复杂，为了研究合金组织与性能之间的关系，就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。

合金相图正是研究这些规律的有效工具。

一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质叫做合金。

其中组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。

组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。

由两个组元组成的合金称为二元合金，例如工程上常用的铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。

二元以上的合金称多元合金。

合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多，这正是合金的应用比纯金属广泛得多的原因。

合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分之间的关系。

利用相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，各相的相对含量、成分以及温度变化时所可能发生的变化。

掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，也可按要求来研究新的合金。

在生产中，合金相图可作为制订铸造、锻造、焊接及热处理工艺的重要依据。

本章先介绍二元相图的一般知识，然后结合匀晶、共晶和包晶三种基本相图，讨论合金的凝固过程及得到的组织，使我们对合金的成分、组织与性能之间的关系有较系统的认识。

2.1 合金中的相及相图的建立在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。

液态物质为液相，固态物质为固相。

相与相之间的转变称为相变。

在固态下，物质可以是单相的，也可以是由多相组成的。

由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金的组织。

组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌。

由不同组织构成的材料具有不同的性能。

第四章二元合金相图与合金凝固本章主要内容：相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律；二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼；二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面；共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶；二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶合金的非平衡凝固与组织包晶反应的应用铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭的缺陷其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变二元相图总结及分析方法二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图，Al-Mn相图，Al2O3-SiO2二元系相图相图与合金性能的关系相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图1.填空1 相律表达式为_____________________________。

2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有_____________起伏。

3. 按液固界面微观结构，界面可分为__________________和____________________。

4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是__________________________，光滑界面晶体的长大机制是_____________________和_____________________。

5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生____________偏析，用_________________热处理方法可以消除。

6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈________________状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为________________状。

二元合金相图实验
组别：第七组
班级：材料物理121
实验原理：
实验是以热分析法为原理，进行测绘。

实验样品为Pb-Sn，Pb在Sn中的比例，为0%，20%，40%，60%，80%，100%分别进行熔融，然后将体系冷却，并用电脑绘出不同比例的步冷曲线，然后找出各个拐点，做出二元相图。

实验步骤：
1.将可控温度加热炉，进行温度设置，加热速率50/min，加热最高温度450。

2.设置好温度后，将加热炉的开关调带1档位，进行加热。

3.当温度加热到450时停止加热，此时打开电脑程序，记录降温曲线，即步冷曲线。

4.记录好不冷曲线后，找到拐点，进行二元相图绘制。

实验过程：
1.记录的步冷曲线：
2.绘制的二元相图：。

第五章二元合金相图第一节相图的基本知识一. 相律相图：研究合金在平衡的条件下，（无限缓慢冷却）合金的状态与温度、成分间的关系的图解称为相图或平衡图。

组元：组成合金的基本物质。

包括：单个元素或金属化合物如: Fe-C合金组元Fe、Fe3CCu-Ni合金组元Cu、Ni合金系：指研究的对象。

如：Fe-C系，Pb-Sn系等。

状态：指合金在一定条件下有那几项组成，称为合金在该条件下的状态。

如：水在零度时的状态是水和冰两项共存，在零度以上为水，在零度以下为固相冰。

组织：合金中的相以不同的大小、形状、分布组成为组织。

如：珠光体是由F和Fe3C组成的组织。

（二）相律（恒压状态下）系统平衡:如果某组元在各相中的化学位相同，那么就没有物质的迁移现象，系统处于平衡状态。

相律：处于平衡状态的合金，保持相数不变的条件下，独立可变的，且影响和金状态的内、外部因素的数目。

数学表达式：f=C-P+1（恒压）f 为系统的自由度数（系统中独立可变因素）；C系统的组元；P相数实例：1.纯金属—正在结晶时相数不变（P=2）f=02.二元合金--正在结晶时两相平衡，（P=2）若温度独立可变（T1 T2）则两相的成分随之变化(T1:L I αH)⑩（T2:L M αN）反之相成分独立可变，温度随之而变f=1正在结晶时三相平衡（P=3）T=T C相成分温度、均不可变f=0图5-2错误二元相图图5-1二元相图应用：（1）确定平衡系中的最大平衡相数（2）判断相图正确与否（3）分析合金的平衡结晶二、二元合金相图的表示方法横坐标表示成分A％＋B％＝100％纵坐标表示温度C点（表象点）成分：30％Sb，70％Bi温度：450三、二元相图的建立（Cu-Ni系以匀晶相图为例）图5-3 二元相图的表示方法(一)用热分析方法建立相图。

1）配制不同成分的合金（ T mA > T Mb）（1）100％Cu，0％Ni (2)70%Cu，30％Ni (3)50%Cu，50％Ni(4)30％Cu，70％Ni （5）0％Cu，100％Ni2)熔化后作各合金的冷却曲线（T-t）3)将各T-t曲线上、下各临界点投影到温度-成分坐标系中4）连接同类型的临界点即得到Cu-Ni二元相图。