锡铋二元合金相图

五、数据记录及处理
（1）参考值
（2）配样
（3）试管的最高温度
（4）样品随时间变化的冷却温度记录
（5）根据上表绘制步冷曲线如下
(6)在步冷曲线中找到各曲线的拐点及处理如下
（7）根据上表中液相线，固相线坐标绘制Sn-Bi二组分固液相图如下
表格使用说明：
（一）（4）黄色单元格是原始数据输入区根据自己组实际数据填写，若某组数据大于54个，则需变更函数。

步骤：t列可以按照t1列、t2列、t3列、t4列、t5列的顺序从每列的第一个数据向下填充，有多少就填多少个。

（二）（6）中的黄色单元格所填数据需要观察(5)中步冷曲线的拐点数据，步骤：将鼠标放置在各拐点处所显示的数据如下图所示，填写括号中232，其余各点一样操作
（三）如需打印该文档将黄色单元格改为无色,并且删除“表格使用说明”即红色字体。

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。

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）。

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。

五、数据记录及处理
（1）参考值
（2）配样
（3）试管的最高温度
（4）样品随时间变化的冷却温度记录
（5）根据上表绘制步冷曲线如下
(6)在步冷曲线中找到各曲线的拐点及处理如下
（7）根据上表中液相线，固相线坐标绘制Sn-Bi二组分固液相图如下
表格使用说明：
（一）（4）黄色单元格是原始数据输入区根据自己组实际数据填写，若某组数据大于54个，则需变更函数。

步骤：t列可以按照t1列、t2列、t3列、t4列、t5列的顺序从每列的第一个数据向下填充，有多少就填多少个。

（二）（6）中的黄色单元格所填数据需要观察(5)中步冷曲线的拐点数据，步骤：将鼠标放置在各拐点处所显示的数据如下图所示，填写括号中232，其余各点一样操作
（三）如需打印该文档将黄色单元格改为无色,并且删除“表格使用说明”即红色字体。

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.。

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。