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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。
第七章三元合金组织的观察一、概述为了了解三元合金的组织，首先要掌握三元合金状态的分析。
然而三元合金状态图的建立是很复杂的，到目前为止完整的三元合金状态图尚不太多，生产上往往制作三元合金的截面图或投影图，以反映出三元合金的结晶过程以便于分析组织。
三元合金的截面图中有等温截面和垂直(又称变温截面)截面图。
等温截面图只能反映出某一温度下合金的组织，要了解合金的结晶过程，就必须做出一系列的等温截面图。
而垂直截面图，只能表示出合金的相变温度——浓度的区域；相变趋势等，以推测相的转变情况，而且杠杆定律在垂直截面图上不能应用，无法估算在结晶过程中各相的数量及成分。
为此，一般要了解三元合金结晶过程和组织，可利用等温截面图或投影图来加以分析。
本实验就是利用Pb—Sn—Bi 三元合金投影图，来分析三元合金的结晶过程及其组织转变规律。
可把三元合金立体图形投影到浓度三角形A B C上，如图所示。
可以看出，A E1 E E3 A为析出初晶相Bi的液相面的投影；B E1 E E2 B为析出初晶Pb的液相面的投影；C E2 E E3 C为析出初晶Sn的液相面的投影；E1 E为(Bi+Pb)二元共晶线的投影；E2 E为(Pb+Sn)二元共晶线的投影；E3 E为(Bi+Sn）二元共晶线的投影。
AEB区为(Bi+Pb)二元共晶面的投影；BEC区为(Sn+Pb)二元共晶面的投影而CEA区则为（Sn+Bi)二元共晶面的投影。
下面就利用投影图来分析图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种成分合金的结晶过程。
二、典型合金的结晶过程1、合金Ⅰ的结晶过程Ⅰ点成分合金，位于A E1 E E3A区域内，因此，当液体合金冷却到液相面并稍微过冷，从液相中首先析出初晶Bi。
根据直线定律，与固态Bi相平衡的液相浓度点应在Ab的连线上，其浓度沿Ib方向变化。
当液相成分达到(Bi+Sn)二元共晶线上的b点时，初次晶结晶结束。
在续继冷却过程中，从液相中析出(Bi+Sn)二元共晶组织，此时液相浓度沿二元共晶线E3bE方向变化。
实验二 二元和三元合金组织分析一、实验目的1. 学会运用二元和三元相图分析平衡态组织，熟悉典型组织及其特征。
2. 了解三元合金的显微组织与相应的三元相图的关系。
3. 学会运用三元相图的液相面等温线投影图分析合金的结晶过程及结晶后的组织特征。
二、实验内容观察Pb-Sn 二元合金在不同成分下的组织特征，观察Pb-Sn-Bi 三元合金在不同成分下的组织特征。
1. Pb—62%Sn 合金2. Pb—40%Sn 合金3. Pb—80%Sn 合金4. Al—10~13%Si 合金5. 10%Pb—20%Sn—70%Bi 合金6. 16%Pb—26%Sn—58%Bi 合金7. 20%Pb—10%Sn—70%Bi 合金三、思考题1. 亚共晶、共晶、过共晶合金的平衡组织是什么？初生相有不同？2. 二元和三元固溶体析出转变与共晶转变的自由度数有无差别，原因何在？3. 如何表示三元合金的成分？4. 在三元相图中，变温截面图、等温截面图及液相面投影图起什么作用？5. 三元共晶组织有什么特点？四、实验报告要求：1．画出所观察样品的典型组织，注明组织，并说明组织特征。
2．结合二元相图和三元投影图，分析组织形成条件，并说明观察的三元合金的结晶过程。
五、参考内容（一） Pb-Sn 二元合金1．共晶合金（Pb-62%Sn ）合金由图1可知含Sn 62% 的合金为共晶合金。
该成分合金从液态缓慢冷到183℃时，液相（L E ）中Pb 和Sn 饱和，在液相中同时结晶出α (Pb)和β (Sn)两种共溶体，即发生共晶转变：N M E L βα+→，这一过程在恒温下进行直至凝固完毕，该合金平衡凝固过程示意见图2。
此时共晶体由αM 和 βN 两种固溶体组成。
其组织为两相以层片状交替分布。
Pb-62%Sn 合金中黑色为α相，白色为β相。
显微组织如图3所 示。
图1 Pb-Sn 相图图2 Pb-Sn 共晶合金平衡凝固过程示意图图3 Pb-Sn 共晶合金的显微组织2. 亚共晶合金（Pb—40%Sn ）合金由图1相图中可知，成分位于共晶点E 以左，M 点以右的合金叫做亚共晶合金，当温度下降时，α 固溶体从液相中不断析出，此时液相L 的成分沿液相线AE 变化，α 固溶体的成分沿固相线AM 变化。
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。
二元合金三元合金室友报告合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。
一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。
根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。
人类生产合金是从制作青铜器开始，世界上最早生产合金的是古巴比伦人，6000年前古巴比伦人已开始提炼青铜(红铜与锡的合金)。
[4]中国也是世界上最早研究和生产合金的国家之一，在商朝（距今3000多年前）青铜（铜锡合金）工艺就已非常发达，公元前6世纪左右（春秋晚期）已锻打（还进行过热处理）出锋利的剑。
合金是宏观均匀，含有金属元素的多元化学物质，一般具有金属特性。
任何元素均可采用作合金元素，但大量加入的仍是金属。
组成合金的最基本的、独立的物质称组元，或简称为元。
由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，由三个以上组元组成的合金称为多元合金。
固态下，合金可能呈单相亦可能呈复相的混合物，可能呈晶态、亦可能呈现准晶状态或非晶状态。
晶态合金中依其组成元素的原子半径、负电性以及电子浓度等等差异情况不同，可能出现的相有保持与基底纯元素相同结构的固溶体(solid solution)以及不和任何组成元素结构相同的中间相(inter-mediate phases)，中间相包括正常价化合物、电子化合物、laves相、σ相、间隙相和复杂结构的间隙式化合物等等。
合金在平衡状态下可能出现的相可以从相平衡图得知。
正确的说是几种主体元素组成合金的就叫几元合金，不一定要都是金属硅铝合金属于含非金属的二元合金，再比如钢,就是碳和铁形成的二元合金，至于一些杂质,那并非主体元素,所以不用考虑。
不过工业上一般说的X元合金,通常指那些合金含量比较对等的情况下.像钢这样碳含量远少于铁成分的一般不这样叫。
实验6 三元合金制备及显微组织观察与分析一、实验方法1．相图分析本实验采用Pb-Bi-Sn及Al-Cu-Mg两三元系进行合金相及组织分析，为使实验达到预期目的，同学们于实验前应充分理解Pb-Bi-Sn及Al-Cu-Mg两个三元系投影图8-1、8-7)必须弄清以下问题：图8-1 Pb-Bi-Sn三元系各相区界面在浓度三角形中的投影图(1) 相图中各条线的意义。
(2) 三条单变量线各表示何种类型三相平衡反应。
(3) 三条单变量线交点代表那种四相平衡反应。
(4) 处于相图中不同位置的合金，应具有何组织。
2．组织和相分析根据图8-1、上所示合金成分点分析初晶、二元共晶、三元共晶形貌特征。
如图8-2至8-3所示，初晶较粗具有一定形状，二元共晶为两相混合，应有两种颜色的相，三元共晶为三相混合，应有三种不同颜色的相。
且三元共晶经二元共晶更为细小。
Sn-Pb-Bi 系合金组织图铝合金常用几种浸蚀剂由于各相物理化学性质不同，浸蚀后，在显微镜下将呈现不同颜色。
如Pb-Bi-Sn 系经5%硝酸酒精溶液浸蚀后Pb 呈灰色，Sn 呈黑色，Bi 呈白色，见图6-6显微组织图。
由于各相硬度不同，在制样抛光时硬度大的相，在明场下会成为亮的浮雕(一图8-2组织分析：含10%Sn 、60%Bi 、30%Pb合金（相图中2 #合金）组织白色块状Bi 初晶，Pb Bi 二元共晶Sn 、Bi 、Pb 三元共晶 浸蚀剂：5%硝酸洒精溶液 放大倍数：200x 图8-3组织分析：含10%Sn 、70%Bi 、20%Pb 合金（相图中2 #合金）组织白色鬹块状Bi 初晶，黑、白灰为Pb Bi Sn 组成的三元共晶 浸蚀剂：5%硝酸洒精溶液 放大倍数：200x般化合物均属硬相)，如Fe-C系中Fe3C。
3．分析举例Al-Cu-Mg系中合金x，其成分为32%Cu、4%Mg、余Al。
现分析如下：(1) 由合金成分在相图上标示其成分点。
(2) 从图10-7看出合金处于αAl-CuAl2(θ)-S三角形中，结晶完成后为(α+S+θ)三相。
