二元合金的显微组织

二元合金的显微组织文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]

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%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。在显微镜下，除了从先共晶α相晶粒内或边界上析出的βⅡ有可能观察到外，共晶组织中析出的βⅡ和αⅡ一般不易辨认。合金中组织组成物的相对量也可以用杠杆定律来计算。亚共晶组织中的初晶α呈枝晶状分布。参见图3-2。

⒊过共晶合金

凡成分位于共晶点e以右，d点以左的合金（如图中的合金Ⅲ）称为过共晶合金。这类合金的结晶过程类似于亚共晶合金，所不同的是：先共晶相不是α，而是β固溶体。结晶后的组织是由先共晶β相和共晶体（α+β）所组成。初晶β也呈枝晶状分布。参见图3-3、3-4。

（3-3）铅锡二元过共晶（100倍）（3-4）铅锡二元过共晶（25倍）

⒋离异共晶

靠近相图上的c点和d点成分的合金，由于初生相较多，发生共晶转变时，液相的量已所剩不多，且呈壳状分布在初生相的周围。此时，共晶转变过程中的某一个相不再形核，而是在初生相上成长；同时析出的另一个相被排挤到晶界上，使得失去了共晶组织的形态特征，这种现象称为离异共晶。参见图3-5。

（3-5）铅锡二元离异共晶（从左侧靠近d点，100倍）

一、实验材料和设备

金相显微镜，Pb-Sn合金的典型样品。

二、实验内容和步骤

⒈介绍Pb-Sn相图。

⒉参照相图分析典型合金的组织。

三、本次实验的总结报告

本实验仅作为观察演示性实验与实验二《非均匀形核的观察与应用》同时进行，作为实验四《铁碳平衡组织观察》的预备铺垫。

需要记录的显微组织如下，对于离异共晶的显微组织，请根据图（3-5）的参考作用，从理论上分析描绘出含21%Sn（从右侧靠近C点）的合金在结晶过程中发生的离异共晶现象（注意考虑二次相析出的情况，与图3-5共同的地方及区别点）。

共晶亚共晶过共晶离异共晶

简单说明一下，同学自己描绘的离异共晶显微组织的理论依据：