步冷曲线法绘制二元合金相图 - 物理化学-第二章
(整理)如何测绘二元合金相图
二组分固---液相图的绘制一、实验目的1.学会用热分析法测绘Sn —Bi 二组分金属相图。
2.了解热分析法测量技术。
3.掌握SWKY 数字控温仪和KWL-08可控升降温电炉的基本原理和使用。
二、预习要求了解纯物质的步冷曲线和混合物的步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。
三、实验原理测绘金属相图常用的实验方法是热分析法，其原理是将一种金属或合金熔融后，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叫步冷曲线。
当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续均匀下降得到一光滑的冷却曲线;当体系内发生相变时，则因体系产生之相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵偿，冷却曲线就会出现转折或水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。
利用冷却曲线所得到的一系列组成和所对应的相变温度数据，以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些点连接起来，就可绘出相图。
二元简单低共熔体系的冷却曲线具有图1所示的形状。
图1 根据步冷曲线绘制相图拐点后，开始有固体凝固出来，液相成分不断变化，平衡温度也不断随之改变，直到达到其低 共熔点温度，体系平衡，温度保持不变（平台）；直到液相完全凝固后，温度又迅速下降。
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，因此必须保证冷却速度足够慢才能得到较好的效果。
此外，在冷却过程中，一个新的固相出现以前，常常发生过冷现象，轻微过冷则有利于测量相变温度;但严重过冷现象，却会使折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。
见图2。
遇此情况，可延长DC 线与AB 线相交，交点E 即为转折点。
图3是二元金属体系一种常见的步冷曲线。
当金属混合物加热熔化后冷却时，由于无相变发生，体系的温度随时间变化较大，冷却较快（1~2段）。
若冷却过程中发生放热凝固，产生固相，将减小温度随时间的变化，使体系的冷却速度减慢（2~3段）。
当融熔液继续冷却到某一点时，如3点，由于此时液相的组成为低共熔物的组成。
步冷曲线法绘制二元合金相图 物理化学第二章标准版文档
步冷曲线(qūxiàn)法绘制二元合金相图 室内气压： ｋPa
样品的温度随时间的变化。 用热分析法测熔融体步冷曲线，绘制Sn—Bi二元合金相图。
相图是多相体系处于相平衡状态时体系的某些物理性质（如温度或压力）对体系的组成作图所得的图形，因图中能反映出相图平衡情况（相的 数目及性质等），故称为相图。 实验(shíyàn)原理
第九页，共15页。
仪器(yíqì)和试剂
电炉加热系统， 特制样品管5只（1#为纯Sn 、 2#为含Bi30
％的Sn 、 3#为含Bi57％的Sn、4#为含 Bi75％的Sn、5#为纯Bi） X-Y多通道数据采集仪1台 镍铬－镍硅热 电偶一支(yī zhī)，小号保温杯1个。
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4.从电脑所记录的图上准确读取各拐点的mV值 特制样品管5只（1#为纯Sn 、 2#为含Bi30％的Sn 、 3#为含Bi57％的Sn、4#为含Bi75％的Sn、5#为纯Bi）
（精确到±0.05mV）。
第十二页，共15页。
数据处理
１.数据记录参考(cānkǎo)格式 室内气压： ｋPa
实验(shíyàn)步骤
1.配制冰水混合物，将带玻璃套管的热电偶冷 端插入(chā rù)冰水混合物底部，再将热电偶 热端插入(chā rù)样品管中。 2.将1#、2#、3#、4#、5#被测样品管分别放 在电炉加热系统中某一个位置，调节电炉加 热系统的选择旋纽到对应的档位。
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3.打开vxy2004数据采集(cǎijí)系统软件，设置
使金属或合金完全熔化后断电，然后让样品自 特制样品管5只（1#为纯Sn 、 2#为含Bi30％的Sn 、 3#为含Bi57％的Sn、4#为含Bi75％的Sn、5#为纯Bi）
物理化学实验讲义(外学院)
实验94 步冷曲线法绘制Sn-Bi二元合金相图实验概述二元合金的熔点~组成相图可用不同组成合金的冷却曲线求得。
将一种合金或金属熔融后，使之逐渐冷却，每隔一定时间记录一次温度，这种表示温度~时间的关系曲线称为冷却曲线或步冷曲线。
当熔融体系在均匀冷却过程中不发生相的变化，其温度将随时间连续均匀下降，这时会得到一条平滑的冷却曲线；如在冷却过程中发生了相变，则因放出相变热而使热损失有所抵偿，冷却曲线就会出现转折点或水平线段。
转折点所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。
如以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些转折点所对应的温度连接起来，就可以绘制出二元合金相图。
对于简单的低共熔二元体系（如Bi-Cd合金），具有图94.1所示的的冷却曲线和相图。
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。
本实验测绘的Sn~Bi二元合金相图不属于简单低共熔体系, 当含Sn 含量在85% 以上即出现固熔体。
因此，为了简单起见，本实验不能作出完整的相图。
图94.1 Bi-Cd 合金冷即曲线及其相图实验目的1．了解热分析法测量技术与热电偶测量温度的方法；2．用热分析法绘制Sn~Bi二元合金相图。
实验器材1．仪器：热电偶，加热炉，记录仪，调压器，电炉，250mL烧杯。
2．试剂：Sn（s），Bi（s），固体石蜡。
实验方法1．配制样品：用感量为0.1 g的台天平分别配制含Bi量分别为30%、58%、80%的混合物各100 g，另外称100 g纯Bi，100 g纯Sn，分别放入5个样品管中。
2．安装与调整自动记录仪：（见图94.2)。
图94.2 冷却曲线测定装置3．测定被研究体系的步冷曲线：依次测纯Bi、含Bi 30%、58%、80%的混合物及纯Sn 的冷却曲线。
方法如下：将样品管放在加热电炉中，让样品熔化（在样品上方覆盖一层石蜡，以防止样品氧化）。
同时将热电偶的热端（连玻璃套管，见图94.2）插入样品管中。
步冷曲线法绘制二元合金相图 共18页
步冷曲线法绘制二元合金相图
实验目的 实验原理 仪器和试剂 实验步骤 数据处理 思考题
实验目的
1. 用热分析法测熔融体步冷曲线，绘制 Pb—Sn二元合金相图。
2. 了解热分析法的实验技术及热电偶测 量温度的原理和方法。
实验原理
1. 相图
相图是多相体系处于相平衡状态时体系 的某些物理性质（如温度或压力）对体系的 组成作图所得的图形，因图中能反映出相图 平衡情况（相的数目及性质等），故称为相 图。由于压力对仅由液相和固相构成的凝聚 体系的相平衡影响很小，所以二元凝聚体系 的相图通常不考虑压力的影响，而常以组成 为横坐标，以温度为纵坐标作图。
(5) 用上述方法依次绘制锡、铅、61.9%、80%、40%、20% （Sn%）等样品的步冷曲线。记录试样的组成及转折点温度。
金属相图程序操作：
1．打开桌面上的快捷方式，输入姓名和学 号，进入程序。
2．设置——串行口（选择1/3）。 3．数据通讯——清屏——开始实验——输
入样品名称和成分——确认。 4．停止实验——文件——保存到数据库。
注意事项
(1) 用电炉加热样品时，注意温度要适当，温度 过高样品易氧化变质; 温度过低或加热时间不够则 样品没有全部熔化，步冷曲线转折点测不出。
(2)搅拌时要注意勿使热端离开样品，金属熔化后 常使样品管盖浮起，这些因素都会导致测温点变 动，必须消除。
(3) 在测定一样品时，可将另一待测样品放入加热 炉内预热，以便节约时间，合金有两个转折点， 必须待第二个转折点测完后方可停止实验，否则 须重新测定。
图1.2数字温控仪前面板示意图 1. 电源开关. 2. 定时设置增、减按钮—从0-99之间设置. 3. 工作/置数转换按钮—切换加热、设定温度的状态.
物化实验报告：二组分合金相图
二组分合金相图化63 宋光2006011931同组实验人：卢颖达实验日期：2009年3月19日提交报告日期：2009年4月2日指导教师：王力1.实验目的1.用热分析法（步冷曲线法）测绘Bi－Sn二组分金属相图。
2.掌握热电偶测量温度的基本原理和校正方法。
3.学会使用自动平衡记录仪。
2.实验原理人们常用图形来表示体系的存在状态与组成、温度、压力等因素的关系。
以体系所含物质组成为自变量，温度为应变量所得到的T－x图是常见的一种相图。
二组分相图已得到广泛的研究和应用。
固－液相图多用于冶金、化工等部门。
较为简单的二组分金属相图主要有三种；一种是液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固熔体的系统，最典型的为Cu－Ni系统；另一种是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型的是Bi－Cd系统；还有一种是液相完全互溶，而固相部分也互溶的系统，如Pb－Sn系统。
本实验研究的Bi－Sn系统就是这一种。
在低共熔温度下，Bi在固相Sn中最大溶解度为21％（质量百分数）。
热分析法（步冷曲线法）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，先做步冷曲线，然后根据步冷曲线作图。
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（如图2-6-1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，步冷曲线上出现转折（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）。
第二章 第四节 二元合金相图
组元是指组成合金的最简 单、最基本、能够独立存 多数情况下组元是指组成 合金的元素。但对于既不
温度（℃）
L
在的物质。
发生分解、又不发生任何
反应的化合物也可看作组
Cu
元, 如Fe-C合金中的Fe3C。
成分（wt %Ni）
Ni
Cu-Ni合金相图
相图表示了在缓冷条件下，不同成分合金的组织随
L
这种从液相中结晶出单一固相的 转变称为匀晶转变或匀晶反应。
成分变化是通过原子扩散完成的。当合金冷却到t3
时，最后一滴L3成分的液体也转变为固溶体，此时 固溶体的成分又变 回到合金成分3上
来。
液固相线不仅是相
区分界线,也是结晶
时两相的成分变化
线；匀晶转变是变
温转变。
(2) 枝晶偏析
合金的结晶只有在缓慢冷却 条件下才能得到成分均匀的 固溶体。但实际冷速较快， 结晶时固相中的原子来不及
A B
成分大于 D点合金结晶 过程与Ⅰ合金相似，室 温组织为 + Ⅱ 。
C
E
D
F
G
③ 亚共晶合金(Ⅲ合金)的结晶过程
合金液体在2点以前为匀晶转变。冷却到2点，固相成 分变化到C点，液相成分变化到E点, 此时两相的相对 重量为： Q ( Q ) C 2 100%, Q 2 E 100% L E CE CE
扩散，使先结晶出的枝晶轴
含有较多的高熔点元素（如
Cu-Ni合金中的Ni）, 后结晶
的枝晶间含有较多的低熔点 元素(如Cu-Ni合金中的Cu)。
在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的
现象称作枝晶偏析。它不仅与冷速有关，而且与液
低共熔体系相图的绘制2
研究多相体系的状态如何随组成、温 度、压力等变量的改变而发生变化，并用 图形来表示体系状态的变化，这种图就叫 相图。
本实验采用热分析法绘制相图，其基本原理： 先将体系加热至熔融成一均匀液相，然后让体
系缓慢冷却： ①体系内不发生相变，则温度--时间曲线均匀
遇此情况，可延长dc线与ab线相交，交点e即 为转折点。
仪器和试剂
电炉加热系统:可控升降温电炉 不锈钢样品管10只（1#为纯Sn 、 2#~ 9#为
含Bi12.5％、25％、35％、45％、55％、 65％、75％、87.5％的Sn， 10#为纯Bi） 数字式控温仪; 镍铬－镍硅热电偶一支
实验步骤
【注意事项】
用电炉加热样品时，温度要适当，温度过 高样品易氧化变质；温度过低或加热时间不够 则样品没有完全熔化，步冷曲线转折点测不出。
在测定一样品时，若体系有两个转折点， 必须待第二个转折点测完后方可停止实验，否 则须重新测定。
电炉加热到设定温度后，注意将电炉电压 调到零。
操做要小心烫伤。
数据处理
改变； ②体系内发生相变，则温度--时间曲线上会出
现转折点或水平段。根据各样品的温度--时间曲线 上的转折点或水平段，就可绘制相图。
温度--时间曲线，即步冷曲线
转折点：
表示温度随时间的变化率 发生了变化。
水平段：
表示在水平段内，温度 不随时间而变化。
A
B
C
图A是单组分体系, 图B是二元混合物, 图 C是低共融体系的步冷曲线。
(1) 样品管放入加热套中，将热电偶放入样品管内；
(2) 加热，至熔化；（加热到280℃，由余热将样品 加热到其熔化）;
实验二组分合金相图
二组分合金相图1引言1.1实验目的(1) 用热分析法(步冷曲线法)测绘Bi-Sn二组分金属相图。
(2) 掌握热电偶测量温度的基本原理和校正方法。
(3) 学会使用自动平衡记录仪。
1.2 实验原理(1) 二组分合金相图人们常用图形来表示体系的存在状态与组成、温度、压力等因素的关系。
二组分相图已得到广泛的研究和应用。
固－液相图多用于冶金、化工等部门。
较为简单的二组分金属相图主要有三种：①液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固溶体的系统，最典型的为Cu-Ni系统；②液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型的是Bi-Cd系统；③液相完全互溶，而固相部分也互溶的系统，如Pb-Sn系统。
本实验研究的Bi-Sn系统就是这一种。
在低共熔温度下，Bi在固相Sn中最大溶解度为21%（质量百分数）。
(2) 热分析法（步冷曲线法）热分析法（步冷曲线法）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，先做步冷曲线，然后根据步冷曲线作图。
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（如图1.1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，步冷曲线上出现转折（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）。
图1.1 步冷曲线由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物系统，可根据它的步冷曲线得出有固体析出的温度和低共熔点温度。
第二节二元合金相图
固溶线
固溶线
+
1）点：纯组元熔点；最大溶解度点；共晶点（是 Sn% 亚共晶、过共晶合金成分分界点）等。 2）线：液相线、固相线；溶解度曲线；共晶线等。 3）区：3个单相区；3个两相区；1个三相区。
2.共晶转变分析
T,C
L+
M
L
E
L+
N
共晶反应线 表示从M点到N点 范围的合金，在 该温度上都要发 生不同程度上的 共晶反应。
两点：纯组元的熔点 两线：L, S相线 三区：L, α, L+α。
1455
纯镍 熔点 固相线 Ni 100
液固两相区
铜-镍合金匀晶相图
2、合金的结晶过程
形核和晶粒的长大
能量起伏 、结构起伏、成分起伏
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(2)X1合金结晶过程分析（ 2％< Wsn<19％L）
T,C
T,C
1 2 183 L
3
L+
M
L
E
L+
L
L+
N
+ Ⅱ
Sn
+
g
Ⅱ
Pb
{
f 4
X1
冷却曲线 t
(3)X2合金结晶过程分析
（共晶合金）
L
T,C
T,C L
(+ )
L
183
实验六 步冷曲线法绘制二元合金相图讲解学习
实验六步冷曲线法绘制二元合金相图实验六步冷曲线法绘制二元合金相图一、目的要求1. 用热分析法测熔融体步冷曲线，再绘制绘Bi-Sn二元合金相图。
2. 了解热分析法的实验技术及热电偶测量温度的方法。
二、实验原理1.相图相图是多相（二相或二相以上）体系处于相平衡状态时体系的某些物理性质（如温度或压力）对体系的某一变量（如组成）作图所得的图形，因图中能反映出相图平衡情况（相的数目及性质等），故称为相图。
由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条件下的相平衡情况，因此，研究多相体系相平衡情况的演变（例如钢铁及其它合金的冶炼过程，石油工业分离产品的过程），都要用到相图。
由于压力对仅由液相和固相构成的凝聚体系的相平衡影响很小，所以二元凝聚体系的相图通常不考虑压力的影响，而常以组成为自变量，其物理性质则取温度。
2.热分析法测绘步冷曲线热分析法是绘制相图常用的基本方法。
其原理是将体系加热融熔成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，用体系的温度随时间的变化情况来判断体系是否发生了相变化。
记录体系的温度随时间的变化关系，再以时间为横坐标，温度为纵坐标，绘制成温度--时间曲线，称为步冷曲线（如图6－1）。
从步冷曲线中一般可以判断在某一温度时，体系有无相变发生。
当系统缓慢而均匀地冷却时，若系统内无相的变化，则温度将随时间而均匀地改变，即在T-t曲线上呈一条直线，若系统内有相变化，则因放出相变热，使系统温度变化不均匀，在T-t图上有转折或水平线段，由此判断系统是否有相变化。
对于二组分固态不互溶凝聚系统（A-B系统），其典型冷却曲线形状大致有三种形态，见图6－1所示。
图6－1(a) 图6－1(b) 图6－1(c)图6－1(a)体系是单组分体系。
在冷却过程中，在a～a1段是单相区，只有液相，没有相变发生，温度下降速度较均匀，曲线平滑。
冷却到a1时，达到物质的凝固点，有固相开始析出，两相共存，自由度为零，温度保持不变，冷却曲线出现平台（温度不随时间而改变）。
二元合金相图
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6 二组分合金相图
实验六二组分合金相图1.引言1.1实验目的①用热分析法（步冷曲线法）测绘Bi-Sn二组分合金相图②掌握热电偶测定温度的基本原理和校正方法③学会使用计算机记录和处理数据1.2实验原理1.1.1二组分合金相图人们常用图形来表示体系的存在状态与组成、温度、压力等因素的关系。
以体系所含物质组成为自变量，温度为应变量所得到的T－x图是常见的一种相图。
二组分相图已得到广泛的研究和应用。
固－液相图多用于冶金、化工等部门。
较为简单的二组分金属相图主要有三种：①液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固熔体的系统，最典型的为Cu－Ni系统；②液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型的是Bi－Cd系统；③液相完全互溶，而固相部分也互溶的系统，如Pb－Sn系统。
本实验研究的Bi－Sn系统就是这一种。
在低共熔温度下，Bi在固相Sn中最大溶解度为21％（质量百分数）。
1.1.2热分析法（步冷曲线法）热分析法（步冷曲线法）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，先做步冷曲线，然后根据步冷曲线作图。
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（如图6.1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，步冷曲线上出现转折（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）。
二元合金相图的绘制与应用
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）。
二元合金相图
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。
就可绘制相图温度--时间曲线
步冷曲线法绘制二元合金相图
实验目的 实验原理 仪器和试剂 实验步骤 数据处理 思考题
实验目的
1. 用热分析法测熔融体步冷曲线，绘制 Sn—Bi二元合金相图。
2. 了解热分析法的实验技术及热电偶测 量温度的原理和方法。
实验原理
相是指体系内部物理性质和化学性质 完全均匀的一部分。
实验步骤
(1) 样品管放入加热套中，将热电偶放入样品管内； (2) 加热，至熔化；（加热到280℃，由余热将样品 加热到其熔化）; (3) 自然冷却，每隔30s 记一次温度，测至130℃ 即 可（也可开启风机，但每次实验要使用相同的风机速 度，如5V）; (4) 换样品，重新测量。 ※每小组测两个样，四个小组共测8个样为一套数据 ，纯Sn、Bi不测。
相平衡是指多相体系中组分在各相中 的量不随时间而改变。
研究多相体系的状态如何随组成、温 度、压力等变量的改变而发生变化，并用 图形来表示体系状态的变化，这种图就叫 相图。
本实验采用热分析法绘制相图，其基本原理： 先将体系加热至熔融成一均匀液相，然后让体
系缓慢冷却， ①体系内不发生相变，则温度--时间曲线均匀
T/K
600K
454K
L+Pb(s)
L(单相区)
505K
L+Sn(s)
Pb(s)+Sn(s)
0(Pb)
61.9% 100%(Sn)
Pb—Sn 金属相图
【实验讨论】 本实验成败的关键是步冷曲线上折变和水平
线段是否明显。 步冷曲线上温度变化的速率取决于体系与环
境间的温差、体系的热容量、体系的热传导率等 因素，若体系析出固体放出的热量抵消散失热量 的大部分，转折变化明显，否则就不明显。
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A
B
C
图A是单组分体系, 图B是二元混合物, 图 C是低共融体系的步冷曲线。
X-Y多通道数据采集仪
3.绘制二元合金相图 无论是步冷曲线上的平台还是转折，都 反映了相变化时的温度，把各种不同组成的 体系的步冷曲线的转折点和平台，在温度— 组成图上标志出来连成曲线就得到相图。
热电偶工作原理: 热电偶可将温度转换成电压信号(温差电势),在 一定温度范围内，镍铬－镍硅热电偶输出的温差电 势与其热端和冷端的温度差成近似线性关系，为此 只要绘制出热电偶的工作曲线（电势差－温差曲 线），即可通过它的线性关系方便地查到各电势差 所对应的温度差。热电偶工作时，如将冷端插入冰 水混合物中（0℃），热端插入待测样品中，热电偶 正负极接入X-Y多通道数据采集仪，连续采集样品 的电势差值，显示在电脑上，从而得到所需的冷却 曲线。在仪器的系统误差很小的前提下，可根据仪 器读取的电势差值直接去查“镍铬－镍硅热电偶值 分度表”，得出样品的温度来。
思考题
1. 冷却曲线上的拐点是怎么来的？ 2. 如果有两个样品，一个为纯金属A，另 一个为组成为低共熔体的合金（含A）， 你如何通过冷却曲线对它们进行区分？
3.打开vxy2004数据采集系统软件，设置好X-Y 数据采集仪对应的通道，这时数据采集系统开 始工作—记录样品的温度（实际为mV值）。 给电炉通电，对样品进行加热，使金属或合金 完全熔化后断电，然后让样品自动缓慢冷却， 数据采集系统自动跟踪记录样品的温度随时间 的变化。 4.从电脑所记录的图上准确读取各拐点的mV 值（精确到±0.05mV）。
数据处理
１.数据记录参考格式
室内气压：
样品 mV~℃
ｋPa
30%Bi mV ℃ 57%Bi 75% Bi 纯Bi mV ℃ mV ℃ mV ℃
纯Sn mV ℃
第一拐点 第二拐点
２.绘制相图 从热电偶工作曲线上分别查出各样品拐 点处温差电势（mV）所对应的温度，以温度 为纵坐标，合金组成（以Bi含量计）为横坐 标，绘制出Sn—Bi二元合金的简化相图。
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2.热分析法测量步冷曲线 热分析法是绘制相图常用的基本方法，其原理 是将体系加热融熔成一均匀液相，然后让体系缓慢 冷却，用X-Y多通道数据采集仪记录体系的温度随 时间的变化关系，绘制成温度-时间曲线，称为步冷 曲线。 从步冷曲线中一般可以判断在某一温度时，体 系有无相变发生。当系统缓慢而均匀地冷却时，若 系统内无相变，则温度将随时间而均匀地改变，即 在T-t曲线上呈一条直线，若系统内有相变化，则因 放出相变热，使系统温度变化速度发生改变，在T-t 图上有转折或水平线段。
步冷曲线法绘制二元合金相图
步冷曲线法绘制二元合金相图
实验目的
实验原理
仪器和试剂
实验步骤
数据处理
思考题
实验目的
1. 用热分析法测熔融体步冷曲线，绘制 Sn—Bi二元合金相图。 2. 了解热分析法的实验技术及热电偶测 量温度的原理和方法。
实验原理
1. 相图 相图是多相体系处于相平衡状态时体系 的某些物理性质（如温度或压力）对体系的 组成作图所得的图形，因图中能反映出相图 平衡情况（相的数目及性质等），故称为相 图。由于压力对仅由液相和固相构成的凝聚 体系的相平衡影响很小，所以二元凝聚体系 的相图通常不考虑压力的影响，而常以组成 为横坐标，以温度为纵坐标作图。
仪器和试剂
电炉加热系统， 特制样品管5只（1#为纯Sn 、 2#为含Bi30 ％的Sn 、 3#为含Bi57％的Sn、4#为含 Bi75％的Sn、5#为纯Bi）
X-Y多通道数据采集仪1台 镍铬－镍硅热
电偶一支，小号保温杯1个。
实验步骤
1.配制冰水混合物，将带玻璃套管的热电偶 冷端插入冰水混合物底部，再将热电偶热端 插入样品管中。 2.将1#、2#、3#、4#、5#被测样品管分别放 在电炉加热系统中某一个位置，调节电炉加 热系统的选择旋纽到对应的档位。