Pb-Sn二元相图测定及其组织分析

二元合金实验报告

实验五二元合金相图一、目的要求1.用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图。

2.了解热分析法的测量技术。

二、基本原理相图是多相(二相或二相相以上)体系处于相平衡状态时体系的某物理性质(如温度)对体系的某一自变量(如组成)作图所得的图形，图中能反映出相平衡情况(相的数目及性质等)，故称为相图。

二元或多元体系的相图常以组成为自变量，其物理性质则大多取温度。

由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条什下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质，以及多相体系相平衡情况的演变(例如冶金工业冶炼钢铁或其他合金的过程，石油工业分离产品的过程等)，都要用到相图。

图4.1是一种类型的二元简单低共熔物相图。

图中A、B表示二个组分的名称，纵轴是物理量温度T，横轴是组分B的百分含量B％。

在acb线的上方，体系只有一个相(液相)存在；在ecf线以下，体系有两个相(两个固相——晶体A、晶体B)存在；在ace所包为的面积中，一个固相(晶体A)和一个液相(A在B中的饱和熔化物)共存；在bcf所包围的面积中，也是一个固相(晶体B)和一个液相(B在A中的饱和熔化物)共存；图中c点是ace与bef 两个相区的交点，有三相（晶体A、晶体B、饱和熔化物）共存。

测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。

常用的实验方法是热分析法。

热分析法所观察的物理性质是被研究体系的温度。

将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间(例如半分钟或一分钟)读体系温度一次，以所得历次温度值对时间作图，得一曲线，通常称为步冷曲线或冷却曲线，图4.2是二元金属体系的一种常见类型的步冷曲线。

冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，团此步冷曲线的斜率将发生变化而出现转折点，所以这些转折点温度就相当于被测体系在相图中分隔线上的点。

若图4.2是图4.1中组成为P 的体系的步冷曲线，则点2、3就分别相当于相图中的点G 、H 。

因此，取一系列组成不同的体系，作出它们的步冷曲线，找出各转折点，即能画出二元体系的最简单的相图(对复杂的相图，还必须有其他方法配合，才能画出)。

金属相图(Pb-Sn体系)

实验数据记录
实验日期：
；室温： ℃；气压：
KPa
锡的百 0% 分含量 (纯铅）
20%
40%
61.9%
80% 100%
(低共熔物)
(纯锡)
转折点
(t℃)
水平段
(t℃)
数据处理
1.温度换算（ ℃ 2.作出Pb-Sn相图； 3.与文献值比较。
Ｋ）；
T/K
600K
454K
L+Pb(s)
L(单相区)
505K
固态晶形转变点。
真实的Pb—Sn 金属相图
实验结果与讨论
⑴结果：实测值为T铅= T锡= T低共熔=
⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？
注意事项
1.Pb-Sn混合物的液相必须均匀互溶(达最高温度时，搅拌样品)；
2.样品的降温速率必须缓慢； 3.操作过程中，要防止样品被氧化及混入杂质； 4.热电偶温度计要插到玻璃套的底部。
观察升温情况及时停止加热
取出样品、放入新样品测试
实验结束记录数据恢复原状
准备样品
按以下比例配制
锡的百分含量
0%
20%
锡(g) 0 20
铅(g) 100 80
40% 61.9% 80% 100%
40 61.9 80 100 60 38.1 20 0
何时停止加热？
纯Pb、纯Sn、含锡61.9%（低共熔物）三个样品，如果出现转折点，则停止加热，利用电炉的余热加热到熔点以上30~40 ℃ 。
含锡20%、含锡40%、含锡80%三个样品，如果出现转折点，则停止加热，利用电炉的余热使温度再升高30~50 ℃。
何时停止实验？

Pb-Sn二元相图测定及其组织分析

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α90%87.1% 90%Pb-10%Snα+βⅡβ10%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。

Pb-Sn二元相图测定及其组织分析报告

实验10 二组分合金相图班级：材料（硕）01 组长：丁斌组员：越凡门明达王光王晓宇瑛康何林温雅欣多雪俊杰实验日期：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：何林温雅欣多雪俊杰组：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。

金属相图Pb-Sn体系.ppt

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。
实验目的
1.用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图，并掌握应用步冷曲线数据绘制二元体系相图的基本方法； 2.了解步冷曲线及相图中各曲线所代表的物理意义； 3.学习自动平衡记录仪的使用方法。
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。
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。
曲线③表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线，其形状与纯物质相似，但它的水平段是三相平衡。
即 L=A(s)+B(s)
分析2：
相图由一个单相区和三个两相区组成：即 ①溶液相区；
②纯A(s)和溶液共存的两相区； ③纯B(s)和溶液共存的两相区； ④纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；水平线段表示：A(s)、B(s)和溶液共存的三相线；水平线段以下表示纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；o为低共熔点。
实验数据记录
实验日期：
；室温： ℃；气压：
KPa
锡的百 0% 分含量 (纯铅）
20%
40%
61.9%
80% 100%
(低共熔物)
(纯锡)
转折点
(t℃)
水平段
(t℃)
数据处理
1.温度换算（ ℃ 2.作出Pb-Sn相图； 3.与文献值比较。

实验六、二组分合金相图

二组分合金相图一、实验目的1．用热分析法(步冷曲线法)测绘Pb—Sn二组分金属相图。

2．了解固液相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。

3．掌握金属相图（步冷曲线）测定仪的基本原理及方法。

二、实验原理1、二组分固-液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。

以体系所含物质的组成为自变量，温度为应变量所得到的T-x图是常见的一种相图。

二组分相图已经得到广泛的研究和应用。

固-液相图多应用于冶金、化工等部门。

二组分体系的自由度与相的数目有以下关系：自由度= 组分数–相数+ 2 （1）由于一般的相变均在常压下进行，所以压力P一定，因此以上的关系式变为：自由度= 组分数–相数+ 1 （2）又因为一般物质其固、液两相的摩尔体积相差不大，所以固-液相图受外界压力的影响颇小。

这是它与气-液平衡体系的最大差别。

图1以邻-、对-硝基氯苯为例表示有最低共熔点相图的构成情况：高温区为均匀的液相，下面是三个两相共存区，至于两个互不相溶的固相A、B和液相L三相平衡共存现象则是固-液相图所特有的。

从式（2）可知，压力既已确定，在这三相共存的水平线上，自由度等于零。

3、较为简单的二组分金属相图主要有三种；（1）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；（2）是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型是Bi—Cd系统；（3）是液相完全互溶，而固相是部分互溶的系统，如Pb—Sn系统，本实验研究的系统就是这一种。

在低共熔温度下，Pb在固相Sn中最大溶解度为(质量百分数)。

2、热分析法(步冷曲线法)是绘制相图的基本方法之一。

热分析法是相图绘制工作中常用的一种实验方法。

按一定比例配成均匀的液相体系，让它缓慢冷却。

以体系温度对时间作图，则为步冷曲线。

曲线的转折点表征了某一温度下发生相变的信息。

由体系的组成和相变点的温度作为T-x图上的一个点，众多实验点的合理连接就成了相图上的一些相线，并构成若干相区。

Pb-Sn二元相图测定及其组织分析

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。

金属相图(Pb-Sn体系)

曲线③表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线，其形状与纯物质相似，但它的水平段是三相平衡。
即 L=A(s)+B(s)
分析2：
相图由一个单相区和三个两相区组成：即 ①溶液相区；
②纯A(s)和溶液共存的两相区； ③纯B(s)和溶液共存的两相区； ④纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；水平线段表示：A(s)、B(s)和溶液共存的三相线；水平线段以下表示纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；o为低共熔点。
思考题
1.是否可用加热曲线作相图，为什么？ 2.为什么要用步冷曲线作相图？ 3.为什么坩锅中的样品要加盖石墨，并严防混入杂质？ 4.实验用各样品的总重量为什么要求相等？若总重量不相等有什么影响？ 5.样品量和冷却速度对实验有何影响？
实验目的
1.用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图，并掌握应用步冷曲线数据绘制二元体系相图的基本方法； 2.了解步冷曲线及相图中各曲线所代表的物理意义； 3.学习自动平衡记录仪的使用方法。
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。
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。
固态晶形转变点。
真实的Pb—Sn 金属相图
实验结果与讨论
⑴结果：实测值为T铅= T锡= T低共熔=
⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？
注意事项
1.Pb-Sn混合物的液相必须均匀互溶(达最高温度时，搅拌样品)；
2.样品的降温速率必须缓慢； 3.操作过程中，要防止样品被氧化及混入杂质； 4.热电偶温度计要插到玻璃套的底部。
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。

Pb-Sn二元相图测定及其组织分析讲课讲稿

P b-S n二元相图测定及其组织分析实验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。

铅锡二元合金相图实验改进_陈显兰

松香。３．２实验部分
（１）配制标准样品用电子天平分别配制含锡量为０％，２０％，４０％，６１．９％，８０％，１００％的铅－锡混合物各４０ｇ，放入标有不同组成标签的玻璃管中，再加入适量松香粉。（２）先将各实验仪器连接好，把已配制好的样品管和传感器放入控温区电炉炉膛保护筒内。 ①按下数字控温仪的电源开关，使 “置数” 灯亮，设置所需要的温度（较样品熔点高３０～５０ ℃），再按 “工作／置数 ” 按钮，使 “工作 ” 灯亮起，即开始加热。 ②待温度达到设定温度后，保持待温度一段时间使样品完全熔化混匀后，把传感器从加热套中取出，插入玻璃试管中。 ③再按控温仪面板上的 “工作／置数 ” 按钮，使 “置数” 灯亮起，电热炉停止加热。每隔３０秒
参考文献
［１］蔡定建，杨忠，郁德清，钟一平．南方冶金学院学报，２００１（１）：５５－５７
［２］杨涛，钱文霞，汪建明，雷群芳，王国平．实验技术与管理，２００７，２４（１０）：６７－６８
［３］吴梅芬，王晓岗，曹同成，许新华，胡慧康．实验室科学，２０１０（５）：８８－９０
· ３４ ·
化学教育（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｏｒｇ）２０１４年第６期
Ｆｉｇ．３Ｐｂ－Ｓｎｂｉｎａｒｙａｌｌｏｙｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍ（Ｒｏｓｉｎｗａｓｕｓｅｄａｓａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔ）
图３铅锡的二元合金相图（松香为防氧化剂）
据文献报道［３］：Ｐｂ、Ｓｎ的理论熔点及Ｐｂ－Ｓｎ合金最低共熔点分别为：ＴＰｂ＝３２６ ℃、ＴＳｎ＝２３２ ℃和Ｔ＝１８０ ℃，对比以上实验结果可知，本实验所得结果与理论值基本一致。

金相实验报告——Pb-Sn二元相图测定及其组织分析

西安交通大学实验报告
课程：金相技术与材料组织显示分析实验日期：年月日专业班级：组别交报告日期：年月日姓名：学号: 报告退发：（订正、重做）同组者：教师审批签字：
实验名称：Pb-Sn二元相图测定及其组织分析
实验目的：
1．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；
实验概述：
相图中临界点测定方法有很多种，有热分析法、热膨胀法、电阻测定法、显微分析法、磁性测定法等等。

把熔化的合金自高温缓慢冷却，在冷却过程中每隔相等的时间进行测量，记录一次温度，由此得到某一成分下合金的冷却曲线。

金属或合金无相变发生时，温度随时间均匀的降低，一旦发生了某种转变，水平台阶或者转折点的温度就是相变开始或终了的温度。

利用热分析法测定Pb-Sn合金转变点，是通过一定数量不同合金成分步冷曲线综合得到的。

简述热分析法测定二元相图的方法：
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，作步冷曲线，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。

实验结果分析：
合金成分是亚共晶状态，在由液态缓慢冷却时，先析出初生α相，由于合金成分离共晶点很近，初生α相的量非常少，故沿晶界非连续分布，到达共晶点温度时，剩余液相按共晶成分恒温析出至完全，最后冷却到室温，组织没有发生变化。

第四-五节--二元共晶包晶相图剖析资料讲解

3 共晶组织及其形成机理（2）粗糙－平滑界面：
金属-非金属型具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理（2）平滑－平滑界面：
非金属-非金属型一般认为具有不规则或复杂组织形态.
3 共晶组织及其形成机理（4）初生晶的形态：
金属固溶体：粗糙界面－树枝状；非金属相：平滑界面－规则多面体。
(
) 共晶
M2 ME
72 G
4.87 %
初
2E ME
N
22 .87 %
组织组成物与组织图
相组成物相对量的计算：杠杆定律。两相组成物的相对含量：（以Wsn=0.5的合金为例）相组成物：α＋β
2 N 60 .51 %
MN
M 2 39 .49 %
第四-五节--二元共晶包晶相图剖析
共晶转变：由一定成分的液相同时结晶出两个一定成分固相的转变（Pb-Sn, Al-Si, Al-Cu, Mg-Si, Al-Mg)
共晶相图：具有共晶转变特征的相图；特点：液态无限互溶、固态有限互溶或完全不溶，且
发生共晶反应。共晶组织：共晶转变产物（是两相混合物）。
例如：亚共晶合金(Wsn=0.3）室温组织:α初, βⅡ, (α＋β)共晶相组成：α，β
α初晶
(α＋β)共晶
βⅡ
组织组成物与组织图
组织图：用组织组成物填写的相图。
组织组成物与组织图
组织组成物相对量的计算：杠杆定律。组织组成物的相对含量：（以Wsn=0.5的合金为例）组织组成物：α初 + βⅡ+(α＋β)共晶
成分互惠－交替形核片间搭桥－促进生长
两相交替分布（共晶组织）
3 共晶组织及其形成机理
（2）粗糙－平滑界面：

二元系合金的显微组织分析实验指导书

二元系合金的显微组织分析实验指导书一、实验目的1）掌握根据相图分析合金凝固组织的方法。

2）熟悉典型共晶系合金的显微组织特征。

3）了解初晶及共晶形态。

4）分析二元合金的不平衡凝固组织，掌握其组织特征及某与平衡组织的差别二、原理概述研究合金的显微组织时，常根据该合金系的相图，分析其凝固过程，从而得知合金缓慢冷却后应具有的显微组织。

显微组织是指各组成物的本质、形态、大小、数量和分布特征。

特征不同，即使组成物的本质相同，合金的性能也不一样。

具有共晶反应的二元合金系有：Pb-Sb、Pb-Sn、Al-Si、Al-Cu、Cu-O、Zn-Mg等。

根据合金在相图中的位置，可分为端部固溶体、共晶、亚共晶和过共晶合金来研究其显微组织特征。

1、端部固溶体合金端部固溶体合金位于相图两端。

如Pb-Sn相图中含锡的质量分数小于19％的合金，见图3-1；Pb-Sb相图中含锑的质量分数小于3.5％的合金，见图3-2。

这类合金慢冷凝固终了得到单相固溶体α，继续冷却到固溶度曲线以下，将析出二次相βⅡ，一般合金中的二次相常呈粒状或小条状分布在α固溶体的晶界和晶内。

图3-3为含锡10％的Pb-Sn合金的显微组织，其中暗色的基体为铅基固溶体α，亮色颗粒为二次相β，记为βⅡ，β是以锡为基体的固溶体。

图3-1 Pb-Sn相图图3-2Pb-Sb相图图3-3 Pb-10%Sn合金的显微组织2、共晶合金位于二元相图中共晶点成分的合金液体L E 冷至共晶温度t E 时，发生共晶反应，b a t E EL βα+→凝固终了得共晶体组织。

共晶体是由两种一定成分的固相（b a βα+）组成，两相的本质和成分可由相图上得知。

如Pb-Sn 合金的共晶体中两个相的本质分别为以铅和锡为基的固溶体α和β，在共晶温度时，α和β中锡的质量分数分别为19％和97.5％（见图3-1）。

而在Pb-Sb 合金中，由于铅在锑中的固溶度很小，β相的成分接近纯锑，故其共晶体由α＋Sb 所组成。

实验三、二元相图的测定-实验报告样例

湖南工业大学实验报告实验三步冷曲线法绘制二元合金相图学生姓名预习实验报告内容一、实验目的1.用热分析法测熔融体步冷曲线，再绘制绘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方法。

二、实验仪器和试剂KWL-10可控升降温电炉、SWKY-Ⅱ数字测控温巡检仪，特制样品管6个，台秤，分析纯金属铅、金属锡、石墨。

三、实验原理图4－1(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）。

当到达a1′点液相完全消失，系统成为单一固相，自由度为1，此后随着冷却，温度不断下降。

图4－1(b)体系是一般二元混合物。

在冷却过程中，在b～b1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b1时，开始析出A(s),体系发生部分相变，相变潜热部分补偿环境吸收的热量，从而减慢了体系温度下降速度，步冷曲线出现转折点（拐点），即b1－b2段。

继续冷却，固体A不断析出，与之平衡的液相中B 的含量不断增加，温度不断下降。

达到b2点时，液相不仅对固体A而且对固相B也达到饱和，所以两固相开始同时析出，三相共存，自由度为0，温度保持不变，冷却曲线出现平台。

当到达b2′点液相完全消失，系统成为两固相，自由度为1，此后随着冷却，温度不断下降。

图4－1(c)体系是低共融体系。

在冷却过程中，在c～c1段是液相区，没有相变发生，温度下降速度较均匀，曲线平滑。

达到c1点时，液相对固相A和固相B同时达到饱和，所以两固相同时析出，三相共存，自由度为零，温度保持不变，冷却曲线出现平台。

c1′后面和图4－1(b)体系b2′点以后的过程相同整理实验数据时，我们会发现冷却曲线的拐点处为一回沟形状(见图4-4)，即温度下降到相变点以下，而后又回升上来，这种现象叫过冷现象。

Sn-Pb相图(Pb-Sn)

纯物质的步冷曲线如①、⑤所示，如①从高温冷却，开始降温很快，ab线的斜率决定于体系的散热程度，冷到Ａ的熔点时，固体Ａ开始析出，体系出现两相平衡（液相和固相Ａ），此时温度维持不变，步冷曲线出现水平段，直到其中液相全部消失，温度才下降。
混合物步冷曲线如②、④所示，如② 起始温度下降很快(如a/b/段)，冷却到b/ 点时，开始有固体Ａ析出，这时体系呈两相，因为液相的成分不断改变，所以其平衡温度也不断改变。由于凝固热的不断放出，其温度下降较慢，曲线的斜率较小 (b/c/段)。到了低共熔点c/后，体系出现三相平衡L=A(s)+B(s)，温度不再改变，步冷曲线又出现水平段，直到液相完全凝固后，温度又开始下降。
观察升温情况启动自动平衡记及时停止加热录仪有关开关
取出样品、观察降温情况取出样品、放实验结束记录及时停止实验入新样品测试数据恢复原状
准备样品: 准备样品:
按以下比例配制
锡的百分含量0%来自20%30%61.9%
80%
100%
锡(g) 铅(g)
0 100
20 80
30 70
61.9 38.1
80 20
100 0
零点制备：
取出冰块，敲碎，放到500ml 水中搅拌至冰不再溶解，倒入保温瓶中至3/4高，再放入少许冰块，以保证保温瓶中的水温度为0℃ 。 ℃
样品埋入方法：
小坩锅放入被测样品，大坩锅装满沙，用旋转的办法把小坩锅埋入到大坩锅的沙中，埋入的深度应保证沙比样品高，或至少一样高。
样品加热及保温：
在样品表面覆盖少许石墨，插好热电偶，围好保温砖，插上电炉插头，开始加热。
何时停止加热？何时停止加热？
纯Pb、纯Sn、含锡61.9%（低共熔物）三个样品，如果出现转折点，则停止加热。含锡20%、含锡30%、含锡80%三个样品，如果出现转折点，再升高 50 ℃后，则停止加热。则停止加热。

3.差热分析法测定Pb-Sn的金属相图

差热分析法测‎定P b-Sn的金属相‎图一、实验目的和要‎求1.用热分析法测‎绘Pb-Sn二元金属‎相图，并掌握应用步‎冷曲线数据绘‎制二元体系相‎图的基本方法‎；2.了解步冷曲线‎及相图中各曲‎线所代表的物‎理意义；二、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‎。

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。

将某一物质进‎行加热或冷却‎，在这样的过程‎中，若有物相变化‎发生，如发生熔化、凝固、晶型转变、分解、脱水等相变时‎，总伴随着有吸‎热或放热的现‎象。

两种混合物若‎发生固相反应‎，也有热效应产‎生。

因此，在体系的温度‎——时间曲线上就‎会发生顿、折，但在许多情况‎下（例如在试样的‎来源有限，量很少），体系中发生的‎热效应相当小‎，不足以引起体‎系温度有明显‎的突变，从而温度——时间曲线的顿‎、折并不显著，甚至根本显不‎出来。

在这种情况下‎，常将有物相变‎化的物质和一‎个基准物质（或参比物，即在实验温度‎变化的整个过‎程中不发生相‎变、没有任何热效‎应产生，如Al2O3‎、MgO等）在相同的条件‎下进行加热或‎冷却时，一旦样品发生‎相变，则在样品和基‎准物之间产生‎温度差。

测定这种温度‎差，用于分析物质‎变化的规律，称为差热分析‎。

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‎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‎。

纯物质的步冷‎曲线如①、⑤所示，如①从高温冷却，开始降温很快‎，a b线的斜率‎决定于体系的‎散热程度，冷到Ａ的熔点‎时，固体Ａ开始析‎出，体系出现两相‎平衡（液相和固相Ａ‎），此时温度维持‎不变，步冷曲线出现‎水平段，直到其中液相‎全部消失，温度才下降。

pb sn合金的相组成物和组织组成物

pb sn合金的相组成物和组织组成物PB-Sn合金是一种常用的金属合金，由铅（Pb）和锡（Sn）两种金属元素组成。

它具有许多重要的应用，特别是在电子工业和焊接领域。

本文将重点介绍PB-Sn合金的相组成物和组织组成物。

PB-Sn合金的相组成物是指合金中不同相的存在情况。

相是指具有一定的化学成分和结构特征的固态物质。

在PB-Sn合金中，主要存在两种相，即α相和β相。

α相是一种固溶体相，其主要成分是锡。

β相是一种亚稳定相，其主要成分是铅。

在PB-Sn合金中，α相和β相的含量与合金的成分比例和处理工艺有关。

一般来说，合金中锡的含量越高，α相的含量就越高。

PB-Sn合金的组织组成物是指合金的微观组织结构。

在PB-Sn合金中，主要存在两种组织结构，即共晶组织和共晶固溶体组织。

共晶组织是指合金中α相和β相以共晶方式存在的结构。

共晶固溶体组织是指合金中α相和β相以固溶体的形式存在的结构。

共晶组织和共晶固溶体组织的形成与合金的冷却速率和成分比例有关。

在合金冷却速度较快的情况下，共晶组织容易形成；在合金冷却速度较慢的情况下，共晶固溶体组织容易形成。

PB-Sn合金的相组成物和组织组成物对合金的性能有重要影响。

首先，相的存在情况影响合金的硬度和强度。

α相是一种较硬的相，可以提高合金的硬度和强度；β相是一种较软的相，可以降低合金的硬度和强度。

其次，组织的存在形式影响合金的韧性和塑性。

共晶组织具有较高的韧性和塑性，可以提高合金的抗拉强度和延伸性；共晶固溶体组织具有较低的韧性和塑性，容易导致合金的脆性断裂。

此外，相的存在情况和组织的存在形式还会影响合金的热传导性能、电导率和热膨胀系数等。

为了获得所需的相组成物和组织组成物，可以通过调整合金的成分比例和处理工艺来实现。

例如，可以通过改变铅和锡的比例来控制α相和β相的含量；可以通过改变合金的冷却速度来控制共晶组织和共晶固溶体组织的形成。

此外，还可以通过添加其他元素或进行热处理等方式来改善合金的性能。

金属相图(Pb-Sn体系)

混合物步冷曲线如②、④所示，如②起始温度下降很快(如a’b’/段)，冷却到b’点时，开始有固体Ａ析出，这时体系呈两相，因为液相的成分不断改变，所以其平衡温度也不断改变。由于凝固热的不断放出，其温度下降较慢，曲线的斜率较小(b’c’段)。到了低共熔点c’后，体系出现三相平衡 L=A(s)+B(s)，温度不再改变，步冷曲线又出现水平段，直到液相完全凝固后，温度又开始下降。
观察升温情况及时停止加热
取出样品、放入新样品测试
实验结束记录数据恢复原状
准备样品
按以下比例配制
锡的百分含量
0%
20%
锡(g) 0 20
铅(g) 100 80
40% 61.9% 80% 100%
40 61.9 80 100 60 38.1 20 0
何时停止加热？
纯Pb、纯Sn、含锡61.9%（低共熔物）三个样品，如果出现转折点，则停止加热，利用电炉的余热加热到熔点以上30~40 ℃ 。
曲线③表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线，其形状与纯物质相似，但它的水平段是三相平衡。
即 L=A(s)+B(s)
分析2：
相图由一个单相区和三个两相区组成：即 ①溶液相区；
②纯A(s)和溶液共存的两相区； ③纯B(s)和溶液共存的两相区； ④纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；水平线段表示：A(s)、B(s)和溶液共存的三相线；水平线段以下表示纯A(s)和纯B(s)共存的两相区；o为低共熔点。
思考题
1.是否可用加热曲线作相图，为什么？ 2.为什么要用步冷曲线作相图？ 3.为什么坩锅中的样品要加盖石墨，并严防混入杂质？ 4.实验用各样品的总重量为什么要求相等？若总重量不相等有什么影响？ 5.样品量和冷却速度对实验有何影响？

实验六二组分合金相图的测定

实验六二组分合金相图的测定一、目的要求1、测绘Pb—Sn二元物系相图2、了解热分析法的测量技术和热电偶测温技术二、原理热分析法是观察物系在冷却或加热时温度随时间的变化，画出温度与时间的关系曲线，这类曲线称为步冷曲线。

从步冷曲线的转折及其平坦之处，来判断相变化的关系。

通常的做法是：在进行二组分物系的热分析时，我们常常要准备好一系列不同组成的混合物。

如配制含A组分的组成100％、90％、80％……10％直到组分B为100％）先将混合物体系加热全部熔化，然后让其在一定环境中缓慢自行冷却，观察在均匀时间间隔下，所发生的温度变化。

取纵坐标为温度、横坐标为时间，就可以从每一组成画出一条步冷曲线。

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平滑的步冷曲线；当体系内发生相变时，则因体系产生的相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵消，步冷曲线就会出现转折或水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成体系的相变温度。

如以锡(Sn)和铋(Si)的二组分物系为例(图1)：l为纯Sn的步冷曲线。

5为纯Si的步冷曲线。

它们的平坦线段表示各自的凝固点。

曲线2、4的转折点都表示开始有一种固体凝结出来；各线的下面部分都呈现出一个平坦线段，这表示两种固体同时析出。

曲线3亦是如此。

图6-1 根据步冷曲线绘制相图图6-2 有过冷现象时的步冷曲线只是冷却过程中它没有转折点，只有一个平坦线段。

上述各线在平坦线段(温度为135℃)析出的固体是由两种金属的微小晶体组成的混合物，称为低熔混合物，是液体全部变为固体的单纯相变化过程。

故在一段时间范围内，温度不变。

在2、4曲线有转折点，它除有固体析出的同时液体也存在，因此是转折点，当达到最低共熔温度时，出现平坦部分。

以混合物的组成为横轴，以温度为纵轴，将这一系列组成不同的步冷曲线(T-t)图上转折点温度、平坦段温度，画出对应的组成的温度点，用圆滑的曲线连接转折点，用直线连接平坦段点，就得到二组分物系的相图。