金属相图
二金属相图
一、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自动平衡记录仪的使用方法。
二、仪器与药品计算机及接口，铂电极一支；电炉三个；调压器三个；小保温杯一个；样品玻璃试管五个；样品试管架一个；夹子；测水沸点仪一套（公用）纯锡；纯铋；松香；液体石蜡三、实验原理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，固相也能完全互深成固熔体的系统，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，而固相是部分互溶的系统，如Pb-Sn系统，本实验研究的Bi-Sn 中最大溶解度为21%（质量分分数）。
热分析法（步冷曲线法）是绘制相图的基本方法之一。
它是利用金属及合金在加热和冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，来得到金属或合金中相转变温度的方法。
通常的做法是先将金融或合金全部熔化，然后让其在一定的环境中自行冷却，并在记录仪上自动画出温度随时间变化的步冷曲线。
当溶融的系统均匀冷却时，如果系统不发生相变，则系统的温度随时间的变化是均匀的，冷却速率较快（如图中ab线段）；若在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，系统的冷却速率减慢，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）。
此时溶液系统以低共溶混合物的固体析出。
在低共熔混合物全部凝固以前，系统温度保持不变，因此步冷曲线上出现水平线段（如图中cd线段）；当溶液完全凝固后，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溶合物系统，可以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。
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同。
用热分析法（步冷曲线法）绘制相图时，被测系统必须时时处于或近相平衡状态，因此冷却速率要足够慢才能得到较好的结果。
金属相图的实验报告
金属相图的实验报告金属相图的实验报告引言：金属相图是研究金属合金组成与相结构关系的重要工具。
通过实验，我们可以了解金属合金在不同温度和成分条件下的相变规律，从而为金属材料的设计和应用提供依据。
本实验旨在通过制备铝-铜合金，并对其进行热处理和金相观察，探究铝-铜合金的相变行为。
实验材料与方法：1. 实验材料：纯度为99.99%的铝和纯度为99.99%的铜。
2. 实验仪器：电炉、恒温槽、金相显微镜等。
3. 实验步骤：a. 准备不同比例的铝-铜合金样品。
b. 将样品放入电炉中，进行热处理，分别设定不同温度和时间。
c. 取出样品，进行金相观察和分析。
实验结果与讨论：1. 合金成分对相图的影响：通过制备不同比例的铝-铜合金样品，我们可以观察到合金成分对相图的影响。
当铝和铜的比例在一定范围内时，合金呈现单相结构，即完全溶解。
当合金成分接近于纯铝或纯铜时，会出现二相或多相结构，即出现析出相。
2. 温度对相图的影响：在热处理过程中，我们通过调节温度和时间来观察合金的相变行为。
当温度升高时，合金中的固溶体相会逐渐溶解，形成单相结构。
而当温度下降时，固溶体相会重新形成，出现析出相。
通过对不同温度下的合金样品进行金相观察，我们可以确定合金的相变温度范围和相变行为。
3. 金相观察结果：在金相显微镜下观察到的合金显微组织可以提供有关相变行为的重要信息。
通过金相观察，我们可以确定合金中的相类型、相形貌和相分布情况。
例如，在铝-铜合金中，当铜的含量增加时，会出现铜的析出相，形成颗粒状或条状分布。
同时，我们还可以观察到合金中的晶粒尺寸和晶界特征，从而评估合金的晶粒生长和晶界稳定性。
结论：通过本次实验，我们成功制备了铝-铜合金，并通过热处理和金相观察揭示了铝-铜合金的相变行为。
合金成分和温度是影响合金相图的关键因素，通过调节合金成分和热处理条件，我们可以控制合金的相结构和性能。
金相观察为我们提供了合金显微组织的详细信息，有助于理解合金的相变机制和优化合金的制备工艺。
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。
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。
徐州师范大学化学化工学院物理化学教研室温度温度ababbacabllaslbsasbso时间a步冷曲线b二元组分凝聚系统相图0ab100b准备样品按比例样品置入电炉中加热加液体石蜡覆盖启动自动平衡记录仪有关开关观察升温情况及时停止加热温度到最高点搅拌观察降温情况及时停止实验取出样品放入新样品测试实验结束记录数据恢复原状0203816080100铅g1008061940200锡g1008061940200锡的百分含量水平段t转折点t100纯锡80619低共熔物40200纯铅锡的百分含量tkl单相区0pb619100sn600k505k454klpbslsnspbssnspbsn金属相图pbsn体系的熔点对照表
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 ℃。
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？
金属相图的绘制
实验五二组分金属相图的绘制【目的要求】1. 学会用热分析法测绘Sn-Bi二组分金属相图。
2. 了解纯物质和混合物步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。
3. 了解热电偶测量温度和进行热电偶校正的方法。
【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两种金属混合物熔融后，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称为步冷曲线。
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。
利用步冷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步冷曲线及相图如图2-5-1所示。
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，却会使转折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。
见图2-5-2。
遇此情况，可延长dc线与ab线相交，交点e即为转折点。
图2-5-1 根据步冷曲线绘制相图图2-5-2 有过冷现象时的步冷曲线【仪器试剂】立式加热炉1台；保温炉1台；记录仪1台；调压器1台；镍铬-镍硅热电偶1副；样品坩埚6个；玻璃套管6只；烧杯(250mL，2只)。
Sn(C.P.)；Bi(C.P.)；石蜡油；石墨粉。
【实验步骤】1. 热电偶的选择和制备取60cm长的镍铬丝和镍硅丝各一段，将镍铬丝用小绝缘瓷管穿好，将其一端与镍硅丝的第二篇基础实验2一端紧密地扭合在一起(扭合头为0.5cm)，将扭合头稍稍加热立即沾以硼砂粉，并用小火熔化，然后放在高温焰上小心烧结，直到扭头熔成一光滑的小珠，冷却后将硼砂玻璃层除去。
金属相图实验
金属相图
【实验原理】
1. 热分析法；
2. 热分析法绘制相图；
【实验步骤】
1. 用感量为0.1g的台秤按下表比例准备样品，搅拌均匀后装入样品管中，并在样品上覆盖一层石墨粉；
2. 把样品管放入KWL-09可控升降温电炉左边的孔中，温度传感器Ⅰ放入样品管。
检查电炉：开关置于关，冷风量调节为零，加热量调节为零；
3. 打开SWKY-Ⅰ数字控温仪，使得工作/置数处于置数状态，调节温度显示Ⅰ高
于转折点（平台）温度50℃，设置完毕后使得工作/置数处于工作状态；
4. 当温度显示Ⅰ达到置数温度时，打开电炉开关，加热量调节最大，当温度显示Ⅱ到200℃时，使得工作/置数处于置数状态，使得加热量调节为零，关闭电炉。
把样品管取出放入电炉右边的孔中，温度传感器Ⅱ放入样品管；（在此过程中若温度显示Ⅰ超过置数温度20℃时，使得使得工作/置数处于置数状态）
5. 打开金属相图数据处理软件，设置坐标系纵坐标400℃，横坐标60.0分钟，通讯口COM1，采样时间10s，数据通信→开始通信，填写：姓名：第n组；样品1名称，百分比；样品2名称，百分比，实验结束温度140℃。
当温度显示Ⅱ温度下降时，点击确定开始记录数据
6. 实验结束后，保存数据：我的电脑→D盘→物化实验数据→金属相图→班级┅，采集10-13个点，然后再进行数据处理；
【实验报告要求】
1. 实验数据记录
【文献值】
2. 热分析法绘制相图
3. 相图分析
4. 误差分析。
实验3 金属相图实验报告dyl
物理化学实验备课材料实验3 热电偶温度计的校正及金属相图一、基本介绍一个多相体系的状态可用热力学函数来表达，也可用几何图形来描述。
表示相平衡体系状态与影响相平衡强度因素关系的几何图形叫平衡状态图，简称相固，也叫状态图。
由于常见的影响相平衡的强度因素是温度、压力和浓度，所以也可以说，相图是描述多相体系的状态与温度、压力和组成关系的几何图形。
相平衡的研究对生产和科学研究具有重大意义。
钢铁和合金冶炼生产条件的控制、硅酸盐(水泥、耐火材料等)生产的配料比、盐湖中无机盐的提取等，都需要相干衡的知识。
又如对物质进行提纯(如制备半导体材料)、配制各种不同低熔点的金屑台金等，都要考虑到有关相干衡问题。
化工生产中产品的分离和提纯是非常重要的，其中溶解和结晶、冷凝和熔融、气化和升华等都属相交过程。
总之．由于相变过程和相干衡问题到处存在，研究和革捏相变过程的规体，用以解释有关的自然现象和指导生产甚为重要。
二、实验目的1、用热电偶—电位差计测定Bi—Sn体系的步冷曲线,绘制相图;2、掌握热电势法测定金属相图的方法；3、掌握热电偶温度计的使用,学习双元相图的绘制。
三、实验原理绘制固液二相平衡曲线的方法，常用的有溶解度法和热分析法。
溶解度法是指在确定的温度下，直接测定固液二相平衡时溶液的浓度，然后依据澜得的温度和相应的溶解度数据绘制成相固。
此法适用于常温下易澜定组成的体系，如水盐体系等。
热分析法是指在常温下不便直接澜定固液乎衡时溶液组成的体系(如合金和有机化合物的体系)．通常利用相变时的热效应来测定组成已确定之体系的温度，然后依据选定的一系列不同组成的二组分体系所测定的温度，绘制相图。
此法简单易行，应用顾广。
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。
体系温度的测量，可用水银温度计，也可选用合适的热电偶。
由于水银温度计的测量范围有限，而且其易破损，所以目前大都采用热电偶来进行测温。
6物理化学实验金属相图.
三 实验原理
图6-1 根据步冷曲线绘制相图
三 实验原理
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2-5-2。遇此情况，
H
A 505
熔化物（单相）
546
熔化物+Bi(s)
固熔体+熔化物
固熔体
E
Sn(s)+Bi(s)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
真实的Sn－Bi二元相图
十 思考题
1. 对于不同成分的混合物的步冷曲线，其水平段有什么 不同？为什么？
2. 作相图还有哪些方法？ 3. 作图时应注意那些问题？
4. 做好步冷曲线的关键是什么？ 5. 是否可以用升温曲线来做相图？ 6. 为什么要缓慢冷却合金做步冷曲线？ 7.为什么样品中严防进入杂质？如果进入杂质则步 冷曲线会出现什么情况？
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，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。
4.电炉加热到设定温度后，注意将电炉电压调到零。
七 数据处理
1. 根据记录的时间和温度绘制 步冷曲线图。
2. 找出各步冷曲线中拐点和 平台对应的温度值。
3. 以温度为纵坐标，以物质组成 为横坐标，绘出Sn—Bi金属相图。
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实验六 二元组分金属相图
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。 3. 了解热电偶测量温度和进行热电偶校正的方 法。掌握自动平衡记录仪的使用方法。
金属相图实验步骤(学生)
实验八金属相图一、实验目的1、学会用热分析法测绘铅－锡二组分金属相图;2、掌握热分析法的测量技术；3、熟悉ZR-HX金属相图控温仪、ZR-08金属相图升温电炉等仪器。
二、基本原理相图是用以研究体系的状态随浓度、温度、压力等变量的改变而发生变化的图形，它可以表示在指定条件下存在的相数和各相的组成，对蒸汽压较小的二组分凝聚体系，常以温度-组成图来描述。
热分析法是绘制相图常用的基本方法之一。
这种方法是通过观察体系在冷却时温度随时间的变化关系，来判断有无相变的发生。
通常的做法是先将体系全部融化，然后让其在一定环境中自行冷却，并每隔一定时间记录一次温度，以温度（T）为纵坐标，时间（t）为横坐标，画出步冷曲线。
当体系均匀冷却时，如果体系不发生相变，则体系的温度随时间的变化将是均匀的，冷却也较快（如图8-1中ab线段）。
若在冷却过程中发生了相变，由于在相变过程中伴随着热效应，所以体系温度的降温速度随时间的变化将发生改变，体系的冷却速度减慢，步冷曲线就出现转折（如图8-1中bc线段）。
当熔液继续冷却到某一点时，由于此时熔液的组成已达到最低共熔混合物的组成，故有最低共熔混合物析出，在最低共熔混合物完全凝固以前，体系温度保持不变，因此步冷曲线出现平台（如图中cd线段）。
当熔液完全凝固后，温度才迅速下降（见图中de线段）。
由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物体系来说，可以根据它的步冷曲线，判断有固体析出时的温度和最低共熔点的温度。
如果作出一系列组成不同的体系的步冷曲线，从中找出各转折点，即能画出二组分体系最简单的相图（温度-组成图）。
不同组成熔液的步冷曲线与对应相图的关系可以从8-2中看出。
图 8-2 图 8-1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。
三、仪器和试剂ZR-HX金属相图控温仪 ZR-08金属相图升降温电炉铅（C.P.）锡（C.P.）四、操作步骤1、配制样品：测试样品分别为纯锡、含锡量为20％、40％、61.9％、80％的铅－锡混合样和纯铅六个试样，用分析天平按质量百分比严格称取，并确保六个试样的总质量均等于180g，将样品置于升温电炉中。
二组分金属相图的绘制(共7张PPT)
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。 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
3.绘制步冷曲线 时间关系的曲线叫步冷曲线。
续均匀下降得到一光滑的冷却曲线;当体系内发生相变时， 时间关系的曲线叫步冷曲线。
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。
则因体系产生之相变热与自然冷却时体系放出的热量相 二元简单低共熔体系的冷却曲线具有所示的形状
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。
数据处理
1.查出纯Bi、纯Sn的熔点
2.找出各步冷曲线中拐点和平台对应的温度值。 3. 以温度为纵坐标，以组成为横坐标，绘出Sn— Bi合金相图。
时间关系的曲线叫步冷曲线。 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
合物各40g，混合均匀，装入样品管，加入少量 起来，就可绘出相图。
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
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
当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连 时间关系的曲线叫步冷曲线。
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
二组分金属相图
二组分金属相图二组分金属相图的背景和重要性二组分金属相图是研究金属合金系统中不同成分的相变行为和相组成的重要工具。
金属相图的研究对于金属材料的设计、合金的制备以及材料性能的调控具有重要意义。
通过分析金属相图，可以了解金属合金中的相变温度、相组成以及相稳定性等关键信息，为合金的开发和应用提供重要参考。
金属相图是通过对不同成分的金属合金进行实验研究得到的，通常以成分百分比为横坐标，温度为纵坐标。
在相图中，不同相的出现和消失可以通过相线来表示，相线上的点表示相变发生的温度和相组成。
金属相图可以提供一系列重要信息，如相区的稳定性、相变温度和相平衡的位置等，从而指导金属合金的制备和性能优化。
在工程领域，二组分金属相图的应用十分广泛。
例如，在材料设计中，通过控制金属合金的相变行为和相组成，可以调节合金的硬度、强度、韧性等力学性能，提高材料的耐热性、耐腐蚀性等化学性能。
此外，金属相图的研究还有助于了解金属合金的相变机制和相稳定性，从而为金属材料的加工和使用提供科学依据。
总之，二组分金属相图对于金属材料的研究和应用具有重要意义。
通过对金属相图的深入研究，我们可以了解金属合金的相行为和相平衡规律，为合金的制备和性能调控提供指导和参考。
二组分金属相图是研究两种金属元素在不同温度和成分下形成相组成关系的图表。
它记录了两种金属在不同比例和温度下所形成的相的类型、组成和相对稳定性。
相区域：相图中的相区域表示了两种金属元素以及它们的相互溶解度。
相区域通常用不同的颜色或符号来表示。
相线：相图中的相线表示了不同相之间的平衡关系，即在相线上表示的两个相处于平衡状态。
相线可以是固相线、液相线或气相线，取决于相图涉及到的温度范围。
相点：相图中的相点表示了相变点，即两种金属在特定温度和成分下发生相变的点。
相点可以是共晶点、共熔点、共析点等。
二组分金属相图的基本特征可以帮助我们了解金属间的相互作用和相变规律，对于金属合金的设计和工艺优化具有重要意义。
金属相图实验报告
金属相图实验报告实验目的，通过实验，了解金属相图的基本原理和实验方法，掌握金属相图的绘制和解析技术。
实验仪器及材料，金属样品、金相显微镜、金相磨削机、金相腐蚀液、金相显微镜照相系统等。
实验原理，金属相图是描述金属在不同温度和成分条件下相变关系的图表。
金属相图的绘制是通过实验测定金属在不同温度和成分条件下的相组成，并绘制成图表。
金属相图的解析是通过对金属相图的分析，了解金属的相变规律和相变温度，以及不同成分对金属相结构的影响。
实验步骤：1. 样品的制备，将金属样品切割、磨削、腐蚀，制备成适合金相显微镜观察的试样。
2. 金相显微镜观察，使用金相显微镜对试样进行观察，观察金属的组织结构和相组成。
3. 绘制金属相图，根据实验数据，绘制金属相图，标注出不同组织结构和相组成的区域。
4. 金属相图的解析，分析金属相图，了解金属的相变规律和相变温度，以及不同成分对金属相结构的影响。
实验结果与分析，通过实验，我们得到了金属样品在不同温度和成分条件下的相组成和组织结构，绘制出了金属相图。
通过对金属相图的分析，我们了解到不同成分对金属相结构的影响，以及金属的相变规律和相变温度。
这些结果对于我们深入了解金属材料的性能和应用具有重要意义。
实验结论，金属相图是描述金属在不同温度和成分条件下相变关系的图表，通过实验测定金属在不同温度和成分条件下的相组成，并绘制成图表。
金属相图的解析能够帮助我们了解金属的相变规律和相变温度，以及不同成分对金属相结构的影响。
这对于金属材料的研究和应用具有重要意义。
实验总结，通过本次实验，我们对金属相图的基本原理和实验方法有了更深入的了解，掌握了金属相图的绘制和解析技术。
这将对我们今后的学习和科研工作有着重要的指导意义。
参考文献：[1] 《金属学基础》，XXX，XXX出版社，200X年。
[2] 《金属相图原理与应用》，XXX，XXX出版社，200X年。
以上为金属相图实验报告内容，谢谢阅读。
金属相图实验报告
金属相图实验报告实验目的，通过实验，了解金属相图的基本概念和实验方法，掌握金属相图的应用技能。
实验原理，金属相图是描述金属在不同温度和成分下的相变规律的图表，它可以直观地反映金属的组织结构和性能变化规律。
金属相图的绘制是通过实验测定金属合金在不同成分和温度下的相平衡关系，然后绘制成图。
金属相图的实验方法包括差热分析法、光学显微镜分析法、X射线衍射分析法等。
实验材料和设备，实验所用金属为铁-碳合金，实验设备包括差热分析仪、光学显微镜、X射线衍射仪等。
实验步骤：1. 制备铁-碳合金试样。
2. 使用差热分析仪对试样进行差热分析，得到合金的热力学性质。
3. 使用光学显微镜对试样进行金相分析，观察合金的显微组织。
4. 使用X射线衍射仪对试样进行晶体结构分析，得到合金的晶体结构信息。
5. 根据实验数据绘制铁-碳合金的金属相图。
实验结果与分析，通过实验，我们得到了铁-碳合金的金属相图，图中清晰地反映了合金在不同成分和温度下的相变规律。
同时，通过差热分析、金相分析和晶体结构分析，我们对合金的热力学性质、显微组织和晶体结构有了更深入的了解。
实验结论，金属相图是研究金属相变规律和指导金属材料加工的重要工具，通过本次实验，我们对金属相图的实验方法和应用技能有了进一步的掌握，对金属材料的研究和应用具有重要的意义。
实验总结，金属相图实验是金属材料科学与工程中的基础实验之一，通过实验，我们不仅可以了解金属的相变规律，还可以掌握金属相图的实验方法和应用技能，为金属材料的研究和应用提供了重要的支撑。
希望通过本次实验，能够对金属相图有一个更加深入的了解，为今后的学习和科研工作打下坚实的基础。
参考文献：[1] 王明, 李华. 金属相图实验技术与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2010.[2] 张强, 刘娟. 金属相图实验指导与实验[M]. 北京: 化学工业出版社, 2015.。
二组分金属相图
一、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．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. 掌握热电偶测量温度的基本原理。
二、实验原理热分析法(步冷曲线法)是绘制相图的基本方法之一。
它是利用金属及合金在加热和冷却过程中发生相变时, 潜热的释出或吸收及热容的突变, 来得到金属或合金中相转变温度的方法。
在定压下将从高温逐渐冷却, 作温度对时间的变化曲线, 即为步冷曲线。
体系若有相变, 必定伴随着热效应, 即从步冷曲线中会出现转折点。
从不冷曲线有无转折点就知道有无相变。
测定一系列质量百分比含量不同的样品的步冷曲线图, 从步冷曲线图上找出各相应体系发生相变的温度, 就可以绘出被测体系的金属相图, 如图22所示。
现根据一组实验数据作出步冷曲线图, 如图22所示。
纯物质的步冷曲线（曲线1.4）, 以曲线1 为例。
当曲线1的温度不断冷却, 至544K时, 达到纯铋的凝固点, 铋开始转化为固体, 在低共熔混合物全部凝聚以前, 系统温度保持不变。
出现水平线段。
当溶液完全凝固后, 温度才迅速下降。
混合物的步冷曲线（曲线2、3）不同于纯物质, 当温度下降到拐点a 时出现一段曲线ao, 当温度下降到o点后, 温度维持不变, 然后才直线下降。
这是因为当温度下降到a点时, 开始有固体凝固出来, 液相成分不断变化故其平衡温度也随之不断变化, 直到达到低共熔点温度o时, 体系平衡, 温度保持不变, 直到液相完全凝固后, 温度才又迅速下降。
用步冷曲线绘制相图是以横坐标表示混合物的成分, 在对应的纵坐标上标出开始出相变的温度, 连接并作出其延长线相交于o点（o点为铋铬的最低共熔点）, 即可作出相图。
三、仪器及试剂仪器: SWKY数字控温仪1台, KWL-08可控升降温电炉1台, 硬质玻璃试管6只, 炉膛保护筒1个。
试剂：纯铋, 纯锡, 松香, 液体石蜡。
四、实验注意事项1、加热时, 将传感器至于炉膛内；冷却时, 将传感器放入玻璃试管中, 以防止温度过冲。
Sn金属相图的绘制
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） 含锡20%、含锡40%、含锡80%六个样品， 则应该加热到高处理论值约50℃左右后 停止加热。
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。
0(A)
B% 100(B)
(b)二元组分凝聚系统相图
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。
药品仪器
仪器：差热分析仪JCF—A型一台。 镊子 2把
试剂：α—氧化铝（A，R） 铅（A，R） 锡（A，R）装
177。C
239。C 337。C
。
230 C
。
246 C
20%的Sn
。
237 C
337。C
324。C
40%的Sn
。
158 C
。
240 C
80%的Sn
198。C
枝晶偏析：在晶体析出时，由于扩
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实验五 金属相图
1. 摘要
最早研究Pb-Sn 熔点与组成关系是在19世纪20年代，在这类体系中所发现的 最低共熔组成被误认为是PbSn 3的化合物。
直至在Gibbs 推导出相律（1973~1976年间），继1886年Lechatelier Heney L 发现能够正确测量高温的铂-铂铑热电偶以后，奠定了热分析方法的基础。
现在，一般采用自动平衡记录仪或者电位差计测量温差电势，通过测定不同金属组成的合金熔融液的步冷曲线（简单热分析方法）绘制简单低共熔体系相图。
相律：
关键词：低共熔点 三相线 相区 固熔体 2． 仪器与试剂
暗丝管加热电炉 1只 调压变压器 1只 硬质玻璃样品管 6只 镍铬-镍硅热电偶（铠装） 2支 单笔自动平衡记录仪（或UJ-25型电位差计） 1台 冰水浴 铅（C.P ） 锡（C.P ） 铋（C.P ）
（1）配制钝铅、纯锡以及含锡分别为20%、40%、61.9%、80%的样品管（各 管总量100克）
（2
3．预习提问
（1）什么叫步冷曲线，纯物和混合物的步冷曲线有何不同？
（2）测定步冷曲线时应自何时开始记录数据或走纸为适宜？如何防止发生过冷现象？如有过冷发生，则相应相变点温度如何推求？
（3）如何由步冷曲线绘制相图？出现固熔体的步冷曲线有何特征？
（4）试述热电偶温度计的简单工作原理。
如何进行校正？
（5）试述自动平衡记录仪的简单原理、使用及接线？
4．操作
5．数据和图象
（1）文献数据
最低共熔点：组成：61.9% 温度：456.9K（据H.穆拉契编著,原重工业部专家工作室译《有色冶金手册》P111）
要求：所测最低共熔温度在455~459K，低共熔组成在61~63%
（2）步冷曲线与金属相图
（3）表格
表2.5.1 体系步冷转折温度
6．.点评
(2)器材选配与操作技能
由于立式冷却保温电炉不能人为地控制样品与冷却电炉的温差，
使得高温段如纯 铅的平台难以测准，甚至拐点不明显，所以在实验的改进是利用自动控温回转管式电炉（RJK 系列管式电阻炉和DRZ -4型电炉温度控制器，见装置图2.5.1），可以获得在较短时间内成功绘制较佳相图的效果。
（3）实验可用热电偶配电位差计随时间而读mV 值，也可使用数字电压表直读或采用自动平衡记录仪。
(4)为了提高热电偶测温的精度，可以采用多支热电偶串联 起来组成热电堆(图2.5.2)的方法，热电势为各支热电偶温差 电势之加和，从而大大提高测量灵敏度（可达0.0001K ）。
(5)Pb-Sn 、Bi-Sn 属于液相部分互溶体系，Bi-Cd 则属于液
相完全互溶，固相完全不互溶的体系。
如果再增加含锡10%、
20%及40%等样品进行测试。
添置一台温度自动控制器及其控温热电偶，并借助于
(1)实验关键 ①冷却速度
相图是多相体系处于相平衡状态下温度对于组成的坐标图。
所以应使体系保持5~7K/分的均匀速度冷却，冷却速度的快慢不仅取决于体系和环境温度及体系本身的相变情况，还与保温炉的热容和散热情况有关。
散热太慢属于实验时间不必要的延长。
所以要结合实际情况摸索调压变压器的控制条件。
②用热电偶测温的重现性
由于烧制热电偶时成分质量难保一致，制造工艺的质量也难保一致，所以，各支热电偶的热电势不尽相同，彼此约有几十至200微伏的差别，需对每支热电偶的热电势均力敌进行校正，以便确定各自对应的温差；其次，对于同一支热电偶欲测同一样品，如属新鲜配制的合金，当其均匀性不好时，重现性自然较差，这就要求在加热到最高相变点温度以上时充分搅拌均匀；第三，插入热电偶的位置也影响到测定结果，热电偶要保证插在金属熔体的中部位置，否则，因受环境影响，步冷曲线的平台将不明显。
③样品须保证必要的纯度
在测试过程中须保持样品在管中的均匀性。
另外须避免温度过高导致样品发生氧化变质。
通常在样品全部熔化后再升温50K 左右较为适宜，注意电炉升温的惯性需提前降电压。
样品加少量石墨粉隔绝空气防止氧化也是普遍采用的措施。
④样品量
采用本实验电炉加热，样品量不宜少于10克以保证有足够的相变热能显示转折点。
⑤为避免玻璃管遇高温易破裂，使用金属管例如不锈钢管较好。
图2.5.3 热电堆
塔曼三角形法便可获得较完善的相图。
7．解题研习
(1)升温曲线是否也可作相图？
可以，但在实验过程中需有均匀的升温速率，这样，实验设备和控制条件要求较高，因此，一般均用步冷曲线的方法来绘制固-液体系的相图。
(2)作相图还有哪些方法？
相图系表示体系的组成、温度、压力之间的关系。
对于不同对象可以采用不同的测定方法。
除步冷曲线这样的热分析方法外，对于水盐体系采用测不同温度下的溶解度，对于气、液平衡可以采用蒸馏法测沸点和平衡两相的组成，等等。
(3)何以见得Pb-Sn相图存在固溶体区（Sn-Bi同样）？
①样品冷却至低共熔温度时，曲线不发生转折也不出现平台线，判断进入
了固熔体区。
②准确量出有低共熔平台的样品系列之各平台长度，按拉曼三角形绘制相图，便可从二条直线外推得到固熔体与低落共熔温度线的交点。
（4）生成固熔体α和β的Pb-Sn体系相图，Sn的熔点为505K，Pb的熔点为600K。
低共熔点是456K，含Sn(质量)62%组成。
在不同温度下固熔体的组成如下：
试作出相图并进行如下分析。
假定液相线和固相线均为直线，对一含有37%（质量）锡的合金，求：
①从熔体中首先析出的温度；
②首先析出的固体组成；
③在476K时，合金体系中固态所占比例；
④在高于低共熔温度20K时，合金中低
共熔混合物所占的比例；
⑤在423K时，合金中α固熔体所占比例。
解①作图2.5.4。
a点：
（600-456）:0.62=(600 -T a):0.37, T a
② a点组成：X a =0.19⨯
=0.114=11.4%(含Sn)
③ b点组成：X b=0.19⨯(600-476)/(600-456)=0.164
c点组成：X c=0.62⨯(600-476)/(600-456)=0.533
固态（Pb）所占比例：(0.533-0.37)/(0.533-0.164)=44.2%（质量）
④初达三相线时低共熔混合物（l）所占比例：
(0.37-0.19)/(0.62-0.19)=41.9%（质量）
⑤在423K时，含α固熔体:（0.99-0.37）/(0.99-0.12)=71.3%(质量)
固相完全不互溶可找Bi-Cd等及盐－水类相图。
（5）相平衡图根据其分类应用了哪几类坐标系？
答：①平面和立体的直角坐标系：
单组分体系重点研究p -T 图，此外有p -V －T 图。
二组分体系主要分气－液和液－固。
重点研究p -X ,T -X , T -X -p 图。
②三角－三棱柱坐标图，主要用于溶液三组分体系，柱形方向是温度轴。
③直角－极坐标，某些既形成复盐又能形成水合盐的较为复杂的三组分体系有时采用这种坐标系能使解题得以简化。
（6）直角－极坐标系的应用：
将各种比例的FeCl 3和NH 4Cl 混合物加入288K 的水中一起摇动，制成饱和溶液，分析溶液和固相组成，所得结果以100摩尔水为溶剂基准的溶液组成和固相组成表示如下
（1）定水为100摩尔，用直角坐标画状态图。
（2）求出得到复盐的最好条件。
解①如图4.20直角-极坐标系相图。
②若蒸发体系组成在0A 和0B 范围内 的溶液，是沉淀出复盐的最佳条件。
③将坐标原点与所给体系组成点连 接起来并将直线延长与饱和曲线相交，即 得沉淀的固相。
故依次蒸发得FeCl 3⋅6H 2O
2NH 4Cl ⋅ FeCl 3⋅H 2O 和混晶。