实验六步冷曲线法绘制二元合金相图
物理化学实验报告——二元合金相图的绘制
物理化学实验报告班级：姓名：学号：实验日期：2019年5月18日实验名称：二元合金相图的绘制一、实验目的（一）学习热分析法绘制相图的基本原理（二）加深对相变过程的认识和理解二、实验原理热分析法是一种常用的绘制相图方法。
由于一切相变过程都伴随着热的吸收或放出，因此将系统均匀加热或冷却时，若不发生相变，则温度T随时间t变化的T-t 曲线是光滑的，即温度随时间的变化率是连续的；当系统发生相变化时，其T-t曲线就会出现转折点或平台，其温度随时间的变化率会发生突跃。
把这种温度随时间变化的T-t曲线称为步冷曲线。
步冷曲线上的转折点或平台对应的温度就是开始发生相变化的温度。
根据多个组成不同的二组分系统的步冷曲线即可绘制出相图。
图2.9.1(b)就是一种常见的二组分简单低共熔物系的相图。
所谓简单低共熔物系是指两种不同物质在固态互不相溶（即彼此不生成固溶体），这两种物质也不生成化合物。
Pb-Sn二元凝聚物系相图就属于简单低共熔混合物系相图。
对于纯物质而言，当把它冷却到凝固点时，其步冷曲线上会出现一个水平段。
二组分液态混合物系的凝固过程并不是在一个温度点上完成的。
在凝固过程中，随着某个纯固体组分的析出，溶液的组成会不断发生变化，所以它的凝固点（即二相平衡温度）也会发生不断变化。
与此同时，由于凝固过程是放热的，即系统在对外放热的同时也会得到部分热量的补充，所以其温度降低速度会明显放慢，其步冷曲线上会出现一个拐点。
步冷曲线上的拐点与相图中的点有一一对应的关系。
在实验过程中需要注意以下几点：(1)因为待绘制的相图是平衡状态图，故实验过程中被测系统需时时处于或接近于平衡状态。
所以在系统冷却时，冷却速度应足够缓慢。
冷却过程中应尽量保持环境状况前后一致，不要搅拌，也不要晃动温度探头或样品管。
(2)实验过程中，待测样品的实际组成应与标签一致。
如果实验过程中样品未混合均匀或部分样品发生了氧化，则实验结果就误差越大。
(3)测得的温度值必须能真正反映系统的温度。
二组分合金相图的绘制（docX页）
二组分合金相图的绘制(一)、实验目的1．掌握二组分体系的步冷曲线及相图的绘制方法。
2．用热分析法测绘Sn—Bi二元合金相图。
(二)、实验原理金属的熔点－组成相图，是采用热分析法由一系列组成不同的样品的步冷曲线进一步绘制而成。
所谓步冷曲线（即冷却曲线），是将体系加热熔融成均匀液相后，使之逐渐冷却，在冷却过程中，每隔一定时间记录一次温度，所得一系列温度对时间的数据绘制成表示温度与时间关系曲线，称为步冷曲线。
图11—1所示是三种形状的冷却曲线，如果用记录仪连续记录体系逐步冷却的温度，则冷却曲线的形状如11—2左图所示，由此可绘制出11—2右图，即合金相图。
（a）纯物质(b)混合物(c)低熔混合物时间图11—1典型冷却曲线图11—2 Bi—Cd合金冷却曲线及相图熔融体系在均匀冷却过程中无相变时，温度将连续均匀下降，得到一条连续的冷却曲线；若在冷却过程中发生了相变，则因放出相变热，使热损失有所低偿，温度变化将减缓或维持不变，冷却曲线就出现转折或呈水平线段，转折点所对应的温度即为该体系的相变温度，所以，由体系的冷却曲线可知体系在冷却过程中的热量变化，从而确定有无相变及其相变温度，故此方法叫做热分析法。
用热分析法绘制相图时，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。
本实验为Sn—Bi体系，是一种形成部分互溶的固态溶液且具有低共熔点的二组分体系，它不属于简单低共熔类型，当含Sn 85％以上即出现固熔体。
因此用本实验的方法还不能作出完整的相图。
(三)、仪器药品KWL—08可控硅升降温电炉、SWLY数字控温仪、纯锡、纯铋(四)、实验步骤1．配制样品，将合金按质量百分数配备。
Bi% 100 80 58 30 0Sn% 0 20 42 70 100以上五个样品分别装入不锈钢样品管中，插上温度探头套管，连接仪器，接通电源，按下图设定实验温度：1—电源开关 2—定时按钮 3—切换工作、置数工作状态 4、5、6、7—温度设定8、9—指示灯 10、11、12—数字显示窗口图12—3 SWKY数字控温仪2．定时设定：时间间隔设定30s，从0～99s之间按上下键2按钮调节。
二元合金平衡相图测定实验指导书
二元合金平衡相图测定实验指导书一、实验目的熟悉用热分析法测定金属与合金的临界点，并根据临界点画出二元合金相图。
二、实验原理相图是一种表示合金状态随温度、成分而变化的图形，又称状态图或平衡图。
根据相图可以确定合金的浇注温度，进行热处理的可能性，形成各种组织的条件等。
到目前为止，几乎所有的相图都是通过实验测定出来的。
金属及合金的状态发生变化将引起其性质发生变化，例如液体金属结晶或固态相变时将会产生热效应，合金相变时其电阻、体积、磁性等物理性质亦会发生变化。
金属及合金发生相变时（包括液体结晶和固态相变）引起其某种性质变化所对应的温度称为临界温度，又称临界点。
因此可以通过测定金属及合金的性质来求出其临界点。
把这些临界点标注在以温度为纵坐标、成分为横坐标的图上，然后把各个相同意义的临界点连接成线，就构成了完整的相图。
可见，相图的建立过程就是金属与合金临界点的测定过程。
测定金属与合金临界点的方法很多，如热分析法、热膨胀法、电阻测定法、显微分析法、磁性测定法、 X 射线分析法等，但其中最常用、最基本的方法是热分析法。
热分析法是通过测量、记录金属或合金在缓慢加热或冷却过程中温度随时间的变化来确定其临界点。
测定时将金属自高温缓慢地冷却，在冷却过程中每隔相等时间测量、记录一次温度，由此得到温度与时间的关系曲线，称为冷却曲线。
金属或合金在缓冷过程中，当没有发生相变时，温度随时间增加而均匀地降低；一旦发生了某种转变，则由于有热效应产生，冷却曲线上就会出现转折，该转折点所对应的温度就是所求的临界点。
因此，测出冷却曲线就可很容易地确定相变临界点。
图 3-1 就是根据测定的一组冷却曲线建立相图的实例。
图 3-1 Pb-Sb 二元相图的测定热分析法简便易行，对于测定由液态转变为固态时的临界点，效果较为明显。
但对固态溶解度变化因相变潜热小，难用热分析法测定，需用其它方法。
三、实验设备与温度测量热分析用实验设备和装置如图 3-2 所示。
二元合金相图的绘制实验报告
实验九二元合金相图的绘制【摘要】本文的目的是使我们加深对相变化过程的认识和理解，学习和掌握绘制相图的方法。
采用法热分析法绘制步冷曲线，从而绘制铋跟铬共熔体的简单低共熔相图；测定了铋跟铬共熔体系中的低共熔点时的成分组成及低共熔温度。
实验结果表明，铋跟铬共熔体系中的低共熔点时，铋的含量为56％，低共熔温度为148.6℃。
结果说明，实验方法正确，结果较为理想，但仍存在一定的误差。
【前言】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。
热分析法是一种常用的绘制相图方法。
由于一切相变过程都伴随着热的吸收或放出,因此将系统均匀加热或冷却时,若不发生相变,则温度T随时间t变化的T-t曲线是光滑的，即温度随时间的变化率是连续的；当系统发生相变化时,其T-t曲线就会出现转折点或平台,其温度随时间的变化率会发生突跃。
把这种温度随时间变化的T-t曲线称为步冷曲线。
步冷曲线上的转折点或平台对应的温度就是开始发生相变化的温度。
根据多个组成不同的二组分系统的步冷曲线即可绘制出相图。
下图就是一种常见的二组分简单低共熔物系的相图。
所谓简单低共熔物系是指两种不同物质在固态互不相溶(即彼此不生成固溶体),这两种物质也不生成化合物。
铋-铬二元凝聚物系相图就属于简单低共熔混合物系相图。
对于纯物质而言，当把它冷却到凝固点时，其步冷曲线上会出现一个水平段，这是由于在定压力下，根据相律系统的自由度f与组分数C、相数P的关系以表示为：f=C−P+1故一定压力下当纯物质处于固液两相平衡时，C=1，P=2，自由度f=0,所以温度恒定不变，其步冷曲线上会出现一个平台((即水平段)。
上图中的曲线0.0就是x B=0.0时即纯A的步冷曲线；曲线1.0是x B=1.0时即纯B的步冷曲线。
在开始凝固之前和完全凝固以后，系统中只有一种纯液体或只有一种纯固体。
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。
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？
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。
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.
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。
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）。
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）。
实验六.二组分金属相图
实验六二组分金属相图一、实验目的：1、学会用热分析法测绘镉—铋二元金属相图。
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、掌握热电偶的测温的基本方法。
二、基本原理：热分析法是根据样品在加热或冷却过程中，温度随时间的变化关系来判断被测样品是否发生相变化。
对于简单的低共熔二元系，当均匀冷却时，如无相变化其温度将连续均匀下降，得到一条平滑的曲线；如在冷却过程中发生了相变，由于放出相变热，使热损失有所抵偿，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。
通过测定一系列组成不同的样品温度随时间的变化曲线（步冷曲线），绘制出二组分金属相图。
图1 步冷曲线图2步冷曲线与相图三、实验装置图3 装置图1.调压器2.电子温度计3.热电偶4.细玻璃管5.试管6.试样7.电炉四、仪器及试剂：仪器：金属相图实验装置（EF-07）：温控仪1个、加热炉1个、冷却炉1个、热电偶2只试剂：100%Cd、100%Bi、90%Cd+10%Bi、75%Cd+25%Bi、50%Cd+50%Bi、60%Cd+40%Bi、45%Cd+55%Bi、25%Cd+75%Bi样品管。
为防止金属氧化，样品表面覆盖上石墨粉。
五、实验步骤1、在温度控制仪上先设置好加热炉温度（350℃），冷却炉温度（65℃）；2、将样品放入加热炉内，插入热电偶，打开加热开关，将温度加热到350℃。
3、将装有已经熔化的样品管并更换热电偶（冷），并从加热炉取出放入冷却炉内4、记录单位时间内温度。
每隔0.5分钟记一个数据。
5、将另一个样品管再放入加热炉，重复以上实验。
6、实验完成后，取出样品管，关闭电源，整理实验台。
六、数据处理1、以时间为横坐标，温度为纵坐标做时间-温度曲线，即步冷曲线；2、以二组分金属的组成（%）为横坐标，温度为纵坐标，作金属相图。
找出步冷曲线上的折点和平台所对应的温度和组成，在相图上找出二相点和三相点，连接各点作出二组分金属相图。
二元合金相图的绘制
231.7
243.3
196.1
750
233.0
235.3
224.9
222.4
228.9
239.8
194.0
780
230.2
232.3
222.3
220.5
226.3
237.1
191.9
810
229.0
229.5
221.1
219.1
224.6
234.0
190.0
840
226.3
225.6
218.5
216.5
222.6
231.0
188.1
870
223.6
222.1
215.5
213.9
219.5
227.9
186.1
900
221.6
219.5
212.5
213.5
216.5
224.9
184.3
930
218.5
216.4
209.8
208.9
213.6
222.0
182.5
960
215.6
213.5
207.1
197.0
196.9
198.6
208.5
173.9
1110
229.8
199.9
194.6
194.6
195.9
205.9
172.6
1140
229.8
197.6
192.6
192.2
193.2
203.4
171.1
1170
229.8
197.7
190.2
190.0
二元合金相图的测定实验
实验报告实验名称：金属的塑性变形组别第6组学号、姓名：2012034036 谈鑫学号、姓名：2012034035 何韦唯学号、姓名：2012034034 周卫东学号、姓名：2012034037 安望学号、姓名：2012034038 罗伟学号、姓名：2012034039 陈科宇2014年 5月 28日一、实验目的1.用热分析法测熔融体步冷曲线，再绘制Pb-Sn二元金属相图。
2.了解热分析法的实验技术热电偶测量温度的方法。
二、实验仪器SWKY型数字控温仪一台；KWL-08型可控升降温电炉一台；三、实验原理相图是多相(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。
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）;
如何测绘二元合金相图
《物理化学实验》讲义 第三部分 实验 德州学院化学系 王敦青二组分固---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）。
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）。
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。
二元合金相图
⑵ 杠杆定律
处于两相区的合金，不仅由相图可知道两平衡相的 成分，还可用杠杆定律求出两平衡相的相对重量。
① 确定两平衡相的成分：设合金成分为x，过x做成
分垂线。在成分垂线相当 以Cu-Ni合金为例推导杠杆定律
于温度t 的o点作水平线，
其与液固相线交点a、b所 t
对应的成分x1、x2即分别
为液相和固相的成分。
二元合金相图
合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析。 相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程
的简明图解，又称状态图或平衡图。
合金系是指由两个或两个以上元素按不同比例配制 的一系列不同成分的合金。
组元是指组成合金的最简
单、最基本、能够独立存
L
在的物质。
温度（℃）
多数情况下组元是指组成 合金的元素。但对于既不 发生分解、又不发生任何 反应的化合物也可看作组 元, 如Fe-C合金中的Fe3C。
在分D和的相两G的一固机P区相线液定溶b械在：区分相温体混：别SL同度，合n、为L时下中形物+，结S的成、：n、由晶固这在L；出一溶两+P三两定b线个、中个成个。相+
固成固低溶线相分；而体C的和一下的EL转结DE个降溶。⇄变构三。解(称都相度C不作区随+ 相共：温D同晶)即度的转水降新变平
或共晶反应。
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 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)。
二元合金相图的绘制
210.5
218.0
180.8
990
213.2
211.0
204.2
203.9
207.4
216.3
179.0
1020
226.2
208.3
201.9
201.5
204.5
213.6
177.3
1050
229.2
205.6
199.5
199.2
201.5
211.0
175.6
1080
229.7
202.9
163.5
1560
200.8
198.2
185.1
176.9
177.6
174.9
163.9
1590
195.1
196.5
183.2
177.3
177.5
173.2
163.4
1620
190.6
194.6
182.6
177.5
176.7
171.3
161.7
1650
186.3
193.0
182.3
177.3
173.9
三、仪器和药品
铅粒、锡粒、活性炭（粉状） 、电子天平、KWL-Ⅲ金属相图实验装置
实验步骤
(1)在不同大试管中分别称取总质量均为 60g，Pb 的质量百分比浓度分 别为 0%、15%、30%、50%、70%和 100%的样品，往各样品上方加一骨勺 活性炭，使其与空气隔绝避免氧化，并给各试管贴上标签以免混乱
1440
227.0
203.5
180.0
172.0
170.1
182.2
159.9
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）。
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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）。
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6－1(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6－1(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6－1(b)体系b2′点以后的过程相同3.绘制二元合金相图无论平台还是转折，都反映了相平衡时的温度，把各种不同组成的体系的步冷曲线的转折点（拐点）和平台，在温度-组成图上标志出来连成曲线就得到相图。
图6-2 根据步冷曲线绘制相图严格地讲，Bi－Sn合金是固态部分互溶凝聚系统，只是由于普通的热分析方法灵敏度较低，只能得出一与Bi－Cd系统相仿的相图，所以，我们通过本实验得到的是Bi－Sn二元合金的简化相图。
4.热电偶工作原理由上可知，只要读取冷却曲线上各相应的相变开始点--也叫拐点(即斜率变化点)的温度值，以及样品的组成，就可以方便地绘出冷却曲线，进而得到相图来。
本实验采用热电偶测定温度。
热电偶将温度转换成电压信号（温差电势），通过自动平衡记录仪或X-Y多通道数据采集仪连续采集体系的温度，从而得到所需的冷却曲线。
通过数条冷却曲线，即可绘出二元相图。
在一定温度范围内，铜－康铜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较方便地查到各mV值所对应的温度。
热电偶工作曲线的绘制办法是，固定热电偶冷端的温度0℃，取三个温度点（沸水、纯锡凝固点、纯秘凝固点）的温度为横坐标，其对应的温差电势为纵坐标，三点连线，作"电势差－温差"曲线图。
当然，在仪器的系统误差很小的前提下，也可不做热点偶工作曲线，而是按照仪器读取的电势差值直接去quot;铜－康铜热电偶值分度表"，得出对应的温度来。
有关热电偶的知识请参见绪论中的内容。
三．仪器和试剂1. 公用物品：坩埚电炉2台，5KW自藕调压器一台，程序升温控制器一台，特制样品管若干只，台秤，电冰箱，分析纯金属铋、金属锡、石腊油及石墨粉。
2. 组用物品：XWC－100A型自动平衡记录仪1台或者X-Y多通道数据采集仪1台，铜－康铜热电偶一支，分压器1只，保温冷却台1个（并配1KW 调压变压器1台），小号保温杯1个，电加热套1个，100ml烧瓶1只。
四、实验步骤1. 配制实验样品用台秤分别配制含Bi30％、57％、70％或80％的Bi-Sn混合物各60克，以及纯Bi、纯Sn各50克，将以上5个样品分别装入样品管中，再各加入少许石墨粉（减缓金属氧化），最后将带橡皮塞的玻璃套管插入样品管，注意使套管底部距样品管底部8～12mm距离。
2. 分压器调整（如用X-Y多通道数据采集仪就无需用分压器）由于本实验使用的热电偶在温差较大时，其输出的温差电势超过了记录仪的最大量程5mV，因此必须在热电偶与记录仪之间接入分压器，适当调整分压器，也就是把温差产生的电势差按特定比例打个折，可使整个测量数据在记录仪的有效显示量程范围内。
分压器调整的具体做法是：开启记录仪电源，将热电偶的热端插入烧瓶玻璃套管内，注意要使热电偶的端头位于瓶内水面处，用电热套加热烧瓶内的水，待水沸腾后，关闭电热套电源，将分压器紧靠在记录仪铁板墙边或某处进行调节，使记录仪笔尖恰好位于处（也就是记录纸上20小格的位置）即可。
注意：分压器调好后，整个实验过程就不可再调整、挪动它，也不要关闭电源，以免100度的温差电势差分压标准发生变化。
3. 冷却曲线测定将盛有纯Sn 、30％Bi、57％Bi、70％或80％Bi及纯Bi的被测样品管放入坩埚电炉中加热熔化（头批一般20～30分钟，后面循环使用时一般10分钟左右），待金属完全熔化后，用样品管内的玻璃套管轻轻搅拌金属熔液，使其均匀，然后将样品管取出--哪个好了就取哪个，迅速放入已升温过的保温冷却台中（保温冷却台的加热电压一开始可以是100V，3～5分钟后应降低到25 V以下），将热电偶热端插入样品管的玻璃套管内（注意要插到底），开启记录仪的走纸记录开关--走纸速度事先调好，不要变动，开始记录其冷却曲线。
一直记录到样品的最后一个相变点出现后再降低左右，即告测定完毕。
从记录纸上准确读取并记录各拐点的mV值（精确到±）。
也可使用X-Y数据采集仪（如图6－3）和计算机直接进行电势差数据的采集和分析。
图6－3 X-Y数据采集仪示意图有关注意事项：金属熔化后，切勿将样品横置，以防金属熔液流出烫伤人体。
另外，取热样品管时一定要戴手套，且不能从别人的头上或肩上的空中移过，以防样品管突然破裂而烫伤人体。
在测定当前样品冷却曲线的同时，可将下一个样品放入坩埚电炉里加热熔化，以节省时间，但应注意样品加热时间不可太长，温度不能过高，否则样品容易被氧化。
测定70％或80％Bi样品时，当温度降至约250℃以后，需要转动玻璃套管以轻轻搅动熔液，直至第一拐点出现为止。
公用的坩锅电炉的电压和控制器由老师依气候和实验进程设定，学生不要随意调整、更改。
某些时候，我们会发现冷却曲线的拐点处为一回沟形状(见图6－4)，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。
关于过冷现象产生的原因，请参阅物理化学教材中有关亚稳状态的内容。
图6－4 有过冷现象的步冷曲线将取出的炽热样刚放入保温冷却台中时，记录的曲线降得比较急，而后显着变缓，好像有个拐点。
其实这是样品管的温度与保温冷却台的温度相差过大、对流传热以及传导传热起初过快的原因，应注意识别。
严格地讲，应始终使二者的温差保持一个较小的恒定值，但实际很难做到。
有时，我们发现纯Bi（或某个样品）的相变点的温度明显高于正常值，这是因为样品的使用次数过多，组分有部分被氧化的缘故，使得数据有偏差。
要完全克服这个问题，技术上有点难度，同学们可以琢磨一下，看怎么样改进才能真正避免。
五、数据处理1. 绘制热电偶工作曲线以水的沸点（100℃），纯Bi的熔点（271℃）和纯Sn的熔点（232℃）为横坐标，以它们在冷却曲线上相应拐点的温差电势（mV）为纵坐标，作热电偶工作曲线。
也可不绘制热电偶工作曲线，而直接使用热电偶分度值表查出对应的拐点温度。
前提是全套仪器的误差很小，相变过程明显而且均匀。
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Bi-Sn 二元合金的简化相图。
3. 数据记录参考格式室内气压：KPa合mmHg 以"铜－康铜"热电偶传输温差信号【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，另一个为低共熔组分合金（含A），你如何通过冷却曲线对它们进行区分【英汉词条】相图phase graph 步冷曲线 cooling curve合金 alloy热电偶 electric thermo-couple / flame couple 熔化 melt金属 metal铜-康铜热电偶 copper constantan thermocouple 锡 stannum/ copper-constantan couple。