二元相图第一次作业

2、3次作业及答案-(2)要点

第二次作业参考答案 试说明布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的应用范围及相互关系 第三次作业参考答案 1. 30kg 纯铜与20kg 纯镍熔化后慢冷至125O ℃，利用图Ni Cu -相图，确定： ⑴ 合金的组成相及相的成分；⑵ 相的质量分数。 2铋 （Bi ）熔点为271.5℃，锑 （Sb ）熔点为630.7℃，两组元液态和固态均无限互溶。缓冷时=Bi w 50％的合金在520℃开始析出成分为 =Sb w 87％的α固相，=Bi w 80％的合金在400℃时开始析出= Sb w 64％的α固相,由以上条件: ⑴ 示意绘出Sb Bi -相图，标出各线和各相区名称； ⑵ 由相图确定Sb w = 40％合金的开始结晶和结晶终了温度，并求出它在400℃时的平衡相成分和相的质量分数。 试分析钨（熔点3380℃）和铁（熔点1538℃）在1100℃变形，铅（熔点323℃）和锡（熔点232℃）在室温（20℃）变形，能否发生加工硬化现象？ 答： 1-10. 试说明布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的应用范围及相互关系 布氏硬度用于低硬度材料硬度测定 洛氏硬度用于高硬度材料硬度测定 维氏硬度一般用于实验室精密硬度测定 H B ≈H V ≈10H R C ， H B ≈H V ≈6H S 2-2. 合金相图反映一些什么关系？ 应用时要注意哪些方面的问题？ 合金相图反映了合金系中合金状态、温度、成份之间的关系。 合金相图是在极其缓慢加热或冷却条件下（平衡状态）测定的，而实际生产条件下合金的加热冷却都很快（满足不了平衡条件），应用时要注意的问题： （1） 注意在非平衡状态可能出现的相及组织。 （2） 相图只给出合金在平衡状态下存在的相、相的成份及相对量，并不能反 映相的形状、大小、分布。 （3） 二元相图只反映二元系合金的相平衡关系，它未反映加入其它元素后对

二元液系相图(实验数据分析)

实验名称:二元液系相图 学院:XXXXXXXXXX 班级：XXXXXXXXX 姓名（学号）：XXX(XXXXXXXX) 指导教师：XXX 实验时间：XXXXXXXXXXXXXX

二元液系相图 一、实验目的 1.测定环己烷-乙醇系统的沸点组成图（T-X图）。 2.掌握阿贝（Abbe）折光仪的使用方法。 二、实验原理 两种液态物质以任何比例混合都形成均相溶液的系统称这完全 互中溶双液系。在恒定压力下溶液沸点与平衡的气液相组成的关系，可用沸点－组成图(t－x图)表示。 完全互溶双液系的沸点－组成图可分为两三种： 一种为最简单的情况，溶液沸点介于两个纯组分沸点之间，如图6-1所示。纵坐标表示温度，横坐标表示组分B的摩尔分数(x B，y B)。下面一条曲线表示气液平衡时温度(即溶液沸点)与液想组成的关系，称液相线(T－x线)。上面的线表示平衡温度与气相组成的关系,称气相线(T－y线)。若总组成为Z B的系统在压力p及温度t时达到气液两相平衡，其液相组成为x B气相组成为y B(见图6-1)。 另两种类型为具有恒沸点的完全互溶双液系统气液平衡相图，如图6-2所示。其中(a)为具有低恒沸点相图，(b)为具有高恒沸点相图。这两类相图中气相线与液相线在某处相切。相切点对应的温度称为恒沸温度，对应组成的混合物称恒沸混合物。恒沸混合物在恒沸点达气液平衡，平衡的气、液组成相同。同一双液系在不同压力下，恒沸点及恒沸混合物是不同的。

本实验绘制环己烷-乙醇二元液系的T-X图。其方法为将不同组成的溶液于蒸馏仪中进行蒸馏，沸腾平衡后记下温度，依次吸取少量的蒸馏液和蒸出液。分别用阿贝折光计测定其折射率，然后由环己烷-乙醇的折射率-组成标准曲线或其数据表确定相应组成，从而绘制环己烷-乙醇二元液系相图。 三、仪器和试剂 沸点测定仪；取样管；阿贝折光仪。 环己烷（分析纯）；无水乙醇（分析纯）；环己烷摩尔分数分别为0.2、0.4、0.6、0.8的乙醇溶液。 四、实验步骤 1.纯液体折光率的测定 分别测定乙醇和环己烷的折光率。 2.标准曲线的绘制 测定环己烷摩尔分数分别为0.2、0.4、0.6、0.8的乙醇溶液的折光率，绘制标准曲线。 3.测定沸点-组成数据 1)安装沸点测定仪。 2)溶液配制。 粗略配制环己烷质量百分数分别为0.05、0.1、0.2、0.45、0.55、0.6、0.7、0.8、0.9等组成的环己烷-乙醇溶液约50ml。

《水盐体系相图》(第一章)作业及答案

《水盐体系相图》(第一章) 作业及答案 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

1-1 计算下列物料的组成，分别用重量%、摩尔%、克/100克水、克/100克盐表示。 （1） 由20克Na 2SO 4、30克K 2SO 4和150H 2O 克组成的物料； （2） 某溶液，含MgCl 2 、NaCl 、 KCl 46.1g/L ，比重为。 其中：Na 2SO 4摩尔质量为，K 2SO 4摩尔质量为，H 2O 摩尔质量为，MgCl 2摩尔质量为，NaCl 摩尔质量为，KCl 摩尔质量为。 (1) 由20克Na 2SO 4、30克K 2SO 4和150克H 2O 组成的物料。 解：a.用重量%表示物料的组成： b.用摩尔%表示物料组成： 物料总摩尔数：++=（mol ） c.用克/100克水表示物料组成： d.用克/100克盐表示物料组成： （2）某溶液，含MgCl 2 g/L 、NaCl g/L 、 KCl 46.1g/L ，比重为L 。 解：由题意，1L 溶液中H 2O 的重量为：用重量%表示物料的组成： % 00.75%1001503020150 :%00.15%100150 302030 :%00.10%100150302020:24242=?++=?++=?++O H SO K SO Na )(324.802.18150:) (172.03 .17430 :)(141.00 .14220 :24242mol O H mol SO K mol SO Na ===%38.96%100637 .8324 .8:% 99.1%100637 .8172 .0:% 63.1%100637.8141.0:24242=?=?=?O H SO K SO Na )100/(00.100100150150:) 100/(00.20100150 30 :)100/(33.13100150 20 :22242242O gH g O H O gH g SO K O gH g SO Na =?=?=?)100/(00.30010050 150 :)100/(00.601005030:) 100/(00.401005020 :24242gS g O H gS g SO K gS g SO Na =?=?=?%21.61%1001287 8 .787:% 58.3%10012871.46:% 42.1%10012873 .18:%78.33%1001287 8 .434:22=?=?=?=?O H KCl NaCl MgCl ) (618.055 .741 .46:)(313.044.583.18:) (567.421.958.434: 2mol KCl mol NaCl mol MgCl ===

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。如果合金仅由一个相组成，称为单相合金；如果合金由二个或二个以上的不同相所构成则称为多相合金。如含30%Zn的铜锌合金的组织由α相单相组成；含38%Zn的铜锌合金的组织由α和β相双相组成。这两种合金的机械性能大不相同。 合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。 2.1.1 固溶体与复杂结构的间隙化合物 2.1.1.1 固溶体 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、 且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。与固溶 体晶格相同的组元为溶剂，一般在合金中含量较多； 另一组元为溶质，含量较少。固溶体用α、β、γ等 符号表示。A、B组元组成的固溶体也可表示为A （B），其中A为溶剂，B为溶质。例如铜锌合金中 锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示，亦可表示 为Cu（Zn）。图2.1 置换与间隙固溶体示意图 ⑴固溶体的分类 ①按溶质原子在溶剂晶格中的位置（如图2.1）分为：

材料科学基础习题5-答案-二元相图作业

《材料科学基础》第五章习题——二元相图1、发生匀晶转变的两个组元在晶体结构、原子尺寸方面有什么特点 答：两者的晶体结构相同，原子尺寸相近，尺寸差小于15%。 2、固溶体合金的相图如下图所示，试根据相图确定： ①成分为ω(B) = 40%的合金首先要凝固出 来的固体成分；（画图标出） ②若首先凝固出来的固相成分含ω(B) = 60%，合金的成分为多少（画图标出） ③成分为ω(B) = 70%的合金最后凝固的液 体成分；（画图标出） ④合金成分为ω(B) = 50%，凝固到某温度时 液相含ω(B)为40%，固相含有ω(B) = 80%，此时 液体和固相各占多少（计算） ①过ω(B) = 40%的成分线与液相线的交点做与底边的平行线交固相线即可 ②过ω(B) = 60%的成分线与固相线的交点做与底边的平行线交液相线即可 ③过ω(B) = 70%的成分线与固相线的交点做与底边的平行线交液相线即可 ④液相：（80-50）/（80-40）= 固相：（50-40）/（80-40）= 3、指出下列相图中的错误，并加以改正。 由相律知，三相平衡时，图中应该为一点，而不是 线段，且二元相图中最多只有三相平衡，所以把d图 中 r相除去。 由相律知在二元相图中 纯组元凝固温度恒定，液固 相线交于一点 A 20 40 60 80 B 温 度 W(B) % α L+a L

4、根据教材图，假设F 与G 点坐标分别选取5%与99%，计算：①Sn 含量为40%的合金在凝固至室温后的组织组成比例；②根据初生相（α）、共晶组织中的相（α+β），以及冷却过程中析出的二次相（αⅡ或β Ⅱ ），计算室温下的相组成比例。 解：①Sn 含量为40%的合金在凝固至室温后的组织组成比例： %95.4819 9.6119 40)(=--= +βαW =--?--=5991999199.61409.61αW % %6.7599519199.61409.61=--?--=∏βW ②根据一次相、共晶组织中的相，以及冷却过程中析出的二次相，计算室温下的相组成比例： 5、Mg-Ni 系的一个共晶反应为 设C 1为亚共晶合金，C 2为过共晶合金，这两种合金中的初生相的质量分数相等，但C 1合金中的α总量为C 2合金中的α总量的倍，试计算C 1和C 2的成分。 解：相图： Ni Mg 由二者的初生相的质量分数相等得：（ C 1 ）/= （C 2 ）/又α总量为C 2 中α总量的205倍： C 1 )/=* C 2 )/ 由以上两式得C 1 =% C 2 =% 6、 组元A 和B 在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与A ，B 不同晶体结构的中间化合物，α（纯镁）+ 2Mg Ni[w(Ni) = %] L （ω(Ni) = %） 507℃ A B

铁碳相图补充作业题答案

铁碳相图补充作业题答案 1. 铁碳合金按Fe —Fe 3C 相图成分区域分成七类，分别是什么？ 2. 分析以上七种成分合金平衡结晶过程与最终组织，并计算： （1） 工业纯铁中三次渗碳体的最大含量。 分析：在工业纯铁中，随C 含量的增加，三次渗碳体的含量也越多，当C%=0.0218% （即P 点成分的工业纯铁中）时，Fe 3C Ⅲ量达到最大值。 W Fe3C Ⅲ=008 .069.6008,00218. 0--×100%=0.33% （2） 共析钢中，α和Fe 3C 的相对含量。（Fe 3C Ⅲ量很少，一般忽略不计） W α=%100 218.069.677.069.6?--=%10069.677.069.6?-=88% W Fe3C =1－88%=12% （3）45钢（含C ：0.45%）中，组织组成物和相组成物的相对含量。 分析：45钢组织组成物为：铁素体（先共析）+ 珠光体 相组成物为：铁素体（α）+ 渗碳体（Fe 3C ） 由于Fe 3C Ⅲ量很少，可以忽略不计，只考虑727℃共析转变完成之后即可。 组织组成物：?? ???=-==?==?=----%57%431Wp %57%100%43%1000218.077.00218.045.00218.077.045.077.0或αWp W 相组成物： ?????=-==?==?=----% 7%931W %7%100%93%100C 3Fe 0218.69.60218.045.030218.069.645.069.6或αo C Fe W W 注：共析钢中，室温组织为α+ P W C %↑， W P ↑，可近似根据亚共析钢的平衡组织来估算钢的含C 量。 W P =%100%1008.077.0218.077.0028.0?==?--C C C ∴ 钢的含C 量 C=0.8W P （忽略α、P 密度的差别）W P ：珠光体所占的面积百分比。

第三次作业(合金的二元相图、结晶、铁碳相图)

第三次作业 第二章合金的二元相图复习题 一、名词解释： 1．枝晶偏析、包晶偏析、组织组成物、弥散强化、脱溶反应 2．二、填空题： 1．固溶体的强度和硬度比溶剂的强度和硬度。 2．固溶体出现枝晶偏析后，可用加以消除。 3．以电子浓度因素起主导作用而生成的化合物称为。 4．共晶反应式为L d←→αc+βe，共晶反应的3个特点是， ，。 三、判断题： 1．间隙相不是一种固溶体，而是一种金属间化合物。（） 2．在共晶相图中，从L中结晶出来的β晶粒与从α中析出的βⅡ晶粒具有相同的晶体结构。（） 3．共析反应是在固态下进行的，所以共析产物比共晶产物要细密得多。（）四、选择题： 1．共析成分的合金在共析反应γ→α+β刚结束时，其组成相为：（）a．γ+α+β；b．γ+α；c．γ+β；d．α+β 2．一个合金的组织为α+βⅡ +（α+β），其组织组成物为:（） a．α、β；b．α、βⅡ、（α+β）；c．α、β、βⅡ。 3．二元合金中，共晶成分的合金：（） a．铸造性能好；b．锻造性能好； c．焊接性能好；d．热处理性能好

第三章金属与合金的结晶 一、名词解释： 重结晶、过冷度、变质处理 二、填空题： 1．金属结晶时，冷却速度，实际结晶温度就越低，过冷度越大。2．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是和。3．液态金属结晶时，结晶过程的动力是，阻力是。4．能起非自发生核作用的杂质，必须符合、的原则。5．细化晶粒可以通过、和等途径实现。6．典型铸锭结构的三个晶区分别为：、和。 三、判断题： 1．纯金属的结晶过程是一个恒温过程。（） 2．液态金属只有在过冷条件下才能够结晶。（） 3．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。（） 4．室温下，金属晶粒越细，则强度越高，塑性越低。（） 5．金属由液态转变成固态的结晶过程，就是由短程有序状态向长程有序状态转变的过程。（） 6．纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。（） 7．当晶核长大时，随过冷度增大，晶核的长大速度增大。但当过冷度很大时，晶核长大的速度很快减小。（） 8．当形成树枝状晶体时，枝晶的各次晶轴将具有不同的位向，故结晶后形成的枝晶是一个多晶体。（） 9．在工程上评定晶粒度的方法是在放大100倍的条件，与标准晶粒度图作比较，级数越高、晶粒越细。（）

二元相图计算

《二元相图计算》创新课程作业 学生：于永龙班级：焊接2班学号：10850212 一名词解释 1. 体系 体系就是我们研究的对象的总和。 2. 环境 系统以外又与系统密切相关的部分称为环境，环境必须是与系统有相互影响的有限部分。 3. 组元 组成合金的独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物。 4. 相 系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相。 5. 相律 表示平衡物系中的自由度数,相数及独立组分数之间的关系。数学表达式：?=C-Ф+2 6. 杠杆定律 在结晶过程中，液、固二相的成分分别沿液相线和固相线变化。 7. Gibbus自由能 G=H－TS, G叫做吉布斯自由能。 8. 化学势 等温等压下，在一定浓度的溶液中，加入微量组分B，而引起系统吉布斯函数对组分B物质的量的变化率。 9. 理想溶液 宏观定义：溶液中的任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。 分子模型定义：各组分分子的大小及作用力彼此相似，当一种组分的分子被另一种组分的分子取代时，没有能量的变化或空间结构的变化，即就是当各组分混合成溶液时，没有热效应和体积的变化。 10. 拉乌尔定律 如果溶质是不挥发性的，即它的蒸气压极小，与溶剂相比可以忽略不计，则在一定的温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与其克分子分数的乘积。 二读书报告 关于《相图分析及应用》的读书报告 相图在冶金，化工等工业生产部门及矿物、化学等科学研究领域有着广泛应用和重要指导意义，是解决一些实际问题不可缺少的工具。在生产及新产品开发过程中，人们经常要遇到相图基础知识和应用相图解决一些实际问题，而《相图

简单二元系统相图的绘制

少年易学老难成，一寸光阴不可轻 - 百度文库 1 实验一 简单二元系统相图的绘制 一、目的与要求： 1．用热分析法测绘P b -S n 二元金属相图。 2．了解热分析法的测量技术与热电偶测量温度的方法。 二、原理： 相图是多相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的情况（相对数目及性质等），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件下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质以及多相体系相平衡情况的变化，都要用到相图。 图1-1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 以下，体系有二个相（晶体A 和B ）存在，在ace 包围的面积中，一个固相（A ）和一个液相（A 在B 中的饱和熔化物）共存，在bef 所包围的面积中，也是一个固相（B ）和一个液相（B 和A 中的饱和熔化物）共存。图中C 是ace 与bef 两个相区的交点，有三相（晶相A 、晶相B 、饱和熔化物）共存。所以测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。常用的方法就是热分析实验法。 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，并每隔一定时间读体系温度一次，所以得历次温度值对时间作图，得一曲线，一般称为步冷曲线或冷却曲线。 在冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，因此步冷曲线的斜率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子，若图1-2是图1-1中组成为P 的体系步冷曲线，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，求出各转折点，即能画出二元体系的最简单相图（对复杂的相图，还必须配合其它方法，方能画出）。 从相图定义可知，用热分析法测绘相图的要点有： 1．被测体系必须时时处于或非常接近于相平衡状态。因此，体系冷却时，冷却速度必须足够慢，以保证上述条件近于实现。 2．测定时被测体系的组成必须与原来配制样品时的组成值一致，如果测定过程中样品处于不均匀或样品发生氧化变质。这一要求就不能实现。 3．测得的温度值必须能真正反映体系所测时间的温度值，因此，测温仪器的热容必须H P 5 G a b 冷却曲线 Bi(s L+Bi(s) L A B t T T B% a b c e f 1 2 3 4 图1-2 图1-1

水盐体系相图第一章作业及答案(供参考)

1-1 计算下列物料的组成，分别用重量%、摩尔%、克/100克水、克/100克盐表示。 （1） 由20克Na 2SO 4、30克K 2SO 4和150H 2O 克组成的物料； （2） 某溶液，含MgCl 2 434.8、NaCl 18.3、 KCl 46.1g/L ，比重为1.287。 其中：Na 2SO 4摩尔质量为142.0，K 2SO 4摩尔质量为174.3，H 2O 摩尔质量为18.02，MgCl 2摩尔质量为95.21，NaCl 摩尔质量为58.44，KCl 摩尔质量为74.55。 (1) 由20克Na 2SO 4、30克K 2SO 4和150克H 2O 组成的物料。 解：a.用重量%表示物料的组成： b.用摩尔%表示物料组成： 物料总摩尔数：0.141+0.172+8.324=8.637（mol ） c.用克/100克水表示物料组成： d.用克/100克盐表示物料组成： （2）某溶液，含MgCl 2 434.8 g/L 、NaCl 18.3 g/L 、 KCl 46.1g/L ，比重为1.287kg/L 。 解：由题意，1L 溶液中H 2O 的重量为：1287-434.8-18.3-46.1=787.8(g) a.用重量%表示物料的组成： %00.75%100150 3020150 :% 00.15%100150 302030 :%00.10%100150302020:24242=?++=?++=?++O H SO K SO Na )(324.802.18150:) (172.03 .17430 :)(141.00 .14220 :24242mol O H mol SO K mol SO Na ===%38.96%100637 .8324 .8:%99.1%100637 .8172.0:% 63.1%100637.8141 .0:24242=?=?=?O H SO K SO Na )100/(00.100100150150:) 100/(00.20100150 30 :)100/(33.13100150 20 :22242242O gH g O H O gH g SO K O gH g SO Na =?=?=?) 100/(00.30010050 150 :)100/(00.601005030:) 100/(00.4010050 20 :24242gS g O H gS g SO K gS g SO Na =?=?=?%21.61%1001287 8 .787: %58.3%10012871 .46:% 42.1%10012873 .18:%78.33%1001287 8 .434:22=?=?=?=?O H KCl NaCl MgCl

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22

1.1实验目的 1.2 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。 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

物理化学第二版作业答案

物理化学作业题答案 第六章 相平衡 思考题 5．在含有氨的容器中氯化铵固体分解达平衡，43NH Cl(s)NH (g)HCl(g)+垐?噲?。指出该系统的独立组分数、 相数和自由度？ 答：反应中有三个物种，一个平衡限制条件，没有浓度限制条件。所以独立组分数为2，相数为2，自由度为2。 习题解析 3．3CaCO (s)在高温下分解为CaO(s)和2CO (g)，根据相律解释下述实验事实。 (1) 在一定压力的2CO (g)中，将3CaCO (s)加热，实验证明在加热过程中，在一定的温度范围内3CaCO (s)不会分解。(2) 在3CaCO (s)的分解过程中，若保持2CO (g)的压力恒定，实验证明达分解平衡时，温度有定值。 解：(1) 该系统中有两个物种，2CO (g)和3CaCO (s)，所以物种数2S =。在没有发生反应时，组分数2C =。现在是一个固相和一个气相两相共存，2P =。当2CO (g)的压力有定值时，根据相律，条件自由度*12121f C P =+-=+-=。这个自由度就是温度，即在一定的温度范围内，可维持两相平衡共存不变，所以3CaCO (s)不会分解。 （2）该系统有三个物种，2CO (g)，3CaCO (s)和CaO(s)，所以物种数3S =。有一个化学平衡，1R =。没有浓度限制条件，因为产物不在同一个相，故2C =。现在有三相共存（两个固相和一个气相），3P =。若保持2CO (g)的压力恒定，条件自由度*12130f C P =+-=+-=。也就是说，在保持2CO (g)的压力恒定时，温度不能发生变化，即3CaCO (s)的分解温度有定值。 5．结霜后的早晨冷而干燥，在-5℃，当大气中的水蒸气分压降至 Pa 时，霜会升华变为水蒸气吗? 若要使霜不升华，空气中水蒸气的分压要有多大？已知水的三相点的温度和压力分别为 K 和611 Pa ，水的摩尔气化焓1vap m 45.05 kJ mol H -?=?，冰的摩尔融化焓1fus m 6.01 kJ mol H -?=?。设相变时的摩尔焓变在这个温度区间内是常数。 解：冰的摩尔升华焓等于摩尔熔化焓与摩尔气化焓的加和， sub m vap m fus m H H H ?=?+?11(45.05 6.01) kJ mol 51.06 kJ mol --=+?=? 用Clausius-Clapeyron 方程，计算 K （-5℃）时冰的饱和蒸气压 (268.15K) 51 06011 ln 611 Pa 8.314273.16268.15p =-?? ??? 解得 (268.15K)401.4 Pa p = 而 K （-5℃）时，水蒸气的分压为 Pa ，低于霜的水蒸气分压，所以这时霜要升华。当水蒸气分压等于或大于401.4 Pa 时，霜可以存在。

北京科技大学 冶金物理化学 第四章 相图 作业

P344 3 （1）把含w(Ni)=30%的熔体从1600K开始冷却，试问在什么温度开始有固体析出，其组成如何？最后一滴熔体凝结时的温度和组成各为多少？ （2）将含w(Ni)=50% 的合金0.24kg冷却到1550K，Ni在熔体和固体中的含量各为多少？

此为固态完全互熔系统。设开始结晶温度为IT ，终了结晶温度为FT 。 （1） IT = -0.0214x 2 + 5.8041x + 1356.5，w(Ni)=30%，即 x=30, 开始有固体析出的温度IT=1511.37K FT = 0.0142x 2 + 2.2716x + 1355, FT=1511.37, x=53，即w(Ni)=53% 开始有固体析出时组成：固体相含53%(w/w) Ni ；液态熔体含30%(w/w) Ni FT = 0.0142x 2 + 2.2716x + 1355, x=30, FT=1435.93K IT = -0.0214x 2 + 5.8041x + 1356.5， IT=1435.93K, x=14 最后一滴熔体凝结时温度T=1435.93K 最后一滴熔体凝结时组成： 固体含30%(w/w) Ni ； 液态熔体含14%(w/w) Ni; (2) IT = -0.0214x 2 + 5.8041x + 1356.5， IT=1550K, x=38.9，w(Ni)=38.9%。 FT = 0.0142x 2 + 2.2716x + 1355, FT=1550,x=61.6，w(Ni)=61.6%。 (50-38.9)W L =(61.6-50)W S , 又W L +W S =0.24kg 联立以上两式子，解方程得：W S =0.118kg ， W L =0.123kg 固体含Ni=0.118*61.6%=0.073kg 熔体含 Ni=0.123*38.9%=0.047kg Cu-Ni Phase diagram 02004006008001000120014001600180020000 20 40 60 80 100 x=Ni%(w/w) T /K

二元液系气液平衡相图

实验二二元液系气液平衡相图 一、实验目的 1、了解环己烷—乙醇系的沸点—组成图 2、由图上得出其最低恒沸温度及最低恒沸组成（含乙醇% ） 3、学会使用数字阿贝折射仪 4、学会使用WTS —05 数字交流调压器 二、原理 一个完全互溶双液体系的沸点—组成图，表明在气液二相平衡时沸点和二相成分间的关系，它对了解这一体系对行为及分馏过程都有很大的实用价值。 在恒压下完全互溶双液系的沸点与组分关系有下列三种情况：1、溶液沸点介于二纯 组分之间； 2 、溶液有最高恒沸点；3、溶液有最低恒沸点。 图1表示有最低恒沸点，本次实验图形也像如此的样子， A ' LB '代表液相线的交 点表示在该温度时互成平衡的二相的成份。 绘制沸点—成份图的简单原理如下：当总成份为X 的溶液开始蒸馏时，体系的温度 沿虚线上升，开始沸腾时成份为Y的气相生成。若气相量很少，x、y二点即代表互成平 衡时液气二相成份。继续蒸馏，气相量逐渐增多，沸点沿虚线继续上升，气液二相成份分别在气相和液相线上沿箭头指示方向变化。当二相成份达到某一对数值x '和y'，维 持二相的量不变，则体系气液二相又在此成份达到平衡，而二相的物质数量按杠杆原理分配。 本实验利用回流的方法保持气液二相相对量一定，则体系温度恒定。待二相平衡后，取出二相的样品，用阿贝折光仪测定其折射率。得出该温度下气液二相平衡成份的坐标 点，改变体系的总成份，再用上法找出一对坐标点，这样测得若干坐标点后，分别按气相点和液相点连成气相线和液相线，即得T —X 平衡图。 三、步骤 1 、安装接通仪器，打开冷凝水； 2、加入环己烷20ml ，蒸馏至沸腾，待小兜有液体后回流三次，温度平衡2—3 分钟基本不变，记下温度，关闭调压器； 3、 A 组加入乙醇0.5ml ，用上法测定温度，然后关闭调压器，取出气相，液相的样品，测其折射率，以后分别加入 1.0,2.0,4.0,8.0,12.0ml 乙醇； 4、B组加入20ml无水乙醇，蒸馏至沸腾，待小兜有液体后回流三次，温度平衡分钟基本不变，记

物理化学第二版作业答案

物理化学作业题答案 第六章 相平衡 思考题 5．在含有氨的容器中氯化铵固体分解达平衡，43NH Cl(s)NH (g)HCl(g)+垐?噲? 。指出该系统 的独立组分数、相数和自由度？ 答：反应中有三个物种，一个平衡限制条件，没有浓度限制条件。所以独立组分数为2，相数为2，自由度为2。 习题解析 3．3CaCO (s)在高温下分解为CaO(s)和2CO (g)，根据相律解释下述实验事实。 (1) 在一定压力的2CO (g)中，将3CaCO (s)加热，实验证明在加热过程中，在一定的温度范围内 3CaCO (s)不会分解。(2) 在3CaCO (s)的分解过程中，若保持2CO (g)的压力恒定，实验证明达分解 平衡时，温度有定值。 解：(1) 该系统中有两个物种，2CO (g)和3CaCO (s)，所以物种数2S =。在没有发生反应时， 组分数2C =。现在是一个固相和一个气相两相共存，2P =。当2CO (g)的压力有定值时，根据相律， 条件自由度* 12121f C P =+-=+-=。这个自由度就是温度，即在一定的温度范围内，可维持两相平衡共存不变，所以3CaCO (s)不会分解。 （2）该系统有三个物种，2CO (g)，3CaCO (s)和CaO(s)，所以物种数3S =。有一个化学平衡， 1R =。没有浓度限制条件，因为产物不在同一个相，故2C =。现在有三相共存（两个固相和一个气 相），3P =。若保持2CO (g)的压力恒定，条件自由度* 12130f C P =+-=+-=。也就是说，在保持2CO (g)的压力恒定时，温度不能发生变化，即3CaCO (s)的分解温度有定值。 5．结霜后的早晨冷而干燥，在-5℃，当大气中的水蒸气分压降至 Pa 时，霜会升华变为水蒸气吗? 若要使霜不升华，空气中水蒸气的分压要有多大？已知水的三相点的温度和压力分别为 K 和611 Pa ，水的摩尔气化焓1vap m 45.05 kJ mol H -?=?，冰的摩尔融化焓1fus m 6.01 kJ mol H -?=?。设相变时的 摩尔焓变在这个温度区间内是常数。 解：冰的摩尔升华焓等于摩尔熔化焓与摩尔气化焓的加和，

二元液系的气液平衡相图

实验二十八二元液系的气液平衡相图 1、实验目的 ①实验测定乙醇-环己烷二元液系的沸点-组成图，并由图决定其最低恒沸温度及最低恒沸混合物的组成。 ②学会阿贝折射仪的使用及维护方法。 2、实验原理 纯液体物质，组成一定的A、B两液体的混合物，在恒定的压力下沸点为确定值，液体混合物的沸点随组成不同而改变，因同样温度下，各组分挥发能力不同，即具有不同的饱和蒸气压，故平衡共存的气、液两相的组成通常并不相同。因此在恒定压力下对不同组成的二组分液体进行蒸馏，测定两相平衡温度及馏出物(气相)和蒸馏液(液相)的组成，就可绘制出该系统的沸点与两相组成关系的T-x图，即沸点-组成图，通常称为蒸馏曲线。 二组分完全互溶液体系统蒸馏曲线可分为三类：(1)系统中两组分对拉乌尔定律的偏差都不大，在T-x图上溶液的沸点总是介于A、B两纯液体的沸点之间，如图6-1(a)所示。(2)两组分对拉乌尔定律都产生较大的负偏差，在p-x图上出现最小值时，在T-x图上将出现最高点，如图6-1(b)所示。(3)两组分对拉乌尔定律都产生较大的正偏差，在p-x图上出现最大值时，在T-x图上将出现最低点，如图6-1(c)所示。最高点和最低点分别称为最高恒沸点和最低恒沸点，对

应的组成称为恒沸组成，其相应的混合物称为恒沸混合物。恒沸混合物蒸馏所得到的气、液两相组成相同，故不能用一次精馏的办法同时分出两个纯组分。 本实验是在某恒定压力下则定乙醇—环己烷二组分系统的沸点与组成平衡数据，并绘制该液体混合物的蒸馏曲线，其类型如图6-1(a)所示，这种类型的液态混合物中总是易挥发组分在平衡气相里的组成大于它在液相里的组成。图6-1(a)中，与沸点t1对应的气相线上D 点的组成是w B(g)、液相线上C点的组成是w B(l)。t A＜t B，A较B易挥发，故w B(l)＞w B(g)，而w A(g)＞w A(l)。 测定混合物组成的方法分为物理法和化学法。物理法是通过测定与系统组成有一定关系的某—物理性质(如电导、折射率、旋光度、吸收光谱、体积、压力等)而求出系统组成的方法。本实验是采用测定折射率的方法，采用此法是因为液体乙醇与环己烷的折射率相差较大，而且它们的液体混合物的折射率与其组成有较好的线性关系。其步骤是预先测定一定温度下，一系列已知组成的二组分液体混合物的折射率，绘出折射率-组成图，亦称工作曲线，如图6-2所示。然后

简单二元系统相图的绘制 (1)

百度文库 - 让每个人平等地提升自我！ 1 实验一 简单二元系统相图的绘制 一、目的与要求： 1．用热分析法测绘P b -S n 二元金属相图。 2．了解热分析法的测量技术与热电偶测量温度的方法。 二、原理： 相图是多相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的情况（相对数目及性质等），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件下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质以及多相体系相平衡情况的变化，都要用到相图。 图1-1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 以下，体系有二个相（晶体A 和B ）存在，在ace 包围的面积中，一个固相（A ）和一个液相（A 在B 中的饱和熔化物）共存，在bef 所包围的面积中，也是一个固相（B ）和一个液相（B 和A 中的饱和熔化物）共存。图中C 是ace 与bef 两个相区的交点，有三相（晶相A 、晶相B 、饱和熔化物）共存。所以测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。常用的方法就是热分析实验法。 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，并每隔一定时间读体系温度一次，所以得历次温度值对时间作图，得一曲线，一般称为步冷曲线或冷却曲线。 在冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，因此步冷曲线的斜率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子，若图1-2是图1-1中组成为P 的体系步冷曲线，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，求出各转折点，即能画出二元体系的最简单相图（对复杂的相图，还必须配合其它方法，方能画出）。 从相图定义可知，用热分析法测绘相图的要点有： 1．被测体系必须时时处于或非常接近于相平衡状态。因此，体系冷却时，冷却速度必须足够慢，以保证上述条件近于实现。 2．测定时被测体系的组成必须与原来配制样品时的组成值一致，如果测定过程中样品处于不均匀或样品发生氧化变质。这一要求就不能实现。 3．测得的温度值必须能真正反映体系所测时间的温度值，因此，测温仪器的热容必须H P 5 G a b 冷却曲线 Bi(s L+Bi(s) L A B t T T B% a b c e f 1 2 3 4 图1-2 图1-1

第六章 二元相图和合金的凝固作业

第五章 二元相图和合金的凝固 Chapter 5 Binary Phase Diagrams and The Solidification of Alloys 作业1：An Al-5%Cu ingot is unidirectionally solidified under the conditions of no diffusion in the solid, complete diffusion in the liquid, and local equilibrium at the interface, so that the scheil equation applies. () 1 01--=K s fS KC C () 1 01--=K S L f C C (a) Calculate the composition of the liquid when the ingot is 50 percent solid. What is the average composition of the solid? (b) What is the interface temperature at this point? (c) How much eutectic and second phase θ will have formed when the ingot is completely solidified? (d) Plot the composition profile in the solidified ingot. Solution: (a) 1 00 1 0000011--? ? ? ??-=??? ??-==k k S L L Z C k L Z k C k C C Al-Cu 系： 17.033 65.50===L S C C k () %9.85.0%5133 65 .5=?=-L C 85.0000==k C C S %5.10==k C C L S () %2.12 1 00=+= S S S C C C (b) 7.6597.932%9.833 548 660660==?--=-=K mC T T L A L ℃ 65017 .05 .04.36600=?-=-=K C m T T A ℃ (c) 当%33=L C , %65.5=S C 时，发生共晶转变。 ()1 01%5%33--?=k f ()10 5 331-=-k f Al Cu% 660℃ 5.65 33 548℃ 5%