金属学实验七 二元三元合金显
材科基实验I 课件 3-纯金属及二元及三元合金的铸态组织
www.spaceflight.esa.int/impress/...wth.html Prepared by Prof. Guoquan LIU, USTB, China
Casting Parameters of Pure Al ingots
Al Ingot
No. 1 2 3 4 5
Prepared by Prof. Guoquan LIU, USTB, China
Alloy State Prepared UbySTPBro,fC. GhMEOiutnriccoiaghrqioeunsnaattnlruMLcIaUtug,rne.
80%Sn+20％Sb as-cast β + (βSn)+ βII nitric : HCl = 1:1
Alloy: State: Microstructure: Prepared byEPcrtoefn. tG: uoquan LIU, USOTrBig, iCnahlinMaagnification:
70％Pb＋ 30％Sn as-cast pro-eutectic + eutectic 4% nital solution 100
100
As-Cast Microstructures of Bi-Pb-Sn Ternary Alloys
Bismuth-Lead-Tin Alloys
（ ） 51%Bi + 32%Pb + 17%Sn （ ） 58%Bi + 16%Pb + 26%Sn （ ） 65%Bi + 10%Pb + 25%Sn
4# Steel Mould
Thickness:10mm No Preheating
二元合金相图实验报告
二元合金相图实验报告
二元合金相图实验报告
本次实验的目的是研究二元合金的相图，以及它们的组成和性质之间的关系。
实验中，我们使用了一种名为“二元合金相图”的实验方法。
该方法是通过改变合金中两种元素的比例，来研究合金的性质变化。
我们使用的合金是铝锰合金，它由铝和锰组成，比例分别为90％和10％。
实验过程中，我们首先将铝和锰的比例改变为80％和20％，然后将其熔炼，并将其冷却到室温，以观察其相变。
结果发现，当比例改变为80％和20％时，合金的结构发生了变化，表面出现了一层薄膜，表明合金中出现了新的相。
接下来，我们将铝和锰的比例改变为70％和30％，并重复上述实验步骤。
结果发现，当比例改变为70％和30％时，合金的结构发生了变化，表面出现了一层薄膜，表明合金中出现了新的相。
最后，我们将铝和锰的比例改变为60％和40％，并重复上述实验步骤。
结果发现，当比例改变为60％和40％时，合金的结构发生了变化，表面出现了一层薄膜，表明合金中出现了新的相。
经过上述实验，我们发现，随着铝和锰的比例的改变，合金的结构也会发生变化，出现新的相。
这表明，铝锰合金的组成和性质之间存在着密切的关系。
总之，本次实验成功地研究了二元合金的相图，以及它们的组成和性质之间的关系。
三元合金相图PPT课件
• 根据直线法则，合金的成分点R位
B
于两平衡相的成分点P、Q之间。
• 按杠杆定律对含量进行计算:
P1R1 = PR= 1
C%
R1Q1 RQ 3
B%
代入数据，得
60R1 = PR=1 R120 RQ 3
Q2 R2
Q
计算，得到：
P2
R P
直R1接=5计0算%A组元：60A%×75%. +20%×2P51%=R510%
•三元相图的类型多而复杂，目前比较完整的三元相
图只测出了十几种，更多的是关于三元相图中的各
种截面图和投影图。
.
3
恒压条件下，相律数学表达式为：F = C - P + 1。
• 纯金属成分固定不变，只有温度可以改变，所以纯金属自 由度数最多只有1个。
• 对于二元合金，其中一个组元含量确定，合金成分随即确 定（B%=100%-A%），所以合金成分变量只有一个，加 上温度变量，二元合金自由度数最多有2个。
第五章 三元合金相图
5.1 三元合金相图的表示方法 5.2 平衡相的定量法则 5.3 三元匀晶相图 5.4 固态互不溶解的三元共晶相图 5.5 三元相图总结
.
1
本章要求
• 1、熟悉成分三角形、直线法则和重心法则。 • 2、认识等温截面、变温截面和投影图。 • 3、了解三元匀晶相图和固态互不溶解的三
(2)当给定的合金在一定温度下处于两相平衡状 态时，若其中一相的成分给定，另一相的成分 点必在两已知成分点的延长线上。
(3)若平衡两相的成分点已知，合金成分点必然 位于此两成分点的连线上。
.
21
直线法则和杠杆法则的应用（一）
B
• 将两个已知成分的合金P、Q，
第七章 三元合金组织的观察
第七章三元合金组织的观察一、概述为了了解三元合金的组织，首先要掌握三元合金状态的分析。
然而三元合金状态图的建立是很复杂的，到目前为止完整的三元合金状态图尚不太多，生产上往往制作三元合金的截面图或投影图，以反映出三元合金的结晶过程以便于分析组织。
三元合金的截面图中有等温截面和垂直(又称变温截面)截面图。
等温截面图只能反映出某一温度下合金的组织，要了解合金的结晶过程，就必须做出一系列的等温截面图。
而垂直截面图，只能表示出合金的相变温度——浓度的区域；相变趋势等，以推测相的转变情况，而且杠杆定律在垂直截面图上不能应用，无法估算在结晶过程中各相的数量及成分。
为此，一般要了解三元合金结晶过程和组织，可利用等温截面图或投影图来加以分析。
本实验就是利用Pb—Sn—Bi 三元合金投影图，来分析三元合金的结晶过程及其组织转变规律。
可把三元合金立体图形投影到浓度三角形A B C上，如图所示。
可以看出，A E1 E E3 A为析出初晶相Bi的液相面的投影；B E1 E E2 B为析出初晶Pb的液相面的投影；C E2 E E3 C为析出初晶Sn的液相面的投影；E1 E为(Bi+Pb)二元共晶线的投影；E2 E为(Pb+Sn)二元共晶线的投影；E3 E为(Bi+Sn）二元共晶线的投影。
AEB区为(Bi+Pb)二元共晶面的投影；BEC区为(Sn+Pb)二元共晶面的投影而CEA区则为（Sn+Bi)二元共晶面的投影。
下面就利用投影图来分析图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四种成分合金的结晶过程。
二、典型合金的结晶过程1、合金Ⅰ的结晶过程Ⅰ点成分合金，位于A E1 E E3A区域内，因此，当液体合金冷却到液相面并稍微过冷，从液相中首先析出初晶Bi。
根据直线定律，与固态Bi相平衡的液相浓度点应在Ab的连线上，其浓度沿Ib方向变化。
当液相成分达到(Bi+Sn)二元共晶线上的b点时，初次晶结晶结束。
在续继冷却过程中，从液相中析出(Bi+Sn)二元共晶组织，此时液相浓度沿二元共晶线E3bE方向变化。
【VIP专享】二元三元合金组织_666201828
实验二 二元和三元合金组织分析一、实验目的1. 学会运用二元和三元相图分析平衡态组织，熟悉典型组织及其特征。
2. 了解三元合金的显微组织与相应的三元相图的关系。
3. 学会运用三元相图的液相面等温线投影图分析合金的结晶过程及结晶后的组织特征。
二、实验内容观察Pb-Sn 二元合金在不同成分下的组织特征，观察Pb-Sn-Bi 三元合金在不同成分下的组织特征。
1. Pb—62%Sn 合金2. Pb—40%Sn 合金3. Pb—80%Sn 合金4. Al—10~13%Si 合金5. 10%Pb—20%Sn—70%Bi 合金6. 16%Pb—26%Sn—58%Bi 合金7. 20%Pb—10%Sn—70%Bi 合金三、思考题1. 亚共晶、共晶、过共晶合金的平衡组织是什么？初生相有不同？2. 二元和三元固溶体析出转变与共晶转变的自由度数有无差别，原因何在？3. 如何表示三元合金的成分？4. 在三元相图中，变温截面图、等温截面图及液相面投影图起什么作用？5. 三元共晶组织有什么特点？四、实验报告要求：1．画出所观察样品的典型组织，注明组织，并说明组织特征。
2．结合二元相图和三元投影图，分析组织形成条件，并说明观察的三元合金的结晶过程。
五、参考内容（一） Pb-Sn 二元合金1．共晶合金（Pb-62%Sn ）合金由图1可知含Sn 62% 的合金为共晶合金。
该成分合金从液态缓慢冷到183℃时，液相（L E ）中Pb 和Sn 饱和，在液相中同时结晶出α (Pb)和β (Sn)两种共溶体，即发生共晶转变：N M E L βα+→，这一过程在恒温下进行直至凝固完毕，该合金平衡凝固过程示意见图2。
此时共晶体由αM 和 βN 两种固溶体组成。
其组织为两相以层片状交替分布。
Pb-62%Sn 合金中黑色为α相，白色为β相。
显微组织如图3所 示。
图1 Pb-Sn 相图图2 Pb-Sn 共晶合金平衡凝固过程示意图图3 Pb-Sn 共晶合金的显微组织2. 亚共晶合金（Pb—40%Sn ）合金由图1相图中可知，成分位于共晶点E 以左，M 点以右的合金叫做亚共晶合金，当温度下降时，α 固溶体从液相中不断析出，此时液相L 的成分沿液相线AE 变化，α 固溶体的成分沿固相线AM 变化。
典型二元及三元合金显微组织分析
先析出相β以树枝晶的形式析出 共晶组织有黑色的点状、颗粒状的α相密集地分布在β相基体上
二元合金
80%Sn+20%Sb α相呈现黑色，β相为白色
三元合金
58%Bi+16%Pb+26%Sn 二元共晶+三元共晶
三元合金
65%Bi+10%Pb+25%Sn
Bi+二元共晶+三元共晶
三元合金
三元共晶
典型二元及三元合金显微典型二元及三元合金显微组织分析组织分析金属材料实验室金属材料实验室一实验目的一实验目的学会运用二元合金相图和三元合金相图分学会运用二元合金相图和三元合金相图分析合金的结晶过程析合金的结晶过程初步掌握二元共晶相图中的典型组织及特初步掌握二元共晶相图中的典型组织及特征并了解非平衡状态下的组织及特征征并了解非平衡状态下的组织及特征掌握掌握pbpbsnsnbibi三元合金系的几种典型组织三元合金系的几种典型组织熟悉初生相两相共晶及三相共晶的组织熟悉初生相两相共晶及三相共晶的组织特征特征二元合金亚共晶组织二元合金亚共晶组织30sn的pbsn合金的亚共晶组织先析出相以树枝晶的形式析出共晶组织有黑色的点状颗粒状的相密集地分布在相基体上二元合金共晶组织二元合金共晶组织619sn的pbsn合金的共晶组织共晶组织有黑色的点状颗粒状的相密集地分布在相基体上二元合金过共晶组织二元合金过共晶组织先析出相以树枝晶的形式析出共晶组织有黑色的点状颗粒状的相密集地分布在相基体上80sn的pbsn合金的共晶组织二元合金二元合金80sn20sb相呈现黑色相为白色三元合金三元合金58bi16pb26sn二元共晶三元共晶三元合金三元合金65bi10pb25snbi二元共晶三元共晶三元合金三元合金三元共晶典型二元及三元合金源自微 组织分析金属材料实验室
材料科学基础-实验指导-实验05 二元合金显微组织分析
实验五二元合金显微组织分析一、实验目的1. 熟悉几种典型的二元合金平衡和非平衡显微组织及几种典型成分的铁碳合金的平衡组织。
2. 学会根据已知相图及显微组织观察分析各种组织的形成过程。
3. 建立二元合金中成分、组织和性能之间变化的规律。
二、实验内容说明由于纯金属性能的局限，特别是在强度方面远不能满足工业的要求，故生产中使用的金属材料几乎都是合金。
实用合金有二元合金，也有多元合金。
而不少多元合金可粗略地作为二元合金来分析。
所以就金属材料的研究而言，二元合金是最基本的合金体系。
二元合金的主要分析方法，一是借助于合金相图以分析相的组成；二是借助于显微观察以分析显微组织的形状。
二元相图的种类很多，不同种类的二元合金经不同处理后的显微组织观察也有很丰富的内容。
本实验选配了几种典型成分的合金，经不同处理，供大家观察其组织，从而进一步熟悉不同的二元相图及二元系合金中成分、组织及性能之间的关系，同时了解平衡组织与实际铸造生产时所得到的非平衡组织之间的差异和联系。
铁碳相图是比较复杂的二元相图，它是由四种基本形式的相图——匀晶相图、包晶相图、共晶相图和共析相图所构成。
铁碳合金在工业生产中有着广泛的应用，铁碳合金的研究对生产实验有着重要的指导意义。
本实验准备了各种典型成分的碳钢退火态试样和铸态白口铸铁试样，供大家观察其平衡组织（铁碳合金不平衡组织的观察作为另一项实验的内容），以进一步了解钢（铁）的碳分、组织和性能三者之间的关系。
本实验所用试样如下：1. 铁碳合金试样：(1) 纯铁退火态4%硝酸酒精腐蚀；(2) 20钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(3) 45钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(4) 60钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(5) T8钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(6) T12钢退火态4%硝酸酒精腐蚀；(7) T12钢退火态苦味酸钠腐蚀；(8) T12钢球化退火4%硝酸酒精腐蚀；(9) 亚共晶白口铁铸态4%硝酸酒精腐蚀；(10) 共晶白口铁铸态4%硝酸酒精腐蚀；(11) 过共晶白口铁铸态4%硝酸酒精腐蚀；2. 其它二元合金试样：(1) 纯铜退火态；(2) 含氧工业纯铜铸态；(3) 30Ni-70Cu 铸态；(4) 30Ni-70Cu铸造后900℃退火；(5) 纯Ni 退火态；(6) 12Sb-88Sn 铸态；(7) 20Sb-80Sn 铸态；(8) 8Sb-92Sn 铸态；(9) 13Sb-87Pb 铸态慢冷；(10) 13Sb-87Pb 铸态快冷；(11) 30Sb-70Pb 铸态快冷；Cu-Ni，Sn-Sb，Pb-Sb相图见附图。
二元合金三元合金室友报告
二元合金三元合金室友报告合金是由两种或两种以上的金属与金属或非金属经一定方法所合成的具有金属特性的物质。
一般通过熔合成均匀液体和凝固而得。
根据组成元素的数目，可分为二元合金、三元合金和多元合金。
人类生产合金是从制作青铜器开始，世界上最早生产合金的是古巴比伦人，6000年前古巴比伦人已开始提炼青铜(红铜与锡的合金)。
[4]中国也是世界上最早研究和生产合金的国家之一，在商朝（距今3000多年前）青铜（铜锡合金）工艺就已非常发达，公元前6世纪左右（春秋晚期）已锻打（还进行过热处理）出锋利的剑。
合金是宏观均匀，含有金属元素的多元化学物质，一般具有金属特性。
任何元素均可采用作合金元素，但大量加入的仍是金属。
组成合金的最基本的、独立的物质称组元，或简称为元。
由两个组元组成的合金称为二元合金，由三个组元组成的合金称为三元合金，由三个以上组元组成的合金称为多元合金。
固态下，合金可能呈单相亦可能呈复相的混合物，可能呈晶态、亦可能呈现准晶状态或非晶状态。
晶态合金中依其组成元素的原子半径、负电性以及电子浓度等等差异情况不同，可能出现的相有保持与基底纯元素相同结构的固溶体(solid solution)以及不和任何组成元素结构相同的中间相(inter-mediate phases)，中间相包括正常价化合物、电子化合物、laves相、σ相、间隙相和复杂结构的间隙式化合物等等。
合金在平衡状态下可能出现的相可以从相平衡图得知。
正确的说是几种主体元素组成合金的就叫几元合金，不一定要都是金属硅铝合金属于含非金属的二元合金，再比如钢,就是碳和铁形成的二元合金，至于一些杂质,那并非主体元素,所以不用考虑。
不过工业上一般说的X元合金,通常指那些合金含量比较对等的情况下.像钢这样碳含量远少于铁成分的一般不这样叫。
材料科学基础三元合金相图
的
3.如何控制使性能最佳
凝 固
凝固前的液体/晶胚
类别
基本规律
形核 热力学条件（临界半径/形核功）
影响因素及控制
长大 本质原子跨过界面；方式？界
面/扩散控制？
.
3
匀晶相图 二 元 共晶相图 相 图 包晶相图
平衡凝固
非平衡 凝固
晶内偏析、枝 晶偏析、成分 过冷、伪共晶、 离异共晶、包 晶偏析
相图与性能：力学性能、加工性能、 铸造性能、热处理可能性
LA+C
三 相 平 衡 共 晶 线
——
LA+B
E1
E2 L B + C
E
TA
A3 A2 A1
E3
A
.
E1
TC
E C3 C2 C1
C
TB B3 B2 E2 B1
B
71
点
四 相 平 衡 共 晶
——
TA
A3 A2 A1
E3
A
E1
TC
E C3 C2 C1
C
.
TB B3 B2 E2 B1
B
72
2.等温截面
假设：合金O在
B
一定温度下处于
α,β两相平衡，成
分点分别为α及b,
B%
O, α,β中A组元含
量分别为Cf, Ce, Cg，B组元含量 分别为Af’, Ae’, Ag’, e’ 合金O重量分数
f’
g’
O
为1。
A
ef
C% g ← A% C
.
22
CeWα+Cg (1-Wα)=(Wα+Wβ)Cf Ae’Wα+Ag’ (1-Wα)= (Wα+Wβ)Af’
实验6.三元合金制备及显微组织观察与分析
实验6 三元合金制备及显微组织观察与分析一、实验方法1．相图分析本实验采用Pb-Bi-Sn及Al-Cu-Mg两三元系进行合金相及组织分析，为使实验达到预期目的，同学们于实验前应充分理解Pb-Bi-Sn及Al-Cu-Mg两个三元系投影图8-1、8-7)必须弄清以下问题：图8-1 Pb-Bi-Sn三元系各相区界面在浓度三角形中的投影图(1) 相图中各条线的意义。
(2) 三条单变量线各表示何种类型三相平衡反应。
(3) 三条单变量线交点代表那种四相平衡反应。
(4) 处于相图中不同位置的合金，应具有何组织。
2．组织和相分析根据图8-1、上所示合金成分点分析初晶、二元共晶、三元共晶形貌特征。
如图8-2至8-3所示，初晶较粗具有一定形状，二元共晶为两相混合，应有两种颜色的相，三元共晶为三相混合，应有三种不同颜色的相。
且三元共晶经二元共晶更为细小。
Sn-Pb-Bi 系合金组织图铝合金常用几种浸蚀剂由于各相物理化学性质不同，浸蚀后，在显微镜下将呈现不同颜色。
如Pb-Bi-Sn 系经5%硝酸酒精溶液浸蚀后Pb 呈灰色，Sn 呈黑色，Bi 呈白色，见图6-6显微组织图。
由于各相硬度不同，在制样抛光时硬度大的相，在明场下会成为亮的浮雕(一图8-2组织分析：含10%Sn 、60%Bi 、30%Pb合金（相图中2 #合金）组织白色块状Bi 初晶，Pb Bi 二元共晶Sn 、Bi 、Pb 三元共晶 浸蚀剂：5%硝酸洒精溶液 放大倍数：200x 图8-3组织分析：含10%Sn 、70%Bi 、20%Pb 合金（相图中2 #合金）组织白色鬹块状Bi 初晶，黑、白灰为Pb Bi Sn 组成的三元共晶 浸蚀剂：5%硝酸洒精溶液 放大倍数：200x般化合物均属硬相)，如Fe-C系中Fe3C。
3．分析举例Al-Cu-Mg系中合金x，其成分为32%Cu、4%Mg、余Al。
现分析如下：(1) 由合金成分在相图上标示其成分点。
(2) 从图10-7看出合金处于αAl-CuAl2(θ)-S三角形中，结晶完成后为(α+S+θ)三相。
三元合金显微组织分析
80
Bi
Ⅴ #SnEe3Sn区—Sn+（ Sn +Bi）+（ β +Sn+Bi）
Sn
20
80
e1
（Sn）
40
Ⅴ 60
60
80
（α）
P E
e43 0
（ β ） Ⅰ （Bi） 20
Pb
Ⅱ ⅢⅣ
20 x p1 40 e2 60 80
Bi
Ⅴ #B—SnEe3Sn区——Sn+（ Sn +Bi）+（ β +Sn+Bi）
从图中可知：
Pb-Sn-Bi三元相图
四相平衡共晶反应平面为： SnBiXSn三角形平面
四相平衡包共晶反应平面为： SnPXPbSn四边形平面
X—表示β相成分成分不详 E—温度96℃，成分为：
32%Pb，17%Sn，51%Bi
Sn
20
80
初生晶体液面投影范围：
e1
（Sn）
α— e1 Pb P1 P e1
E点的温度为96℃，成分为： 32%Pb，17%Sn，51%Bi
Sn
20
e1 40
（Sn）
80 Ⅴ 60
60 80
（α）
P （β）
e3 40 E
20
Ⅰ （Bi）
Pb
Ⅱ
ⅢⅣ
20 x p1 40 e2 60
80
Bi
三相和四相平衡反应平面
三相平衡共晶反应 ： SnPbP SnXE EXBi
三相平衡包晶反应： PbP1PPb
60
80
P （α）
e3 40
E
（ β ） Ⅰ （Bi） 20
Pb
材料科学基课件 之 合金的结构 二元系相图 三元系相图
性质，又称为金属间化合物。
中间相的分类
正常价化合物(Valence Compoud)：电负性控制，符 合原子价规律 电子化合物(Electron Compound)：电子浓度控制，电 子浓度与晶体结构有关 尺寸因素化合物(Size-Factor Compound)：间隙相， 间隙化合物，△r>41%结构简单， △r<41%，复杂结 构。 拓扑密堆相：全部或主要是四面体间隙的复杂结构。
3.1
合金相结构
为何工业上很少使用纯金属，而多使用合金？ 纯金属性能有限。 合金：两种或两种以上的金属，或金属与非金属， 经熔炼或烧结，或用其他方法组合而成的具有金 属特性的物质。
组元：组成合金最基本的、独立的物质。(如二元、 三元、多元合金)可以是纯元素，也可以是化合物。
合金相结构
相(phase) ：合金中具有同一聚集状态、成分 和性能均一，并以界面分开的组成部分。 合金相由固溶体和中间相两大类相组成。
正常价化合物
纤维锌矿(ZnS), 密排六方: AlN, γ-MnS, GaAs, GaSb, InSb, AlP。 NiAs: As组成密排六方，Ni在其间隙中。
2. 电子化合物
Hume(休姆)：电子浓度和晶体结构有明确对应 关系。 电子浓度通常为21/14，21/13，21/12。
几种电子化合物的电子浓度与晶体结构 电子浓度＝21/14＝3/2 β体心立方 复杂立方 β-Mn结构 密排六方δ Cu5Ge, AgZn, Ag3Al, Cu5Sn 21/13 γ黄铜结 构 Cu5Zn8, Cu31Si8, Ni5Be21, Fe5Zn21 21/12 密排六 方结构 CuZn3 , Cu3Sn, Cu3Si, Ag3Sn, Au5Al3
金属学实验七 二元三元合金显
一.实验目的：
通过铅锡及铅锡铋合金显微组 织观察，熟悉铸态合金组织的形 态特征，巩固合金组织与状态图 的关系。
二.实验原理：
（一） Pb-Sn二元合金
在这种合金体系中，二组元在液态下无限互溶， 而在固态下有限互溶，是一个具有共晶转变的相图。 下面以Pb-Sn系合金相图为例分析其共晶、亚共晶、 过共晶等不同成分合金的结晶过程及结晶后所形成 组织的特征。 Pb-Sn二元合金相图如下:
Pb 二元共晶点： e1、e2、e3 三元共晶点： e
e1
e3
4e
312Bie2Sn Sn％Pb-Sn-Bi等温线投影图
5%Pb-66%Bi-29%Sn合金 白色Bi方块+（Bi+Sn)共晶+（Bi+Sn+Pb)共晶
16%Pb-58%Bi-26%Sn合金 较亮的（Bi+Sn)共晶+（Bi+Sn+Pb)共晶
Pb-Sn二元合金相图
1. 含Sn量小于19%的合金 含Sn量为10%的合金缓慢冷却至液相线时，从液体中结
晶出α固溶体。随着温度的降低，α固溶体的量不断增加， 而液相的数量则不断减少，两相的成分将分别沿tAM和tAE变 化。当合金冷却到固相线时，全部结晶成α固溶体。
继续冷却，合金的温度处于固相线与溶解度曲线范围内， α不发生改变，只有温度下降到固相线（3点）以下时，才 会发生剩余Sn以β固溶体的形式从α固溶体中析出的过程。 这时α相和β相的成分将随温度的降低分别沿MF和NG固溶线 变化。这种从α固溶体中析出的β相叫做次生的β固溶体， 并以βⅡ表示。10%Sn-Pb合金的显微组织为：黑色是基体为 α、白色的颗粒为βⅡ。
材料： 25%Pb-60%Bi-15%Sn合金 状态：铸态
金相试验实验报告
实验报告班级姓名学号中北大学材料科学及工程学院实验中心一实验名称:实验一、金相显微镜的使用及金相样品制备二实验目的(扼要说明研究对象,实验意义及作用等)1.了解光学显微镜的原理及构造；2.掌握显微镜的使用方法；3.学习金相试样的制备过程；4.了解金相显微组织的显示方法。
三实验原理(简要说明实验所依据的理论.包括重要定律,公式及据此推算的重要结果):光学显微镜的基本原理:光学显微镜是由两个透镜组成，对着金相试样的透镜称为物镜，对着眼睛的透镜称为物镜。
借助于物镜与目镜的两次放大，就能是物体放大到很高倍数。
其光学原理如图所示。
1)显微镜的放大倍数由下式来确定：M=M物·M目=L/f物·D/f目式中：M—显微镜的放大倍数；M物——物镜的放大倍数；M目——目镜的放大倍数；f物——物镜焦距；f目——目镜焦距；L—显微镜的镜筒长度（即目镜与物镜的距离）;D—明视距离（250mm）。
2)显微镜的鉴别率:光学显微镜的鉴别率是指它能清晰的分辩物体上两点间最小距离d的能力。
d值越小，鉴别率就越高。
鉴别率是显微镜的一个重要的性能，它可由下式求得：d=λ/(2N·A)式中 d—物镜能分辩出的物体相邻两点间的最小距离(即鉴别率)；λ—入射光线的波长；N⋅A—物镜的数值孔径，表示物镜的聚光能力。
数值孔径越大时,d值也就越小。
数值孔径表示物镜的聚光能力，数值孔径大的物镜的聚光能力强，能吸收更多的光线，使物像更加明显。
数值孔径可用下式求得：N⋅A=n⋅Sinφ⑶式中：n—物镜与物体间介质的折射率；φ—物镜孔径角的一半。
进入物镜的光线所张开的角度称为物镜的孔径角，其半角为φ，如图1-2所示。
图1-2 孔径角当n与φ值越大时，则数值孔径值就越大，物镜的鉴别能力也就越高。
3)透镜成像的质量单片透镜在成像过程中，由于几何光学条件的限制，以及其它因素的影响，常使映像变的模糊不清或发生变形迹象，这种缺陷称为相差。
三元合金组织观察及分析
实验四三元合金组织观察及分析一、实验目的1.学会识别典型三元合金的显微组织；2.学会应用投影图分析各种三元合金平衡组织的形成过程。
二、原理概述工业上所使用的金属材料大多是二个组元以上的合金，对于一些合金，即使从它起主要作用的组元来看，是二元系（如碳钢和铸铁），但当研究合金中某些杂质影响时，特别是发生偏析而在局部地方富集了第三组元时，这些地方就不能再简单地看作二元系了。
实践告诉我们，由于组元间的相互作用，不能简单地由二元合金的性能来推断三元合金的性能，因为组元间的作用往往不是加和性的。
因此，研究三元合金的成分、组织和性能间的关系是很有必要的，这首先就要了解三元相图。
三元相图的种类很多。
三元合金的显微组织也很复杂，需反复进行观察分析，才能逐步熟悉各种显微组织的特征。
本实验选配了几种典型成分的Pb-Bi-Sn三元系合金，通过对其平衡显微组织的观察，学会利用三元合金投影图来分析合金的结晶过程及组织转变规律。
Pb-Sn-Bi三元合金投影图（见图1）。
下面就利用投影图对典型合金的结晶过程及其室温组织特征简要说明：图1 Pb-Sn-Bi三元合金投影图1.合金Ⅰ合金Ⅰ位于AE、EE3A区域内，因此合金冷至液相面并稍过冷从液相中首先析出初晶Bi。
据直线定律，与固态Bi相平衡的液相浓度点应在Ab的连线上，其浓度沿Ib方向变化，当液相成分达到（Bi+Sn）二元共晶线（E3，E）上的b点时，初次晶结晶结束。
在继续冷却过程中，从液相中析出（Bi+Sn）二元共晶组织，此时液相浓度沿二元共晶线EE3，bE方向变化。
当液相浓度达到E时，发生三元共晶转变，即从液相中析出（Bi+Pb+Sn）三元共晶组织，直到液体全部结晶完了为止，所以该合金室温组织应为：初晶Bi+二元共晶（Bi+Sn）+三元共晶（Bi+Pb+Sn）。
显微镜下其组织特征是：初次晶Bi为发亮的块状，初次晶周围为（Bi+Sn）二元共晶，显微镜下呈黑白相间形态，二元共晶之间颜色更暗的三元共晶组织，因为它是最后结晶的，由于过冷度大，形核率高因而较二元组织更细，在同样的放大倍率下观察，它更不易分辨，颜色更暗。
实验四 课堂 范丽珍 二元三元
体及极少量成 分为C1的相
体及外层成分为 C3向内成分过渡 到中心成分为C3 的相
匀晶反应
由液相结晶出单相固溶体的过程。 L a
1
2 3
25%Ni+75%Cu，铸造
铸造：将金属熔炼成符合一定要求的液 体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处 理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸 件（零件或毛坯）的工艺过程。
促进非均匀形核的方法 ①低的浇注温度 有利于保存游离晶体，防止它们重新熔化。 ②对液体金属施加搅拌和振动，可帮助枝晶的熔断、破碎，增 加游离细晶的数目。 ③加入形核剂。
晶核的长大
控制其生长过程的因素是：材料本身性质（金属/非金属特征） 和凝固条件（冷速和温度梯度）。 金属常长成枝晶状，非金属长成光滑多边形状。
70%Pb + 30%Sn亚共晶
白颗粒？
枝晶？
离异共晶 生成的β 相与原来的β相结合在一起。
a初＋（a＋β）＋βII
包晶反应
一个液相与一个固相在恒温下生成另一个 固相的转变。 L+a
TD
β
包晶合金的凝固
C1
C0
按包晶反应两相比 包晶反应两相的比 例反应生成相外, 例 Ab/AL=(C0CP) /(CbC0) 还有液相剩余。
有利于柱状晶区发展的因素有： 快的冷却速度 高的浇注温度 方向性的散热 有利于等轴晶区的因素有： 慢的冷却速度 低的浇注温度 均匀散热 变质处理（加入形核剂） 应用物理方法（机械振动、超声波、磁搅拌）
1. 纯铝铸锭粗型组织观察 外界条件的影响----铸模材料（金属模/砂模）、模壁厚度、浇铸温度。
y成分合金从液态冷却 ①在稍低于125℃开始凝固：
L→Cd； ②在104℃直接到达四相区， 发生L→Bi+Cd+Sn反应。三
三元合金相图ppt
选取具有代表性的三元合金试样，进行化学成分分析。
根据实验数据，确定三元合金中各相的化学成分、晶体结构、物理性质等。
数据处理与分析
比较不同三元合金之间的性能差异，为实际应用提供参考。
分析各成分的含量对三元合金相变温度、力学性能、物理性能等的影响。
为研究其他多元合金相图提供了方法和思路，推动了材料科学的发展。
丰富了材料科学研究领域的基础理论，为后续研究提供了参考。
研究不足与展望
由于实验条件和时间的限制，本研究仅针对部分三元合金进行了研究，未来可以进一步拓展三元合金相图的研究范围。
在研究过程中，虽然采用了先进的检测和分析手段，但仍有可能存在误差和不足之处，敬请批评指正。
例如，三元合金相图的测定和计算模型不够精确，缺乏足够的实验数据支持等等。
01
02
03
发展趋势与展望
发展三元合金相图的实验和计算技术，提高相图的精确性和可靠性。
利用三元合金相图优化设计和制备高性能材料，发展新型功能材料和能源材料。
针对三元合金相图的复杂性，开展多尺度模拟和智能化预测研究。
加强国内外学术交流和合作，推动三元合金相图研究领域的快速发展。
三元合金相图可以提供合金在不同环境条件下的稳定性信息，有助于我们评估材料的可靠性。
评估材料的力学性能
材料的可靠性评估
金属材料的性能预测与评估
05
三元合金相图的发展趋势
研究现状及问题
三元合金相图在材料科学、能源、电子等领域具有广泛应用前景。
目前，国内外研究者已经开展了很多关于三元合金相图的研究，但仍然存在很多问题需要解决。
06
结论
Байду номын сангаас
二元三元合金显微组织观察
10%Sn-90%Pb% 合金 α+ βⅡ 500×
5%Pb-Sn合金
离异共晶 500×
38.1%Pb-61.9%Sn合金
层状共晶 500×
50%Pb-50%Sn合金
黑色α枝晶 +（α+β）共晶+βⅡ 500×
50%Pb-50%Sn合金
黑色α枝晶 +（α+β）共晶+βⅡ 100×
30%Pb-70%Sn合金
Ⅱ Ⅱ
侵蚀剂 3％硝酸酒精溶液 3％硝酸酒精溶液 3％硝酸酒精溶液 3％硝酸酒精溶液 胞状（离异）共晶
5
6 7 8 9
30%Pb+70%Sn
5%Pb+66%Bi+29%Sn 16%Pb+58%Bi+26%Sn 25%Pb+60%Bi+15%Sn 32%Pb+51%Bi+17%Sn
白色β 卵状组织＋（α ＋β ）共晶 ＋α Ⅱ
32%Pb-51%Bi-17%Sn合金 三元共晶（Bi+Sn+Pb)共晶 500 ×
含Sn量小于19%的合金
由相图可见，含Sn量为10%的合金Ⅰ缓慢冷却至 液相线(点1）时，从液体中结晶出α固溶体。当合金 冷却到固相线（点2）时，全部结晶成α固溶体。当 温度继续下降到固相线（点3）以下时，剩余Sn以β 固溶体的形式从α固溶体中析出。这种从α固溶体中 析出的β相叫做次生的β固溶体，并以βⅡ表示。 10%Sn-Pb合金的显微组织为：黑色是基体为α相、白 色的颗粒为βⅡ。
共晶合金
含61．9％Sn的Pb—Sn合金Ⅱ，它从液态缓慢冷却 时，在共晶温度发生共晶转变，直到液相完全消失为 止。所得到的共晶组织：由α和β两种固溶体组成， 它们的相对量可用杠杆定律计算：
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二元及三元合金显微组织观察
一.实验目的：
通过铅锡及铅锡铋合金显微组 织观察，熟悉铸态合金组织的形 态特征，巩固合金组织与状态图 的关系。
二.实验原理：
（一） Pb-Sn二元合金
在这种合金体系中，二组元在液态下无限互溶， 而在固态下有限互溶，是一个具有共晶转变的相图。 下面以Pb-Sn系合金相图为例分析其共晶、亚共晶、 过共晶等不同成分合金的结晶过程及结晶后所形成 组织的特征。 Pb-Sn二元合金相图如下:
初生相Bi
Pb+Sn+Bi
材料： 25%Pb-60%Bi-15%Sn合金 状态：铸态 组织：初生相Bi+三元共晶体（Pb+Sn+Bi)
腐蚀剂：3%硝酸酒精溶液
放大倍数：100X
Pb
二元共晶点： e1、e2、e3 三元共晶点： e
e1
4 3 1 2
e3 e
Sn
Bi
e2
Pb-Sn-Biห้องสมุดไป่ตู้温线投影图
Sn％
5%Pb-66%Bi-29%Sn合金 白色Bi方块+（Bi+Sn)共晶+（Bi+Sn+Pb)共晶
16%Pb-58%Bi-26%Sn合金 较亮的（Bi+Sn)共晶+（Bi+Sn+Pb)共晶
Pb-Sn二元合金相图
1.
含Sn量小于19%的合金 含Sn量为10%的合金缓慢冷却至液相线时，从液体中结 晶出α 固溶体。随着温度的降低，α 固溶体的量不断增加， 而液相的数量则不断减少，两相的成分将分别沿tAM和tAE变 化。当合金冷却到固相线时，全部结晶成α 固溶体。 继续冷却，合金的温度处于固相线与溶解度曲线范围内， α 不发生改变，只有温度下降到固相线（3点）以下时，才 会发生剩余Sn以β 固溶体的形式从α 固溶体中析出的过程。 这时α 相和β 相的成分将随温度的降低分别沿MF和NG固溶线 变化。这种从α 固溶体中析出的β 相叫做次生的β 固溶体， 并以β Ⅱ 表示。10%Sn-Pb合金的显微组织为：黑色是基体为 α 、白色的颗粒为β Ⅱ。
25%Pb-60%Bi-15%Sn合金 Bi初晶+（Bi+Sn+Pb)共晶
32%Pb-51%Bi-17%Sn合金 三元共晶（Bi+Sn+Pb)共晶
实验报告要求
1.写出实验目的。 2.画出所观察的二元及三元合金的金相组织示 意图，并标明材料、状态、组织、侵蚀剂、 放大倍数。 3.在合金相图上标出合金所在的位置（二元合 金、三元合金各一个），分析其结晶过程。 对于Pb—Sn—Bi三元合金，请分析三元合金 初生相，两相共晶组织和三相共晶组织的特 征。
10%Sn-90%Pb% 合金 α+ βⅡ
50%Pb-50%Sn合金 黑色α枝晶 +（α+β）共晶+βⅡ
38.1%Pb-61.9%Sn合金
层状共晶
30%Pb-70%Sn合金
白色β枝晶 +（α+β）共晶+αⅡ
5%Pb-Sn合金
包状共晶
（二）三元合金
三元相图是研究三元合金成分、组织和性能之间 关系的理论依据。利用三元相图的投影图可分析合金 的凝固过程，以及凝固终了的显微组织。下面Pb-SnBi三元相图为例，分析不同成分合金的凝固过程及显 微组织特征。