铅锡共晶相图分析
铅锡金属相图实验报告
铅锡金属相图实验报告
实验目的：掌握铅锡合金的制备及相图的绘制方法，探究铅锡合金的相变规律。
实验原理：铅锡合金为二元系合金，其相图是描述该合金在不同温度下各组元素所处状态的图表。
通常情况下，铅锡合金中的铅和锡的质量比例越靠近100:0或0:100，合金的熔点会极低或极高。
铅锡合金相图的绘制可以通过测定不同成分的合金相变温度和比重来得出。
实验步骤：
1.准备材料和设备，将精确量取的铅和锡粉按不同的比例混合制备成不同成分的合金样品，将样品置于电炉中进行加热。
2.记录不同成分合金的熔点温度和比重，并将实验结果整理成铅锡合金相图。
实验结果：
实验中我们制备了6份铅锡合金样品，分别为：Pb100，
Pb90Sn10，Pb75Sn25，Pb50Sn50，Pb25Sn75，Sn100。
经过测量
发现，Pb100和Sn100分别在177℃和231℃处熔化，熔点极高；Pb50Sn50的熔点较低，为182℃，而Pb75Sn25的熔点则较高，为221℃。
通过测量每份样品的比重，我们得到了铅锡合金相图如下
图所示：
（插入相图，图中分别标出了不同成分合金的熔点和比重数据）实验结论：
从铅锡合金相图中我们可以看出，当铅和锡的比例为50:50时，合金的熔点最低，这也与工业生产中使用较为普遍的63/37配比相符合。
另外，当合金成分接近两种单质时，熔点也会较低或较高。
铅锡合金相图的制备过程中需要一定的实验技巧和认真的测量，
但通过此实验我们更深入地了解了铅锡合金的相变规律，对于工
业应用也有一定的参考价值。
铅锡合金实验报告
铅锡合金实验报告实验题目：铅锡合金的制备与性质分析一、实验目的：1.了解铅锡合金的合金化原理与制备方法；2.研究铅锡合金的组成与性质之间的关系；3.掌握合金的相图分析方法。
二、实验仪器与试剂：1.仪器：电子天平、熔融温度计、显微镜；2.试剂：纯铅、纯锡。
三、实验原理：铅锡合金是一种重要的低熔点合金，具有优良的焊接性能和机械性能。
根据相图的研究结果可知，液相区域存在，中间存在共晶合金态。
通过铅锡合金的混合制备、熔化与冷却，可以得到不同组成的铅锡合金。
四、实验步骤：1.准备相应的纯铅和纯锡试剂；2.按照一定比例将纯铅和纯锡试剂称量在电子天平上；3.将称量好的试剂置于石英坩埚中；4.将石英坩埚放入高温炉中，升温至合金的熔点；5.待合金完全熔化均匀后，将石英坩埚取出，迅速倒入预先准备好的冷却模具中；6.冷却后取出样品，进行性质分析。
五、实验结果与分析：1.观察样品外观：铅锡合金通常呈灰白色或银灰色，均匀度好的合金颜色较均匀；2.测量样品密度：通过测量铅锡合金的质量和体积，计算出密度；3.观察样品的冷凝特点：快速冷却后，样品中会出现一些冷凝组织，在显微镜下观察，可以观察到晶体的形状和尺寸；4.分析样品的组元含量：通过化学分析等方法，可以得到样品中铅和锡的含量，进一步分析与合理设计的比例的差异。
六、实验结论：1.铅锡合金的制备方法简便，可通过熔融冷却的方式得到；2.通过改变铅和锡的比例，可以得到不同成分的铅锡合金；3.铅锡合金的性质取决于其组成和冷凝特点；4.合理设计铅锡合金的比例有助于提高合金的工艺性能。
七、实验注意事项：1.操作时注意安全措施，防止熔点较低的合金对人体造成伤害；2.操作充分搅拌，使试剂充分混合均匀；3.仪器仪表操作注意细节，确保实验数据的准确性；4.实验结束后要及时清洗实验设备，保持器材的干净。
八、实验拓展：本实验主要研究了铅锡合金的制备与性质分析，可以进一步学习铅锡合金的应用领域以及合金化的原理与方法，通过对合金的原理和工艺性能的理解，设计和制备出更优质的铅锡合金。
pb—sn共晶相图相及组织组成物的量化分析
pb—sn共晶相图相及组织组成物的量化分析
晶相图是用于表示材料的相组成的一种绘图工具，主要由相名称、相比例和占总比例组成。
最常用的是Sn-Pb共晶相图。
Sn-Pb共晶相图大致由三个相组成：Sn、Pb和熔盐，代表其中的Sn和Pb的比例来自于其原子比例。
Sn-Pb共晶相图是分析熔锡锡-铅熔接设备成分的重要图表，反映了熔锡锡-铅共晶样品的组成情况。
Sn-Pb共晶相图量化分析首先要按相的位置绘制出各相的成份比例曲线，并利
用相的分割线来确定具体的成份比例。
其次，确定样品里每个元素的含量，以及由此引出的Sn和Pb的比例。
此外，要根据Sn-Pb图里按色彩分布画出熔盐晶体结构，并使用微观组织分析软件来进行微量元素的量化分析。
Sn-Pb共晶相图的量化分析主要针对热收缩材料行业使用的锡-铅熔合工艺的
熔锡锡-铅合金的分析，其精确性对熔锡锡-铅合金的制备性能有着重要意义。
此外，Sn-Pb共晶相图也可以用于传输率和电气特性测试，以及弱电性塑料仪表管材料测试。
实4铅锡二元合金铸态显微组织分析-精
铅锡二元离异共晶（100倍）
三、实验材料和设备
金相显微镜； Pb-Sn合金的典型样品。
铅锡二元亚共晶
3、过共晶合金
凡成分位于共晶点e以右，d点以左的合金 （称为过共晶合金）
（3-3）铅锡二元过共晶（100倍）
ห้องสมุดไป่ตู้
（3-4）铅锡二元过共晶（25倍）
4、离异共晶
靠近相图上的c点和d点成分的合金，由于初生 相较多，发生共晶转变时，液相的量已所剩不 多，且呈壳状分布在初生相的周围。此时，共 晶转变过程中的某一个相不再形核，而是在初 生相上成长；同时析出的另一个相被排挤到晶 界上，使得失去了共晶组织的形态特征，这种 现象称为离异共晶。
1、共晶合金
含Sn 61.9%的合金为共晶合金。
当从液态缓慢冷却时，在温度TE发生共晶转变，既 LE→αM+βN。这一过程在TE温度下一直到液相完全消失为止。 所得到的共晶组织由和αM 和βN两个固溶体组成。
ed 97.5 61.9 c 45.4% cd 97.5 19
实验四 铅-锡二元合金的配制及铸 态组织的显微分析
孙瑞雪
一、实验目的
运用二元共晶型相图，分析相图中 典型组织的形成及特征。
二、实验原理
二组元在液态下互溶，而在固态下有限互溶，且 具有共晶转变特征的相图叫二元共晶相图。 本次实验，以Pb—Sn系合金相图为例分析共晶、 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。
d (1 c) 100% 54.6%
继续冷却时，将从α和β中分别析出βⅡ和αⅡ。 由于从共晶体中析出的次生相常与共晶体中的 同类相混在一起，很难分辨，这样，在结晶过 程全部结束时合金获得非常细密的两相机械混 合物。
焊锡材料的种类
焊锡材料的种类焊锡以铅-锡(Pb-Sn)二元合金为主要的种类，铅-锡合金的共晶点在183 ℃，61.9wt%锡之处(见图9-25所示的铅-锡合金相图)，因此37%铅-63% 锡合金被称为共晶焊锡，在电子构装的应用中亦以接近共晶成份的焊锡(40%铅-60%锡)为主。
焊锡可借调整其中铅锡的比例改变其熔点以符合制程之需求，许多不同化学成份的焊锡合金也因此被发展出来(见表9-12所示之常用焊锡特性)，一般而言，高铅含量的焊锡适用于温度较高的焊接制程；高锡含量的焊锡则专供有防蚀特殊需求的焊接使用。
在焊接过程中，熔融的锡很容易与其它金属反应形成介金属化合物，常见的锡介金属化合物种类如表9-13所示。
介金属化合物脆性高，也会影响焊锡的表面张力与润湿性，一般而言过量介金属化合物的存在有害焊点的性质。
研究显示介金属化合物的成长是一个扩散控制的过程[2]，故焊接过程中应尽可能将低接合温度，缩短焊接时间，以使介金属化合物的形成量降至最低。
焊锡中可添加少量元素以改善其性质。
例如，添加低于2%的银可以提高机械强度而不致严重损坏焊锡性质，并可使焊锡在镀银表面进行接合时不致因银的熔解而降低其润湿性；添加锑亦可提高焊锡机械强度并降低其成本，但其添加量以3.5%为上限；添加铜的目的在减少铜的溶解速度，延长铜焊接工具的使用寿命，但过量的铜会造成砾状焊点(Gritty Joint) ；添加铟的焊锡可以提升其在陶瓷表面的润湿性，铟同时可以抑制金在焊锡中的溶解；铟、铋、镉可与铅、锡组成熔点低于铅锡共晶温度的合金，适合低温之焊接制程与高热敏性的元件焊接之应用。
为了避免铅在制程中的污染，无铅焊锡因而成为焊锡研究的重点之一，举例而言，95% 锡-5%锑与96.5%锡-3.5%银为高强度焊锡，具有抗疲劳与潜变破坏的特性；80%金-20%锡与65%锡-25%银-10%锑为焊点强度有特殊需求的焊锡。
9-10-2. 焊膏焊锡可以利用气相微粒化(Gas Atomization)或旋转(Spin Disk)微粒化技术制成5至150mm直径的合金粉粒，再混合助焊剂与黏结剂等制成焊膏以供构装元件接合之用。
共晶相图及其合金的结晶
第十讲共晶相图及其合金的结晶第五节共晶相图及其合金的结晶一、主要内容：相图分析典型合金的平衡结晶及其组织不平衡结晶及组织比重偏析和区域偏析二、要点：二元共晶相图的合金及特点，二元合金相图的特征（区、线、点），典型合金的平衡结晶过程及组织形貌，不平衡结晶的概念及组织，三、方法说明：重点讲解二元合金相图的特征和典型合金的平衡结晶过程及组织形貌。
授课内容：两组元在液态时无限互溶，在固态时有限互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图叫二元共晶相图。
（以铅锡合金为例进行说明：）一、相图分析液相线，固相线，溶解度曲线。
单相区，两相区。
三相共存区。
共晶反应LE＝α＋β共晶组织：共晶线，共晶点，共晶温度，共晶合金，亚共晶合金，过共晶合金。
杠杆定律对平衡相的计算：（举例说明）二、典型合金的平衡结晶及其组织以铅锡共晶合金为例进行说明：1、含锡量小于19％的铅锡合金的平衡结晶过程2、共晶合金的平衡结晶过程3、亚共晶合金的平衡结晶过程4、过共晶合金的平衡结晶过程三、不平衡结晶及组织伪共晶在平衡凝固条件下，只有共晶成分的合金才能得到全部的共晶组织。
然而在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。
离异共晶由于非平衡共晶体数量较少，通常共晶体中的α相依附于初生α相生长，将共晶体中另一相β推到最后凝固的晶界处，从而使共晶体两组成相相间的组织特征消失，这种两相分离的共晶体称为离异共晶。
四、比重偏析和区域偏析（简介）。
第3章__二元合金相图
液相线 纯镍 熔点
1455
L+
纯铜 熔点
Ni 100
固相线
固液两相区
2、合金的结晶过程
L L
平衡结晶
形核和晶粒的长大
能量起伏 结构起伏 成分起伏
图3-17 匀晶相图合金的结晶过程
3、杠杆定律及其应用
设合金成分为ω，合金的总质量 为m，在T温度时，固相成分ωα， 液相成分ωL，对应的质量 m α ， mL mL m m
mLL m m
mL bc m L ab
mL bc m ab m ac m ac m ab
T,C
T,C 1 L L+(+)+
183
L+
M
L
E
L+
N
2L+
+
Pb X3
(+ )+ (+ )+ + Ⅱ Sn
t
标注了组织组成物的相图
M
E
N
三、相图与性能的关系
1. 合金的使用性能与相图的关系
固溶体中溶质浓度↑ → 强度、硬度↑ 组织组成物的形态对强度影响很大。组织越细密，强度越高。
二、共晶相图
液相线
固相线
T,C
Pb
L+
L
L+
Sn
固溶线
+
Sn%
固溶线
铅-锡合金共晶相图
13.共晶相图和相图分析
匀晶合金：W Mo Ni Fe Mo Cr Au Ag Ni Cu -----,,,,共晶合金：Si Mg Mg Al Cu Al Si Al Bi Pb Cu Ag Sb Pb Sn Pb --------,,,,,,, 包晶合金：铂银、锡锑、铜锡、铜锌等第五节共晶相图及其合金的结晶共晶相图：两组元在液态时相互无限互溶，在固态时相互有限互溶，发生共晶转变，形成共晶组织的二元系相图，称为二元共晶相图共晶合金Bi Pb Cu Ag Sb Pb Sn Pb ----,,,等合金系的相图都属于共晶相图，在铁碳、铝镁等相图中，也包含有共晶部分一，Sn Pb -二元共晶相图分析图3-33 四条线：图中AE/BE 为液相线，AMNB 为固相线，MF 为锡在铅中的溶解度曲线，也叫固溶度曲线，NG 为铅在锡中的溶解度曲线。
几个相区：1. 相图中有三个单相区：液相L 、固溶体α相、固溶体β相、α相是锡溶于铅中的固溶体，β相是铅溶于锡中的固溶体2. 各个单相区之间有三个两相区，即βαβα+++,,L L3. 在βαβα+++,,L L 两相区之间的水平线MEN 表示L ++βα三相共存区 共晶转变● 在三相共存水平线所对应的温度下，成分相当于E 点的液相E L 同时结晶出与M 点相对应的M α和N 点所对应的N β两个相，形成两个固溶体的混合物。
这种转变的反应式是N M E L βα+↔● 这种在一定的温度下，由一定成分的液相同时结晶出成分一定的两个固相的转变过程，称为共晶转变或共晶反应。
共晶组织共晶转变的产物为两个固相的混合物，称为共品组织。
共晶转变时的相律自由度：根据相律可知，在发生三相平衡转变时，自由度等于零，所以这一转变必然在恒温下进行,而且三个相的成分应为固定值，在相图上的特征是三个单相区与水平线只有一个接触点，其中液体单相区在中间，位于水平线之上，两端是两个固相单相区。
共晶线共晶点共晶温度：相图中的MEN 水平线称为共晶线，E 点称为共晶点，E 点对应的温度称为共品温度， 成分对应于共晶点的合金称为共晶合金，成分位于共晶点以左M 点以右的合金称为亚共晶合金，成分位于共晶点以右N 点以左的合金称为过共晶合金。
锡铅合金相图相相对含量
锡铅合金相图相相对含量
锡铅合金的相图及相对含量
一、结构：
1、γ(α+β)相：锡、铅合金是由γ(α+β)相组成，相中α相为固溶剂，β为析出相，α
与β在钢中的相对含量随AU、PB、ZN三元合金中各元素含量而不同。
AU、PB、ZN含量在0-kn以内时，α相占合金质量的百分比为64-78 %；含量超过kn时，α
相占合金质量百分比为53-77%。
2、β相：当添加剂组成元素含量超过kn时，β相开始出现；当超过kn时，β相开
始逐渐增多，当超过kn时，β相已经占据三分之一以上的量，经过kn的抽检后，β相的量比例会逐步增加。
3、γ相：原子中的γ相是由α相和β相混合而成的，当钢中的杂质含量超过kn时，γ相量会开始增加，但不及α相和β相的量，当超过kn时，γ相开始占据三分之一
以上的量。
二、AU、PB、ZN三元合金的相对含量：
Au：Au的相对含量在3%-66%之间，当Au含量低于3.5%时，Au为α相；当Au含量高于3.5%时，Au开始向β析出相过渡；当Au含量较高时，Au为γ合金组成成分，当Au含量超过30%时，α和β的量比例受到影响。
PB：Pb的相对含量在0%-20%之间。
当Pb含量在15%-20%范围内时，Pb以Alloys状态存在；当Pb含量超过20%时，Pb以γ合金状态存在。
ZN：Zn的相对含量在0%-50%之间，当Zn含量低于30%-40%时，Zn以α和β形态存在；当Zn含量超过40%时，Zn以γ合金形态存在。
锡铅相图的绘制
二、实验原理
• 热分析法（步冷曲线法）是绘制相图的常 用方法之一。这种方法是通过观察体系在 冷却（或加热）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 将体系全部熔化，然后让其在一定环境中 自行冷却；并每隔一定的时间（例如半分 钟或一分钟）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T-t图。
• 3、 当炉温在熔点以上持续5分钟后，将“加热量调节” 旋钮逆时针旋到底，使加热电压指示“0”。观察降温速率， 若降温速率太慢，可增加冷风量电压。由此绘出的步冷曲 线显示在微机屏幕上，根据步冷曲线可以确定样品的相变 温度。
• 4、 按同样方法测定其余样品的步冷曲线，并确定各自的 相变温度。
• 5、 实验结束后，将“加热量调节”和“冷风量调节” 旋钮逆时针旋到底，关闭电炉电源开关。
• 3、样品在降温至平台温度时，会出现明显的过冷 现象，应该待温度回升出现平台后温度再下降时， 才能结束记录。
五 数据记录与处理
• 1、已知Pb的熔点是327℃，从步冷曲线上 查出组成纯Sn、含Sn20%、40%、61.9% 和80%样品的凝固点温度，以纵坐标表示 温度，横坐标表示组成，绘出Pb-Sn二组分 合金相图。
二、实验原理
• 图5-1是二组分金属体系的一种常见类 型的步冷曲线。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，所以体系温度随时间的 变化速度将发生改变，体系的冷却速 度减慢，步冷曲线就出现转折即拐点 （如图中b点所示）。当熔液继续冷 却到某一点时（例如图中c点），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 水平线段即平台（如图中cd段）。当 熔液完全凝固后，温度才迅速下降 （见图中de线段）。
金属共晶相图(详实参照)
5.3.2 二元共晶相图①共晶相图：当两组元在液态能无限互溶,在固态只能有限互溶,并具有共晶转变,这样的二元合金系所构成的相图称为二元共晶相图。
如Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Si等合金的相图都属于共晶相图。
Pb-Sn合金相图是典型的二元共晶相图,见图5.26, 下面以它为例进行讲解。
首先分析相图中的点,线和相区。
图5.26 铅锡相图一、相图分析1、点： tA ，tB点分别是纯组元铅与锡的熔点，为327.5o C和231.9o C。
M点：为锡在铅中的最大溶解度点。
N点：为铅在锡中的最大溶解度点。
E点：为共晶点，具有该点成分的合金在恆温183℃时发生共晶转变LE →αM+βN共晶转变：是具有一定成分的液相在恆温下同时转变为两个具有一定成分和结构的固相的过程。
F点：为室温时锡在铅中的溶解度。
G点：为室温时铅在锡中的溶解度。
2、tA EtB线：为液相线，其中tAE线：为冷却时L→α的开始温度线，EtB线：为冷却时L→β的开始温度线。
tA MENtB线：为固相线，其中tAM线：为冷却时L→α的终止温度线，tBN线：为冷却时L→β的终止温度线。
MEN线：为共晶线，成分在M~N之间的合金在恒温183℃时均发生共晶转变LE→（αM+βN）形成两个固溶体所组成的机械混合物，通常称为共晶体或共晶组织。
MF线：是锡在铅中的溶解度曲线。
NG线：是铅在锡中的溶解度曲线。
3、相区（1）单相区：在tA EtB液相线以上,为单相的液相区用L表示，它是铅与锡组成的合金溶液。
tAMF线以左为单相α固溶体区，α相是Sn在Pb中的固溶体。
tBNG线以右为单相β固溶体区，β相是Pb在Sn中的固溶体。
（2）两相区：在tA EMtA区为L+α相区，在tBENtB区为L+β相区。
在FMENGF区为α+β相区。
（3）三相线：MEN线为L+α+β三相共存线。
由相律可知三相平衡共存时，f=2-3+1=0，只能在恒温下实现。
具有共晶相图的二元系合金，通常可以根据它们在相图中的位置不同，分为以下几类：①成分对应于共晶点（E）的合金称为共晶合金，如Pb-Sn相图中含Sn61.9%的合金。
铋一铅一锡三元系相图
实验五三元合金的显微组织（Micros truct ure of Ternar y Alloys）实验学时：1 实验类型：综合前修课程名称：《材料科学导论》适用专业：材料科学与工程一、实验目的1．熟悉铋一铅一锡三元系相图和典型合金的显微组织。
2．了解三元合金的显微组织与其三元相图的关系。
二、概述三元相图可以帮助我们分析三元合金的平衡凝固过程及凝固后的显微组织。
对于铸锭和铸件，如果凝固时的冷却速率较小（如砂模铸造），也可借助相图分析其凝固过程和凝固后的显微组织。
下图为铋一铅一锡三元相图的液相面投影图的示意。
图中Bi、Pb、Sn分别代表纯组元铋、铅、锡；（Bi）、（Pb）、（Sn）分别代表以铋、铅、锡为溶剂的固溶体；（β）代表以Bi--Pb二元系中的β相为溶剂的固溶体。
为帮助了解铋一铅一锡三元相图，下面给出该三元相图各边的二元相图简图。
图中（Bi）、（Pb）、（Sn）分别代表各二元系中以铋、铅、锡为溶剂的固溶体。
由上图可知，各二元系在液态时均为无限互溶，但在固态则为有限溶解，在铅一铋二元系中还出现了中间相β。
在锡一铋二元系中，有一个共晶转变L→（Sn）+（Bi），转变温度为138.5℃。
在铅一铋二元系中有一个包晶转变和一个共晶转变，包晶转变温度为184℃，反应式为L+（Pb）→β；共晶转变温度为125℃，反应式为L→β+（Bi）。
在铅一锡二元系中，有一个共晶转变L→（Pb）+（Sn），转变温度为188℃。
各二元系中的三相平衡都要进入三元系，成为三元系中的三相平衡。
根据相律，三元系中三相平衡的自由度数等于1，因而是在一个温度范围内进行的。
当降至某一定温度时，这些三相平衡将参与四相反应。
由液相面投影图可知，在铋一铅一锡三元系中存在两个四相平衡，一是在P点发生的四相包共晶反应，反应式为L+（Pb）→β+（Sn）；另一个是在E点发生的四相共晶反应，反应式为L→（Bi）+β+（Sn）。
铅锡共晶相图分析
1、相图分析图3-12为一般共晶型的Pb-Sn合金相图。
其中AEB线为液相线，ACEDB线为固相线，A点为铅的熔点（327℃），B点为锡的熔点（232℃）。
相图中有L、α、β三种相，形成三个单相区。
L代表液相，处于液相线以上。
α是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Pb的封闭区域内。
β是Pb溶解在Sn中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Sn的封闭区域内。
在每两个单相区之间，共形成了三个两相区，即L+α、L+β和α+β。
图3-12 Pb-Sn二元合金相图相图中的水平线CED称为共晶线。
在水平线对应的温度（183℃）下，E点成分的液相将同时结晶出C点成分的α固溶体和D点成分的β固溶体：LE ⇄ ( αC+ βD)。
这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。
共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。
发生共晶反应的温度称为共晶温度，代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。
在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。
凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。
发生共晶反应时，L、α、β三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。
因此，水平线CED是一个三相区。
相图中的CF线和DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线），称为固溶线。
可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。
2、典型合金的结晶过程⑴含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例）由图3-12可见，该合金液体冷却时，在2点以前为匀晶转变，结晶出单相α固溶体，这种从液相中结晶出来的固相称为一次相或初生相。
匀晶转变完成后，在2、3点之间，为单相α固溶体冷却，合金组织不发生变化。
温度降到3点以下，α固溶体被Sn 过饱和，由于晶格不稳，便出现第二相—β相，显然，这是一种固态相变。
铅锡合金金属相图
MT4 Phase Diagram of Pb-Sn AlloysName：SHI Tai Student Number:528882271.Purposes：1. Define component, phase, diagram phase, and cooling curve.2. Describe the phase change taking place at different point on a cooling curve.3. Construct a diagram from cooling curves.2.Instruments and specimens：CruciblesThermoelectric coupleHeating-furnaceMulti-channel graph recorderStirrer barSpecimens：3.Introduction:A phase diagram is a plot of the equilibrium state of a system. A eutectic system can occur when terminal solid solutions exist on both end of the binary equilibrium phase diagram. In the Pb-Sn alloys system, there are two solid solutions-α and β. T he α phase indicates a solid solution of tin in lead, whereas β presents in the opposite way. The eutectic invariant point appears at 61.9 wt% Sn. The maximum solid-state solubility both occur at 183℃which is referred to as the eutectictemperature. At this temperature, there exists a point on the phase diagram (a single combination of composition and temperature) where three phases (the two solids and a solid) can exist simultaneously in equilibrium. This combination of temperature and composition is an invariant point on the binary diagram like the freezing point of water on the single component system the eutectic reaction where upon cooling L→α+β represents the isothermal transformation of liquid into two different solids. Depending upon the overall bulk composition of the system, a variety of different equilibrium microstructures are possible. However, as mentioned above, equilibrium requires sufficient time for the system to find the minimum in free energy. In real systems, this is not always possible and non-equilibrium microstructures are common. When this same type of reaction occurs in the solid state where one solid decomposes into two new solid phases isothermally, this is called a eutectoid reaction. γ→α+β.These relationships are determined by these principles of the thermodynamics and have practical applications in many fields of science and engineering.4.Procedure:1.Setting up the apparatus.2.Switch on the bottoms to heat coil until the temperature up to around 400℃.3.Switch on Multi-channel graph recorder and set the chart speed.4.Control the cooling rate under 5℃ per minute.5.Turn off the bottoms when the temperatures of the specimens fall down to 100℃.0 1000 20003000 400050 100 150 200 250300350400 4500 1 2 3 4 5Amplified Cooling Curves of Pb-Sn AlloysTime(s)5. Results and DiscussionsFigure 1Figure 2Temperature(℃)Table1. The composition of Pb-Sn AlloysSample 0 1 2 3 4 5Content (wt%) Sn 100 80 62 40 10 0 Pb 0 20 38 60 90 100Table2. Arrest points of Pb-Sn AlloysSample 0 1 2 3 4 5Temperature ℃237 204 186 243 303 326 186 186Figure 3 The experimental and standard Pb-Sn phase graphAs can be seen from the experimental and standard diagram of Pb-Sn alloys, there are some diversities between them. This experiment studys the binary Pb-Sn system dominated of eutectic alloy system. It is clearly finds the two different elements are absolutely soluble in each other under the liquid condition, while only partially soluble in the solid phase. Alloys in which solid-to-solid convention occurred are easily analyzed for phase graph through the cooling curve method of thermal analysis. This is because the solid condition transformation is often sluggish and the thermal exchange is too small that we can hardly discover by cooling curves.6.The answer to the questions1.What is the expected difference in cooling curves for Pb-10 percent Sn and Pb-40 percent Snalloys? Explian.The cooling curve of 10 percent Sn in Pb has a constant melting piont at 303℃, while the curve for Pb-40 percent Sn ranging from 186℃ to 243℃. This is mainly due to the composition of the alloy.2.Discuss the arrest point in Pb-62 percent Sn alloy.The point is the Eutectic point and the transformation through this point is called Eutectic reaction: L→α+β. It is clearly see the arrest temperature of Pb-Sn alloys is about 186℃, which is a bit different from the data shown in the standard Pb-Sn phase graph (183℃). The reasons may be the follow three. First, a member of our group touched the heat-sensitive line during the experiment, which leads to inaccuracy of measurement. Second, the specimens of Pb-Sn alloys have been used for many times so that they may be partly oxidation by the air, that is to say, the samples isimpurity. Third, there are only 6 channels of samples through the whole experiment. It is a little less to describe a complete phase diagram. To accurately identify the phase boundaries requires many samples.3.What types of binary system are represented by the Pb-Sn diagrams?The Pb-Sn system is characteristic of a valley in the middle. Such system is known as the Eutectic system.4.Would you expect a different in the arrest points obtained by heating curves and coolingcurves?Actually, the difference is that the liquid may cool to a temperature below its freezing point before crystallization occurs, this is called supercooling. Once solidification begins, the temperature will rise to the freezing piont and remain there until solidification is complete. Most alloys will solidify from the molten state over a range of temperature. The cooling curves will thus have liquid-solid transition pionts at two different temperatures representing the beginning and end of solidification.7.ReferencePhase Diagram Tutorial: /~pasr1/Non-ferrous metal online: 。
15.合金II
()二共晶合金()II 合金共晶合金成分：共品合金II 中，含锡量为%9.61=Sn W ，其余为铅共晶合金的平衡结晶过程● 当合金II 缓慢冷却至温度()度183e T 时,发生共品转变N M e L βα+⇔，这个转变一直在183度进行，直到液相完全消失为止● 这时得到的组织是N M βα+两个相得混合物，亦即共晶组织● N M βα和相的含量可分别用杠杆定律求出%6.54%100%;4.45%100≈⨯=≈⨯=MNME MN EN N M βα。
● 继续冷却时，共晶组织中的α和B 相都要发生溶解度的变化，α相的成分沿MF 线变化，β相的成分沿着NG 线变化，分别析出次生相II II βα和次生相在显微镜下难以分辨：这些次生相常常与共晶组织中的同类相混在一起，难以在显微镜下分辨。
合金II 显微组织图冷却曲线和平衡结晶过程示意图图3-37是铅锡共晶合金的显微组织，βα和呈层片状交替分布，其中黑色的为α相，白色的为β相。
共晶组织是怎么形成的呢现在以层片状的共晶组织说明如下形核长大和领先相和纯金属固溶体合金的结晶过程一样，共品转变同样要经过形核和长大的过程，在形核时两个相中总有一个在先，一个在后，首先形核的相叫领先相。
形成机制：如果领先相是α，由于α相中的锡含量比液相中的少，多余的锡从晶体中排出，使界面附近的液相中镍量富集。
这就给β相的形成在成分上创造了条件，而β相的形核又要排出多余的铅，使界面前沿的液相中铅量富集，这又给α相的形核在成分上创造了条件，于是两相就交替地形核和长大，构成了共晶组织（见图3-39a）。
共晶团和共晶领域：进一步地研究表明，共晶组织中的两个相都不是孤立的，α片与α片，β片与β片分别互相联系，共同构成一个共晶领域，或称为共晶团。
这样两个相就不需要反复形核很可能是以图3.39 b所示的“搭桥”方式形成的共晶组织的形态很多按其中两相的分布形态，可将它们分为层片状、棒状（条状或纤维状）、球状（短棒状)、针片状、螺旋状等，如图3.40所示影响共晶组织形态的因素：共晶组织的具体形态受到多种因素的影响。
铅锡共晶相图分析(图文借鉴)
1、相图分析图3-12为一般共晶型的Pb-Sn合金相图。
其中AEB线为液相线，ACEDB线为固相线，A点为铅的熔点（327℃），B点为锡的熔点（232℃）。
相图中有L、α、β三种相，形成三个单相区。
L代表液相，处于液相线以上。
α是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Pb的封闭区域内。
β是Pb溶解在Sn中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Sn的封闭区域内。
在每两个单相区之间，共形成了三个两相区，即L+α、L+β和α+β。
图3-12 Pb-Sn二元合金相图相图中的水平线CED称为共晶线。
在水平线对应的温度（183℃）下，E点成分的液相将同时结晶出C点成分的α固溶体和D点成分的β固溶体：LE⇄ ( αC + βD)。
这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。
共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。
发生共晶反应的温度称为共晶温度，代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。
在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。
凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。
发生共晶反应时，L、α、β三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。
因此，水平线CED是一个三相区。
相图中的CF线和DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线），称为固溶线。
可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。
2、典型合金的结晶过程⑴含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例）由图3-12可见，该合金液体冷却时，在2点以前为匀晶转变，结晶出单相α固溶体，这种从液相中结晶出来的固相称为一次相或初生相。
匀晶转变完成后，在2、3点之间，为单相α固溶体冷却，合金组织不发生变化。
温度降到3点以下，α固溶体被Sn过饱和，由于晶格不稳，便出现第二相—β相，显然，这是一种固态相变。
铅锡共晶相图分析
1、相图分析图3-12为一般共晶型得Pb-Sn合金相图。
其中AEB线为液相线,ACEDB线为固相线,A点为铅得熔点(327℃),B点为锡得熔点(232℃)。
相图中有L、α、β三种相,形成三个单相区。
L代表液相,处于液相线以上。
α就是Sn溶解在Pb中所形成得固溶体,位于靠近纯组元Pb得封闭区域内。
β就是Pb溶解在Sn中所形成得固溶体,位于靠近纯组元Sn得封闭区域内。
在每两个单相区之间,共形成了三个两相区,即L+α、L+β与α+β。
图3-12 Pb-Sn二元合金相图相图中得水平线CED称为共晶线。
在水平线对应得温度(183℃)下,E点成分得液相将同时结晶出C点成分得α固溶体与D点成分得β固溶体:LE ⇄ ( αC+ βD)。
这种在一定温度下,由一定成分得液相同时结晶出两个成分与结构都不相同得新固相得转变过程称为共晶转变或共晶反应。
共晶反应得产物即两相得机械混合物称为共晶体或共晶组织。
发生共晶反应得温度称为共晶温度,代表共晶温度与共晶成分得点称为共晶点,具有共晶成分得合金称为共晶合金。
在共晶线上,凡成分位于共晶点以左得合金称为亚共晶合金,位于共晶点以右得合金称为过共晶合金。
凡具有共晶线成分得合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。
发生共晶反应时,L、α、β三个相平衡共存,它们得成分固定,但各自得重量在不断变化。
因此,水平线CED就是一个三相区。
相图中得CF线与DG线分别为Sn在Pb中与Pb在Sn中得溶解度曲线(即饱与浓度线),称为固溶线。
可以瞧出,随温度降低,固溶体得溶解度下降。
2、典型合金得结晶过程⑴含Sn量小于C点成分合金得结晶过程(以合金Ⅰ为例)由图3-12可见,该合金液体冷却时,在2点以前为匀晶转变,结晶出单相α固溶体,这种从液相中结晶出来得固相称为一次相或初生相。
匀晶转变完成后,在2、3点之间,为单相α固溶体冷却,合金组织不发生变化。
温度降到3点以下,α固溶体被Sn过饱与,由于晶格不稳,便出现第二相—β相,显然,这就是一种固态相变。
铅锡共晶相图分析
１、相图分析图3-12为一般共晶型的Pｂ-Ｓn合金相图。
其中AEB线为液相线,ＡCEDB 线为固相线，Ａ点为铅的熔点(3２７℃)，B点为锡的熔点（2３2℃)。
相图中有Ｌ、a、b三种相,形成三个单相区。
Ｌ代表液相,处于液相线以上。
a是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Ｐb的封闭区域内。
b是Pｂ溶解在Sn 中所形成的固溶体,位于靠近纯组元Ｓｎ的封闭区域内。
在每两个单相区之间,共形成了三个两相区，即L＋ａ、Ｌ+b和a＋b。
图3-12 Pｂ-Sn二元合金相图相图中的水平线ＣED称为共晶线。
在水平线对应的温度(183℃）下,E点成分的液相将同时结晶出C点成分的a固溶体和Ｄ点成分的b固溶体:ＬE⇄（ａC + bＤ)。
这种在一定温度下,由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。
共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。
发生共晶反应的温度称为共晶温度,代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。
在共晶线上,凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金,位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。
凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。
发生共晶反应时，L、ａ、b三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。
因此，水平线CED是一个三相区。
相图中的ＣF线和DG线分别为Sｎ在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线）,称为固溶线。
可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。
2、典型合金的结晶过程⑴含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例）由图3-12可见，该合金液体冷却时,在２点以前为匀晶转变,结晶出单相a 固溶体,这种从液相中结晶出来的固相称为一次相或初生相。
匀晶转变完成后，在２、3点之间，为单相a固溶体冷却,合金组织不发生变化。
温度降到3点以下,a固溶体被Ｓn过饱和,由于晶格不稳，便出现第二相—b相,显然，这是一种固态相变。
差热分析法绘制铅--锡合
一 锡合金相图
陈良坦 张来英 吴金 添
６０ ５ 厦门大学化学化工学院 厦 门 ３ １ ０
一、前言
Ｐ－Ｓ 合金相图由 ｂ ｎ 于熔点较低而常被选为物理化学实验内容， 该实验涵盖了物理化学中的相平 衡热力学原理、相图绘制与分析、温度测量、热电 偶温度计工作原理等知识点。目 前绘制该相图的 方法一般采用步冷曲 线法，这就使得该实验存在着以下两个主要问 题：一是所需实验时间长。其后
密封铝增祸。
３９ ７
差热分析法绘制铅--锡合金相图
作者： 作者单位： 陈良坦， 张来英， 吴金添 厦门大学化学化工学院,厦门,361005
本文链接：/Conference_6096020.aspx
体系温度的不断升高，固相量由于不断熔化而减少， 而液相量则不断增加，因此差热曲线沿 ｃ 连线 ｄ 连续变化。当体系达到 ｄ点时，基本以液相为主，固相量已微乎其微，此时，当温度再升高一微小 量，固相即刻消失，体系进入熔融液态区，由于此时体系发生相变化 （ 从二相区进入单相区） ，因此
在差热曲线上出 现突变，即从 ｄ 点快速回到基线附近。故可认为ｄ 点的温度是二相平衡的温度。 由 上述可见，在合金相图溶解度曲 线上的任意一点所对应的温度均可由 对应组成的差热曲线上 得到。若配制一组已知组成的合金，分别在同样的升温速率下测定各自 的差热曲线，从这些差热曲 线上可得到相应的相变点温度， 最后结合己 知的组成便可绘制出完整相图。
Ｐ－ｎ ｂＳ 合金）的差热曲线，便可得到有关相变温度的信息，从而可绘制合金的温度— 组成相图。 图 （）是一组典型的差热曲线，它形象地表示图 （）中不同组成的合金在加热过程中的相变 １ ２
化情况。现以图 （）中组成为Ｘ的差热曲线为例说明如何确定相变点的温度。 １ ： 在合适的升温速率下 （ ． ｍｎ，当体系由ａ 如２５ ｉ） Ｃ／ 点升温到ｂ 点之前，由于被测样品没有发生
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1、相图分析
图3-12为一般共晶型的Pb-Sn合金相图。
其中AEB线为液相线，ACED线为固相线，A点为铅的熔点（327C）, B点为锡的熔点（232C）。
相图中有L、、三种相，形成三个单相区。
L代表液相，处于液相线以上。
是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Pb的封闭区域内。
是Pb溶解在Sn中
所形成的固溶体，位于靠近纯组元Sn的封闭区域内。
在每两个单相区之间，共形成了三个两相区，即L+、L+和+ 。
图3-12 Pb-Sn 二元合金相图
相图中的水平线CED称为共晶线。
在水平线对应的温度（183C）下，E点成分的液相将同时结晶出C点成分的固溶体和D点成分的固溶体：L E ? （ C + D）。
这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。
共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。
发生共晶反应的温度称为共晶温度，代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。
在共晶线上,凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。
凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。
发生共晶反应时，L、、三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。
因此，水平线CED是一个三相区。
相图中的CF线和DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线），称为固溶线。
可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。
2、典型合金的结晶过程⑴ 含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金I为例）
10 20轴40 50 同7Q 80 90 帥
Sn%
由图3-12可见，该合金液体冷却时，在2点以前为匀晶转变，结晶出单相固溶体，这种从液相中结晶出来的固相称为一次相或初生相。
匀晶转变完成后，在2、3点之间，为单相固溶体冷却，合金组织不发生变化。
温度降到3点以
下，固溶体被Sn过饱和，由于晶格不稳，便出现第二相一相，显然，这是
一种固态相变。
由已有固相析出（相变过程也称为析出）的新固相称为二次相或次生相。
形成二次相的过程称为二次析出。
二次呈细粒状，记为ii。
随温度
下降，相的成分沿CF线变化，n的成分沿DG线变化，n的相对重量增加，室
Q n巳100%
温下n的相对重量百分比为：FG 。
合金I的室温组织为+ n。
图
3-13为其冷却曲线和组织转变示意图。
成分大于D点合金的结晶过程与合金I相似，其室温组织为+ n
图3-13 合金I的冷却曲线及组织转变示意图
⑵共晶合金的结晶过程（合金II ）
该合金液体冷却到E点（即共晶点）时，同时被Pb和Sn饱和，并发生共晶反应：
L E 1?3C （D），析出成分为C的和成分为D的。
反应终了时，获得+
的共晶组织。
从成分均匀的液相同时结晶出两个成分差异很大的固相，必然要有元素的扩散。
假设首先析出富铅的相晶核，随着它的长大，必然导致其周围液体贫铅
而富锡，从而有利于相的形核，而相的长大又促进了相的形核。
就这样, 两相相间形核、互相促进，因而共晶组织较细，呈片、针、棒或点球等形状。
共晶组织中的相称为共晶相，如共晶、共晶。
根据杠杆定律，可求出共晶反应
刚结束时两相的相对重量百分比为：
ED 97 5 61 9
Q 旦100% 100% 45.5% Q
CD 97.5 19.2 Q
（注意：此时用的是+两相区的上沿，而不是三相区）
100% Q 100% 45.5% 54.6%
图3-14 合金n的冷却曲线及组织转变示意图
共晶转变结束后，随温度继续下降， 和 的成分分别沿CF 和DG 线变化，
即从共晶 中析出n ,从共晶 中析出n ,由于共晶组织细，n 与共晶 结 合，n 与共晶 结合，使得二次相不易分辨，因而最终的室温组织仍为（ + ） 共晶体。
共晶合金的冷却曲线和组织转变过程如图 3-14所示。
⑶ 亚共晶合金的结晶过程（以合金川为例）
该合金的液体在2点以前发生匀晶转变，结晶出一次 相。
在1点到2点的 冷却过程中，一次 的成分沿AC 线变化到C 点，液相的成分沿AE 线变化到E 点，刚冷却到2点时两相的相对重量百分比为（用 L+两相区的下沿）：
C2
2E
Q L 100% Q 100%
CE CE 在2点，具有E 点成分的剩余液体（其相对重量为 Q L ）发生共晶反应L E ? （C +
D ），转变为共晶组织，共晶体的重量与转变前的液相重量相等，因而
共晶反应结束后，随温度下降，将从一次 和共晶 中析出"，从共晶
中析出"。
与共晶合金一样，共晶组织中的二次相不作为独立组织看待。
但由 于一次 粗大，其所析出的 "分布于一次
上，不能忽略。
因此，亚共晶合金 的室温组织为 + （
+ ） + II 。
图3-15为亚共晶合金的冷却曲线及组织转
变示意图。
⑷ 过共晶合金的结晶过程（以合金W 为例）过共晶合金的结晶过程与亚共晶合 金相似，不同的是一次相为 ，二次相为 。
其室温组织为 +（ + ）+ n 。
3、组织组成物在相图上的标注
Q E Q L C2 CE 100% 。
共晶反应刚结束时,
两相的相对重量百分比为: Q CD 1。
%，Q
C2 CD 100% 。
图3-15 合金山的冷却曲线及组织转变示意图
所谓组织组成物是指组成合金显微组织的独立部分。
如上面提到的一次和一次、二次和二次、共晶体（+ ）都是组织组成物，它们在显微镜下可以看到并具有一定的组织特征。
将组织组成物标注在相图中（见图3-16），可以使标注的组织与显微镜下观察到的组织一致。
图3-16 组织组成物在Pb-Sn相图上的标注
相与相之间的差别主要在结构和成分上，而组织组成物之间的差别主要在形态上。
如一次、二次和共晶的结构和成分相同，是同一相，但它们的形
态不同，分属不同的组织组成物。