合金相图实验报告.docx
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合金相图实验报告
1．实验目的
1.用热分析法测绘Sn-Bi二元低共熔体系的相图
2.学习步冷曲线绘制相图的方法
2．实验原理
相图是多相体（二相或二相以上）处于相平衡状态时体系的某种物理性质对体系的某一自变量作图所得的图形（体系的其它自变量维持不变），二元和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条件下的相平衡情况，因此研究相体系的性质，以及多相平衡情况的变化要用相图的知识。
AB表示两个组分的名称，纵坐标是温度T,横坐标是B的百分含量abc线上，体系只有液相存在，ace所围的面积中有固相A及液相存在，bcf所围的中有B晶体和个液相共存，c点有三相（AB晶体和饱和熔化物）。
测绘相图就是要将图中这些分离相区的线画出来，常用的实验方法是热分析法。
所观察的物理性质是被研究体系的温度。
将体系加热熔融成均匀液体，然后冷却，每隔一定时间记录温度一次，一温度对时间作图，得到步冷曲线。
当一定组成的熔化物冷却时，最初温度随时间逐渐下降达到相变温度时，一种组分开始析出，随着固体的析出而放出凝固潜热，使体系冷却速度变慢，步冷曲线的斜率发生变化而出现转折点，转折点的温度即是相变温度。
继续冷却的过程中，某组分析出的量逐渐增多而残留溶液中的量则逐渐减少，直到低共熔温度时，液相达到低共熔组成，两种组分同时互相饱和，两种组分的晶体同时析出，这时继续冷却温度将保持不变，步冷曲线出现一水平部分，直到全部溶液变为固体后温度才开始降低，水平停顿温度为最低共熔点温度。
如果体系是纯组分，冷却过程中仅在其熔点出现温度停顿，步冷曲线的水平部分是纯物质的熔点，图中b是图1中组成为P体系的步冷曲线，点2,3分别相当于图1中的G,H。
因此取一系列不同组成的体系，做出它们的步冷曲线求出其转折点，就能画出相图。
但是在实验过程中有时会出现过冷现象，这时必须外推求得真正的转折点。
三、仪器与药品
电脑控制金属相图实验炉，含Sn10％，20％,30％,42％,60％,75％的合金陶瓷管等
4、实验步骤
1.将样品管放入炉内。
2.将温度计放入套管中。
3.打开开关加热样品管使合金融化。
4.温度接近300度时，停止加热，将样品管移到炉的右侧，开始冷却。
从290度左右开始每隔30秒读取温度一次，记录数值。
5.降温至130度左右停止记录，进行下一组实验，方法同上。
5、数据记录与处理
1、含Sn10%的合金
组数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
时间/min
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
温度/℃
270
261
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240
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234
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233
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229
227
组数
13
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16
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18
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时间/min
6
6.5
7
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8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
温度/℃
224
221
218
215
212
209
205
201
198
194
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187
组数
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
时间/min
12
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15.5
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16.5
17
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温度/℃
184
181
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174
170
167
164
160
157
154
152
149
组数
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
时间/min
18
18.5
19
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20
20.5
21
21.5
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温度/℃
146
144
141
140
140
140
139
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135
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130
组数
49
50
51
52
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56
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59
60
时间/min
24
24.5
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25.5
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
温度/℃
127
125
122
120
118
116
114
112
110
—
—
—
含10%Sn的合金的歩冷曲线
由图可知：
金属Bi的熔点为：
234.95℃
金属Bi和Sn合金的最低共熔点为：
136.82℃。
当压力p一定时，而组分系统的相率表现形式为：
因此，
2含Sn20％的合金
组数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
时间/min
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
温度/℃
270
260
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232
230
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224
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组数
13
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15
16
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21
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23
24
时间/min
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
温度/℃
213
209
206
202
198
194
191
188
184
181
178
174
组数
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
时间/min
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
温度/℃
172
169
166
163
160
158
156
154
151
149
147
145
组数
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
时间/min
18
18.5
19
19.5
20
20.5
21
21.5
22
22.5
23
23.5
温度/℃
143
142
141
142
141
141
140
140
139
139
138
137
组数
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
时间/min
24
24.5
25
25.5
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
温度/℃
137
136
135
133
131
129
127
125
123
121
119
117
含20%Sn的合金的歩冷曲线
由图可知：
金属Bi的熔点为：
233.15℃
金属Bi和Sn合金的最低共熔点为：
140.00℃。
当压力p一定时，而组分系统的相率表现形式为：
因此，
3含Sn30%的合金
组数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
时间/min
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
温度/℃
270
263
254
247
240
235
229
224
218
214
209
204
组数
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
时间/min
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
温度/℃
200
196
192
188
184
181
178
174
172
169
167
165
组数
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
时间/min
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
温度/℃
163
162
161
159
158
156
155
153
152
150
149
147
组数
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
时间/min
18
18.5
19
19.5
20
20.5
21
21.5
22
22.5
23
23.5
温度/℃
146
145
143
142
141
141
141
141
141
141
141
141
组数
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
时间/min
24
24.5
25
25.5
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
温度/℃
140
140
140
140
140
139
139
139
138
138
137
136
组数
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
时间/min
30
30.5
31
31.5
32
32.5
33
33.5
34
34.5
35
35.5
温度/℃
135
132
129
127
125
123
121
119
117
115
113
111
含30%Sn的合金的歩冷曲线
由图可知：
金属Bi的熔点为：
172.53℃
金属Bi和Sn合金的最低共熔点为：
140.50℃。
当压力p一定时，而组分系统的相率表现形式为：
因此，
4、含Sn42%的合金
组数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
时间/min
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
温度/℃
270
260
252
243
236
229
223
217
212
206
201
196
组数
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
时间/min
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
温度/℃
192
187
183
179
176
172
168
165
162
159
156
152
组数
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
时间/min
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
温度/℃
150
147
144
142
141
140
139
139
139
139
140
140
组数
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
时间/min
18
18.5
19
19.5
20
20.5
21
21.5
22
22.5
23
23.5
温度/℃
140
140
141
141
141
141
141
141
141
141
140
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组数
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
时间/min
24
24.5
25
25.5
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
温度/℃
140
140
140
140
140
139
139
138
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135
132
129
组数
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
时间/min
30
30.5
31
31.5
32
32.5
33
33.5
34
34.5
35
35.5
温度/℃
126
124
122
120
118
116
114
112
110
109
—
—
含42%Sn的合金的歩冷曲线
由图可知：
金属Bi和Sn合金的最低共熔点为：
140.00℃。
当压力p一定时，而组分系统的相率表现形式为：
因此，
5、含Sn60％的合金
组数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
时间/min
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
温度/℃
270
254
240
228
219
211
204
198
193
188
184
180
组数
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
时间/min
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
温度/℃
177
175
174
173
172
170
168
167
165
163
162
160
组数
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
时间/min
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
温度/℃
158
156
155
153
151
149
148
146
144
143
141
139
组数
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
时间/min
18
18.5
19
19.5
20
20.5
21
21.5
22
22.5
23
23.5
温度/℃
138
137
137
137
137
137
137
137
137
136
136
136
组数
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
时间/min
24
24.5
25
25.5
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
温度/℃
135
134
132
129
127
124
122
121
119
117
115
113
含60%Sn的合金的歩冷曲线
由图可知：
金属Sn的熔点为：
176.27℃
金属Bi和Sn合金的最低共熔点为：
136.82℃。
当压力p一定时，而组分系统的相率表现形式为：
因此，
6、含Sn75%的合金
组数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
时间/min
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
温度/℃
270
259
249
241
232
225
218
212
206
201
199
198
组数
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
时间/min
6
6.5
7
7.5
8
8.5
9
9.5
10
10.5
11
11.5
温度/℃
197
196
194
193
192
190
188
186
185
182
180
177
组数
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
时间/min
12
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
温度/℃
175
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169
167
164
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159
156
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148
146
组数
37
38
39
40
41
42
43
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46
47
48
时间/min
18
18.5
19
19.5
20
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21
21.5
22
22.5
23
23.5
温度/℃
143
141
139
137
136
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136
136
136
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组数
49
50
51
52
53
54
55
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57
57
58
59
时间/min
24
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25
25.5
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
温度/℃
126
124
121
119
117
115
113
111
109
—
—
—
含75%Sn的合金的歩冷曲线
由图可知：
金属Sn的熔点为：
199.84℃
金属Bi和Sn合金的最低共熔点为：
136.00℃。
当压力p一定时，而组分系统的相率表现形式为：
因此，
7、Sn—Bi合金相图
根据歩冷曲线可得：
Sn含量
0
0.1
0.2
0.3
0.42
0.6
0.75
1
熔点（℃）
271.00
238.95
209.15
172.53
140.00
176.27
199.84
232.00
当压力p一定时，而组分系统的相率表现形式为：
其中，区域A为溶液相，
区域B为金属Bi和溶液，
区域C为金属Sn和溶液，
区域D为金属Bi和金属Sn固相，
点O为三相点，金属Bi、金属Sn和溶液共存，
直线aOb为三相线，
。
6．思考题
1.观察各步冷曲线的形状，从相率进行讨论。
（1）锡的含量为10%，20%，30%时相图有一个转折点和一个平台，转折点对应液体转变为液体与铋固体混合物的温度。
（2）当锡含量为42%时，相图有一个平台，其温度为最低共熔温度，也是液体转变为固熔体混合物的温度。
（3）当锡的含量为60%，75%时，相图有一个转折点和一个平台转折点对应了液体转变为液体与Sn固体混合物的温度，平台对应了液体与Sn固体混合物转变为固体混合物的温度。
2.冷却速度是否越慢越好。
不是。
如果冷却速度过慢平台会过长，不易产生转折点。
7．实验讨论
1.实验中不同组成的合金相变温度并不严格在同一条直线上，误差原因可能是样品氧化的干扰或数据拟合时产生的误差。
处理步冷曲线的过程中，合金样品在低共熔温度处的步冷曲线都应该出现平台，而在其他点处应该出现拐点。
在实际测量的过程中，平台的温度不一定稳定，拐点也不一定明显（可能会是圆弧）因此也会造成误差。
2.步冷曲线的斜率表示温度随时间的变化率，与室温的高低（样品与室温的温差），样品的质量有关。
3.平台的长短与样品的量有关，量越多，平台越长。
合金样品的平台长短还和样品的组成有关，样品的组成越接近共熔温度，平台越长。
4.实验中注意升温时不要超过量程。
实验结束后样品管不可横放在桌上，否则也许会烫伤。
5.
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