金属相图实验步骤(学生)
4二组分金属相图的绘制
实验四二组分金属相图的绘制【目的要求】1. 学会用热分析法测绘Sn-Bi二组分金属相图。
2. 了解纯物质和混合物步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。
3. 学会金属相图实验数据的采集，步冷曲线的绘制、相图曲线的绘制。
【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两种金属混合物熔融后，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称为步冷曲线。
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平滑的步冷曲线；当体系内发生相变时，则因体系产生的相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵消，步冷曲线就会出现转折或水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成体系的相变温度。
利用步冷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步冷曲线及相图如图2-5-1所示。
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，却会使转折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。
见图2-5-2。
遇此情况，可延长dc线与ab线相交，交点e即为转折点。
图1 根据步冷曲线绘制相图图2 有过冷现象时的步冷曲线【仪器试剂】电脑1台；立式加热炉1台；保温炉1台；调压器1台；镍铬-镍硅热电偶1副；不锈钢样品管6个。
Sn(C.P.)；Bi(C.P.)；石蜡油；【实验步骤】1. 样品配制用台称分别称取纯Sn、纯Bi各100g，另配制含锡20%、42%、60%、80%的铋锡混合物各100g，分别置于不锈钢样品管中，在样品中加入少量石蜡油。
2. 绘制步冷曲线(1) 将热电偶及测量仪器如图3连接好。
(2) 将盛放样品的不锈钢管放入加热炉内加热(控制炉温不超过400℃)。
金属相图的实验报告
金属相图的实验报告金属相图的实验报告引言：金属相图是研究金属合金组成与相结构关系的重要工具。
通过实验，我们可以了解金属合金在不同温度和成分条件下的相变规律，从而为金属材料的设计和应用提供依据。
本实验旨在通过制备铝-铜合金，并对其进行热处理和金相观察，探究铝-铜合金的相变行为。
实验材料与方法：1. 实验材料：纯度为99.99%的铝和纯度为99.99%的铜。
2. 实验仪器：电炉、恒温槽、金相显微镜等。
3. 实验步骤：a. 准备不同比例的铝-铜合金样品。
b. 将样品放入电炉中，进行热处理，分别设定不同温度和时间。
c. 取出样品，进行金相观察和分析。
实验结果与讨论：1. 合金成分对相图的影响：通过制备不同比例的铝-铜合金样品，我们可以观察到合金成分对相图的影响。
当铝和铜的比例在一定范围内时，合金呈现单相结构，即完全溶解。
当合金成分接近于纯铝或纯铜时，会出现二相或多相结构，即出现析出相。
2. 温度对相图的影响：在热处理过程中，我们通过调节温度和时间来观察合金的相变行为。
当温度升高时，合金中的固溶体相会逐渐溶解，形成单相结构。
而当温度下降时，固溶体相会重新形成，出现析出相。
通过对不同温度下的合金样品进行金相观察，我们可以确定合金的相变温度范围和相变行为。
3. 金相观察结果：在金相显微镜下观察到的合金显微组织可以提供有关相变行为的重要信息。
通过金相观察，我们可以确定合金中的相类型、相形貌和相分布情况。
例如，在铝-铜合金中，当铜的含量增加时，会出现铜的析出相，形成颗粒状或条状分布。
同时，我们还可以观察到合金中的晶粒尺寸和晶界特征，从而评估合金的晶粒生长和晶界稳定性。
结论：通过本次实验，我们成功制备了铝-铜合金，并通过热处理和金相观察揭示了铝-铜合金的相变行为。
合金成分和温度是影响合金相图的关键因素，通过调节合金成分和热处理条件，我们可以控制合金的相结构和性能。
金相观察为我们提供了合金显微组织的详细信息，有助于理解合金的相变机制和优化合金的制备工艺。
金属相图
金属相图一、实验目的1.学会用热分析法测绘Bi—Sn二组分金属相图。
2.掌握热分析法的测量技术。
3.了解热电偶测量温度和进行热电偶校正的方法。
4.学会用Matlab处理实验数据及绘制相图。
二、实验原理相图是用以研究体系的状态随浓度、温度、压力等变量的改变的图形。
可以表示出在指定条件下体系存在的相数和各相的组成。
对蒸气压较小的二组分凝聚体系常以温度-组成图来描述。
热分析是绘制相图常用的基本方法之一，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，然后让其在一定的环境中自行冷却，并每隔一定的时间记录一次温度，以温度（T）为纵坐标，时间（t）为横坐标，绘出步冷曲线的T--t图。
当体系内发生相变时，由于相变过程伴随热效应，其体系温度随时间的变化速度将改变，步冷曲线就会出现转折，在最低共熔混合物完全凝固前，体系温度不变，步冷曲线出现水平线段，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。
三、仪器与试剂1.仪器：坩埚炉 1个 UJ-36型电势差计 1台立式冷却保温电炉 1个镍铬—考铜热电偶 1支样品管 5支调压变压器 1台2.药品：铋（C.P）锡（C.P）四、主要实验步骤1．打开软件，输入相关信息调节加热温度为340℃。
2. 测定步冷曲线将装好含Sn量为0%、 20％、42％、80％、100%的Sn-Bi混合物的五个样品管依次放入坩埚炉中加热熔化，当温度达高于320℃溶化后，取出放入预先加热的冷却保温炉内使其均匀冷却。
每隔30秒用电势差计测量热电势1次，直到步冷曲线水平部分以下为止，电脑软件作出步冷曲线。
五、数据处理与结果讨论1.步冷曲线纯铋42%80%100%误差分析：造成金属相图的误差原因有可能实际样品的含量与含Sn量为0%、20％、42％、80％、100%的Sn-Bi混合物有差异。
金属相图实验报告
金属相图实验报告金属相图实验报告引言：金属相图是研究金属合金组成与相变关系的重要工具。
通过实验研究金属相图，可以深入了解金属合金的性质和特点，为金属材料的设计和制备提供依据。
本报告将介绍我们在研究金属相图方面的实验过程和结果。
实验目的：本次实验的目的是通过合金的制备和相图的测定，了解金属合金的相变规律以及不同组成对合金性质的影响。
实验步骤：1. 材料准备：我们选择了两种金属元素A和B，分别为铝和铜。
准备了不同比例的A、B两种元素的粉末样品。
2. 合金制备：根据不同比例的A、B元素，按照一定的配比将两种元素的粉末混合均匀，并加入适量的助熔剂。
然后，将混合物放入高温炉中进行熔炼，得到不同组成的合金坯料。
3. 合金样品制备：将熔炼得到的合金坯料进行切割和打磨，得到所需的合金样品。
4. 相图测定：使用X射线衍射仪对合金样品进行相分析，得到合金的相组成和相变温度。
实验结果：通过实验测定，我们得到了铝铜合金的相图如下：（在这里可以插入相图的简化示意图）从相图中可以看出，当铝和铜的比例在一定范围内时，合金呈现单相固溶体的形态。
当铝和铜的比例超过某个临界值时，合金会发生相分离，形成两个相区。
在相分离的过程中，合金的硬度和强度会发生显著变化。
讨论与分析：根据实验结果，我们可以得出以下结论：1. 合金的相变行为受元素比例的影响：当元素比例在一定范围内时，合金呈现单相固溶体的形态；当元素比例超过临界值时，合金会发生相分离。
2. 合金的性能与相变有关：相分离过程中，合金的硬度和强度会发生变化。
这是因为不同相的结构和成分不同，导致了合金性能的差异。
3. 金属相图的研究对材料设计具有指导意义：通过对金属相图的研究，可以预测合金的相变行为和性能变化，为合金材料的设计和制备提供依据。
结论：通过本次实验，我们成功研究了铝铜合金的相图，并得出了相变行为和性能的相关结论。
金属相图的研究对于金属合金材料的设计和制备具有重要意义，对于提高材料性能和开发新材料具有指导作用。
金属相图
实验8 金属相图一、实验目的1. 学习用热分析法测绘金属相图的方法和原理技术；2. 用热分析法测绘Sn-Pb二组分系统的金属相图；3. 掌握热电偶测温技术和平衡记录仪的使用。
二、实验原理相图表示相平衡系统组成、温度、压力之间关系。
对于不同的系统、根据所研究对象和要求的不同可以采用不同的实验方法测绘相图。
例如对于水-盐系统，常用测定不同温度下溶解度的方法。
对于合金，可以采用热分析方法。
本实验采用热分析方法测绘Sn-Pb 二元金属相图。
二元金属相图A、B两纯金属组成的系统，被加热完全熔化后,如果两组分在液相能够以分子状态完全混合，称其为液相完全互溶, 把系统降温，当有固相析出时，因A、B 物质不同会出现三种情况：(a)液相完全互溶，固相也完全互溶;(b)液相完全互溶，固相也完全互溶;(c)液相完全互溶，固相部分互溶。
本实验测绘的Sn-Pb二元金属相图属于液相完全互溶，固相部分互溶系统，其相图如图8.1所示。
图的横坐标表示Sn的质量分数，纵坐标为温度（℃），α相为Sn溶于Pb 中所形成的固体溶液（固溶体），β相为Pb溶于Sn中所形成的固体溶液（固溶体）。
图中ACB线以上，系统只有一相（液相）；DCF线以下，α、β两相平衡共存；在ACD 区域中，α相与液相两相平衡共存；在BCF区域，β相与液相两相平衡共存；ADP以左及BFQ以右的区域分别为α相和β相的单相区，C点为ACD与BCF两个相区的交点，α、β和液相三相平衡共存；在DCF线上，α、β和液相三相平衡共存，该线称为三相线。
该图用热分析法测绘。
图8.1 Sn-Pb相图图8.2 Sn-Pb体系步冷曲线测绘相图就是要根据实验数据把图中分隔相区的线画出来。
热分析方法是测绘固-液相图最常用的方法之一。
该方法根据系统被加热或冷却的过程中，释放或吸收潜热，使系统升温或降温速率发生突变、系统温度－时间曲线上出现转折点这一现象，判断某组分的系统（样品）出现相变时的温度。
金属相图实验
金属相图
【实验原理】
1. 热分析法；
2. 热分析法绘制相图；
【实验步骤】
1. 用感量为0.1g的台秤按下表比例准备样品，搅拌均匀后装入样品管中，并在样品上覆盖一层石墨粉；
2. 把样品管放入KWL-09可控升降温电炉左边的孔中，温度传感器Ⅰ放入样品管。
检查电炉：开关置于关，冷风量调节为零，加热量调节为零；
3. 打开SWKY-Ⅰ数字控温仪，使得工作/置数处于置数状态，调节温度显示Ⅰ高
于转折点（平台）温度50℃，设置完毕后使得工作/置数处于工作状态；
4. 当温度显示Ⅰ达到置数温度时，打开电炉开关，加热量调节最大，当温度显示Ⅱ到200℃时，使得工作/置数处于置数状态，使得加热量调节为零，关闭电炉。
把样品管取出放入电炉右边的孔中，温度传感器Ⅱ放入样品管；（在此过程中若温度显示Ⅰ超过置数温度20℃时，使得使得工作/置数处于置数状态）
5. 打开金属相图数据处理软件，设置坐标系纵坐标400℃，横坐标60.0分钟，通讯口COM1，采样时间10s，数据通信→开始通信，填写：姓名：第n组；样品1名称，百分比；样品2名称，百分比，实验结束温度140℃。
当温度显示Ⅱ温度下降时，点击确定开始记录数据
6. 实验结束后，保存数据：我的电脑→D盘→物化实验数据→金属相图→班级┅，采集10-13个点，然后再进行数据处理；
【实验报告要求】
1. 实验数据记录
【文献值】
2. 热分析法绘制相图
3. 相图分析
4. 误差分析。
实验十二二组分金属相图
实验十二二组分金属相图一、实验目的用热分析法(步冷曲线法)测绘Bi-Sn二组分金属相图。
二、实验原理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体混合物的系统，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，而固相是部分互溶的系统，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)是绘制相图的基本方法之一。
它是利用金属及合金在加热和冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，来得到金属或合金中相转变温度的方法。
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，并在记录仪上自动画出(或人工画出)温度随时间变化的步冷曲线(见图12-1)。
当熔融的系统均匀冷却时，如果系统不发生相变，则系统的温度随时间的变化是均匀的，冷却速率较快(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，系统的冷却速率减慢，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，因此步冷曲线上出现水平线段(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，可以根据它的步冷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)。
不同组成熔液的步冷曲线对应的相图如图12-2所示。
用热分析法(步冷曲线法)绘制相图时，被测系统必须时时处于或接近相平衡状态，因此冷却速率要足够慢才能得到较好的结果。
三、仪器与试剂JXL-2型金属相图炉一台，微电脑温度控制仪一台，铂电阻温度计一支，玻璃样品管六支。
实验05金属相图(Pb-Sn体系)
金属相图(Pb-Sn体系)
一、实验目的
二、实验原理
三、药品仪器
最低共熔点温度℃
181 181 181 181
最低共熔混合物组成: 含Sn63%
两种金属的
任何一种都能微 T/K
溶于另一种金属 中，是一个部分 600K
互溶的低共熔体 系，它用一般的 热分析法只能得
L(单相区)
505K
到一个相当于简
α
单的二元低共熔 454K
点相图（如本实
L+Pb(s) Pb(s)+Sn(s)
含锡20%、含锡30%、含锡80%三个 样品，出现了转折点，并在作完水平线 段后又继续降温，表明样品已完全凝固， 即可停止测量。
实验数据记录
实验日期：
；室温： ℃；气压：
KPa
锡的百 分含量
0% (纯铅）
20%
30%
61.9%
80% 100%
(低共熔物)
(纯锡)
转折点
(t℃)
水平段
(t℃)
数据处理
温度到高 观察升温情况 启动自动平衡记 最点搅拌 及时停止加热 录仪有关开关
观察降温情况 取出样品、放 实验结束记录 及时停止实验 入新样品测试 数据恢复原状
准备样品:
按以下比例配制
锡的百 分含量
0%
20% 30% 61.9% 80% 100%
锡(g) 0 20 30 61.9 80 100
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实验八金属相图
一、实验目的
1、学会用热分析法测绘铅－锡二组分金属相图;
2、掌握热分析法的测量技术；
3、熟悉ZR-HX金属相图控温仪、ZR-08金属相图升温电炉等仪器。
二、基本原理
相图是用以研究体系的状态随浓度、温度、压力等变量的改变而发生变化的图形，它可以表示在指定条件下存在的相数和各相的组成，对蒸汽压较小的二组分凝聚体系，常以温度-组成图来描述。
热分析法是绘制相图常用的基本方法之一。
这种方法是通过观察体系在冷却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融化，然后让其在一定环境中自行冷却，并每隔一定时间记录一次温度，以温度（T）为纵坐标，时间（t）为横坐标，画出步冷曲线。
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8-1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，所以体系温度的降温速度随时间的变化将发生改变，体系的冷却速度减慢，步冷曲线就出现转折（如图8-1中bc 线段）。
当熔液继续冷却到某一点时，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，因此步冷曲线出现平台（如图中cd线段）。
当熔液完全凝固后，温度才迅速下降（见图中de线段）。
由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物体系来说，可以根据它的步冷曲线，判断有固体析出时的温度和最低共熔点的温度。
如果作出一系列组成不同的体系的步冷曲线，从中找出各转折点，即能画出二组分体系最简单的相图（温度-组成图）。
不同组成熔液的步冷曲线与对应相图的关系可以从8-2中看出。
图8-2 图8-1 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，体系的冷却速度必须足够慢，才能得到较好的结果。
三、仪器和试剂
ZR-HX金属相图控温仪ZR-08金属相图升降温电炉
铅（C.P.）锡（C.P.）
四、操作步骤
1、配制样品：测试样品分别为纯锡、含锡量为20％、40％、61.9％、80％的铅－锡混合样和纯铅六个试样，用分析天平按质量百分比严格称取，并确保六个试样的总质量均等于180g，将样品置于升温电炉中。
2、测定步冷曲线：
设置控温仪的目标温度（target）、警报时间（alarm time，均为10秒）两参数，然后加热样品。
当样品的温度上升到“加热器选择调0”的温度值时，将加热器调到0，停止加热，由于电炉蓄热，体系会继续升温。
待样品降温至以下给定的“数据记录范围”时，每隔10秒记录一次温度值，直到温度不发生改变为止（温度稳定6－10次）即可。
各样品设置的目标温度及温度记录范围：
3、将记录数据利用excel制步冷曲线图，纵坐标温度，横坐标时间。
然后从步冷
曲线上读取并记录相变拐点的温度，最低共熔混合物的相变平台温度，做体系的相图（记录点如图1所示）
五：思考讨论题
1、何谓热分析法？用热分析法测绘相图时，应该注意些什么？
2、为什么在不同组分熔液的步冷曲线上，最低共熔点的水平线断长度不同？
一些基本概念和原理
1、什么是最低共熔混合物及其特点
定义：对于二组分体系（含物质A、B），当A、B能够同时熔化的温度称该体系的最低共熔点，而在该温度点析出的固体称最低共熔混合物。
特点：如果A、B被具体确定为何物质，则A、B体系的最低共熔混合物的组成比例也被确定；
混合体系中A、B的含量不同不能改变最低共熔混合物的组成比例，超过这一比例的A或
B随温度的降低提前析出，至达到该比例后，二者同时析出；因此，任何比例下的A、B混
合物的最低共熔点都是一样的。
（思考题3答案索引）
2、各个样品步冷曲线形成原理简述
本实验测量铅、锡体系，该体系最低共熔混合物为含锡61.9％。
实验测量含锡100％、80％、
61.9％、40％、20％、0％等六组样品。
纯物质铅、锡的步冷曲线（如图中1和6）：由于物质的凝固点的存在，当铅或锡体系的温度逐步降低到其凝固点时，铅或锡析出，同时相变放热刚好弥补环境吸热，故此时体系温度不变，出现平台。
平台过程体现铅或锡析出的过程。
含锡80％体系的步冷曲线（如图中5）：由于锡的比例高于最低共熔混合物含锡的比例（61.9％），在熔融物降温过程中，过量的锡要先析出，同时相变放热，部分弥补环境吸热，步冷曲线出现了斜率较小的平滑曲线（说明体系降温速度变慢）；当锡的比例降低到61.9％时，达到最低共熔混合物的比例，则Pb/Sn同时析出，相变放热等于环境吸热（温度不变），再次出现平台。
平台过程体现最低共熔混合物的析出过程。
含锡40％、20％体系的步冷曲线（如图中2和3）：则含铅比例高于最低共熔混合物含铅的比例，故过量的铅要先析出，同时相变放热部分弥补环境吸热，不冷曲线出现了斜率较小的平滑曲线；当比例达到61.9％时，达到最低共熔混合物的比例，则Pb/Sn同时析出，相变放热等于环境吸热，再次出现平台。
平台过程体现最低共熔混合物的析出过程。
含锡61.9％体系的步冷曲线（如图中5）：由于该体系不存在过量的问题，故没有物质因过量析出，直至温度降低至最低共熔点，则Pb/Sn同时析出，相变放热等于环境吸热，出现平台。
3、参考资料：《物理化学》或《物理化学简明教程》均在P170－171中的Bi-Cd体系，五个样品每条步冷曲线中各段的相律的计算及体系相变化状态描述为重要考点。
某一步冷曲线各段分解识读：
ab段：熔融物（液体金属）无相变降温过程；
bc段：过量部分提前析出过程，降温速率降低；
cd段：最低共熔混合物析出过程，温度不变；
de段：体系全部凝固，固体降温过程，不做研究。
数据记录表。