试验五金属相图
实验05金属相图(Pb-Sn体系)
药品仪器
1. EA/J2P00双笔自动平衡记录仪； 2. 电炉； 3. 镍铬—镍硅热电偶； 4. 大、小坩埚； 5. 保温瓶； 6. 坩埚钳； 7. 冰块、石墨； 8. 锡粒（AR），铅粒（AR）； 9. 等等。
实验步骤
准备样品 取冰制热 小坩锅样品埋 加石墨覆盖 (按比例) 电偶零点 入大坩锅沙中 保温并加热
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)
金属相图(Pb-Sn体系)
一、实验目的
二、实验原理
三、药品仪器
四、实验步骤
五、实验记录
六、数据处理
七、结果分析与讨论
八、注意事项
九、思考题
实验目的
⑴用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图， 并掌握应用步冷曲线数据绘制二元体系 相图的基本方法；
⑵了解步冷曲线及相图中各曲线所代表 的物理意义；
⑶学习并掌握热电偶的使用及校正和自 动平衡记录仪的使用方法。
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 Nhomakorabea 100%
锡(g) 0 20 30 61.9 80 100
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。
组分金属相图绘
组分金属相图绘————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：实验五二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。
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。
实验5 金属相图的绘制
五、数据处理
1、将实验数据记录于表5-1中。
表5-1实验数据记录表
时间/min
0
1
2
3
4
…
温度/℃
样品1
样品2
样品3
样品4
样品5
样品6
2、在同一直角坐标系中以T对t分别绘出每个样品的步冷曲线。
3、由步冷曲线找出每个样品的转折温度和平台温度，填到表5-2中。
石蜡油；
铅(化学纯)
四、实验步骤
1、配制样品。
用感量为0.1g的天平配制含Sn质量分数分别为0、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00的Pb-Sn混合物各100g，分别装入编号为1～6的硬质试管中，再加入少许石蜡油（约5mL），以防止加热过程中金属被空气氧化。
2、设置仪器。
打开电源，预热2min，按照以下参数设置仪器：
a b
图5-1简单低共熔系统步冷曲线(a)及其固-液相图(b)
(1)体系均匀冷却过程中，若无相变发生，则温度随时间均匀的降低。(2)若有相变发生，由于相变过程中会产生相变热，使得温度随时间的下降速度将减慢，步冷曲线就出现转折。当熔液继续冷却到熔液的组成达到最低共熔混合物的组成时，开始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，步冷曲线出现平台。当熔液完全凝固后，体系又无相变发生，温度随时间又均匀的下降。
由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物体系，可以根据步冷曲线，判断有固体析出时的转折温度和最低共熔混合物析出时的平台温度。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T－x相图。
三、仪器试剂
金属相图PbSn体系课件
随着相关学科的不断发展，pbsn体系的理论研究将更加深入和完善，同时实验验证和技术优化也将不断 推进，为相关领域的研究和应用提供更可靠的技术支持。
பைடு நூலகம்
金属相图与pbsn体系的结合发展前景
金属相图与pbsn体系的结合将为材料科学和环保领域的发展提供新的思路和方法
实例三
钴与氮的反应：钴的氮化 物相图揭示了钴与氮在不 同温度和压力下的相互作 用和可能的合成路径。
04
pbsn体系在金属相图中的应用
pbsn体系在金属相图中的作用
1 2 3
描述金属材料的相变过程
pbsn体系能够详细描述金属材料在加热或冷却 过程中的相变行为，包括固-液相变、固-固相变 等。
预测材料的物理性质
pbsn体系的未来发展趋势
pbsn体系在环保领域的应用将更加广泛
随着环保意识的不断提高，pbsn体系在污水处理、废气治理等方面的应用将更加重要，为环保事业的发展提供有力 支持。
pbsn体系在生物医学领域的应用将更加深入
随着生物医学技术的不断发展，pbsn体系在药物传递、组织工程等方面的应用将更加广泛和深入，为生物医学领域 的研究提供新的思路和方法。
金属相图和pbsn体系分别在材料科学和环保领域具有广泛的应用前景，两者的结合将为相关领域的研究和应用 提供更全面和深入的支持。
金属相图与pbsn体系的结合将促进多学科交叉融合
金属相图涉及到物理、化学和材料科学等多个学科领域，而pbsn体系涉及到环境科学、化学和生物医学等多个 学科领域，两者的结合将促进多学科交叉融合，推动相关领域的发展和创新。
动力学分析
金属相图也能提供反应的动力学信 息，如反应速率常数、活化能等， 有助于优化反应条件。
金属相图实验报告
金属相图实验报告
实验目的
本次实验的目的是通过实验制备和观察不同元素之间的相图，
以了解金属材料的合金化规律和金属结构的变化。
另外，还可以
掌握一定的实验技能，加深对金属材料制备与应用的理解。
实验过程
在实验过程中，我们选择了几种典型金属元素，包括铜、锌、
铝等。
首先，我们将这些金属元素分别制备成相同大小并能被称
量的块状物。
然后，我们将它们加热，使其融化，然后混合均匀，最终制备出一种新的合金。
制备好的合金样品经过表磨和抛光处理后，我们使用金属显微
镜观察了它的微观结构，并通过相图实验样品的显微结构来对实
验的结果进行分析。
实验结果及分析
从实验结果来看，我们发现不同金属元素之间的化学成分及比例会严重影响合金的微观结构和性质。
合金中金属元素的含量、比例以及混合方式，对合金的微观结构和物理性质都有着重要的影响。
通过金属显微镜观察合金的微观结构，我们可以看到，合金中不同成分之间会发生化学反应，产生新的固态相和液态相，从而产生相图的变化。
并且，它们的结晶结构、晶格常数和热力学性质也与单个原素的结晶结构和性质有所不同。
总结
通过本次实验，我们了解到了金属材料的合金化规律和相图的基本变化规律，并深入了解了各种金属元素的结构和性质。
金属相图实验不仅可以加深我们对金属材料的理解，还可以为未来的科研和工业实践提供重要的参考依据。
5-金属相图
Sn-Bi金属相图的绘制
1. 样品配制（如果有配好的样品，直接用就行，无需再配）
分别称取纯Sn、纯Bi各50g，另配制含锡20%、40%、60%、80%的铋锡混合物各50g，分别置于相图用金属管中。
（记得贴标签，如果标签损坏，请帮忙补上，否则分弄混淆）
2. 绘制步冷曲线
2.1 将热电偶及测量仪器连接好（脉冲加热，指针会左右摇摆，属正常现象，严禁内控！！！否则会烧坏仪器）
2.2 设置好温度，将样品管放入加热炉内加热。
待样品熔化后停止加热。
温度感应棒放入管内。
（比如设置温度为320℃，加热到200℃即可停止加热，余热还会使温度上升）
2.3 记录时间和温度数据，一分钟一个点，温度低于120时停止记录。
冷风开关不要开，否则降温太快，拐点和平台不明显，无法做出相图）
3. 相图绘制
从图上得出纯Sn、纯Bi的熔点，以及三相点对应的温度和组成，与理论值对比分析，求出误差并分析其原因。
4. 整理仪器，打扫卫生。
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实验五 金属相图一 实验目的1. 了解热分析的测量技术2. 掌握热分析法绘制Pb - Sn 合金相图的方法二 实验原理物质在不同的温度、压力和组成下，可以处于不同的状态。
研究多相平衡体系的状态如何随温度、压力、浓度而变化，并用几何图形表示出来，这种图形称为相图。
二组分体系的相图分为气-液体系和固-液体系两大类。
本实验为后者也称凝聚体系，它受压力影响很小，其相图常用温度-组成的平面图表示。
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。
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）。
(a) 步冷曲线图 5-1 步冷曲线(b) A -B 体系相图 图 5-2 步冷曲线与相图由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物体系，可以根据步冷曲线，判断固体析出时的温度和最低共熔点的温度。
然后用温度作纵坐标，组成作横坐标绘制相图T-C图。
本实验是利用“热分析法”测定一系列不同组成Pb-Sn混合物的步冷曲线，从而绘制出其二组分体系的金属相图。
利用程序升降温控制仪控制电炉的加热和降温，可以人为设定降温速度。
通过热电偶采集温度数据使步冷曲线直接显示在微机屏幕上，同时在程序升降温控制仪上配有温度数值显示和定时报鸣时间，因此也可以手工记录画步冷曲线。
三仪器与药品可控降温电炉 1台程序升降温控制仪（带热电偶） 1台微机（带打印机） 1台锡和铅样品管（分别为纯Sn，含Sn 20%、40%、61.9%和80%的样品，样品上方覆盖一层石墨粉）。
四实验步骤仔细阅读本实验的附录2 KWL-08可控升降温电炉的使用方法。
测定样品的步冷曲线，需先将样品加热熔化后再冷却降温。
利用KWL-08可控升降温电炉可采用“内控”和“外控”两种方式进行控温。
实验可根据实际情况任选其一。
㈠采用“内控”进行控温操作1. 取1号样品放入电炉中，将热电偶小心插入盛样品的玻璃套管中。
将控制开关置于“内控”位置。
2. 打开电炉开关，调节“加热量调节”旋钮使电炉按所需的升温速率进行升温（加热电压一般为50V左右即可）。
当接近所需温度时，关闭“加热量调节”（逆时针旋到底，此时加热电压指示“0”），待达到所需温度时，选择适当的“加热量调节”位置，以保证炉温基本稳定。
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。
㈡采用“外控”进行控温操作1. 阅读本实验的“附录1 WCY-SJ程序升降温控制仪”的使用方法。
将热电偶小心地插入样品的玻璃套管中，将电炉的控制开关置于“外控”位置，“加热量电压”和“冷风量电压”旋钮逆时针旋到底。
2.设定升、降温程序打开“WCY-SJ 程序升降温控制仪”开关，按“设定温度”下面的“键，设定加热的起始温度（一般为室温即可）；按“段时间”下面的“升温需要的时间（一般为10分钟）。
”键，设定保温温度（即加热达到的最高温度，一般高出样品的熔点50℃即可）；按“段时间””键，设定保温时间（一般为5分钟）。
”键，设定降温最终温度（，一般为140℃）；按10分钟）。
”键，使工作指示灯亮。
打开“KWL-08可控升降温电炉”的电源开关，调整“加热量电压”为50V左右，“冷风量电压”旋钮顺时针调至最大。
3.当执行降温程序时，将步冷曲线显示在微机屏幕上，由此确定样品的相变温度。
以下操作同“㈠采用“内控”进行控温操作”中的步骤4、5。
五注意事项1. 加热熔化样品时的最高温度比样品熔点高出50℃左右为宜，以保证样品完全熔融。
待样品熔融后，可轻轻摇晃样品管，使体系的浓度保持均匀。
2. 在样品降温过程中，必须使体系处于或非常接近于相平衡状态，因此要求降温速率缓慢、均匀。
在本实验条件下，通过调整适当的风量以每分钟3～5℃的速率降温，可在1小时之内完成一个样品的测试。
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。
六数据记录与处理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。
2. 利用相律分析相图中低共熔点，熔点曲线及各区域内的相数和自由度数。
七思考题1. 步冷曲线上为什么会出现转折点？纯金属、低共熔混合物及合金的转折点各有几个？曲线形状为何不同？2. 总质量相同但组成不同的Pb-Sn合金其步冷曲线水平线段的长度有何不同？为什么？3. 某Pb-Sn合金样品已失去标签，用什么方法可以确定其组成？附录1 WCY-SJ程序升降温控制仪WCY-SJ程序升降温控制仪内部采用CPU对系统温度进行非线性补偿，利用软件控制输出信号，使得被控制加热系统按设定的时间进行“升温”、“保温”、“降温”。
在“升温”、“保温”、“降温”阶段，温度与时间按一定比例变化。
图 5-3 WCY—SJ程序升降温控制仪面板一使用方法WCY—SJ程序升降温控制仪的操作面板如图5-3所示。
1. 将电源线接入220V电压，按下电源开关，数码管和“置数”指示亮，“实时温度”显示室温。
将热电偶插入被测物中，深度大约5cm。
2.置数设定⑴键和键，使设定温键，设定升温所需的时间。
例如：室温为10℃，上升至40℃，上升斜率为5℃/min，则上升时间为6min。
⑵键和键，使设键，设定保温所需的时间。
⑶键和键，使设键，设定降温所需的时间。
⑷设定报鸣时间（10～99S键，设定报鸣时间。
1.使“工作”指示灯亮，整套设备按所设定曲线进行。
例如：设定下图所示程序段曲线的操作步骤如下：⑴键，“置数”指示灯亮。
⑵“升温”指示灯亮。
设定温键和键，使温度值为20键，使时间为10min。
⑶键，“保温”指示灯亮。
设定温度：使温度值为250℃；设定时间：使时间为（20—10）=10min。
⑷键，“降温”指示灯亮。
设定温度：使温度值为100℃；设定时间：使时间为（30—20）=10min。
⑸键，“工作‘指示灯亮。
此后，系统按所设定曲线工作。
4. 关机：按下电源开关即可。
附录2 KWL-08可控升降温电炉本仪器适用各种试管加热实验，具有独立加热和冷却（风扇）系统。
也可同‘WCY-SJ 程序升降温控制仪”配合使用，组成金属相图实验装置，从而实现自动升降温。
一、使用方法KWL-08可控升温电炉的剖面图如图5-4所示。
该仪器采用“内控”和“外控”两种方法控温。
图 5-4 KWL-08 可控升降温电炉采用“内控”方法控温。
1.控制开关置于“内控”位置。
将热电偶插入样品管中。
2. 调节“加热量调节”旋钮使电炉按所需的升温速率进行升温（加热电压一般小于60V）。
3. 当接近所需温度时，关闭“加热量调节”旋钮（逆时针旋至低位，此时加热器电压指示“0”），待达到所需温度并较稳定时，选择适当的“加热量调节”位置，以保证炉温基本稳定。
4. 当需要降温时，首先将“加热量调节”旋钮逆时针旋至低位，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；若降温速率太快，可适当增加加热器电压，以达到所需的降温速率。
采用“外控”方法控温。
1.控制开关置于“外控”位置。
将热电偶插入样品管中。
2. 按“WCJ-SJ程序升温控制仪”的使用方法和设定好的程序进行控制操作。
3. 将“加热量电压”旋钮顺时针调至底，“冷风量调节”旋钮逆时针调至底，并按控温仪要求，对电炉实行自动控温。
4. 若降温速率太慢，可适当加大“冷风量电压”；若电炉升温太快，可在“加热量电压”有显示电压值时，调节“加热量调节”旋钮，以降低加热量电压。
5.使用结束时应将“加热量调节”旋钮和“冷风量调节”旋钮逆时针旋至底位，然后切断电炉和控温仪电源开关。
二使用注意事项“内—外控转换”开关不允许带电操作，转换时应先切断电炉和控温仪电源，以免烧坏仪器。