铅锡合金金属相图
二金属相图

一、实验目的1.用热分析法(步冷曲线法)测绘Bi-Sn二组分金属相图。
2.掌握热电偶测量温度的基本原理和自动平衡记录仪的使用方法。
二、仪器与药品计算机及接口,铂电极一支;电炉三个;调压器三个;小保温杯一个;样品玻璃试管五个;样品试管架一个;夹子;测水沸点仪一套(公用)纯锡;纯铋;松香;液体石蜡三、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,固相也能完全互深成固熔体的系统,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 中最大溶解度为21%(质量分分数)。
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融或合金全部熔化,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温度随时间变化的步冷曲线。
当溶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)。
此时溶液系统以低共溶混合物的固体析出。
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);当溶液完全凝固后,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溶合物系统,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同。
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。
铅、锡及其合金

材料牌号 Pb-1 Pb-2 Pb-3
PbAg0.6 PbAg1 PbAg2.5 PbSb0.5 PbSb0.5-0.1 PbSb0.5-2 PbSb10-0.2-0.5 PbSb2 PbSb2-0.1-0.5 PbSb4 PbSb4-0.1-0.5 PbSb4-0.2-0.5 PbSb6 PbSb6-0.1-0.5 PbSb6-0.2-0.5 PbSb8 PbSb8-0.1-0.5
ST60 T1
TLMW-50 TM52 TM60 YG10 C YG11C YG15 YG20 YG20 C YG25 YG3 YG3X YG4 C
YG6 YG6 A YG6X YG8 C YG8N YGC YH1 YH2 YN05 YN10 YT05 YT14 YT15 YT30 YT5 YW1 YW2 YW3 YW4
易熔合金(138℃熔点) 易熔合金(139-132℃熔点) 易熔合金(143-95℃熔点)
易熔合金(143℃熔点) 易熔合金(152-120℃熔点) 易熔合金(176-145℃熔点)
易熔合金(183℃熔点) 易熔合金(248℃熔点) 易熔合金(46.7℃熔点) 易熔合金(58℃熔点) 易熔合金(70℃熔点) 易熔合金(90-70℃熔点) 易熔合金(91.5℃熔点) 易熔合金(92-83℃熔点) 易熔合金(95℃熔点) 材料牌号
D1 GJW50 GT35 GW50
R5 R8
铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金 铅、锡及其合金
材料类型
其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料 其它有色金属材料
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。
第4节 合金相图

二元相图的测定方法
二元相图的测定是根据各种成分材料的临界点绘制。 临界点是表示物质结构状态发生本质变化的临界相变 点。测定材料临界点有两种方法类型:
(1)动态法:热分析法、膨胀法、电阻法 (2) 静态法:金相法、X-ray衍射分析法
这些方法主要是利用合金在相结构变化时,引起物 理性能、力学性能及金相组织变化的特点来测定。
第 四节 合金相图
材料科学基础
第四章
在实际工业中,广泛使用的金属材料是合金。合金具有良 好的机械性能,并且可以通过化学成分和组织结构的调整,以 满足各种使用性能的要求。合金的性能与其成分和内部的组织 结构有密切的关系。因此研究合金的性能必须了解合金中组织 的形成及其变化规律,合金相图正是研究这些规律的有效工具。
碳钢的分类
按含碳量分:低碳钢 WC 0.25% 中碳钢 0.25% < WC 0.6% 高碳钢 WC>0.6%
按质量用途分:普碳钢 普通碳素结构钢 碳结钢 优质碳素结构钢 碳工钢 碳素工具钢
按质量分:普通碳素钢 WP 0.045% WS 0.055% 优质碳素钢 WP 0.040% WS 0.040% 高级优质碳素钢WP 0.035% WS 0.030%
根据相图推测合金的性能
合金的性能很大程度上取决于组元的特性及其所组成的合金相的性质和相对 量,借助于相图所反映出的这些特性和参量来判定合金的使用性能和工艺性能, 对于实际生产有一定的借鉴作用。
一、根据相图判断合金的使用性能 二、根据相图判别合金的工艺性能 图:相图与合金强度、硬度及电导率之间的关系
铁碳相图
Wc对铁碳合金的性能的影响
碳钢中的常存元素
碳钢中的常存元素是指除Fe、C外,因冶金必然带来的材料中 存在,且对性能有一定影响其他元素,在碳钢中一般指:
Sn-P相图(Pb-Sn)

Pb—Sn 金属相 图
文献值:
Pb-Sn体系的熔点对照表:
锡%
0 20 40 60 80 100
熔点温度℃ 327 276 240 190 200 232
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
金属相图(Pb-Sn体系)
一、实验目的 三、药品仪器 五、实验记录 七、结果分析与讨论 八、注意事项
二、实验原理 四、实验步骤 六、数据处理
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;
存的三相线;水平线段以下表示纯A(s)和 纯B(s)共存的两相区;O为低共熔点。
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
温度--时间曲线,即步冷曲线
转折点:
表示温度随时间的变化 率发生了变化。
水平段:
表示在水平段内,温度 不随时间而变化。
温 度
①a②a/③④
⑤ B
A
温 度
A
B
b
b/
L
c
时 (a间/)步冷曲线
L+A(s) L+B(s)
O A(s)+B
0(A)
(Bs%) 100(B)
(b)二元组分凝聚系统相图
二元合金相图4

第四章 二元合金相图
第四章 二元合金相图
Cu-Ni合金的平衡组织与枝晶偏析组织
这种结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶称为异分结 晶,或称选择结晶。 • (2)固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围 • 固溶体合金的结晶需要在一定的温度范围内进行,在此温 度范围内的每一温度下,只能结晶出一定数量的固相。 • 随着温度的降低,固相的数量增加,同时固相和液相的成 分分别沿着固相线和液相线而连续地改变,直至固相的成 分与原合金的成分相同时,才结晶完成。
• 一个表象点的坐标值反
Pb + Sb
映一个给定合金的成分 Pb X1 X
Sb(X2)
和温度。
图 二元Pb-Sb合金相图
• 在相图中,由表象点所在的相区可以判定在该温 度下合金由哪些相组成。
• 二元合金在两相共存时,两个相的成分可由过表 象点的水平线与相界线的交点确定。
第四章 二元合金相图
• 2 相图的建立 • 建立相图的关键是要准确地测出各成分合金的相
图 70%Sn-Pb 合金显微组织
第四章 二元合金相图
图 铅锡合金组织分区图
第四章 二元合金相图
3.共晶组织的形态
图 层片状共晶的形成及前沿液相中原子扩散示意图 图 共晶生长的搭桥机制
第四章 二元合金相图
图 典型的共晶合金组织
第四章 二元合金相图
4.伪共晶 在非平衡凝固条件下,成分接近共晶成分的亚共晶或过 共晶合金,凝固后组织却可以全部是共晶体,称为伪共晶。 伪共晶的组织形态与共晶相同,但成分不同。 两组元熔点大致相同的,一般出现对称的伪共晶区;两 组元相差悬殊,伪共晶区偏向高熔点组元。
金属相图实验步骤(学生)

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。
铅锡合金资料

铅锡合金的绿色制造技术与环保材料
铅锡合金的绿色制造技术
• 采用低铅或无铅合金配方,降低铅元素的含量,减少对 人体和环境的危害 • 优化生产工艺,降低能耗和废弃物排放,提高资源利用 率
铅锡合金的环保材料
• 无铅锡合金:如Sn-Ag-Cu合金、Sn-Bi-In合金等,具 有环保和低毒性 • 环保涂层:如有机涂层、无机涂层等,提高铅锡合金的 耐腐蚀性能和环保性能
铅锡合金的循环利用与废物处理
铅锡合金的循环利用
• 对铅锡合金废弃物进行分类收集,提高资源利用率 • 采用再生处理技术,将废弃物转化为再生铅锡合金,实 现资源循环利用
铅锡合金的废物处理
• 对铅锡合金废弃物进行无害化处理,减少环境污染 • 采用固化、稳定化等技术,对铅锡合金废弃物进行安全 填埋或无害化处理
铅锡合金的韧化机制与途径
铅锡合金的韧化机制
• 通过晶粒细化、相变韧化、第二相韧化等方法提高铅锡合金的韧性 • 晶粒细化:通过热处理工艺,如退火、淬火等,降低晶粒尺寸,从而提高合金的韧性 • 相变韧化:通过相变过程,如马氏体相变,提高晶格韧性,从而提高合金的韧性 • 第二相韧化:通过形成韧性相,提高抗拉强度和韧性
铅锡合金在船舶制造与海洋工程领域的应用
铅锡合金在船舶制造与海洋工程领域的应用
• 铅锡合金具有良好的力学性能、耐腐蚀性能和加工性能,适用于船舶制造和海洋 工程 • 铅锡合金的耐磨性和抗拉强度较高,有助于提高船舶部件和海洋工程结构件的性 能
铅锡合金在船舶制造与海洋工程领域的种类与特点
• 船舶轴承:如铅-锡-铜合金、铅-锡-银合金等,具有较好的承载能力和耐磨性 • 海洋工程结构件:如铅-锡-镍合金、铅-锡-钴合金等,具有较好的耐腐蚀性和抗拉 强度
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MT4 Phase Diagram of Pb-Sn Alloys Name:SHI Tai Student Number:52888227 1. 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: Crucibles Thermoelectric couple Heating-furnace Multi-channel graph recorder Stirrer bar Specimens: Channel 0 1 2 3 4 5 Sn 100% 80% 62% 40% 10% -- Pn -- 20% 38% 60% 90% 100%
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. The 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 eutectic temperature. 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 2000 3000 4000 0 50
100
150 200 250 300 350 400 450 0 1 2 3 4 5
Amplified Cooling Curves of Pb-Sn Alloys
Time(s)
5. Results and Discussions Figure 1 Figure 2 Temperature(℃) Table1. The composition of Pb-Sn Alloys Sample 0 1 2 3 4 5 Content (wt%) Sn 100 80 62 40 10 0 Pb 0 20 38 60 90 100
Table2. Arrest points of Pb-Sn Alloys Sample 0 1 2 3 4 5 Temperature ℃ 237 204 186 243 303 326 186 186
Figure 3 The experimental and standard Pb-Sn phase graph As 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 questions 1. What is the expected difference in cooling curves for Pb-10 percent Sn and Pb-40 percent Sn alloys? 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 is