实验6_二组分合金相图.pdfVIP

二组分合金相图 1 引言 1.1 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校正方法。 (3) 学会使用自动平衡记录仪。 1.2 实验原理 (1) 二组分合金相图 人们常用图形来表示体系的存在状态与组成、温度、压力等因素的关系。二组分相 图已得到广泛的研究和应用。固－液相图多用于冶金、化工等部门。 较为简单的二组分金属相图主要有三种： ①液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固溶体的系统，最典型的 为Cu-Ni 系统； ②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； ③液相完全互溶，而固相部分也互溶的系统，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）。 (2) 热分析法 （步冷曲线法） 热分析法（步冷曲线法）是绘制凝聚体系相图时常用的方法。它是利用金属及 合金在加热或冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，使得 温度-时间关系图上出现平台或拐点，从而得到金属或合金的相转变温度。由热 分析法制相图，先做步冷曲线，然后根据步冷曲线作图。 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， 通过记录仪记录下温度随时间变化的曲线（步冷曲线）。 以合金样品为例，当熔融的体系均匀冷却时（如图1.1 所示），如果系统不发生 相变，则系统温度随时间变化是均匀的，冷却速率较快（如图中ab 线段）；若 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）。 图1.1 步冷曲线 由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物系统，可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1.2 所示。严格地讲，Bi-Sn 合金是固态部分互溶凝聚系统， 只是由于普通的热分析方法灵敏度较低，无法测得固熔体相界数据，所以，我 们通过本实验得到的是Bi-Sn 二元合金的简化相图。 图1.2 步冷曲线与相图 2 实验操作 2.1 实验用品、仪器 热电偶（铜-康铜）一支，立式电炉 （500 W ）2 个，调压器2 个，加热套管5 个， 硬质玻璃试管5 个，热电偶套管5 只，沸点仪一套，自动平衡记录仪1 台。 Sn(AR) ，Bi(AR) ，松香，液体石蜡 实验仪器图如图 2.1 图2.1 步冷曲线测定装置图 2.2 实验条件 实验在温度17 °C，气压100.8 kPa 下进行 2.3 实验操作 (1) 配置样品。分别配制含Bi 质量分数为30%、57%、80%的Bi-Sn 混合物各50g 。 另外取纯Bi 、纯Sn 各50 g，分别装入5 个硬质玻璃试管。管内加少量松香， 以防金属氧化。插入热电偶套管于样品中部，热电偶套管中加入少量液体石蜡 用于导热，防止热电偶的热滞后现象。 (2) 测量样品的步