实验六 二组份合金体系步冷曲线的绘制

1、实验六二组份合金体系步冷曲线的绘制一、实验目的用热分析法（步冷曲线法）测绘Bi-Sn二组分金属步冷曲线。了解固液相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。3 .掌握SWKY数字控温仪和KWL-08可控升降温电炉的基本原理和使用。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PbSn系统，本实验研究的BiSn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

2、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，画出冷却温度随时间变化的步冷曲线（见图1）。图1步冷曲线图2步冷曲线与相图当熔融的系统均匀冷却时，如果系统不发生相变，则系统的冷却温度随时间 的变化是均匀的，冷却速率较快（如图中ab线段）；如果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

3、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（温度一组成图）。不同组成熔液的步冷曲 线对应的相图如图62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、实验仪器 TOC o

4、 1-5 h z SWKY数字控温仪1台KWL-08可控升降温电炉1台炉1个样品管6个0%，25%，50%，75%，100%的锡，铋混合物四、实验步骤（双头炉）SWKY数字控温仪与KWY-08可控降温电炉连接好，接通电源。将电炉置于 外控状态。将传感器放入炉内，加热，电压调到150V，冷风为0V，直到290度时。加热至290度时，将传感器放入样品管，温度下降，维持加热，电压为50V， 温度升高到290度。关闭加热电压，调节冷风电压为6V,至270度，调节冷风电压为4V,调节 计时器，设定30秒，记录温度，30秒记录一次温度，至温度降至100度。根据所测数据，绘出相应的步冷曲线。注意事项加热时，

5、将传感器置于炉内，冷却时，将传感器放入玻璃试管中，以防温度 过高。设定温度不能过高，一般不超过金属熔点30-50度，以防止石蜡油炭化，而 使金属氧化。冷却速度不宜过快，以防曲线转折点不明显。五、数据处理步冷曲线的绘制：下表：二组分金属体系温度随时间的变化关系时间/sT/r时间/sT/r时间/sT/r时间/sT/r步冷曲线的制作:当金属混合物加热熔化后冷却时，由于无相变发生，体系的温度随时间变化 较大，冷却较快（AB段）。若冷却过程中发生放热凝固，产生固相，将减小温 度随时间的变化，使体系的冷却速度减慢（BC段）。当融熔液继续冷却到某一 点时，由于此时液相的组成为低共熔物的组成。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，（如图CD段）。当融熔液完全凝固形