二元相图计算
《二元相图计算》创新课程作业
学生：于永龙班级：焊接2班学号：10850212
一名词解释
1. 体系
体系就是我们研究的对象的总和。
2. 环境
系统以外又与系统密切相关的部分称为环境，环境必须是与系统有相互影响的有限部分。
3. 组元
组成合金的独立的、最基本的单元称为组元，组元可以是组成合金的元素或稳定的化合物。
4. 相
系统中物理性质和化学性质完全相同的均匀部分称为相。
5. 相律
表示平衡物系中的自由度数,相数及独立组分数之间的关系。数学表达式：?=C-Ф+2
6. 杠杆定律
在结晶过程中，液、固二相的成分分别沿液相线和固相线变化。
7. Gibbus自由能
G=H－TS, G叫做吉布斯自由能。
8. 化学势
等温等压下，在一定浓度的溶液中，加入微量组分B，而引起系统吉布斯函数对组分B物质的量的变化率。
9. 理想溶液
宏观定义：溶液中的任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。
分子模型定义：各组分分子的大小及作用力彼此相似，当一种组分的分子被另一种组分的分子取代时，没有能量的变化或空间结构的变化，即就是当各组分混合成溶液时，没有热效应和体积的变化。
10. 拉乌尔定律
如果溶质是不挥发性的，即它的蒸气压极小，与溶剂相比可以忽略不计，则在一定的温度下，稀溶液的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压与其克分子分数的乘积。
二读书报告
关于《相图分析及应用》的读书报告
相图在冶金，化工等工业生产部门及矿物、化学等科学研究领域有着广泛应用和重要指导意义，是解决一些实际问题不可缺少的工具。在生产及新产品开发过程中，人们经常要遇到相图基础知识和应用相图解决一些实际问题，而《相图
分析及应用》一书可以帮助人们解决一些遇到的问题。
相图是在大量实验结果基础上绘成的，任何相图都不能认为是完美无缺或是最后的，必须进行不断的完善和修正。体系在发生相变时，结构、物理化学性质和能量等也将发生变化，研究相图的实质，就是利用体系发生相变时引起的性质和能量的变化，准确测出相变温度和相变过程。
通过看书，我了解到研究相平衡的基本方法有动态法和静态法。
其中动态法的实质是通过体系在加热和冷却过程中发生的热效应，画出加热和冷却曲线，以确定相变温度，常用的有两种方法：加热或冷却曲线法和差热分析法。静态法又称淬冷法，它是将一系列不同组成的混合物，加热到各预定温度下长时间保温，达到平衡状态，然后迅速淬冷，放入水浴、油浴或汞浴中，使其来不及发生各种相变，将高温状态保持到常温，再在常温下对淬火试样进行显微镜或X射线物相分析，就能确定某一组成在某一预定温度下存在的相及数量，把所有组成混合物在各温度下的研究结果，绘成几何图形就得到相图。
就如任何事物都有两面性，每种方法都有其利弊。动态法测定相图，方法简单，测定相变温度准确，但最大的问题就是它不能确定物质在升温或降温过程中发生相变，产生热效应是何种反应，以及相变物质的种类和数量，必须借助其他研究手段，如配合使用高温X射线衍射、高温电子显微镜等，才能准确完整绘出相图。静态法测定相变温度准确，方法简单可靠，最大的问题是工作量大、麻烦，因为要想绘制出一个较准确相图，必须确定很多在各个温度下处于相平衡的温度组成点位置，这就必须有大量的实验数据。
相图有二元凝聚体系相图、三元系统相图、四元体系相图，其中三元系统以二元系统为基础，把研究对象扩大为三个独立组分，四元体系含有四个纯组分。在此主要说一下二元相图。
二元相图为平面图，用二维直角坐标系表示，纵坐标表示温度，横坐标表示组成，一般表示组成的方法有质量百分比和摩尔比百分数。二元相图分为七类，分别为：（1）组分间无任何作用的简单低共熔型二元相图；（2）具有一个一致熔二元化合物的二元相图；（3）具有一个不一致熔二元化合物的二元相图；（4）具有化合物分解的二元相图；（5）具有晶型转变的二元相图；（6）具有液相分层的二元相图；（7）形成固溶体的二元相图。
相图在材料科学领域具有广泛的应用，它对无机材料，特别是耐火材料的生产、产品开发和应用更具指导意义。耐火材料等硅酸盐制品，都是将原料按一定比例配制，经高温处理而成，它们多是含有多种晶相和玻璃相（高温下的液相）的多相系统，制品的性能和使用中所表现出来的性状，与其所获得的相组成及其含量有着本质的内在关系，而依据相图就可以阐明和控制制品相的组成、含量及其随温度、组成等改变的变化过程，使我们能够通过一定的工艺处理，生产和研制出具有预期性能和使用效果的制品。
三计算报告：
1. Fe-C相图
计算结果如图1：
图1 计算Fe-C相图
Fe-C相图实验结果，如图2，来自参考文献【http://www.crct.polymtl.ca/fact/pdweb.php】
图2 实验Fe-C相图
2，Fe—Cr相图
计算结果如图3：
图3计算Fe—Cr相图
Fe—Cr相图实验结果，如图4，来自参考文献【http://www.crct.polymtl.ca/fact/pdweb.php】
图4：实验Fe-Cr相图
3，Fe—W相图
计算结果如图5：
图5计算Fe—W相图
Fe—W相图实验结果，如图6，来自参考文献【http://www.crct.polymtl.ca/fact/pdweb.php】
图6：实验Fe-W相图
4，Fe—Cu相图
计算结果如图7：
图7计算Fe—Cu相图
Fe—Cu相图实验结果，如图8，来自参考文献【http://www.crct.polymtl.ca/fact/pdweb.php】
图8：实验Fe-Cu相图
5，Al—Cu相图
计算结果如图9：
图9：计算Al—Cu相图
Al—Cu相图实验结果，如图10，来自参考文献【http://www.crct.polymtl.ca/fact/pdweb.php】
图10：实验Al—Cu相图: 6，Al--Zn相图
计算结果如图11：
图11：计算Al--Zn相图
Al--Zn相图实验结果，如图12，来自参考文献【http://www.crct.polymtl.ca/fact/pdweb.php】
图12：实验Al—Zn相图
7，Fe--O相图
计算结果如图13：
图13：计算Fe--O相图
Fe--O相图实验结果，如图14，来自参考文献【http://www.crct.polymtl.ca/fact/pdweb.php】
图14：实验Fe--O相图
二元液系相图(实验数据分析)
实验名称:二元液系相图 学院:XXXXXXXXXX 班级：XXXXXXXXX 姓名（学号）：XXX(XXXXXXXX) 指导教师：XXX 实验时间：XXXXXXXXXXXXXX
二元液系相图 一、实验目的 1.测定环己烷-乙醇系统的沸点组成图（T-X图）。 2.掌握阿贝（Abbe）折光仪的使用方法。 二、实验原理 两种液态物质以任何比例混合都形成均相溶液的系统称这完全 互中溶双液系。在恒定压力下溶液沸点与平衡的气液相组成的关系，可用沸点－组成图(t－x图)表示。 完全互溶双液系的沸点－组成图可分为两三种： 一种为最简单的情况，溶液沸点介于两个纯组分沸点之间，如图6-1所示。纵坐标表示温度，横坐标表示组分B的摩尔分数(x B，y B)。下面一条曲线表示气液平衡时温度(即溶液沸点)与液想组成的关系，称液相线(T－x线)。上面的线表示平衡温度与气相组成的关系,称气相线(T－y线)。若总组成为Z B的系统在压力p及温度t时达到气液两相平衡，其液相组成为x B气相组成为y B(见图6-1)。 另两种类型为具有恒沸点的完全互溶双液系统气液平衡相图，如图6-2所示。其中(a)为具有低恒沸点相图，(b)为具有高恒沸点相图。这两类相图中气相线与液相线在某处相切。相切点对应的温度称为恒沸温度，对应组成的混合物称恒沸混合物。恒沸混合物在恒沸点达气液平衡，平衡的气、液组成相同。同一双液系在不同压力下，恒沸点及恒沸混合物是不同的。
本实验绘制环己烷-乙醇二元液系的T-X图。其方法为将不同组成的溶液于蒸馏仪中进行蒸馏，沸腾平衡后记下温度，依次吸取少量的蒸馏液和蒸出液。分别用阿贝折光计测定其折射率，然后由环己烷-乙醇的折射率-组成标准曲线或其数据表确定相应组成，从而绘制环己烷-乙醇二元液系相图。 三、仪器和试剂 沸点测定仪；取样管；阿贝折光仪。 环己烷（分析纯）；无水乙醇（分析纯）；环己烷摩尔分数分别为0.2、0.4、0.6、0.8的乙醇溶液。 四、实验步骤 1.纯液体折光率的测定 分别测定乙醇和环己烷的折光率。 2.标准曲线的绘制 测定环己烷摩尔分数分别为0.2、0.4、0.6、0.8的乙醇溶液的折光率，绘制标准曲线。 3.测定沸点-组成数据 1)安装沸点测定仪。 2)溶液配制。 粗略配制环己烷质量百分数分别为0.05、0.1、0.2、0.45、0.55、0.6、0.7、0.8、0.9等组成的环己烷-乙醇溶液约50ml。
二元合金相图
第二章二元合金相图 纯金属在工业上有一定的应用，通常强度不高，难以满足许多机器零件和工程结构件对力学性能提出的各种要求；尤其是在特殊环境中服役的零件，有许多特殊的性能要求，例如要求耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等，纯金属更无法胜任，因此工业生产中广泛应用的金属材料是合金。合金的组织要比纯金属复杂，为了研究合金组织与性能之间的关系，就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。合金相图正是研究这些规律的有效工具。 一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有金属特性的物质叫做合金。其中组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，例如工程上常用的铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。二元以上的合金称多元合金。合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多，这正是合金的应用比纯金属广泛得多的原因。 合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分之间的关系。利用相图可以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，各相的相对含量、成分以及温度变化时所可能发生的变化。掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，也可按要求来研究新的合金。在生产中，合金相图可作为制订铸造、锻造、焊接及热处理工艺的重要依据。 本章先介绍二元相图的一般知识，然后结合匀晶、共晶和包晶三种基本相图，讨论合金的凝固过程及得到的组织，使我们对合金的成分、组织与性能之间的关系有较系统的认识。 2.1 合金中的相及相图的建立 在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成部分叫做相。液态物质为液相，固态物质为固相。相与相之间的转变称为相变。在固态下，物质可以是单相的，也可以是由多相组成的。由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金的组织。组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌。由不同组织构成的材料具有不同的性能。如果合金仅由一个相组成，称为单相合金；如果合金由二个或二个以上的不同相所构成则称为多相合金。如含30%Zn的铜锌合金的组织由α相单相组成；含38%Zn的铜锌合金的组织由α和β相双相组成。这两种合金的机械性能大不相同。 合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。 2.1.1 固溶体与复杂结构的间隙化合物 2.1.1.1 固溶体 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、 且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。与固溶 体晶格相同的组元为溶剂，一般在合金中含量较多； 另一组元为溶质，含量较少。固溶体用α、β、γ等 符号表示。A、B组元组成的固溶体也可表示为A （B），其中A为溶剂，B为溶质。例如铜锌合金中 锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示，亦可表示 为Cu（Zn）。图2.1 置换与间隙固溶体示意图 ⑴固溶体的分类 ①按溶质原子在溶剂晶格中的位置（如图2.1）分为：
第四章 二元合金相图与合金凝固答案
第四章二元合金相图与合金凝固 一、本章主要内容： 相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律； 二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼； 二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面； 共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶； 二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析 其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变 二元相图总结及分析方法 二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图， 相图与合金性能的关系 相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图 二、 1.填空 1 相律表达式为___f=C-P+ 2 ___。 2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有___成分_______起伏。 3. 按液固界面微观结构，界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。 4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____，光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。 5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析，用____均匀化退火___热处理方法可以消除。 6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈___平直状___状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为______树枝___状。 7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为____伪共晶。 8 共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为_______L1→α+β______, __ L+α→β____, ______ L1—L2＋α________, ___________γ→α+ L _______。 10 共析，偏析，包析反应式分别为______γ→α+β________，______ α1—α2＋β ________，
第四章 二元合金相图与合金凝固
第四章二元合金相图与合金凝固 本章主要内容： 相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律； 二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析 固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的 形成及对组织的影响，区域熔炼； 二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面； 共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶； 二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶合金的非平衡凝固与组织 包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭的缺陷 其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变二元相图总结及分析方法 二元相图实例：Fe-Fe 3C亚稳平衡相图，Al-Mn相图，Al 2 O 3 -SiO 2 二元系相图 相图与合金性能的关系 相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图 1.填空 1 相律表达式为_____________________________。 2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有_____________起伏。 3. 按液固界面微观结构，界面可分为__________________和 ____________________。 4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是__________________________，光滑界面晶体的长大机制是_____________________和_____________________。 5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生____________偏析，用 _________________热处理方法可以消除。 6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈 ________________状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为 ________________状。 7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为______________。 8 亚共晶合金的典型平衡组织为_________________，亚共析合金的典型平衡组织为___________________________。 9 共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为______________________, ____________________, _________________________, ___________________________。 10 共析，偏析，包析反应式分别为______________，______________， _____________。
简单二元系统相图的绘制
少年易学老难成，一寸光阴不可轻 - 百度文库 1 实验一 简单二元系统相图的绘制 一、目的与要求： 1．用热分析法测绘P b -S n 二元金属相图。 2．了解热分析法的测量技术与热电偶测量温度的方法。 二、原理： 相图是多相体系处于相平衡状态时体系的某物理性质（如温度）对体系的某一自变量（如组成）作图所得的图形，图中能反映出相平衡的情况（相对数目及性质等），故称为相图。二元或多元体系的相图常以组成为自变量其物理性质则大多取温度。由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条件下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质以及多相体系相平衡情况的变化，都要用到相图。 图1-1是一种类型的二元简单低共熔物相图，图中A 、B 表示二个组分的名称，纵轴是物理量温度T ，横轴是组分B 的百分含量B%，在acb 线的上方，体系只有一个相（液相）存在，在ecf 以下，体系有二个相（晶体A 和B ）存在，在ace 包围的面积中，一个固相（A ）和一个液相（A 在B 中的饱和熔化物）共存，在bef 所包围的面积中，也是一个固相（B ）和一个液相（B 和A 中的饱和熔化物）共存。图中C 是ace 与bef 两个相区的交点，有三相（晶相A 、晶相B 、饱和熔化物）共存。所以测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。常用的方法就是热分析实验法。 热分析法所观察的物理性质是被研究体系的温度，将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间读体系温度一次，所以得历次温度值对时间作图，得一曲线，一般称为步冷曲线或冷却曲线。 在冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，因此步冷曲线的斜率发生变化而出现转折点，所以这些转折点温度就相当于被测体系在相图中分隔线上的点子，若图1-2是图1-1中组成为P 的体系步冷曲线，则点2、3就分别相当于相图中的点G 、H 。因此，取一系列组成不同的体系，作出它们的步冷曲线，求出各转折点，即能画出二元体系的最简单相图（对复杂的相图，还必须配合其它方法，方能画出）。 从相图定义可知，用热分析法测绘相图的要点有： 1．被测体系必须时时处于或非常接近于相平衡状态。因此，体系冷却时，冷却速度必须足够慢，以保证上述条件近于实现。 2．测定时被测体系的组成必须与原来配制样品时的组成值一致，如果测定过程中样品处于不均匀或样品发生氧化变质。这一要求就不能实现。 3．测得的温度值必须能真正反映体系所测时间的温度值，因此，测温仪器的热容必须H P 5 G a b 冷却曲线 Bi(s L+Bi(s) L A B t T T B% a b c e f 1 2 3 4 图1-2 图1-1
第四章材料的成形凝固与二元合金相图参考答案.doc
第四章材料的成形凝固与二元合金相图 习题参考答案 一、解释下列名词 答：1、凝固：物质由液态转变为固态的过程。 2、过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 3、自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 4、非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 5、变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒的处理方法。 6、变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 7、同素异构转变：金属在固态下随温度的改变，由一种晶格转变为另一种晶格的现象。 8、合金：通过熔炼，烧结或其它方法，将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质。 9、组元：组成合金的最基本的、独立的物质。 10相：在金属或合金中，凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。 11、相图：用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图。 12、枝晶偏析：实际生产中，合金冷却速度快，原子扩散不充分，使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多，后结晶含低熔点组元较多，这种在晶粒内化学成分不均匀的现象。 13、比重偏析：比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大，则在缓慢冷却条件下凝固时，先共晶相便会在液体中上浮或下沉，从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致的现象。 二、填空题 1、实际结晶温度比理论结晶温度略低一些的现象称为金属结晶的过冷现象，实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 2、金属结晶过程是晶核形成与晶核长大的过程，这是结晶的基本规律。 3、金属结晶时的冷却速度越快，则过冷度越大，结晶后的晶粒越细，其强度越高，塑性和韧性越好。 4、典型的金属铸锭组织由三层组成，即表层细晶区、柱状晶区、中心粗等轴晶区。 5、在金属铸锭中，除组织不均匀外，还经常存在缩孔、气孔、疏松等各种铸造缺陷。 6、其它条件相同时，在下列铸造条件下，就铸件晶粒大小来说：
第四章 二元合金相图与合金凝固答案教学内容
第四章二元合金相图与合金凝固答案
第四章二元合金相图与合金凝固 一、本章主要内容： 相图基本原理：相，相平衡，相律，相图的表示与测定方法，杠杆定律； 二元匀晶相图：相图分析，固溶体平衡凝固过程及组织，固溶体的非平衡凝固与微观偏析 固溶体的正常凝固过程与宏观偏析：成分过冷，溶质原子再分配，成分过冷的形成及对组织的影响，区域熔炼； 二元共晶相图：相图分析，共晶系合金的平衡凝固和组织，共晶组织及形成机理：粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面； 共晶系非平衡凝固与组织：伪共晶，离异共晶，非平衡共晶； 二元包晶相图：相图分析，包晶合金的平衡凝固与组织，包晶反应的应用 铸锭：铸锭的三层典型组织，铸锭组织控制，铸锭中的偏析 其它二元相图：形成化合物的二元相图，有三相平衡恒温转变的其它二元相图：共析，偏晶，熔晶，包析，合晶，有序、无序转变，磁性转变，同素异晶转变 二元相图总结及分析方法 二元相图实例：Fe-Fe3C亚稳平衡相图， 相图与合金性能的关系 相图热力学基础：自由能—成分曲线，异相平衡条件，公切线法则，由成分—自由能曲线绘制二元相图 二、 1.填空 1 相律表达式为___f=C-P+ 2 ___。 2. 固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有___成分 _______起伏。 3. 按液固界面微观结构，界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。
4. 液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____，光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。 5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析，用____均匀化退火___热处理方法可以消除。 6 液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈___平直状___状，dT/dX<0时（负温度梯度下），则固、液界面为______树枝___状。 7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金，快冷时可能得到全部共晶组织，这称为____伪共晶。 8 共晶，包晶，偏晶，熔晶反应式分别为_______L1→α+β______, __ L+α→β ____, ______ L1—L2＋α________, ___________γ→α+ L _______。 10 共析，偏析，包析反应式分别为______γ→α+β________，______ α1—α2＋β________，_______α+β→γ______。 11 固溶体合金凝固时，溶质分布的有效分配系数k0=__ C s/C l __ 14 固溶体合金定向凝固时，液相中溶质混合越充分，则凝固后铸锭成分_偏析最严重__。 15. 在二元相图中，L1→α+L2叫___偏晶___反应，β→L+α称为___熔晶__转变，而反应α１—α２＋β称为____偏析___反应，α+β→γ称为___包析___反应。19 Fe-Fe3C相图中含碳量小于__ 0.0218-2.11% __为钢，大于___ 2.11% __为铸铁；铁碳合金室温平衡组织均由_______F______和____ Fe3C __________两个基本相组成；根据溶质原子的位置，奥氏体其晶体结构是____ FCC __________，是____间隙________固溶体，铁素体是_____ ____间隙固溶体 ______固溶体，其晶体结构是__ BCC ____，合金平衡结晶时，奥氏体的最大含C量是___ 2.11 _______；珠光体是由___铁素体____和__渗碳体__组成的两相混合物；莱氏体的含碳量_____ 4.3% ____；在常温下，亚共析钢的平衡组织是___ P+F ___，过共析钢的平衡组织是____ P+Fe3C II ____，亚共晶白口铸铁的平
Pb-Sn二元相图测定及其组织分析报告
实验10 二组分合金相图 班级：材料（硕）01 组长：丁斌 组员：越凡门明达王光王晓宇瑛康何林温雅欣多雪俊杰 实验日期：2013年5月22
1.1实验目的 1.2 ①掌握用热分析法测定材料的临界点的方法； ②学习根据临界点建立二元合金相图； ③自制二元合金金相样品，并分析组织。 热分析法（冷却曲线法） 热分析法（冷却曲线法）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，先做冷却曲线，然后根据冷却曲线作图。 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（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，冷却曲线上出现 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）。 由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物系统，可根据它的冷却曲线 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 熔液的冷却曲线对应的相图2所示。 测定一系列不同Pb-Sn合金成分下的由液体缓慢冷却至完全凝固的数据，作冷却曲线，找出转折点或者平台，即对应转变开始或者完成所对应的温度，由此，综合这一系列的温度和其所对应的成分即可作出平衡态下的相图。 图1 图2
二元液系气液平衡相图
实验二二元液系气液平衡相图 一、实验目的 1、了解环己烷—乙醇系的沸点—组成图 2、由图上得出其最低恒沸温度及最低恒沸组成（含乙醇% ） 3、学会使用数字阿贝折射仪 4、学会使用WTS —05 数字交流调压器 二、原理 一个完全互溶双液体系的沸点—组成图，表明在气液二相平衡时沸点和二相成分间的关系，它对了解这一体系对行为及分馏过程都有很大的实用价值。 在恒压下完全互溶双液系的沸点与组分关系有下列三种情况：1、溶液沸点介于二纯 组分之间； 2 、溶液有最高恒沸点；3、溶液有最低恒沸点。 图1表示有最低恒沸点，本次实验图形也像如此的样子， A ' LB '代表液相线的交 点表示在该温度时互成平衡的二相的成份。 绘制沸点—成份图的简单原理如下：当总成份为X 的溶液开始蒸馏时，体系的温度 沿虚线上升，开始沸腾时成份为Y的气相生成。若气相量很少，x、y二点即代表互成平 衡时液气二相成份。继续蒸馏，气相量逐渐增多，沸点沿虚线继续上升，气液二相成份分别在气相和液相线上沿箭头指示方向变化。当二相成份达到某一对数值x '和y'，维 持二相的量不变，则体系气液二相又在此成份达到平衡，而二相的物质数量按杠杆原理分配。 本实验利用回流的方法保持气液二相相对量一定，则体系温度恒定。待二相平衡后，取出二相的样品，用阿贝折光仪测定其折射率。得出该温度下气液二相平衡成份的坐标 点，改变体系的总成份，再用上法找出一对坐标点，这样测得若干坐标点后，分别按气相点和液相点连成气相线和液相线，即得T —X 平衡图。 三、步骤 1 、安装接通仪器，打开冷凝水； 2、加入环己烷20ml ，蒸馏至沸腾，待小兜有液体后回流三次，温度平衡2—3 分钟基本不变，记下温度，关闭调压器； 3、 A 组加入乙醇0.5ml ，用上法测定温度，然后关闭调压器，取出气相，液相的样品，测其折射率，以后分别加入 1.0,2.0,4.0,8.0,12.0ml 乙醇； 4、B组加入20ml无水乙醇，蒸馏至沸腾，待小兜有液体后回流三次，温度平衡分钟基本不变，记
二元液系的气液平衡相图
实验二十八二元液系的气液平衡相图 1、实验目的 ①实验测定乙醇-环己烷二元液系的沸点-组成图，并由图决定其最低恒沸温度及最低恒沸混合物的组成。 ②学会阿贝折射仪的使用及维护方法。 2、实验原理 纯液体物质，组成一定的A、B两液体的混合物，在恒定的压力下沸点为确定值，液体混合物的沸点随组成不同而改变，因同样温度下，各组分挥发能力不同，即具有不同的饱和蒸气压，故平衡共存的气、液两相的组成通常并不相同。因此在恒定压力下对不同组成的二组分液体进行蒸馏，测定两相平衡温度及馏出物(气相)和蒸馏液(液相)的组成，就可绘制出该系统的沸点与两相组成关系的T-x图，即沸点-组成图，通常称为蒸馏曲线。 二组分完全互溶液体系统蒸馏曲线可分为三类：(1)系统中两组分对拉乌尔定律的偏差都不大，在T-x图上溶液的沸点总是介于A、B两纯液体的沸点之间，如图6-1(a)所示。(2)两组分对拉乌尔定律都产生较大的负偏差，在p-x图上出现最小值时，在T-x图上将出现最高点，如图6-1(b)所示。(3)两组分对拉乌尔定律都产生较大的正偏差，在p-x图上出现最大值时，在T-x图上将出现最低点，如图6-1(c)所示。最高点和最低点分别称为最高恒沸点和最低恒沸点，对
应的组成称为恒沸组成，其相应的混合物称为恒沸混合物。恒沸混合物蒸馏所得到的气、液两相组成相同，故不能用一次精馏的办法同时分出两个纯组分。 本实验是在某恒定压力下则定乙醇—环己烷二组分系统的沸点与组成平衡数据，并绘制该液体混合物的蒸馏曲线，其类型如图6-1(a)所示，这种类型的液态混合物中总是易挥发组分在平衡气相里的组成大于它在液相里的组成。图6-1(a)中，与沸点t1对应的气相线上D 点的组成是w B(g)、液相线上C点的组成是w B(l)。t A＜t B，A较B易挥发，故w B(l)＞w B(g)，而w A(g)＞w A(l)。 测定混合物组成的方法分为物理法和化学法。物理法是通过测定与系统组成有一定关系的某—物理性质(如电导、折射率、旋光度、吸收光谱、体积、压力等)而求出系统组成的方法。本实验是采用测定折射率的方法，采用此法是因为液体乙醇与环己烷的折射率相差较大，而且它们的液体混合物的折射率与其组成有较好的线性关系。其步骤是预先测定一定温度下，一系列已知组成的二组分液体混合物的折射率，绘出折射率-组成图，亦称工作曲线，如图6-2所示。然后
简单二元系统相图的绘制 (1)
百度文库 - 让每个人平等地提升自我！ 1 实验一 简单二元系统相图的绘制 一、目的与要求： 1．用热分析法测绘P b -S n 二元金属相图。 2．了解热分析法的测量技术与热电偶测量温度的方法。 二、原理： 相图是多相体系处于相平衡状态时体系的某物理性质（如温度）对体系的某一自变量（如组成）作图所得的图形，图中能反映出相平衡的情况（相对数目及性质等），故称为相图。二元或多元体系的相图常以组成为自变量其物理性质则大多取温度。由于相图能反映出多相平衡体系在不同自变量条件下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质以及多相体系相平衡情况的变化，都要用到相图。 图1-1是一种类型的二元简单低共熔物相图，图中A 、B 表示二个组分的名称，纵轴是物理量温度T ，横轴是组分B 的百分含量B%，在acb 线的上方，体系只有一个相（液相）存在，在ecf 以下，体系有二个相（晶体A 和B ）存在，在ace 包围的面积中，一个固相（A ）和一个液相（A 在B 中的饱和熔化物）共存，在bef 所包围的面积中，也是一个固相（B ）和一个液相（B 和A 中的饱和熔化物）共存。图中C 是ace 与bef 两个相区的交点，有三相（晶相A 、晶相B 、饱和熔化物）共存。所以测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。常用的方法就是热分析实验法。 热分析法所观察的物理性质是被研究体系的温度，将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间读体系温度一次，所以得历次温度值对时间作图，得一曲线，一般称为步冷曲线或冷却曲线。 在冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，因此步冷曲线的斜率发生变化而出现转折点，所以这些转折点温度就相当于被测体系在相图中分隔线上的点子，若图1-2是图1-1中组成为P 的体系步冷曲线，则点2、3就分别相当于相图中的点G 、H 。因此，取一系列组成不同的体系，作出它们的步冷曲线，求出各转折点，即能画出二元体系的最简单相图（对复杂的相图，还必须配合其它方法，方能画出）。 从相图定义可知，用热分析法测绘相图的要点有： 1．被测体系必须时时处于或非常接近于相平衡状态。因此，体系冷却时，冷却速度必须足够慢，以保证上述条件近于实现。 2．测定时被测体系的组成必须与原来配制样品时的组成值一致，如果测定过程中样品处于不均匀或样品发生氧化变质。这一要求就不能实现。 3．测得的温度值必须能真正反映体系所测时间的温度值，因此，测温仪器的热容必须H P 5 G a b 冷却曲线 Bi(s L+Bi(s) L A B t T T B% a b c e f 1 2 3 4 图1-2 图1-1
材料成型原理第四章答案
第四章 1． 何谓结晶过程中的溶质再分配?它是否仅由平衡分配系数K 0所决定?当相图上的液相线和固相线皆为直线时，试证明K 0为一常数。 答：结晶过程中的溶质再分配：是指在结晶过程中溶质在液、固两相重新分布的 现象。 溶质再分配不仅由平衡分配系数K 0决定 ，还受自身扩散性质的制约，液相中的对流强弱等因素也将影响溶质再分配。 当相图上的液相线和固相线皆为直线时K 0为一常数，证明如下：如右图所示： 液相线及固相线为直线，假设 其斜率分别为m L 及m S ，虽然 C *S 、C * L 随温度变化有不同值，但 L m S m L S m T T m T T C C K /)(/)(0* *** --===S L m m =常数， 此时，K 0与温度及浓度无关， 所以，当液相线和固相线为直 线时，不同温度和浓度下K 0为 定值。 2． 某二元合金相图如右所示。合金液成分为C B =40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：①α相与液相之间的平衡分配系数K 0；②凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几?③凝固后的试棒中溶质B 的浓度沿试棒长度的分布曲线。 解：（1）平衡分配系数K 0 的求解： 由于液相线及固相线均为直 线不同温度和浓度下K 0为 定值，所以：如右图， 当T=500℃时， K 0 =**L C C α=% 60%30=0.5 K 0即为所求 α相与液相之间的 平衡分配系数. （2）凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数的计算: 由固相无扩散液相均匀混合下溶质再分配的正常偏析方程 ) 1(00-* =K L L f C C 图 4-43 二元合金相图 K 0＜1C 0K 0C 0/K 0T C * S C * L C 0C T * Tm
二元系相图基本类型介绍及分析(自己整理)
二元系统相图的基本类型 相图中用途最大，研究得最多的就是二元相图。某些多元复杂体系，在一定程度上也可以简化成“赝二元体系”来处理，因此我们在这里对二元体系做一个简单介绍。 相图中有点、线、面，他们分别有如下含义： ①点：表示平衡相中某相的“温度”与“成分”，亦称相点。如：同成分点、临界点、共晶点、包晶点； ②线：相转变时温度与“平衡相成分”的关系。如：固相线、液相线、固溶度线、汇溶线、水平反应线； ③面：相型相同的一种状态区域。如：单相区、两相区、三相区； 二元相图中的几何规律： ①在二元系相图中，除点接触外相邻相区的相数差永远是“1”（相区接触法则）； ②在三相点处的相线曲率，必须使其延长线所表示的亚稳相位于其他两条平衡相线之间，而不是任意的（曲率原则）； ③三相区的形状是一条水平线，其上三点是平衡相的成分点（如何分析这3点很重要！）； ④若两个三相区中有2个相同相，则两条水平线间必是由这两相组成的两相区； 相图的四个普适定律： =-+ ①相律：对于一个达到相平衡的系统而言，定有：F C P n ②杠杆定理：计算两相区内平衡存在的两个相的相对质量。 ③相平衡定律：体系中各相的数量并不影响这些相的平衡组成和性质。 ④质量作用定律：单位时间从相（1）转化到相（2）的分子数应当与该组分在相（1）中的有效浓度成正比；反向转化的分子数应当与它在相（2）中的有效浓度成正比。 对于相律的几个注意点： ①相律推导的条件是平衡状态，故相律是各种相平衡体系都必须遵守的规律； ②相律是热力学推论，有普适性和局限性；
③相律只表示体系中组分和相的数目，不能指明组分和相的类型、结构、含量以及之间的函数关系等；如相律可以告诉我们在某一平衡条件下，指定系统中有几个相（只是一个数值），却不能指出是哪些具体的物相，这些物相究竟是什么只能用实验去测得； ④自由度的值不得小于零； ⑤不能预告反应动力学（即反应速度） 二元系统是含有二个组元（C=2）的系统，如CaO-SiO2，Na2O-SiO2系统等。根据相律F=C-P+2=4-P，由于所讨论的系统至少应有一个相（P≥1），所以系统最大自由度数为3，即独立变量除温度、压力外，还要考虑组元的浓度。对于三个变量的系统，必须用三个坐标的立体模型来表示。但是在通常情况下，对于凝聚系统可以不考虑压力的改变对系统相平衡的影响，此时相律可用F=C-P+1表示。在后面所要讨论的二元、三元、四元系统，如果没做特别说明都是指凝聚系统。对于二元凝聚系统，则C=2，其相律为： F=C-P+1=3-P 当Pmin＝1时，Fmax＝2；当Fmin＝0时，Pmax＝3。可见，在二元凝聚系统中平衡共存的相数最多为3，最大自由度数为2。这两个自由度就是指温度（T）和两组元中任一组元的浓度（x）。因此二元凝聚系统相图仍然可以用平面图来表示，即以温度组成图表示。 （1）相图的表示方法 二元系统相图中横坐标表示系统的组成，因此又称为组成轴。纵坐标表示温度，又称为温度轴。组成轴的两个端点分别表示两个纯组元，中间任意一点都表示由这两个组元组成的一个二元系统。假设二元系统由AB两组元构成，则两个端点A和B分别表示纯A和纯B。 组成轴分为100等份，从A点到B点，B的含量由0%增加到100%，A的含量由100%减少到0%；从B点到A点则相反，B的含量由100%减少到0%，A的含量由0%增加到100%，见图6.24。AB之间的任意点都是由AB组成的二元系统，如图中的M点是由30%的A和70%的B组成的二元系统。在相图中组成可以用质量百分数表示，也可以用摩尔百分数或摩尔分数表示，其图形有明显
二元液系相图
一．实验目的： 1. 用沸点仪测定在常压下环己烷-乙醇的气液平衡相图. 2. 了解沸点的测定方法. 3. 掌握阿贝折射仪的测量原理及使用方法. 二．实验原理： 液体的沸点是液体的蒸汽压与外压相等时的温度。在一定的外压下，单一组分的液体有确定的沸点值。对于一个完全互溶的双液体系，沸点不仅与外压有关，还和液体的组成有关。 在恒压下，完全互溶双液体系的沸点与成分关系有下列三种情况：1．溶液的沸点介于二纯组分沸点之间 2．溶液有最高恒沸点，即对拉乌尔定律发生负偏差的溶液 3．溶液有最低恒沸点，即对拉乌尔定律发生正偏差的溶液 （1）简单完全互溶双液系的T-x图（2）具有最高恒沸点的T-x 图
（3）具有最低恒沸点的T-x 图 在恒沸点时，气相的组成与液相的组成相同，具有此种组成的混合物称为恒沸混合物，用蒸馏的方法不能使恒沸混合物分离。恒沸点和恒沸混合物的组成与外压有关，改变外压可使恒沸点和恒沸混合物的组成发生变化。 配制一系列不同组成的环己烷—乙醇溶液，然后测定其相应的折光率，由此可绘出组成—折射率的标准曲线。 测定混合液近似组成所对应的液相和气相折射率，通过标准曲线可以查出该温度下气液二相平衡时折射率所对应的环己烷组成，通过此方法再找出其他混合液近似组成的折射率所对应的环己烷组成，这样测得若干组数据后，以环己烷的组成x 为横坐标，温度T 为竖坐标作图，将气相点和液相点用光滑的曲线连成气相线和液相线，即得T-x 图。对于纯环己烷，纯乙醇的沸点可用克-克方程算出 2 ln m g l H d p dT RT ?= （1） 212111ln ()g l m H p p R T T ?=-- （2） 气液组成的折光率可用阿贝折射仪来测定。
二元伪共晶相图
Equilibrium pseudobinary Al±Mg2Si phase diagram J.Zhang,Z.Fan,Y.Q.Wang,and B.L.Zhou Preliminary experiments and phase diagram calculations were conducted to determine the equilibrium phase diagram of the Al±Mg2Si pseudobinary section.It was found that there is a narrow ternary phase?eld of Al z Mg2Si z liquid in the diagram.At the pseudoeutectic composition of Al±13.9wt-%Mg2Si,a pseudoeutectic reaction takes place between the temperatures of583.5and5943C.The solubility of Mg2Si in Al at583.53C is calculated as1.91wt-%.MST/4537 At the time this work was carried out Dr J.Zhang and Dr Z.Fan were in the Department of Materials Engineering,Brunel University,Uxbridge UB83PH,UK.Dr Zhang is now in the Department of Materials Science and Engineering,University of Erlangen,Germany(jianzhang7232@y https://www.360docs.net/doc/9117259709.html,).Professor Y.Q.Wang and Professor B.L.Zhou are in the Institute of Metal R esearch,Chinese Academyof Sciences,Sheny ang110015,China.Manuscript received20December1999;accepted14 November2000. #2001IoM Communications Ltd. Introduction In situ composites based on Al±Mg2Si or Mg±Mg2Si hypereutectic alloys have shown considerable potential because of their low speci?c weights.The microstructure of such composites is generally a eutectic matrix with primary Mg2Si particles as the reinforcing phase.To avoid the rather brittle character of the materials,advanced processing techniques such as rapid solidi?cation,1,2hot extrusion,3,4 and mechanical alloying5,6have been used.According to previous work,it is possible to embed hard Mg2Si particles in a plastically deformable matrix in an Al±Mg2Si composite with attractive properties by using a common gravity casting process.7Therefore,it is possible to prepare the composites by using a method that is more practical. However,the successful development of such composites depends on a good understanding of the equilibrium diagram of the Al±Mg2Si pseudobinary system. Although there are a few publications on the pseudoeu-tectic section of Al and Mg2Si in an Al±Mg±Si ternary system,most attention has been paid to the Al rich corner.8 Moreover,detailed information on the pseudobinary system,such as the composition of the eutectic point and the solubility of Mg2Si in Al,were not conclusive in the literature,which is summarised in Table1.8±12Almost all of the previous publications also reported an isothermal eutectic line of Al z Mg2Si in the system with a eutectic temperature of593±5953C.Meanwhile,a ternary phase ?eld in the diagram was reported in the temperature range 590±5943C at the eutectic point.12Therefore,it is essential to investigate the pseudobinary system and to clear the confusion in the equilibrium diagram. Experimental Industrially pure Al,Mg,and Si(w99.8wt-%)was used to melt Al±Mg2Si composites of10and15wt-%Mg2Si.Extra Mg was added to balance the oxidation loss.All the extra Mg additions were determined by several experiments and subsequent compositional analysis in order to ensure the resulting composition changes were within1wt-%of the preset values.13A salt mixture was used for microstructural re?nement.14C2Cl6(99.9%)was pressed into the melt for degassing.The melt was cast in a steel mould and rod like specimens of10mm in diameter were obtained.All samples were etched and examined by optical microscopy and SEM (Jeol JXA840)with an energy dispersive X-ray analysis (EDS)accessory.Details of the experimental procedure are reported elsewhere.7,14Phase diagram calculation was done using the Thermo-Calc program and Al DATA,which was developed by Thermo Tech Ltd(Guildford,UK).A pseudobinary phase diagram of Al±Mg2Si was obtained as a vertical section of the Al±Mg±Si ternary system at a ?xed Mg/Si atomic ratio(2:1). Results and discussion Figure1compares the microstructures of two Al±Mg2Si alloys with different Mg2Si contents.According to EDS analysis,the bright phase was identi?ed as a-Al and the dark particles were identi?ed as Mg2Si.The lamella Mg2Si was obviously formed by coupled growth with a-Al as a result of the pseudoeutectic reaction.No other compounds were detected in the present work. The microstructure of Al±10wt-%Mg2Si alloy was mainly composed of a-Al dendrites and pseudoeutectics of Al z Mg2Si.It is worth noting that some small Mg2Si particles can also be observed in the microstructure,as marked by arrows in Fig.1a.The dendritic morphology of a-Al indicated that a-Al was the primary phase during solidi?cation.Afterwards,a-Al and Mg2Si cosolidi?ed as the lamella structure of the pseudoeutectic.The Mg2Si particles had a smaller size than the primary Mg2Si particles shown in Fig.1b,and a different morphology to the lamella structures produced by cogrowth of Al and Mg2Si.It is believed that these particles were formed after the solidi?cation of primary a-Al dendrites,which means Mg2Si particles as well as Mg2Si pseudoeutectics were produced simultaneously during the pseudoeutectic reaction. In the Al±15wt-%Mg2Si alloy,both primary particles of Mg2Si and a-Al can be observed besides the pseudoeutectic matrix.Experimental results shown in Fig.1b indicate that during solidi?cation Mg2Si particles formed as a primary phase and a-Al grains formed at a similar time to when the pseudoeutectic reaction occurred during the subsequent solidi?cation.The a-Al grains and Mg2Si particles observed in Fig.1b indicate that there may be a phase?eld in the phase diagram where a-Al and the pseudoeutectic cosolidify from the liquid. 494Materials Science and Technology May2001Vol.17ISSN0267±0836