Transcript 材料科学基础实验

材料科学基础实验
指导教师：戴品强 郑振环
实验一 用热分析法建立二元合金相图
一、实验目的
熟悉用热分析法测定金属与合金的临界点，并根据临界点画出
二元合金相图。
二、实验原理
 热分析法是通过测量、记录金属或合金在缓慢加热
或冷却过程中温度随时间的变化来确定其临界点。
 没有发生相变时，温度随时间增加而均匀地降低或
增加；一旦发生了某种转变，则由于有热效应产生，
冷却曲线上就会出现转折，该转折点所对应的温度
就是所求的临界点。
二、实验原理
三、实验设备与材料
 实验装置
三、实验设备与材料
 实验材料
合金编号
1
2
3
4
5
6
合 金 成 分
Pb-Sb合 金 系
Pb-Sn合 金 系
100%Pb
95%Pb+5%Sb
88.8%Pb+11.2%Sb
80%Pb+20%Sb
60%Pb+40%Sb
100%Sb
100%Pb
80%Pb+20%Sn
60%Pb+40%Sn
38.1%Pb+61.9%Sn
20%Pb+80%Sn
100%Sn
四、实验步骤
1 分组，每组3人
2 熔化合金，至熔点以上100℃左右
3 冷却，测冷却曲线：每隔1min记录一次电位
差计的读数，在临界点附近，可以每隔半分
钟作一次记录。
4 作出冷却曲线，确定临界点
5 根据不同成分的临界点，作出相图
五、实验报告要求
1 本组合金的实验数据记录。
2 根据各种成分合金的临界点，按比例作出Pb-Sb或
Pb-Sn合金相图。
3 对实验结果进行分析和总结。
六、实验注意事项
 特别注意高温熔液，防止熔液倾倒，进入熔
液的热电偶、温度计等应该预热、干燥后进
入。
 测温计时采用倒计时。
实验二 固态金属中的扩散
一、实验目的
 用扩散定律的误差函数解估算碳在铁中的扩散系数，
加深对扩散定律的理解。
 根据相图和扩散理论分析二元系扩散偶的扩散层组织。
二、实验原理
（一）碳在铁中扩散系数D的估算

 x 

C  C s 1  erf 

 2 Dt 
用金相法通过测量渗层深度近似给出 不同位置x的碳浓度。
Cs有Fe—C相图确定或渗碳时的气氛碳势。
根据上式即可计算C在铁中的扩散系数D。
二、实验原理
（二）铜—锌扩散偶的扩散层组织
可借助Cu－Zn相图
分析扩散层组织 ，
注意二元合金扩散层
不会出现两相区
三、实验试样
 纯铁渗碳金相试样：930℃渗碳，表面碳
浓度为1.4%，时间0.5,1,2,4h。
 380℃扩散10h的铜-锌扩散偶金相试样。
 500℃扩散10h的铜一锌扩散偶金相试样。
四、实验内容与步骤
1. 用金相显微镜观察纯铁渗层组织，渗碳
测量渗层的深度x（半珠光体层到表面的
距离）。
2.对照Cu-Zn相图，用金相显微镜观察和分
析铜-锌扩散偶的扩散层组织（500℃扩
散10h和380℃扩散10h两种），并测量
扩散层中β、γ和ε相区的厚度z。
五、实验报告要求
1．设计一个表格，把T（渗碳温度）、t（渗碳时间）、
CS（表面碳浓度）、x1、x2、x3、及D填入表内。
2．用求得的D值和已知的t、Cs值求不同深度的碳浓度，
并建立渗层的C%-x曲线，所设x值不得少于8个。
3．分别画出500℃扩散10h和380℃扩散10h的铜-锌扩散
偶扩散层组织示意图，并注明各层各相的名称。
4．以距离Z为横坐标，以锌浓度Zn%为纵坐标，将实验
中测得的各相区的厚度标在横坐标上，根据Cu-Zn相
图确定500℃和380℃各相的最低含锌量和最高含锌量，
然后建立扩散层中锌浓度分布曲线，即Zn%-Z曲线。
实验三
二元合金显微组织观察
一、实验目的
 学会运用二元相图分析平衡状态下合金的显
微组织。
 熟悉典型二元合金相图及平衡凝固后的显
微组织特征。
二、实验原理
1.匀晶合金
Ni－Cu合金相图
二、实验原理
1.匀晶合金
Ni－70%Cu合金单相固溶体组织
Ni－70%Cu合金枝晶组织
二、实验原理
2.共晶合金
Pb－Sn合金相图
二、实验原理
2.共晶合金
Pb－Sn合金共晶组织
Pb－Sn合金 亚共晶组织
Pb－Sn合金 过共晶组织
二、实验原理
3.包晶合金
Sb－Sn合金相图
二、实验原理
3.包晶合金
Sn－80％Sb合金显微组织
三、实验内容
采用金相显微镜观察下表所示的二元合金显微组织，将组织组成物及
其形貌填入表中。
三、实验内容
合金
类别
合金成分（wt.%）
Pb-Sn
亚共晶
Sn40％
Pb-Sn
共晶
Sn62％
Pb-Sn
过共晶
Sn70％
Sn－Sb
包晶
Sb64％
Sn－Sb
包晶
Sb80％
Al－Si
亚共晶
Si6%
Al－Si
过共晶
Si20%
组织组成物及其形貌
四、实验报告要求
1.结合Pb-Sn相图分析不同成分合金平衡凝固条件下
组织的形成过程。
2.说明Pb—Sn二元合金的组织特征，绘出示意图，并
注明各组成物的名称。
3.分析Sn-Sb合金中含Sb80％成分合金的结晶过程及
结晶后所得的