铋一铅一锡三元系相图.docx

实验五 三元合金的显微组织（Microstructure of Ternary Alloys） 实验学时：1 实验类型：综合 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 1．熟悉铋一铅一锡三元系相图和典型合金的显微组织2．了解三元合金的显微组织与其三元相图的关系二、概述 三元相图可以帮助我们分析三元合金的平衡凝固过程及凝固后的显微组织对于铸锭和铸件，如果凝固时的冷却速率较小（如砂模铸造） ，也可借助相图分析其凝固过程和凝固后的显微组织下图为铋一铅一锡三元相图的液相面投影图的示意图中 Bi、 Pb、Sn 分别代表纯组元铋、铅、锡；（Bi） 、 （Pb） 、 （Sn）分别代表以铋、铅、锡为溶剂的固溶体；（β）代表以 Bi--Pb 二元系中的 β 相为溶剂的固溶体为帮助了解铋一铅一锡三元相图，下面给出该三元相图各边的二元相图简图图中（Bi） 、（Pb） 、 （Sn）分别代表各二元系中以铋、铅、锡为溶剂的固溶体由上图可知，各二元系在液态时均为无限互溶，但在固态则为有限溶解，在铅一铋二元系中还出现了中间相 β在锡一铋二元系中，有一个共晶转变 L→（Sn）+（Bi） ，转变温度为138.5℃。

在铅一铋二元系中有一个包晶转变和一个共晶转变，包晶转变温度为 184℃，反应式为 L+（Pb）→β；共晶转变温度为 125℃，反应式为 L→β+（Bi） 在铅一锡二元系中，有一个共晶转变 L→（Pb）+（Sn） ，转变温度为 188℃各二元系中的三相平衡都要进入三元系，成为三元系中的三相平衡根据相律，三元系中三相平衡的自由度数等于 1，因而是在一个温度范围内进行的当降至某一定温度时，这些三相平衡将参与四相反应由液相面投影图可知，在铋一铅一锡三元系中存在两个四相平衡，一是在 P 点发生的四相包共晶反应，反应式为 L+（Pb ）→β+ （Sn） ；另一个是在 E 点发生的四相共晶反应，反应式为 L→（Bi）+β+（Sn ） 根据相律，三元系中四相平衡的自由度数等于零，因而是一个恒温转变转变过程中，参加反应的各相成分不变，温度恒定根据合金成分在三元相图投影图上的位置，可以分析合金的平衡凝固过程并预计凝固后的组织组成物下面举例说明成分在 E 点的合金自液态进行凝固时，将直接进人四相平衡，发生四相共晶反应，反应式为 L→（Bi）+β+（Sn ） ，这是一个恒温转变，转变温度为 96℃，凝固后的组织为（Bi）+β+（Sn）三相共晶体。

成分在 e1E 线上的合金凝固时，先进行三相共晶反应，反应式为 L→（Bi）+β，生成两相共晶体（Bi ）+β 这个三相反应是在一个温度范围内进行的当温度降到 E 点（96℃）时，剩余的液体将进行四相共晶反应 L→（Bi）+β+（Sn） ，生成三相共晶体（Bi）+β+（Sn） 因此，e1E 线上的合金（不包括 e1 点和 E 点）凝固后，其组织组成物为两相共晶体（Bi）+β和三相共晶体 β+（Bi）+ （Sn） 若忽略固态下铅、锡在铋中很小的溶解度，则可把 Bi 点和 E 点联成直线成分在 BiE 线上的合金凝固时，先由液相生成初生晶体（Bi） ，由于液相成分不能进入三相平衡区，因而没有两相共晶体形成当液相成分到达 E 点时，将发生四相共晶反应，生成三相共晶体（Bi）+β+（Sn） 因此，BiE 线上的合金凝固后，其组织组成物为初生晶体（Bi）和三相共晶体（Bi ）+β+（Sn ） 成分在 Bie1EBi 范围内的合金凝固时，先从液相结晶出初生晶体 Bi，随着温度的降低，当液相成分到达 e1E 线时，将通过三相共晶反应生成两相共晶体（Bi）+β ，当液相成分到达E 点时，将发生四相共晶反应，生成三相共晶体（Bi）+β+（Sn） 。

因此在 Bie1EBi 范围内（不包括 Bie1EBi 线）的合金凝固后，其组织组成物为初生晶体（ Bi） 、两相共晶体（Bi）+β 和三相共晶体（Bi）+β+（Sn） 下面举出铋一铅一锡系中三个典型合金砂模铸造的显微组织各合金的成分为：合金Ⅰ（Bi-33%Pb-17%Sn） ，合金Ⅱ（Bi-25%Pb-13%Sn） ，合金Ⅲ（Bi-7%Pb-40Sn% ） 它们在液相面投影图上的位置分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ标出此外，若给出过合金成分点的垂直截面，则可知道合金在凝固过程中所经历的相平衡及所对应的温度及温度范围等；若给出等温截面，则可知道该温度下合金所处的状态，由哪些相组成，并可应用杠杆定理和重心法则求出各相、各组织组成物的相对含量等三、实验用设备和材料 ⒈ 光学金相显微镜⒉ 典型成分的铋—铅— 锡三元合金砂模铸造的金相试样四、实验内容与步骤 ⒈ 在教师的指导下对铋—铅— 锡三元相图进行讨论与分析⒉ 将所要观察的各合金的成分点标在该三元相图的投影图上，分析其平衡凝固过程，预计在室温下的组织组成物⒊ 用金相显微镜观察与分析已制备好的典型三元合金金相试样的显微组织样品使用的浸蚀剂是 4%的硝酸酒精5-1）铅锡铋三元合金 E 点成分 （5-2）铅锡铋三元合金Ⅲ点合金（5-3）铅锡铋三元合金 E-Sn 连线上的成分 （5-4 ）铅锡铋三元合金Ⅱ点成分 五、本次实验的总结报告 ⒈ 画出铋—铅 —锡三元相图的液相面投影图，标出实验中所观察的各合金的成分点。

⒉ 画出各合金在室温下的显微组织示意图，并注明合金成分、放大倍数及各组织组成物的名称 三元共晶 二元共晶+三元共晶 先共晶+ 二元共晶+三元共晶。