铋一铅一锡三元系相图

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1、实验五  三元合金的显微组织（MicrostructureofTernaryAlloys）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。

2、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

3、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）

4、；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，

5、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

6、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

7、，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

8、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