材料科学基础实验

1. 材料科学基础实验 指导教师：戴品强 郑振环

2. 实验一 用热分析法建立二元合金相图

3. 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。

4. 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。

5. 二、实验原理

6. 三、实验设备与材料 • 实验装置

7. 三、实验设备与材料 • 实验材料

8. 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

9. 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。

10. 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。

11. 实验二 固态金属中的扩散

12. 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。

13. 二、实验原理 （一）碳在铁中扩散系数D的估算 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。

14. 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

15. 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。

16. 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。

17. 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。

18. 实验三 二元合金显微组织观察

19. 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。

20. 二、实验原理 1.匀晶合金 Ni－Cu合金相图

21. 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

22. 二、实验原理 2.共晶合金 Pb－Sn合金相图

23. 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

24. 二、实验原理 3.包晶合金 Sb－Sn合金相图

25. 二、实验原理 3.包晶合金 Sn－80％Sb合金显微组织

26. 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。

27. 三、实验内容

28. 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