材料科学基础实验报告Word文档下载推荐.docx

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实验一三元相图截面图的绘制

实验目的

1.熟悉三元相图的结构

2.三元相图截面图的绘制

绘图结果

实验二结晶过程观察与纯金属铸锭组织分析

熟悉盐类和金属的结晶过程。

实验原理

过冷度→为结晶提供相变驱动力

结晶：

形核、长大

形核又分为均匀形核和非均匀形核。

通常情况下，由于外来杂质、容器或模壁等的影响，一般都是非均匀形核。

由于金属不透明，通常不能用显微镜直接观察液态金属的结晶过程。

然而通过采用生物显微镜可以直接观察盐溶液的结晶过程。

实践证明，对透明盐类结晶过程的研究所得出的许多结论，对于金属的结晶都是适用的。

在玻璃片上滴上一滴接近饱和的氯化铵水溶液，放在生物显微镜下观察其结晶过程。

随着液体的蒸发，液体逐渐达到饱和。

由于液滴边缘处最薄，将首先达到饱和，故结晶过程首先从边缘开始，然后逐渐向里扩展。

结晶的第一阶段是在液滴的最外层形成一圈细小的等轴晶体。

这是由于液滴外层蒸发最快，在短时间内形成了大量晶核之故。

结晶的第二阶段是形成较为粗大的柱状晶体，其成长的方向是伸向液滴的中心。

这是由于此时液滴的蒸发已比较慢，而且液滴的饱和顺序是由外向里的，最外层的细小等轴晶中只有少数位向有利的才能向中心生长，而其横向生长则受到了彼此间的限制，因而形成了比较粗大、带有方向性的柱状晶体。

结晶的第三阶段是在液滴中心部分形成不同位向的等轴晶体。

这是由于液滴的中心此时也变得较薄，蒸发也较快，同时液体的补充也不足的缘故。

这时可以看到明显的等轴晶体。

下图示出了氯化铵水溶液结晶过程的一组照片，其中（a）、（b）为在液滴边缘形成的细小等轴晶体和正在生长的柱状晶体，（c）为在液滴中心部分形成的位向不同的等轴枝晶。

（a）（b）（c）

虽然金属通常以枝晶形态生长，但只要液态金属始终能充满枝晶间的空隙，那么在金属铸锭内部只能看到外形不规则的晶粒，而看不到枝晶。

然而铸锭表面，特别是缩孔处，由于缺少液态金属的补充往往可以看到枝晶组织。

实验设备及材料

生物显微镜，氯化铵，蒸馏水，小烧杯，玻璃片，玻璃棒及镊子等。

实验内容及步骤

用生物显微镜观察氯化铵饱和溶液的结晶过程。

用玻璃棒引一小滴已配好的氯化铵水溶液到玻璃片上，再将玻璃片放在生物显微镜的试样台上进行观察。

要注意所引液滴不可太大，否则蒸发太慢不易结晶。

另外还要注意清洁，不要让外来物质落入液滴面影响结晶过程。

在使用显微镜时，应注意防止液滴流到试样台或显微镜的其它部位，尤其不能让液滴碰到物镜。

画出实验中观察到的氯化铵的结晶组织并作简要分析

实验三用热分析法建立二元合金相图

1、熟悉用热分析法测定金属与合金的临界点

2、根据临界点画出二元合金相图

金属及合金发生相变时（包括液体结晶和固态相变）引起其某种性质变化所对应的温度称为临界温度，又称临界点。

因此可以通过测定金属及合金的性质来求出其临界点。

把这些临界点标注在以温度为纵坐标、成分为横坐标的图上，然后把各个相同意义的临界点连接成线，就构成了完整的相图。

可见，相图的建立过程就是金属与合金临界点的测定过程。

测定金属与合金临界点的方法很多，如热分析法、热膨胀法、电阻测定法、显微分析法、磁性测定法、X射线分析法等，但其中最常用、最基本的方法是热分析法。

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。

测定时将金属自高温缓慢地冷却，在冷却过程中每隔相等时间测量、记录一次温度，由此得到温度与时间的关系曲统称为冷却曲线。

金属或合金在缓冷过程中，当没有发生相变时，温度随时间增加而均匀地降低；

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。

因此，测出冷却曲线就可很容易地确定相变临界点。

实验设备材料及温度测量

水银温度计

电阻炉水银温度计陶瓷坩埚石棉板

石棉板

在本实验中所用的材料为Pb-Sn合金：

100%Pb60%Pb+40%Sn

38.1%Pb+61.9%Sn

20%Pb+80%Sn

电阻炉

100%Sn

实验步骤

1.实验分五个小组进行，每组3～4人，每组作出一种成分合金的冷却曲线。

预先配好所选合金系中的五种金属与合金，分别放在陶瓷坩埚中。

实验时，各组将合金放在坩埚电炉中加热，待合金熔化后，将热电偶连同保护瓷套管（或温度计）插入金属液中，热电偶（或温度计）的工作端应处于金属液中部，不要靠近坩埚壁、坩埚底或金属液面。

热电偶的自由端可以直接接到电位差计上，但此时应考虑自由端温度补偿，接线时要注意电极的正负。

2.加热升温至金属与合金熔点以上100℃左右，然后关闭电源。

为防止金属氧化，应在熔化的金属液面上覆盖一层木炭粉或石墨粉。

3.当合金开始冷却时，若用人工测温，则需每隔1min记录一次电位差计（或温度计）的读数，在临界点附近，可以每隔半分钟作一次记录。

4.各组根据所得数据，作出相应的冷却曲线（以温度—时间为坐标），根据冷却曲线找出临界点。

5.综合各组所测得的不同成分合金的临界点，建立铅－锡二元合金相图。

实验记录及数据处理

实验四铁碳合金的显微组织及分析

1.进一步熟悉铁碳合金相图（Fe-Fe3C相图）。

2.掌握各相和组织组成以及它们的金相形貌特征（珠光体、铁素体、渗碳体、莱氏体等）。

3.了解碳含量对各相及组织组成物的形貌和相对量的影响。

Fe-Fe3C相图是研究碳钢和白口铸铁的重要工具，也是分析这些合金在平衡状态或接近平衡状态下显微组织的基础。

根据Fe-Fe3C相图，含碳量小于2.11%的合金称为碳钢，含碳量大于2.11%的合金称为白口铸铁。

虽然这些合金在室温下的组成相都是铁素体和渗碳体，但由于各相的形态、数量和分布不同，它们的显微组织有很大差异。

1.金相显微镜

2.标准实验样品若干。

1.分析并讨论铁碳合金相图的组成及组织组成物形貌。

2.结合理论知识，观察各金相样品的显微组织，绘制组织特征图。

例图

纯铁

亚共析钢

过共析钢

白口铸铁