北京科技大学--材料物理性能--关于测定固溶度曲线的作业.docx

班级：材科1300班 姓名： 学号 二元相图端际固溶体固溶度线实验测量方案 一、实验目的： 通过测量室温下电阻率的方法测定二元相图端际固溶体固溶度线。 二、实验原理： 1. 合金电阻率与成分的关系 已知二元共晶合金相图如下图2-1所示： 图2-1 二元共晶相图 在单相区内，A物质与B物质形成端际固溶体，当二者处于均匀固溶状态下，合金的电阻率随着化学组成的变化规律为【1】 （2-1） 上式中，为合金的电阻率，，分别是A，B两种纯金属的电阻率，分别是A、B物质的摩尔分数。而根据易得： （2-2） 而根据质量分数与质量分数的关系： （2-3） 可以将式（2-2）转化成： （2-4） 进一步整理，可得到： （2-5） 于是，便得到了固溶体的电阻率与之间关系，呈一条曲线。 在二相区内，合金的电阻率随和的相对比例呈线性关系，如公式所示【2】： （2-6） 上式中，为的体积分数，即摩尔分数。 并且根据相图可以知道，在同一温度下，在两相区内，和相中的A，B物质的含量是不变的，因此，是定值，并且样品进行时效处理，在室温下进行测量电阻率，因此消除了样品的温度对电阻率的影响。 如图2-2所示，在温度T1下，设此时成分为的成分点所对应的相中的B元素含量为，相所对应的B元素含量为，为根据相图杠杆定律可得，， （2-7） 图2-2 T1温度下相的组成 将式（2-6）带入式中，得到关于的关系式为 （2-8） 由于在温度T1下均为定值，故容易得到，在二元合金中，电阻率与是呈线性关系的。 在同一温度下进行测量当样品的逐渐增大，并从单相区过渡到两相区时，整体图像如下图所示： 图2-3 T1温度下合金电阻率的变化 当在不同的温度下进行测量的时候，根据上图规律易得到下图： 图2-4 T1~T5温度下合金电阻率的变化 其中，。这样取得图像中抛物线与直线的相交点，记录交点的温度和信息，以温度为纵坐标，为横坐标连接所得点，所得到的曲线便是所求的端际固溶体固溶度线。电阻率易通过电桥法测量电阻率得到。 2. 电桥法测电阻率： 如图2-5所示安装电桥【3】。 图2-5 电桥法测电阻 适当选择各桥臂电阻，当C、D点电位相等时，流经检流计的电流为0，这样便有 （2-9） 保持、不变，把、位置交换，再调节使电桥平衡，设电桥平衡时变为根据电桥原理可得 （2-10） 两式联立，可得 （2-11） 于是便可得到样品的电阻值。 根据电阻与电阻率的关系 （2-12） 以及圆柱体样本的直径和高，易得电阻率的表达式为： （2-13） 由此便可测定二元合金电阻率。 综上，在已知电阻率和不同温度的曲线的情况下，便容易绘出端际固溶体固溶度线。 三、实验仪器及样品： 1. 实验仪器 米尺，游标卡尺 保温退火炉 便携式直流单双臂电桥QJ47型，0.05级 电阻箱 ZX21型0~99999.9Ω，0.1级，0.25W 电流计 开关、导线若干 2. 样品制备： 取样品中B物质的摩尔分数分别为5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%，40%，45%，50%的直径约5mm的八份圆柱体状合金，并在100℃，200℃，300℃，400℃，500℃温度下进行时效处理，在冷却液的降温下切削成高约5cm的小圆柱。 四、实验过程： 将在100℃下进行时效处理的B的含量为5%的圆柱状的样品连接在电桥中，通过改变电阻箱的阻值来使电流计的示数为0，记下此时电阻箱阻值。之后，交换电阻箱和待测电阻的位置，重复上述过程，当电流计的示数再次为0时，记下此时的电阻箱的阻值。使用米尺测量圆柱体的高，在不同位置测量三次得到测量值，，取其平均值,通过游标卡尺测量圆柱体的直径，在圆柱体的不同位置一共测量5次，得到测量值，，，，，取其平均值d。 在测量完100℃下所有样品后，依次测量并记录其他温度下其他合金样品的电阻和尺寸，测量记录方法同上。 五、数据处理： 根据式（2-11）可得到此时圆柱体试样的阻值为。 根据测量得到的圆柱体半径计算圆柱体的横截面积为 （5-1） 再根据所得的电阻值以及圆柱体的高，计算得到所测量合金的电阻率：