物质在不同的温度、压力和组成下，可以处于不同的状态，其变化关系可以用几何图形表示出来，相图就是用几何方法表示系统相平衡状态的图形。二组分系统的相图可以分为二组分气-液系统和二组分固-液系统两大类，前者是“实验四”所研究的内容；后者属于凝聚系统，受压力的影响较小，其相图用温度-组成的平面图表示。

对二组分固-液合金系统，常用“热分析法”绘制系统的相图。所谓热分析法是对所研究的二组分系统，配成一系列不同组成的样品，加热使之完全熔化，然后再均匀降温，记录温度随时间的变化曲线——称之为“步冷曲线”。系统若有相变，必然产生相变热，使降温速率减慢，则在步冷曲线上会出现“拐点”或“平阶”，从而可以确定出相变温度。以横轴表示混合物的组成，纵轴表示温度，即可绘制出被测系统的相图，如图5-1所示。

 

图 5-1 热分析法绘制相图

以A和B二组分系统为例，纯组分A的步冷曲线如图中“1”所示，高温液体从a点开始降温，从a到b的降温过程中没有发生相变，降温速率较快。当冷却到组分A的熔点时，固体A开始析出，系统处于固—液两相平衡，此时温度保持不变，故步冷曲线上出现bc段的平阶。当液体A全部凝固成固体A后，温度又继续下降。根据平阶所对应的温度，可以确定相图中的M点，即纯A的熔点。

混合物的步冷曲线与纯组分的步冷曲线有所不同，如图中步冷曲线“2”所示，从d到e是熔液单纯的降温过程，降温速率较快，当温度达到e点所对应的温度时，开始有固体A析出，系统呈两相平衡（熔液和固体A），但此时温度仍可下降，由于固体A析出时产生了相变热，故降温速率减慢，步冷曲线上出现了e点所对应的拐点，由此可以确定相图中的e点。随着固体A逐渐析出，熔液的组成不断改变，当温度达到g点时，又有固体B析出，此时系统处于三相平衡（熔液、固体A和固体B），根据相律可知，ƒ﹡=2-3+1=0，所以温度不变，步冷曲线上出现了平阶，根据此平阶温度，确定相图中的g点。当熔液全部凝固后，温度又继续下降，这是固体A和固体B的单纯降温过程。

步冷曲线“3”的特点是高温熔液在降温到E点所对应的温度以前没有任何固体析出。在达到E点所对应的温度时，固体A和固体B同时析出，此时系统呈三相平衡，由此确定了相图中的E点，E点以下是固体A和固体B的降温过程。
步冷曲线“4”与“2”类似，所不同的是在拐点h处析出的是固体B，在平阶m处又析出固体A，同样处于三相平衡，由此确定相图中的h点和m点。

步冷曲线“5”与“1”类似，其平阶N点对应纯组分B的熔点。

将各样品刚开始发生相变的各点M、e、E、h、N用线连接起来；g、E、m各点所对应的温度一样，用直线将它们连接起来；这样A-B二组分系统相图便绘制出来了。整个相图分为四个区域：MEN以上的区域为液相区L；MEX为固体A和液相两相共存区；ENY为固体B和液相两相共存区；XEY以下的区域为固体A和固体B的两相共存区。XEY线为三相线，处于该线上的系统是固体A、固体B与组成为E的熔液三相平衡共存；MeE线是固体A与熔液呈两相平衡时，熔液组成与温度关系的曲线，称为液相线；EhN线与MeE线相似，是固体B与熔液呈两相平衡时的液相线。E点称为简单低共熔点，该点对应的熔液所析出的混合物称为简单低共熔混合物。因此，此类相图被称为简单低共熔系统相图。

本实验是利用“热分析法”测定一系列不同组成的Pb-Sn混合物的步冷曲线，从而绘制出此二组分系统的金属相图。利用程序升降温仪控制电炉的加热和降温，可以人为设定降温速率，通过热电偶采集温度数据使步冷曲线直接显示在微机屏幕上，同时在程序升降温控制仪上配有温度数值显示和定时报鸣时间，因此也可手工记录画出步冷曲线。