《材料科学基础》课后答案（1-7章）(2)

联立以上3式，解得：x?5%,y?80%,z?95%

作图如下： 7．根据下列条件绘制A-B二元相图。

已知 A-B二元相图中存在一个液相区 （L）和七个固相区 （(a,阝、Y, S, u,。、匀，其中。、 (3, ), S, pc是以纯组元为基的固溶体，。和安是以化合物为基的固溶体 （中间相）、。相中含 B量小 、勺、～

于份相中的含 B量。相图中存在下列温度，且 T, >T2>7'3>...>Tn，其中T- T；分别为纯组元A和B的熔点；T2,T7,Tiu为同素异构转变温度； T3为熔晶转变温度；TS为包晶温度；T6为共晶转变温度；7'：为共析转变温度；T9, Tii为包析转变温度。

8. (1)应用相律时须考虑哪些限制条件？

(2)试指出图 5-115中的错误之处，并用相律说明理由，且加以改正 。

解：（1)相律只适用于热力学平衡状态。平衡状态下各相的温度应相等 （热量平衡）；各相的压力应相

等 （机械平衡）；每一组元在各相 中的化学位必须相同 （化学平衡 ）。

2)相律只能表示体系中组元和相的数目，不能指明组元或相的类型和含量。 3)相律不能预告反应动力学 （速度）。 4)自由度的值不得小于零 。 （2）主要错误如下： a.两相平衡自由度不为0，

b.纯组元相变，两相平衡，f=0，温度固定； c. 二元合金最多只能三相平衡，不能四相平衡，三相平衡时f=0，相成分唯一，不能变动。 d.二元合金最多三相平衡时自由度为零，温度不变，三相平衡线为水平线 9．分析 wC = 0. 2％的铁一碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示室温下的相组成物及组织组成物的相对量。

10．计算wC=3%C的铁-碳合金室温下莱氏体的相对量；组织中珠光体的相对量；组织中共析渗碳体的相对量。

解：莱氏体的相对量：

意图，说明各阶段的组织，并分别计算

?Ld??3.0?2.11?100%?40.6%

4.3?2.11组织中珠光体的相对含量：

?P??FeC

4.3?3.06.69?2.11??100%?46%

4.3?2.116.69?0.77?46%?0.77?0.0218?100%?5.2%

6.69?0.0218组织中共析渗碳体的相对含量：

3共析11．利用 Fe-Fe3C相图说明铁一碳合金的成分、组织和性能之间的关系。 12．试比较匀晶型三元相图的变温截面与二元匀晶相图的异同。

13．图 5-116中为某三元合金系在T,. T2温度下的

等温截面。若 7', >T2，此合金系中存在哪种三相平衡反应？

14．利用所给出的 Fe-Cr-C系wc. =17％的变温截面。

（” 填写图 5-117上空 白相区 。

(2）从截面图上能判断哪一些三相区的三相反应？用什么方法？是什么反应？

(3）分析we=1.2写的合金平衡凝固过程。 8.（1）应用相律时必须考虑哪些限制条件？ （2）利用相图

10. 含wC=3%C的铁-碳合金室温下莱氏体的相对量；组织中珠光体的相对含量；组织中共晶渗碳体的相对含量。

第六章

简述二元合金平衡凝固的特点

答：二元合金平衡凝固的特点：

1、液相中溶质原子通过迁移（对流+扩散）而分均匀，固相中溶质原子通过扩散也分布均匀； 2、固相及液相的成分随温度变化而变化，但在任一温度下都达到平衡状态；

3、结晶后晶粒内成分均匀，无宏观偏析及微观偏析。

1．液体金属在凝固时必须过冷，而在加热使其熔化却毋需过热，即一旦加热到熔点就立即熔化，为什么？ 今给出一组典型数据作参考： 以金为例，其 γ

SL=0.132,

γLV=1.128, γSV=1.400分别为液-固、液-

气、固-气相的界面能（单位 J/m2)。

解：液体金属在凝固时必须克服表面能，形核时自由能变化大于零，故需要过冷。固态金属熔化时，液相若与气相接触，当有少量液体金属在固相表面形成时，就会很快覆盖在整个表面(因为液体金属总是润湿同一种固体金属)。 由于熔化时，?GV=0，所以?G=?GV+?G(表面)= ?G(表面)，因为液体金属总是润湿同一种固体金属，即表面能变化决定过程能否自发进行， 而实验指出：γ

SV=1.4＞γLV +γSL=0.132+1.128=1.260，说明在熔化时，表面自由能的变化?G(表面)＜0。即不存在表

面能障碍，也就不必过热。

2．式（6-13)为形核率计算的一般表达式。对金属，因为形核的激活能（书中用 △GA符号）与临界晶核形成功（△Gk

*??G均?或 △G*）相比甚小，可忽略不计，因此金属凝固时的形核率常按下式作简化计算 ，即N均?C0exp???

?kT?试计算液体Cu在过冷度为 180K, 200K和 220K时的均匀形核率。并将计算结果与图 6-4b比较。 （已知 Lm=1.88×109J·m-3，Tm=1356K，γSL=0.177 J·m -2 C0 = 6 × 1028原子·m-3, k=1.38×10-23J·k) 解：

323316??TLm?T16??16??SL*SLSLm?GV?? ?G均 ???222Lm?T23L?TTm3(?GV)m3()Tm180K: ?G?*均316??SLTm23L2?T2m16?3.14?0.1773?13562?18 ??1.4911?109223?(1.88?10)?180*??G均?1.4911?10?1828)?7.50?10?12 N均?C0exp????6?10exp(??231.38?10?(1356?180)?kT?200K: ?G?*均316??SLTm23L2?T2m16?3.14?0.1773?13562?18 ??1.2078?109223?(1.88?10)?200*??G均?1.2078?10?1828 N均?C0exp??)?7.89?10?5 ??6?10exp(??231.38?10?(1356?200)?kT?316??SLTm216?3.14?0.1773?13562*220K: ?G均???9.9817?10?19 229223Lm?T3?(1.88?10)?220*??G均?9.9817?10?1928 N均?C0exp??)?13.36 ??6?10exp(??23kT1.38?10?(1356?220)??与图6-4b相比，结果吻合，表明只有过冷度达到一定程度，使凝固温度接近有效成核温度时，形核率才会急剧增加。

3．试对图 6-9所示三种类型材料的生长速率给予定性解释。

4．本章在讨论固溶体合金凝固时，引用了平衡分配系数和局部平衡的概念，并说明了实际合金的凝固处在图 6-16中曲线 2和曲线 3这两个极端情况之间。为了研究实际合金的凝固，有人提出有效分配系数ke, k。定义为 k,= (CS), /(CL)B，即界面上的固相体积浓度（Cs);；与液相的整体平均成分（CI-)。之比。

1)试说明由于液相混合均匀程度的不同，k。在k。与 1之间变化。较慢凝固时k,-ko，快速凝固时k,-1, 2)画出 ke=ko, k,=1 和 ko

5．某二元合金相图如图6-45所示。今将含WB40％的合金置于长度为 I,的长瓷舟中并保持为液态，并从一端缓慢地凝固。温度梯度大到足以使液一固界面保持平直，同时液相成分能完全均匀混合。

1)试问这个合金的k。和 k。是多少？

2)该试样在何位置 （以端部距离计）出现共晶体？画出此时的溶质分布曲线。

3)若为完全平衡凝固，试样共晶体的百分数是多少？ 4）如合金成分为含wu 5 ，问 2), 3）的答案如何？

5)假设用含wa5％的合金作成一个大铸件，如将铸件剖开，问有无可能观察到共晶体？

6．仍用上题的合金相图，如合金含二elooo，也浇成长棒 自一端缓慢凝固，其溶质分布为XS=koxo(1- f)'“一‘（等同于式（6-28))，式中 f为凝固的长度百分数，Xs, x。为摩尔分数。 1)证明当凝固百分数为f时，固相的平均成分为

2)在凝固过程中，由于液相中的溶质含量增高会降低合金的凝固温度，证明液相的凝固温 度 T(与已凝固试样的分数f之间的关系为

式中，T、为纯溶剂组元A的熔点，m,为液相线的斜率。 3）在图上画出凝固温度为 7500C, 7000C, 6000C, 5000C时的固相平均成分二So 7．参考 Cu-Zn（图6-46）和Cu-Sn合金相图 （图 5-44)，试对比Cu-30Zn和 Cu-IOSn合金在做铸件时 …… 此处隐藏：3671字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……