材料科學(xué)基礎(chǔ)第次作業(yè)

1、四、二元相圖1. ferrite 鐵素體。碳在-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體。austenite 奧氏體。碳溶入-Fe形成的間隙固溶體稱為奧氏體， FCC結(jié)構(gòu)。cementite 滲碳體。即Fe3C，是一種中間相，具有正交結(jié)構(gòu)的間隙化合物。pearlite 珠光體。和Fe3C呈片層相間分布的組織，經(jīng)拋光腐蝕后在顯微鏡下觀察很像指紋并有珍珠光澤。ledeburite 萊氏體。鐵碳相圖中共晶轉(zhuǎn)變后的產(chǎn)物，是和Fe3C的機(jī)械混合物。2. Analyze the transformations experienced by a Fe-C alloy containing 3.5% carbon a

2、s it is slowly cooled from the liquid to room temperature. (1) Determine the microstructures at 1149, 1147, 728, 726 and 20. (2) Calculate the relative amount of each phase present in term of mass fraction. (3) Calculate the relative amount of each microstructure in term of mass fraction.Solution（1）

3、 1149 1147 728 726 20L+ +Le +Fe3C+LeP+Fe3C+Le'P+Fe3C+Le'（2）W=6.69-3.56.69-0.0218=47.84% WFe3C=3.5-0.2186.69-0.218=52.16%（3）WP=W=4.3-3.54.3-2.11*6.69-2.116.69-0.77=28.26% WFe3C=4.3-3.54.3-2.11*2.11-0.776.69-0.77=8.27% WLe=3.5-2.114.3-2.11=63.47%3. 計(jì)算變態(tài)萊氏體中共晶滲碳體、二次滲碳體和共析滲碳體的含量。解: 變態(tài)萊氏體中 共晶反應(yīng)完成

4、后 WFe3C共晶=4.3-2.116.69-2.11=44.5%W=1-44.5%=55.4%727時(shí)，WFe3C=55.4%*2.11-0.776.69-0.77=12.5%WFe3C共析=(55.4%-12.5%)*0.77-0.0226.69-0.022=4.81%4. 組元A和B在液態(tài)完全互溶，但在固態(tài)互不溶解，且形成一個(gè)與A、B不同晶體結(jié)構(gòu)的中間化合物，由熱分析測(cè)得下列數(shù)據(jù)：含B量（wt%.%）液相線溫度（）固相線溫度（）01000209007504076575043750509307506310408085064090640100800（a）畫出平衡相圖，并注明個(gè)區(qū)域的相、各點(diǎn)的

5、成分及溫度，并寫出中間化合物的分子式（原子量A=28，B=24）。（b）100kg的含20wt.%B的合金在800平衡冷卻到室溫，最多能分離出多少純A。解:（a） 如圖，a點(diǎn)， 純A，T=1000；b點(diǎn)， w（B）=43%， T=750c點(diǎn)， w（B）=63% ， T=1040d點(diǎn)， wB=90% ， T=640，e點(diǎn)， 純B，T=800中間相為AB2。(b)由圖中虛線可知，在800750范圍，液相成分沿液相線變化，析出A。 設(shè)剛到750時(shí)，析出A的質(zhì)量為w1，100*20%100-w1=43% w1=53.5kg，剩余液相L質(zhì)量為100-53.5=46.5kg，在750發(fā)生共晶反應(yīng)析出A+A

6、B2,設(shè)共晶反應(yīng)析出A質(zhì)量為w2，w2=46.5*63-4363-0=17.8kg最多能分理出純A的質(zhì)量為 w1+w2=71.3kg5. 如圖的二元合金相圖，（1） 分析5.5%Cu合金和5.8%Cu合金在平衡結(jié)晶和快速冷卻不平衡結(jié)晶時(shí)的組織特點(diǎn)；（2） Al為fcc結(jié)構(gòu)，圖中的a相為何種晶體結(jié)構(gòu)？（3） 指出此二元系中比較適合做變形合金和鑄造合金的成分范圍。（4） 設(shè)X合金平衡凝固完畢時(shí)的組織為a初晶+(a+)共晶，其中a初晶占80%，則此合金中組元的含量是多少？（5） 繪出T=560溫度時(shí)各相的自由能-成分曲線示意圖。解:（1）5.5%：平衡結(jié)晶：LL+, 不發(fā)生共晶反應(yīng)，室溫下和析出的量

7、可用杠桿定律計(jì)算。快速冷卻不平衡結(jié)晶Cu可能超過5.65%發(fā)生共晶反應(yīng)。5.8%Cu：發(fā)生共晶反應(yīng)，可用杠桿定律計(jì)算相對(duì)含量。LL+L+(+) +(+) +(+)+ （2）為端際固溶體，與Al結(jié)構(gòu)相同，F(xiàn)CC結(jié)構(gòu)。（3）變形合金05.65%；鑄造合金33.2%附近。（4）w=1-80%*33.2-5.6562.5-5.65=9.7%(5)如圖，6. 固溶體合金的相圖如圖所示，試根據(jù)相圖確定：(a) 成分為40%B的合金首先凝固出來的固體成分；(b) 若首先凝固出來的固體成分含60%B，合金的成分為多少？ (c) 成分為70%B的合金最后凝固的液體成分；(d) 合金成分為50%B，凝固到某溫度時(shí)

8、液相含有40%B，固體含有80%B，此時(shí)液體和固體各占多少分?jǐn)?shù)？解：（a）80%； （b）20%； (c)20%； (d)w=50-4080-40*100%=25%, wL=1-w=75%五,三元相圖1. 某三元合金K在溫度為t1時(shí)分解為B組元和液相，兩個(gè)相的相對(duì)量WB/WL = 2。已知合金中A組元和C組元的重量比為3，液相含B量為40%，試求合金K的成分。解：WB/WL = 2，WB1=66.7%，WL=33.3%L中B ，WB2=33.3%*40%=13.32%。WB= WB1 +WB2=80.02%A/C=3，WA= WL*0.75=33.3%*0.75=14.97% WC= WL*0

9、.25=33.3%*0.25=4.99%合金K的成分為： A 14.97%； B 80.02%； C 4.99%。2. 成分為40%A、30%B和30%C的三元系合金在共晶溫度形成三相平衡，三相成分如下:計(jì)算液相、相和相各占多少分?jǐn)?shù)；試估計(jì)在同一溫度相和相的成分同上，但各占50%時(shí)合金的成分。解： 設(shè)液相、相和相各占x,y,z.50%x+85%y+10%z=40%A x=10.5%40%x+10%y+20%z=30%B y=34.2%10%x+5%y+70%z=30%C z=55.3%所以，液相占10.5%，相34.2%，相55.3%；WA=50%*85%+50*10%=47.5%WB=50%*10%+50*20%=15%WC= 50%*5%+50*70%=37.5%所以，合金成分為A 47.5%， B 15%， C 37.5%。3. 說明三元相圖的變溫截面、等溫截面、投影圖的作用及局限性。答：（1）變溫截面，垂直界面圖。有助于了解凝固過程中的相變溫度。但不可以在兩相區(qū)內(nèi)使用杠桿定律計(jì)算平衡相的相對(duì)量，液固相線僅是垂直截面與立體相圖的相區(qū)分界面的交線，并不是兩相成分變化線。（2）等溫截面，水平界面圖?？煞治霾煌煞秩辖鹚幭嗟臓顟B(tài)。但只能反映當(dāng)前溫度下