材料科學(xué)基礎(chǔ)習(xí)題課件

1、擴(kuò)散習(xí)題1 計(jì)算各個(gè)濃度下的擴(kuò)散系數(shù)，畫出濃度-擴(kuò)散系數(shù)曲線。 r/cm w(C)/% r/cm w(C)/%0.553 0.28 0.491 1.09 0.540 0.46 0.479 1.20 0.527 0.65 0.466 1.32 0.516 0.82 0.449 1.42 1. 一個(gè)封閉鋼管，外徑為1.16cm，內(nèi)徑為0.86cm，長(zhǎng)度為10cm。管內(nèi)為滲碳?xì)夥眨芡鉃槊撎細(xì)夥?。?000保溫100h 后（達(dá)到平穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散），共有3.60g 碳逸出鋼管。鋼管的碳濃度分布如下所示：2 空心的薄壁圓筒滲碳穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的實(shí)例條件： 圓筒內(nèi)外碳濃度保持恒定 經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間后，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定態(tài) 此時(shí)

2、圓筒內(nèi)各點(diǎn)的碳濃度恒定 則有：3.1.2穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程3.1唯象理論管內(nèi)為滲碳?xì)夥?，管外為脫碳?xì)夥铡?）1000保溫100h 后（達(dá)到平穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散）表中所列 33、穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的實(shí)例對(duì)于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，q/t是常數(shù)，C 與r可測(cè)，l為已知值，故作C與lnr的關(guān)系曲線，求斜率則得D.3.1.2穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程3.1唯象理論4r/cm w(C)/% r/cm w(C)/%0.553 0.28 0.491 1.09 0.540 0.46 0.479 1.20 0.527 0.65 0.466 1.32 0.516 0.82 0.449 1.42 C:kg/m3; r:m q:kg/m2.s D:m2/s l:m t:

3、s故C需轉(zhuǎn)化為質(zhì)量濃度，取鋼的密度=7.85g/cm3=7.85X103kg/m3,得到r / 10-3m w(C)/ kg/m3 r / 10-3mw(C)/ kg/m35.53 21.984.91 85.565 5.40 36.114.79 94.25.27 51.0254.66 103.625.16 64.374.49 111.475作(C)(lnr)曲線6求各點(diǎn)的斜率k,根據(jù)可以求得r / 10-3m D / 10-11m2/sr / 10-3mD / 10-11m2/s5.53 2.684.91 4.105.40 2.644.79 4.605.27 2.564.66 5.755.16

4、 3.004.49 7.537作(C)(D)曲線82. 氫在金屬中擴(kuò)散較快，因此用金屬容器貯存氫氣會(huì)存在滲漏。假設(shè)鋼瓶?jī)?nèi)氫壓力為p0，鋼瓶放置于真空中，其壁厚為h，并且已知?dú)湓谠摻饘僦械臄U(kuò)散系數(shù)為D，而氫在鋼中的溶解度服從，其中k為常數(shù)，p為鋼瓶與氫氣接觸處的氫壓力。1) 列出穩(wěn)定狀態(tài)下金屬容器中的高壓氫通過(guò)器壁的擴(kuò)散方程； 2) 提出減少氫擴(kuò)散逸失的措施。9 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，可以認(rèn)為鋼瓶?jī)?nèi)部的氫濃度分布不隨時(shí)間發(fā)生變化，采用擴(kuò)散第一定律。 (1) 而鋼瓶?jī)?nèi)壁： ，鋼瓶外壁C=0， 因此： (2) 依據(jù)上式，減少氫擴(kuò)散逸失即需要減小J，因此可以采取的措施有：選擇合適的容器材料，以減小D和k；降

5、低容器內(nèi)氫氣壓力p0；增加容器壁厚h。 103.一塊厚鋼板，w(C)=0.1，在930滲碳，表面碳濃度保持w(C)=1，設(shè)擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)，D=0.738exp-158.98(kJ/mol)/RT（cm2s-1）。問(wèn): 距表面0.05cm 處碳濃度w(C)升至0.45所需要的時(shí)間。若在距表面0.1cm 處獲得同樣的濃度（0.45%）所需時(shí)間又是多少?導(dǎo)出在擴(kuò)散系數(shù)為常數(shù)時(shí)，在同一溫度下滲入距離和時(shí)間關(guān)系的一般表達(dá)式。 11利用fick第二定律誤差函數(shù)解， Cs=1%，C0=0.1%，Cx=0.45%，x=0.05帶入后可以得到 查表求得 t=5.2h 同樣可以求得（2）（3）課堂上已講過(guò)124.

6、870滲碳與927滲碳相比，優(yōu)點(diǎn)是熱處理產(chǎn)品晶粒細(xì)小，淬火變形小，問(wèn)：870滲碳需要多少時(shí)間才能獲得與927滲碳10小時(shí)相同的滲層厚度？（已知D0、Q，忽略不同溫度下碳在奧氏體鐵中的溶解度差別）；若滲層厚度測(cè)至碳含量0.3%處，試問(wèn)870滲碳10小時(shí)后所達(dá)到的滲層厚度為927滲碳同樣時(shí)間所得厚度的百分之幾？ 13由上題，獲得相同滲碳層深度，則 相同的滲碳時(shí)間， 帶入D0和Q即可14二元相圖習(xí)題151.1）Cu-Sn二元相圖中的恒溫轉(zhuǎn)變？ 11個(gè) 見P2382）20%Cu（不是20%Sn）平衡冷卻熱分析曲線LL-L+- L- L-+- +162.根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)畫二元相圖畫出坐標(biāo)（C%-T）匯出三相

7、平衡反應(yīng)，并給出反應(yīng)類型連接相應(yīng)點(diǎn)17183.分析含碳量0.2%和1.5%的鐵碳合金按亞穩(wěn)系統(tǒng)從液態(tài)平衡冷卻到室溫的轉(zhuǎn)變過(guò)程。用冷卻曲線說(shuō)明各階段的組織，并畫出各合金在730和720顯微組織的示意圖。197307200.2%C207307201.5%C214.分析含碳2.5%的鐵碳合金按亞穩(wěn)系統(tǒng)從液態(tài)平衡冷卻到室溫的轉(zhuǎn)變過(guò)程，并計(jì)算各組織組成物在室溫下的重量分?jǐn)?shù)及各組成相的重量分?jǐn)?shù)。22組織組成物百分?jǐn)?shù)：23組成相百分?jǐn)?shù)：有抄襲現(xiàn)象：eg：82.2%-18.6%=13.6%245.分別計(jì)算鐵碳合金中二次滲碳體與二次石墨的最大可能含量。25雙重相圖：Fe - Fe3C 亞穩(wěn)系 C%=6.69%F

8、e C 穩(wěn)定系 C%=100%266.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。27？28三元相圖習(xí)題291.根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，畫出系統(tǒng)的綜合投影圖；說(shuō)明每個(gè)恒溫反應(yīng)的類型；描述成分為A-30%、B-55%、C-15%的合金凝固過(guò)程，并計(jì)算這合金在945各相的相對(duì)百分比；描述成分為A-20%、 B-35%、C-45%的合金凝固過(guò)程.30建立坐標(biāo)系描繪四相平衡反應(yīng)的點(diǎn)和線匯出三相區(qū)的點(diǎn)和線ABC31恒溫反應(yīng)的類型：四相：L+三相：L+ L+ L+怎么判斷？液相線所處位置ABC32LLL+L+ + + (+)+ II+ II+ IIABCO1O2O133LLL+ (+)+ IIABCO

9、1O2O2LL+342.根據(jù)Fe-Fe3C-Fe3P三元合金相圖的投影圖（教材圖5-122）單獨(dú)畫出該三元系液相面的投影圖，并列式說(shuō)明這個(gè)三元系中可能出現(xiàn)哪些有液相參與的三相平衡反應(yīng)；指出該三元系中由液相直接結(jié)晶出的單一固體；列式說(shuō)明Fe-Fe3C-Fe3P三元系中的合金在下列溫度范圍內(nèi)發(fā)生哪些無(wú)液相參與的三相平衡轉(zhuǎn)變： 1）1005745；2）950745；3）745725請(qǐng)說(shuō)明發(fā)生相圖所示的包共晶轉(zhuǎn)變后，哪個(gè)成分范圍內(nèi)的合金仍有液相？并說(shuō)明這些合金繼續(xù)冷卻時(shí)還會(huì)發(fā)生哪些轉(zhuǎn)變。351.三元系液相面的投影圖2.由液相直接結(jié)晶出的單一固體液相線劃分的區(qū)域3.課上講過(guò)，注意題目的本意應(yīng)該是兩四相平衡反應(yīng)之間的三相平衡轉(zhuǎn)變4. Lg