材料科學(xué)基礎(chǔ)部分參考

1．已知某二元合金的共晶反應(yīng)為：(1)試求含50％B的合金完全結(jié)晶后，初晶α與共晶(α+β)的重量％，α相與β相的重量％；共晶體中α相與β相的重量％。(2)若測(cè)出顯微組織中β初晶與(α+β)共晶各占一半時(shí)，試求該合金成分。

解：(1)根據(jù)杠桿定律可得

(2)設(shè)該合金中B的重量％為wB，則

已知在A-B二元合金中，A(熔點(diǎn)600℃)與B(熔點(diǎn)500℃)在液態(tài)無(wú)限互溶，固態(tài)時(shí)A在B中的最大固溶度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為wA＝0.30，室溫時(shí)為wA＝0.10；但B在固態(tài)和室溫時(shí)均不溶于A。在300℃時(shí)，含wB＝0.40的液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。試?yán)L出A-B合金相圖；并分析wA=0.20，wA=0.45，wA=0.80的合金在室溫下組織組成物和相組成物的重量％。。

解：（1）A－B合金相圖如下圖所示（2）合金為0.2A－0.8B時(shí)室溫下相組成物為A和β相，其相對(duì)量為室溫下組織組成物為β+AⅡ，其相對(duì)量與相組成物相同，即（3）合金為0.45A－0.55B時(shí)室溫下相組成物為A和β相，其相對(duì)量為室溫下組織組成物為β初+(A+β)共晶+AⅡ在共晶反應(yīng)剛完成時(shí)，冷卻至室溫時(shí)，將由β初’和(A+β)共晶的β中析出AⅡ。由于共晶β中析出的AⅡ與共晶A連接在一起，故略去不計(jì)。由β初’中析出的AⅡ的相對(duì)量為所以，室溫下β初的相對(duì)量為該合金室溫下組織組成物的相對(duì)量為（4）合金為0.8A－0.2B時(shí)室溫下相組成物為A和β相，其相對(duì)量為室溫下組織組成物為A+(A+β)共晶，其相對(duì)量為試根據(jù)含碳量3.5％亞共晶白口鐵的平衡組織，計(jì)算其中各組織組成物的相對(duì)含量。解：含碳量3.5％的亞共晶白口鐵的平衡組織為P+Fe3CⅡ+Ld’。共晶反應(yīng)剛完成時(shí)，室溫下組織組成物的相對(duì)量為試?yán)美鋮s曲線分析含碳量0.3％亞共析鋼平衡組織的形成過程。若已知亞共析組織中先共析鐵素體含量為90％，試確定該鋼的大致含碳量。解：(1)冷卻曲線如圖所示。平衡組織的形成過程為：1以上，均勻的液相L；1～2，L→δ，液體中析出δ相；2時(shí)，L+δ；2～2’，L+δ→γ，發(fā)生包晶反應(yīng)，生成γ相；2’時(shí)，L+γ；2’→3，L→γ，剩余液相轉(zhuǎn)變?yōu)棣茫?2)設(shè)鋼的大致含碳量wc，則由杠桿定律得3時(shí)，得到單一γ相；3～4，不發(fā)生變化，仍為γ相；4～5，γ→α，形成鐵素體組織(F)5時(shí)，γ+α；5～5’，γ→(α+Fe3C)，發(fā)生共析反應(yīng)，形成珠光體(P)組織；5’時(shí)，α+P；5’～6，α→Fe3CⅢ，其量甚少，可以忽略不計(jì)；6時(shí)，F(xiàn)+P。5.試說(shuō)明在正溫度梯度下為什么固溶體合金凝固時(shí)可以呈樹枝狀方式成長(zhǎng)，而純金屬則得不到樹枝狀晶。

解：答：在固溶體合金凝固過程中，雖然實(shí)際溫度分布一定，但由于界面前沿液體中溶質(zhì)分布所發(fā)生的變化，必將引起凝固溫度的改變，因此將界面前沿液體中的實(shí)際溫度低于由溶質(zhì)分布所決定的凝固溫度時(shí)產(chǎn)生的過冷，稱為成分過冷。實(shí)際合金在通常的凝固中不可避免地會(huì)出現(xiàn)成分過冷。當(dāng)界面前沿液體處于正溫度梯度條件下，如果液固界面前沿存在較大的成分過冷區(qū)，界面某些地方的凸起進(jìn)入過冷區(qū)后，由于過冷度增加，促使它們進(jìn)一步凸向液體并不斷伸向過冷液相中生長(zhǎng)，同時(shí)在側(cè)面產(chǎn)生分枝，形成二次軸，在二次軸上在長(zhǎng)出三次軸等，形成樹枝狀組織。而在純金屬中，在正的溫度梯度下，當(dāng)界面上偶爾有凸起部分而深入溫度較高的液體中時(shí)，它的生長(zhǎng)速度就會(huì)減緩甚至停止，周圍部分的過冷度較凸起部分大而會(huì)趕上來(lái)，使凸起部分消失，使液固界面保持穩(wěn)定的平面狀態(tài)，而不會(huì)形成樹枝晶。6.組元A和B的熔點(diǎn)分別為700℃和500℃，在液態(tài)完全互溶，在固態(tài)部分互溶形成α和β固溶體，其最大溶解度分別為為5％B和25％A（重量），在零度時(shí)溶解度則為2％B和5％A（重量）。兩金屬形成熔點(diǎn)為750℃的A2B化合物，A和B的原子量分別為30和50。在450℃和320℃分別發(fā)生液體成分為22％B和60％B（重量）的共晶轉(zhuǎn)變。（1）試根據(jù)相律繪成平衡相圖并標(biāo)注各相區(qū)符號(hào)及特征點(diǎn)的溫度和成分。（2）如果希望得到A2B化合物與β共晶組織加上5％的初的合金，求該合金的成分。解：(1)設(shè)A2B化合物中B的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為wB，則相圖如下圖所示：(2)設(shè)合金的成分為含BwB，則由杠桿定律得分析含碳量分別為0.60%、0.77%、1.0%的鐵碳合金從液態(tài)緩冷至室溫時(shí)的結(jié)晶過程和室溫組織。答：0.77%C:在1～點(diǎn)間合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A，在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3點(diǎn)時(shí)（727℃），在恒溫下發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)全部為珠光體P，珠光體中的滲碳體稱為共析滲碳體，當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，珠光體中鐵素體溶碳量減少，其成分沿固溶度線PQ變化，析出三次滲碳體Fe3CIII，它常與共析滲碳體長(zhǎng)在一起，彼此分不出，且數(shù)量少，可忽略。室溫時(shí)組織P。0.60%C：合金在1～2間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出A，在2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。冷到3點(diǎn)時(shí)開始析出F，3～4點(diǎn)A成分沿GS線變化，鐵素體成分沿GP線變化，當(dāng)溫度到4點(diǎn)時(shí)，奧氏體的成分達(dá)到S點(diǎn)成分（含碳0.77%），便發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，形成珠光體，此時(shí)，原先析出的鐵素體保持不變，稱為先共析鐵素體，其成分為0.0218%C，所以共析轉(zhuǎn)變結(jié)束后，合金的組織為先共析鐵素體和珠光體，當(dāng)溫度繼續(xù)下降時(shí)，鐵素體的溶碳量沿PQ線變化，析出三次滲碳體，同樣Fe3CIII量很少，可忽略。所以含碳0.40%的亞共析鋼的室溫組織為：F+P1.0%C：合金在1～2點(diǎn)間按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出奧氏體，2點(diǎn)結(jié)晶結(jié)束，合金為單相奧氏體，冷卻到3點(diǎn)，開始從奧氏體中析出二次滲碳體Fe3CII，F(xiàn)e3CII沿奧氏體的晶界析出，呈網(wǎng)狀分布，3-4間Fe3CII不