章節(jié)練習(xí)及參考答案----第四章相圖

1、.材料科學(xué)基礎(chǔ) 章節(jié)練習(xí)題第四章 相圖 練習(xí)題1.在Al-Mg合金中，xMg=0.05，計(jì)算該合金中Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wMg)(已知Mg的相對(duì)原子質(zhì)量為24.31，Al為26.98)。 2已知Al-Cu相圖中，K0.16，m3.2。若鑄件的凝固速率R3×10-4 cm/s，溫度梯度G30/cm，擴(kuò)散系數(shù)D3×10-5cm2/s，求能保持平面狀界面生長(zhǎng)的合金中WCu的極值。 3證明固溶體合金凝固時(shí)，因成分過(guò)冷而產(chǎn)生的最大過(guò)冷度為：最大過(guò)冷度離液固界面的距離為：式中m 液相線斜率； wC0Cu 合金成分；K 平衡分配系數(shù)； G 溫度梯度；D 擴(kuò)散系數(shù)； R 凝

2、固速率。說(shuō)明：液體中熔質(zhì)分布曲線可表示為：4Mg-Ni系的一個(gè)共晶反應(yīng)為：設(shè)w1NiC1為亞共晶合金，w2Ni=C2為過(guò)共晶合金，這兩種合金中的先共晶相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相等，但C1合金中的總量為C2合金中總量的2.5倍，試計(jì)算C1和C2的成分。 5在圖430所示相圖中，請(qǐng)指出：(1)   水平線上反應(yīng)的性質(zhì)；(2)   各區(qū)域的組織組成物；(3)   分析合金I，II的冷卻過(guò)程；(4)   合金工，II室溫時(shí)組織組成物的相對(duì)量表達(dá)式。6根據(jù)下列條件畫出一個(gè)二元系相圖，A和B的熔點(diǎn)分別是1000和700，含wB=

3、0.25的合金正好在500完全凝固，它的平衡組織由73.3%的先共晶。和26.7%的(+)共晶組成。而wB0.50的合金在500時(shí)的組織由40%的先共晶和60%的(+)共晶組成，并且此合金的總量為50% 7圖4-31為Pb-Sb相圖。若用鉛銻合金制成的軸瓦，要求其組織為在共晶體基體上分布有相對(duì)量為5%的(Sb)作為硬質(zhì)點(diǎn)，試求該合金的成分及硬度(已知(Pb)的硬度為3HB，(Pb)的硬度為30HB)。 8參見圖4-32 Cu-Zn相圖，圖中有多少三相平衡，寫出它們的反應(yīng)式。分析含wZn=0.40的Cu-Zn合金平衡結(jié)晶過(guò)程中主要轉(zhuǎn)變反應(yīng)式及室溫下相組成物與組織組成物。9計(jì)算

4、含碳wC=0.04的鐵碳合金按亞穩(wěn)態(tài)冷卻到室溫后，組織中的珠光體、二次滲碳體和萊氏體的相對(duì)量；并計(jì)算組織組成物珠光體中滲碳體和鐵素體、萊氏體中二次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳體的相對(duì)量。 10根據(jù)顯微組織分析，一灰口鐵內(nèi)石墨的體積占12%，鐵素體的體積占88%，試求Wc為多少(已知石墨的密度G2.2g/cm3，鐵素體的密度7.8g/cm3)。11汽車擋泥板應(yīng)選用高碳鋼還是低碳鋼來(lái)制造? 12當(dāng)800時(shí)，(1)   Fe-0.002 C的鋼內(nèi)存在哪些相?(2)   寫出這些相的成分；(3)   各相所占的分率是多少？

5、 13根據(jù)Fe-Fe3C相圖（見圖4-33），(1)   比較wC0.004的合金在鑄態(tài)和平衡狀態(tài)下結(jié)晶過(guò)程和室溫組織有何不同；(2)   比較wc0.019的合金在慢冷和鑄態(tài)下結(jié)晶過(guò)程和室溫組織的不同；(3)   說(shuō)明不同成分區(qū)域鐵碳合金的工藝性。 14550時(shí)有一鋁銅合金的固熔體，其成分為xC0.02。此合金先被淬火，然后重新加熱到100以便析出。此(CuAl2：)相發(fā)展成許多很小的顆粒彌散分布于合金中，致使平均顆粒間距僅為5.0nm。(1)   請(qǐng)問(wèn)1mm3合金內(nèi)大約形成多少個(gè)顆粒?(2)

6、   如果我們假設(shè)100時(shí)中的含Cu量可認(rèn)為是零，試推算每個(gè)9顆粒內(nèi)有多少個(gè)銅原子(已知Al的原子半徑為0.143 nm)。 15如果有某Cu-Ag合金(WCu0.075，WAg0.925) 1000g，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N方案，可從該合金內(nèi)提煉出100g的Ag，且其中的含Cu量wCu<0.02(假設(shè)液相線和固相線均為直線)。 16已知和滲碳體相平衡的-Fe，其固溶度方程為：假設(shè)碳在奧氏體中的固熔度方程也類似于此方程，試根據(jù)Fe-Fe3C相圖寫出該方程。 17一碳鋼在平衡冷卻條件下，所得顯微組織中，含有50的珠光體和50的鐵素體，問(wèn)：(1)

7、0;  此合金中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為多少?(2)   若該合金加熱到730，在平衡條件下將獲得什么組織?(3)   若加熱到850，又將得到什么組織? 18利用相律判斷圖4-34所示相圖中錯(cuò)誤之處。 19指出下列概念中錯(cuò)誤之處，并更正。(1)         固熔體晶粒內(nèi)存在枝晶偏析，主軸與枝間成分不同，所以整個(gè)晶粒不是一個(gè)相。(2)         盡管固熔體合金的結(jié)晶速

8、度很快，但是在凝固的某一個(gè)瞬間，A、B組元在液相與固相內(nèi)的化學(xué)位都是相等的。(3)         固熔體合金無(wú)論平衡或非平衡結(jié)晶過(guò)程中，液固界面上液相成分沿著液相平均成分線變化；固相成分沿著固相平均成分線變化。(4)         在共晶線上利用杠桿定律可以計(jì)算出共晶體的相對(duì)量。而共晶線屬于三相區(qū)，所以杠桿定律不僅適用于兩相區(qū)，也適用于三相區(qū)。(5)       

9、  固熔體合金棒順序結(jié)晶過(guò)程中，液固界面推進(jìn)速度越快，則棒中宏觀偏析越嚴(yán)重。(6)         將固熔體合金棒反復(fù)多次“熔化一凝固”，并采用定向快速凝固的方法，可以有效地提純金屬。(7)         從產(chǎn)生成分過(guò)冷的條件可知，合金中熔質(zhì)濃度越高，成分過(guò)冷區(qū)域小，越易形成胞狀組織。(8)         厚薄不均勻的Ni-Cu合金鑄件，結(jié)晶后

10、薄處易形成樹枝狀組織，而厚處易形成胞狀組織。(9)         不平衡結(jié)晶條件下，靠近共晶線端點(diǎn)內(nèi)側(cè)的合金比外側(cè)的合金易于形成離異共晶組織。(10)     具有包晶轉(zhuǎn)變的合金，室溫時(shí)的相組成物為。，其中相均是包晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。(11)     用循環(huán)水冷卻金屬模，有利于獲得柱狀晶區(qū)，以提高鑄件的致密性。(12)     鐵素體與奧氏體的根本區(qū)別在于固熔度不同，前者小而后者大。(13) 

11、    (13)727是鐵素體與奧氏體的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度。(14)     在Fe-Fe3C系合金中，只有過(guò)共析鋼的平衡結(jié)晶組織中才有二次滲碳體存在。(15)     凡是碳鋼的平衡結(jié)晶過(guò)程都具有共析轉(zhuǎn)變，而沒有共晶轉(zhuǎn)變；相反，對(duì)于鑄鐵則只有共晶轉(zhuǎn)變而沒有共析轉(zhuǎn)變。(16)     無(wú)論何種成分的碳鋼，隨著碳含量的增加，組織中鐵素體相對(duì)量減少，而珠光體相對(duì)量增加。(17)     含碳wC0.043的共晶白

12、口鐵的顯微組織中，白色基體為Fe3C，其中包括Fe3CI、Fe3CII、Fe3CIII、Fe3C共析和Fe3C共晶等。(18)     觀察共析鋼的顯微組織，發(fā)現(xiàn)圖中顯示滲碳體片層密集程度不同。凡是片層密集處則碳含量偏多，而疏稀處則碳含量偏少。(19)     厚薄不均勻的鑄件，往往厚處易白口化。因此，對(duì)于這種鑄件必須多加碳、少加硅。(20)     用Ni-Cu合金焊條焊接某合金板料時(shí)，發(fā)現(xiàn)焊條慢速移動(dòng)時(shí)，焊縫易出現(xiàn)胞狀組織，而快速移動(dòng)時(shí)則易于出現(xiàn)樹枝狀組織。 2

13、0讀出圖4-35濃度三角形中，C，D，E，F(xiàn)，G，H各合金點(diǎn)的成分。它們?cè)跐舛热切沃兴幍奈恢糜惺裁刺攸c(diǎn)?21.在圖4-36的濃度三角形中；(1)   寫出點(diǎn)P，R，S的成分；(2)   設(shè)有2kg P，4kg R，2kg S，求它們混熔后的液體成分點(diǎn)X；(3)   定出wC0.08，A、B組元濃度之比與S相同的合金成分點(diǎn)Y；(4)   若有2Kg P，問(wèn)需要多少何種成分的合金Z才能混熔得到6Kg的成分R的合金。 22. 成分為wCr0.18，wC0.01的不銹鋼，其成分點(diǎn)在Fe-C-Cr相圖1150截

14、面上的點(diǎn)P處（見圖4-37），該合金在此溫度下各平衡相相對(duì)量為多少？ 23. 三元相圖的垂直截面與二元相圖有何不同？為什么二元相圖中何以應(yīng)用杠桿定律而三元相圖的垂直截面中卻不能？ 24. 已知圖4-38為A-B-C三元?jiǎng)蚓鄨D的等溫線的投影圖，其中實(shí)線和虛線分別表示終了點(diǎn)的大致溫度，請(qǐng)指出液、固兩相成分變化軌跡。25. 已知A-B-C三元系富A角液相面與固相面投影，如圖4-39所示。(1)   寫出ET相變的三條單變量線所處三相區(qū)存在的反應(yīng)；(2)   寫出I和II平衡凝固后的組織組成；(3)   圖中什么成分的合

15、金平衡凝固后由等變量的初晶與三相共晶體(+AmBn+APCq)共組成?(4)   什么成分的合金平衡凝固后是由等變量的二相共晶體(+AmBn)共，(+AqCq)共和，三相共晶體(+AmBn+ApCq)共組成? 26利用圖4-29分析4Crl3不銹鋼(wC=0.0004，WCr0.13)和Crl3型模具鋼(wC0.02，wCr0.13)的凝固過(guò)程及組織組成物，并說(shuō)明其組織特點(diǎn)。 27圖4-40為Pb-Bi-Sn相圖的投影圖。(1)   寫出點(diǎn)P，E的反應(yīng)式和反應(yīng)類型；(2)   寫出合金Q(WBi0.70，wSn0.

16、20)的凝固過(guò)程及室溫組織；(3)   計(jì)算合金室溫下組織的相對(duì)量。 28圖4-41是Fe-C-N系在565下的等溫截面圖。(1)   請(qǐng)?zhí)畛湎鄥^(qū)；(2)   寫出45號(hào)鋼氮化時(shí)的滲層組織。第四章 相圖 練習(xí)題 參考答案1.        wMg=0.0456。2.        。3.        設(shè)純?nèi)軇┙M元A的

17、熔點(diǎn)為TA，液相線與固相線近似為直線，則離界面距離x處液相線溫度TL為：        但在x處液相的實(shí)際溫度T如附圖2.8所示，應(yīng)為：因?yàn)槿苜|(zhì)分布而產(chǎn)生的成分過(guò)冷為：令，得：將（4）代入（3）得：4.        C1合金成分為wMg0.873，wNi0.127；C2合金成分為wMg0.66，wNi0.3685.        (1)高溫區(qū)水平線為包晶線，包晶反應(yīng)：Lj+kn

18、0;   中溫區(qū)水平線為共晶線，共晶反應(yīng)：Ldg+h  (2)各區(qū)域組織組成物如圖430中所示。  (3)I合金的冷卻曲線和結(jié)晶過(guò)程如附圖2.9所示。    12，均勻的液相L。    23勻晶轉(zhuǎn)變，L不斷結(jié)晶出相。    33，發(fā)生包品反應(yīng)L+。    34，剩余液相繼續(xù)結(jié)晶為。    4，凝固完成，全部為。    45，為單一相，無(wú)變化。    56，發(fā)生脫溶轉(zhuǎn)變II。室