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材料科学基础课后作业第三章

3-3.有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件,其中一个铸件的w Ni=90%,另一个铸件的w Ni=50%,铸后自然冷却。

问凝固后哪一个铸件的偏析严重?为什么?找出消除偏析的措施。

答:
合金在凝固过程中的偏析与溶质原子的再分配系数有关,再分配系数为k0=Cα/C L。

对一给定的合金系,溶质原子再分配系数与合金的成分和原子扩散能力有关。

根据Cu-Ni合金相图,在一定成分下凝固,合金溶质原子再分配系数与相图固、液相线之间的水平距成正比。

当w Ni=50% 时,液相线与固相线之间的水平距离更大,固相与液相成分差异越大;同时其凝固结晶温度比w Ni=90%的结晶温度低,原子扩散能力降低,所以比偏析越严重。

一般采用在低于固相线100~200℃的温度下,长时间保温的均匀化退火来消除偏析。

3-6.铋(熔点为271.5℃)和锑(熔点为630.7℃)在液态和固态时均能彼此无限互溶,w Bi=50%的合金在520℃时开始凝固出成分为w Sb=87%的固相。

w Bi=80%的合金在400℃时开始凝固出成分为w Sb=64%的固相。

根据上述条件,要求:
1)绘出Bi-Sb相图,并标出各线和各相区的名称;
2)从相图上确定w Sb=40%合金的开始结晶终了温度,并求出它在400℃时的平衡相成分及其含量。

解:1
)相图如图所示;
2)从相图读出结晶开始温度和结晶终了温度分别为495℃(左右),350℃(左右)
固、液相成分w Sb(L) =20%, w Sb(S)=64%
固、液相含量:
%5.54%10020-6440-64=⨯=L ω
%5.45%100)1(=⨯-=L S
ωω
3-7.根据下列实验数据绘出概略的二元共晶相图:組元A 的熔点为1000℃,組元B 的熔点为700℃;w B =25%的合金在500℃结晶完毕,并由73-1/3%的先共晶α相与26-2/3%的(α+β)共晶体所组成;w B =50%的合金在500℃结晶完毕后,则由40%的先共晶α相与60%的(α+β)共晶体组成,而此合金中的α相总量为50%。

解:由题意由(α+β)共晶含量得
01.03226--25.0⨯=+)()()(αβααωωωB B B
6.0--5.0=+)()()(αβααωωωB B B
5.0-5.0-=)()()(αββωω
ω
B B B 解得:%505.0==)(αωB %808.0==+)(βαωB
%9595.0==)(βωB
由此可以做出相图如下
3-8组元A 的熔点为1000℃,组元B 的熔点为700℃,在800℃时存在包晶反应:α(ωB =5%)+ L(ωB =50%) ;在600℃时存在共晶反应:L (ωB==80%) β(ωB =60%)+γ(ωB =95);在400℃时发生共析反应:β(ωB =50%) α(ωB =2%)+γ(ωB =97%)。

根据这些数据画出相图。

解:根据题意作相图如下。

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