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材料科学基础相图习题DOC

1.下图为一匀晶相图,试根据相图确定:(1) w B =0.40的合金开始凝固出来的固相成分为多少?(2)若开始凝固出来的固体成分为w B =0.60,合金的成分为多少?(3)成分为w B =0.70的合金最后凝固时的液体成分为多少?(4)若合金成分为w B =0.50,凝固到某温度时液相成分w B =0.40,固相成分为w B =0.80,此时液相和固相的相对量各为多少?2.Mg —Ni 系的一个共晶反应为:0.23520.546g g i M L M N 纯+(570℃)设w Ni 1=C 1为亚共晶合金,w Ni 2=C 2为过共晶合金,这两种合金中的先共晶相的质量分数相等,但C 1合金中的α总量为C 2台金中α总量的2.5倍,试计算C 1和C 2的成分。

3.根据A-B 二元相图(1) 写出图中的液相线、固相线、α和β相的溶解度曲线、所有的两相区及三相恒温转变线;(2) 平衡凝固时,计算A-25B(weight%)合金(y ’y 线)凝固后粗晶β相在铸锭中的相对含量;(3) 画出上述合金的冷却曲线及室温组织示意图。

4.根据如图所示的二元共晶相图(1)分析合金I,II的结晶过程,并画出冷却曲线;(2)说明室温下合金I,II的相和组织是什么,并计算出相和组织组成物的相对含量?(3)如果希望得到共晶组织加上5%的 初的合金,求该合金的成分。

(4)合金I,II在快冷不平衡状态下结晶,组织有何不同?5.指出下列相图中的错误:6.试述二组元固溶体相的吉布斯(Gibbs)自由能-成分曲线的特点?(a) (b)(c) (d)1.下图为一匀晶相图,试根据相图确定:(1) w B =0.40的合金开始凝固出来的固相成分为多少?(2)若开始凝固出来的固体成分为w B =0.60,合金的成分约为多少?(3)成分为w B =0.70的合金最后凝固时的液体成分约为多少?(4)若合金成分为w B =0.50,凝固到某温度时液相成分w B =0.40,固相成分为w B =0.80,此时液相和固相的相对量各为多少?第1题答案2.Mg —Ni 系的一个共晶反应为:0.23520.546g g i M L M N 纯+(570℃)设w Ni 1=C 1为亚共晶合金,w Ni 2=C 2为过共晶合金,这两种合金中的先共晶相的质量分数相等,但C 1合金中的α总量为C 2台金中α总量的2.5倍,试计算C 1和C 2的成分。

第2题答案3.根据A-B二元相图(1) 写出图中的液相线、固相线、α和β相的溶解度曲线、所有的两相区及三相恒温转变线;(2) 平衡凝固时,计算A-25B(weight%)合金(y’y线)凝固后粗晶β相在铸锭中的相对含量;(3) 画出上述合金的冷却曲线及室温组织示意图。

第3题答案4.根据如图所示的二元共晶相图(1)分析合金I,II的结晶过程,并画出冷却曲线;(2)说明室温下合金I,II的相和组织是什么,并计算出相和组织组成物的相对含量?(3)如果希望得到共晶组织加上5%的 初的合金,求该合金的成分。

(4)合金I,II在快冷不平衡状态下结晶,组织有何不同?第4题答案:第4题:5.指出下列相图中的错误:(a) (b)(c) (d)第5题答案:(a): α、γ相区间应有两相区。

即相图中违反了“邻区原则”。

(b): 二元系中不可能有四相平衡,即违反了“相律”。

(c): 纯组元A在1个温度范围内结晶,这是违反相律的。

(d): 二元系中三相平衡时,3个相都必须有确定的成分。

图中液相上的成分是范围,这是错误的。

6. 试述二组元固溶体相的吉布斯(Gibbs)自由能-成分曲线的特点?第6题答案:7.组元A和B的熔点分别为700℃和500℃,在液态完全互溶,在固态部分互溶形成α和β固溶体,其最大溶解度分别为为5%B和25%A(重量),在零度时溶解度则为2%B 和5%A(重量)。

两金属形成熔点为750℃的A2B化合物,A和B的原子量分别为30和50。

在450℃和320℃分别发生液体成分为22%B和60%B(重量)的共晶转变。

(1)试根据相律绘成平衡相图并标注各相区符号及特征点的温度和成分。

(2)如果希望得到A2B化合物与β共晶组织加上5%的β初的合金,求该合金的成分。

05硕士答案:(1)相图,x为A原子重量百分比。

设合金的成分为x,由题意:Wβ初=(x-0.6)/(0.75-0.6)=5%x=5%*15%+60%=0.75%+60%=60.75%8.综述金属结晶过程形核的热力学条件、能量条件和结构条件。

答:必须同时满足以下四个条件,结晶才能进行。

(1)热力学条件为∆G<0。

只有过冷(热过冷)才能使∆G<0。

因为∆G v=-L m∆T/T m(∆T为过冷度),即金属结晶时,实际开始结晶的温度必须低于理论结晶已度(即∆T>0)。

(3)能量条件为具有能量起伏。

一个临界晶核形成时,五分之一的表面能要靠能量起伏来提供。

(4)结构条件为具有结构起伏。

液态金属中规则排列的原子集团时聚时散的现象。

它是结晶核心形成的基础。

结晶—金属由液态转变为固态的过程称为凝固,由于固态金属是晶体故又把凝固称为结晶。

重结晶—指在固态状态下,物质由一种结构转变成另一种结构,这是一种固态相变过程。

再结晶—将冷压力加工以后的金属加热到一定温度后,在变形的组织中重新产生新的无畸变的等轴晶粒、性能恢复到冷压力加工前的软化状态的过程。

在此过程中,仍然属于固态过程。

三者的区别于联系:结晶、重结晶发生相变过程,再结晶没有;结晶、重结晶和再结晶都是形核与长大的过程。

发生结晶与重结晶的驱动力为反应相与生成相的自由能差,再结晶为储存能。

再结晶后强度、硬度下降而塑韧性提高,而重结晶则属于同素异构转变。

第九章烧结;1、解释下列名词;(1)烧结:粉料受压成型后在高温作用下而致密化的;烧成:坯体经过高温处理成为制品的过程,烧成包括多;变化;部分;(2)晶粒生长:无应变的材料在热处理时,平均晶粒;况下,连续增大的过程;二次再结晶:少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程;(3)固相烧结:固态粉末在适当的温度、压力、气氛;气孔之间的传质,变为坚硬、致密烧结体的过程;液第九章烧结1、解释下列名词(1)烧结:粉料受压成型后在高温作用下而致密化的物理过程。

烧成:坯体经过高温处理成为制品的过程,烧成包括多种物理变化和化学变化。

烧成的含义包括的范围广,烧结只是烧成过程中的一个重要部分。

(2)晶粒生长:无应变的材料在热处理时,平均晶粒尺寸在不改变其分布的情况下,连续增大的过程。

二次再结晶:少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程。

(3)固相烧结:固态粉末在适当的温度、压力、气氛和时间条件下,通过物质与气孔之间的传质,变为坚硬、致密烧结体的过程。

液相烧结:有液相参加的烧结过程。

2、详细说明外加剂对烧结的影响?答:(1)外加剂与烧结主体形成固溶体使主晶格畸变,缺陷增加,有利结构基元移动而促进烧结;(2)外加剂与烧结主体形成液相,促进烧结;(3)外加剂与烧结主体形成化合物,促进烧结;(4)外加剂阻止多晶转变,促进烧结;(5)外加剂起扩大烧结范围的作用。

3、简述烧结过程的推动力是什么?答:能量差,压力差,空位差。

4、说明影响烧结的因素?答:(1)粉末的粒度。

细颗粒增加了烧结推动力,缩短原子扩散距离,提高颗粒在液相中的溶解度,从而导致烧结过程的加速;(2)外加剂的作用。

在固相烧结中,有少量外加剂可与主晶相形成固溶体,促进缺陷增加,在液相烧结中,外加剂改变液相的性质(如粘度,组成等),促进烧结。

(3)烧结温度:晶体中晶格能越大,离子结合也越牢固,离子扩散也越困难,烧结温度越高。

(4)保温时间:高温段以体积扩散为主,以短时间为好,低温段为表面扩散为主,低温时间越长,不仅不引起致密化,反而会因表面扩散,改变了气孔的形状而给制品性能带来损害,要尽可能快地从低温升到高温,以创造体积扩散条件。

(5)气氛的影响:氧化,还原,中性。

(6)成形压力影响:一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密,对烧结越有利。

5、在扩散传质的烧结过程中,使坯体致密的推动力是什么?哪些方法可促进烧结?说明原因。

答:在扩散传质的烧结过程中,系统内不同部位(颈部、颗粒接触点、颗粒内部)空位浓度不同,导致原子或质点由颗粒接触点向颈部迁移,填充到气孔中。

因此使坯体致密化的推动力是空位浓度差。

对于扩散传质:(1)控制原料的起始粒度非常重要,颗粒细小的原料可促进烧结,因为颈部增长速率x/r与原料起始粒度r的3/5次方成反比;(2)温度对烧结过程有决定性作用,扩散系数与温度呈指数关系,因此提高温度可加速烧结。

6、固相烧结与液相烧结的主要传质方式?固相烧结与液相烧结之间有何相同与不同之处?答:固相烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质和扩散传质,液相烧结的主要传质方式有溶解-沉淀传质和流动传质。

固相烧结与液相烧结的共同点是烧结的推动力都是表面能;烧结过程都是由颗粒重排、物质传递与气孔充填、晶粒生长等阶段组成。

不同点是:由于流动传质比扩散传质速度快,因而致密化速率高;固相烧结主要与原料粒度和活性、烧结温度、气氛成型压力等因素有关,液相烧结与液相数量、液相性质、液-固润湿情况、固相在液相中的溶解度等有关。

7、氧化铝烧结到接近理论密度时,可使可见光几乎透过100%,用它来装钠蒸气(在超过大气压的压力下)作为路灯。

为通过烧结实现这一点,请你列出研究方案。

答:制备透明氧化铝陶瓷的主要技术措施是:(1)采用高纯氧化铝原料,Al2O3>99.9%,无杂质和玻璃相;(2)添加0.1~0.5%MgO,在晶粒表面生成镁铝尖晶石,降低晶界移动速度,抑制晶粒生长;(3)在氢气或真空中烧结,促进气孔扩散;(4)采用热压烧结,提高制品致密度。

8、试述烧结的推动力和晶粒生长的推动力,并比较两者之大小。

答:烧结推动力是粉状物料的表面能(γsv)大于多晶烧结体的晶界能(γgb),即γsv>γgb。

生长的推动力是晶界两侧物质的自由焓差,使界面向晶界曲率半径小的晶粒中心推进。

烧结的推动力较大,约为4~20J/g。

晶粒生长的推动力较小,约为0.4~2J/g,因而烧结推动力比晶粒生长推动力约大十倍。

9、99%A12O3瓷的烧结实验测得在1350℃烧结时间为10min时,收缩率ΔL/L为4%;烧结时间为45min,收缩率为7.3%。

试求这种氧化铝瓷烧结的主要传质方式是哪一种?答:Al2O3瓷烧结的主要传质方式是扩散传质。

10、烧结推动力是什么? 它可凭哪些方式推动物质的迁移,各适用于何种烧结机理?解: 烧结的推动力从广义上讲是化学位移梯度,具体的是系统的表面能;主要以流动传质,扩散传质,气象传质,溶解- 沉淀方式推动物质迁移。

其中:固相烧结中传质机理:(1)流动传质(2)扩散传质(2)气相传质。

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