材料科学基础第次作业

1、四、二元相图1. ferrite 铁素体。碳在-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体。austenite 奥氏体。碳溶入-Fe形成的间隙固溶体称为奥氏体， FCC结构。cementite 渗碳体。即Fe3C，是一种中间相，具有正交结构的间隙化合物。pearlite 珠光体。和Fe3C呈片层相间分布的组织，经抛光腐蚀后在显微镜下观察很像指纹并有珍珠光泽。ledeburite 莱氏体。铁碳相图中共晶转变后的产物，是和Fe3C的机械混合物。2. Analyze the transformations experienced by a Fe-C alloy containing 3.5% carbon a

2、s it is slowly cooled from the liquid to room temperature. (1) Determine the microstructures at 1149, 1147, 728, 726 and 20. (2) Calculate the relative amount of each phase present in term of mass fraction. (3) Calculate the relative amount of each microstructure in term of mass fraction.Solution（1）

3、 1149 1147 728 726 20L+ +Le +Fe3C+LeP+Fe3C+Le'P+Fe3C+Le'（2）W=6.69-3.56.69-0.0218=47.84% WFe3C=3.5-0.2186.69-0.218=52.16%（3）WP=W=4.3-3.54.3-2.11*6.69-2.116.69-0.77=28.26% WFe3C=4.3-3.54.3-2.11*2.11-0.776.69-0.77=8.27% WLe=3.5-2.114.3-2.11=63.47%3. 计算变态莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体和共析渗碳体的含量。解: 变态莱氏体中 共晶反应完成

4、后 WFe3C共晶=4.3-2.116.69-2.11=44.5%W=1-44.5%=55.4%727时，WFe3C=55.4%*2.11-0.776.69-0.77=12.5%WFe3C共析=(55.4%-12.5%)*0.77-0.0226.69-0.022=4.81%4. 组元A和B在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与A、B不同晶体结构的中间化合物，由热分析测得下列数据：含B量（wt%.%）液相线温度（）固相线温度（）01000209007504076575043750509307506310408085064090640100800（a）画出平衡相图，并注明个区域的相、各点的

5、成分及温度，并写出中间化合物的分子式（原子量A=28，B=24）。（b）100kg的含20wt.%B的合金在800平衡冷却到室温，最多能分离出多少纯A。解:（a） 如图，a点， 纯A，T=1000；b点， w（B）=43%， T=750c点， w（B）=63% ， T=1040d点， wB=90% ， T=640，e点， 纯B，T=800中间相为AB2。(b)由图中虚线可知，在800750范围，液相成分沿液相线变化，析出A。 设刚到750时，析出A的质量为w1，100*20%100-w1=43% w1=53.5kg，剩余液相L质量为100-53.5=46.5kg，在750发生共晶反应析出A+A

6、B2,设共晶反应析出A质量为w2，w2=46.5*63-4363-0=17.8kg最多能分理出纯A的质量为 w1+w2=71.3kg5. 如图的二元合金相图，（1） 分析5.5%Cu合金和5.8%Cu合金在平衡结晶和快速冷却不平衡结晶时的组织特点；（2） Al为fcc结构，图中的a相为何种晶体结构？（3） 指出此二元系中比较适合做变形合金和铸造合金的成分范围。（4） 设X合金平衡凝固完毕时的组织为a初晶+(a+)共晶，其中a初晶占80%，则此合金中组元的含量是多少？（5） 绘出T=560温度时各相的自由能-成分曲线示意图。解:（1）5.5%：平衡结晶：LL+, 不发生共晶反应，室温下和析出的量

7、可用杠杆定律计算。快速冷却不平衡结晶Cu可能超过5.65%发生共晶反应。5.8%Cu：发生共晶反应，可用杠杆定律计算相对含量。LL+L+(+) +(+) +(+)+ （2）为端际固溶体，与Al结构相同，FCC结构。（3）变形合金05.65%；铸造合金33.2%附近。（4）w=1-80%*33.2-5.6562.5-5.65=9.7%(5)如图，6. 固溶体合金的相图如图所示，试根据相图确定：(a) 成分为40%B的合金首先凝固出来的固体成分；(b) 若首先凝固出来的固体成分含60%B，合金的成分为多少？ (c) 成分为70%B的合金最后凝固的液体成分；(d) 合金成分为50%B，凝固到某温度时

8、液相含有40%B，固体含有80%B，此时液体和固体各占多少分数？解：（a）80%； （b）20%； (c)20%； (d)w=50-4080-40*100%=25%, wL=1-w=75%五,三元相图1. 某三元合金K在温度为t1时分解为B组元和液相，两个相的相对量WB/WL = 2。已知合金中A组元和C组元的重量比为3，液相含B量为40%，试求合金K的成分。解：WB/WL = 2，WB1=66.7%，WL=33.3%L中B ，WB2=33.3%*40%=13.32%。WB= WB1 +WB2=80.02%A/C=3，WA= WL*0.75=33.3%*0.75=14.97% WC= WL*0

9、.25=33.3%*0.25=4.99%合金K的成分为： A 14.97%； B 80.02%； C 4.99%。2. 成分为40%A、30%B和30%C的三元系合金在共晶温度形成三相平衡，三相成分如下:计算液相、相和相各占多少分数；试估计在同一温度相和相的成分同上，但各占50%时合金的成分。解： 设液相、相和相各占x,y,z.50%x+85%y+10%z=40%A x=10.5%40%x+10%y+20%z=30%B y=34.2%10%x+5%y+70%z=30%C z=55.3%所以，液相占10.5%，相34.2%，相55.3%；WA=50%*85%+50*10%=47.5%WB=50%*10%+50*20%=15%WC= 50%*5%+50*70%=37.5%所以，合金成分为A 47.5%， B 15%， C 37.5%。3. 说明三元相图的变温截面、等温截面、投影图的作用及局限性。答：（1）变温截面，垂直界面图。有助于了解凝固过程中的相变温度。但不可以在两相区内使用杠杆定律计算平衡相的相对量，液固相线仅是垂直截面与立体相图的相区分界面的交线，并不是两相成分变化线。（2）等温截面，水平界面图。可分析不同成分三元合金所处相的状态。但只能反映当前温度下