材料科学基础习题.

1、材料科学基础习题2010-2011-2n第三章 扩散n第五章 I-二元相图n第五章 II-三元相图2. 氢在金属中扩散较快，因此用金属容器贮存氢气会存在渗漏。假设钢瓶内氢压力为p0，钢瓶放置于真空中，其壁厚为h，并且已知氢在该金属中的扩散系数为D，而氢在钢中的溶解度服从 ，其中k为常数，p为钢瓶与氢气接触处的氢压力。1) 列出稳定状态下金属容器中的高压氢通过器壁的扩散方程； 2) 提出减少氢扩散逸失的措施。pkC 达到稳定状态后，可以认为钢瓶内部的氢浓度分布不随时间发生变化，采用扩散第一定律。 (1) 而钢瓶内壁： ，钢瓶外壁C=0， 因此： (2) 依据上式，减少氢扩散逸失即需要减小J，因此

2、可以采取的措施有：a)选择合适的容器材料，以减小D和k；b)降低容器内氢气压力p0；c)增加容器壁厚h。 xCDJ0pkC hpDkxCDJ03.一块厚钢板，w(C)=0.1，在930渗碳，表面碳浓度保持w(C)=1，设扩散系数为常数，D=0.738exp-158.98(kJ/mol)/RT（cm2 s-1）。问: 1.距表面0.05cm 处碳浓度w(C)升至0.45所需要的时间。2.若在距表面0.1cm 处获得同样的浓度（0.45%）所需时间又是多少?3.导出在扩散系数为常数时，在同一温度下渗入距离和时间关系的一般表达式。 1.利用fick第二定律误差函数解， Cs=1%，C0=0.1%，C

3、x=0.45%，x=0.05带入后可以得到 查表求得 t=5.2h 同样可以求得（2）（3）课堂上已讲过DtxerfCCCCss2)(06111. 0205. 0DterfDtx 4.870渗碳与927渗碳相比，优点是热处理产品晶粒细小，淬火变形小，问：1.870渗碳需要多少时间才能获得与927渗碳10小时相同的渗层厚度？（已知D0、Q，忽略不同温度下碳在奥氏体铁中的溶解度差别）；2.若渗层厚度测至碳含量0.3%处，试问870渗碳10小时后所达到的渗层厚度为927渗碳同样时间所得厚度的百分之几？ 由上题，获得相同渗碳层深度，则 相同的渗碳时间， 带入D0和Q即可)2121exp()2exp()

4、1exp()/exp(00210TTTTRQTRQDTRQDDDRTQDDTTDtx 1221TTTTDDtt2121TTTTDDxx二元相图习题1.根据下列数据绘制概略的A-B二元相图：A的熔点是2623，B的熔点是3186；以表示以A为基的固溶体,以表示以B为基的固溶体;A和B可以形成中间相和；室温下B在A以及A在B中的溶解度分别为10%和2%；A和B具有下列恒温反应：L（80%B）+ （92%B） 2525 （83.5%B）L（66%B） 2444 （68%B）+ （59.5%B）（82.5%B）+ （94%B） 1853 （85.5%B）（74.5%B） 1152 （43%B）+ （8

5、5.5%B） n画出坐标（C%-T）n绘出三相平衡反应，并标明反应类型n连接相应点2.画出含碳量分别为0.2%、1.5%和2.5%的铁碳合金按亚稳系统从液态平衡冷却到室温的转变过程热分析曲线；写出含碳量为2.5%的铁碳合金在室温下的组织组成和相组成并计算各自所占的重量分数。7307200.2%C L LL+LFe3C(P)P+Fe3C7307201.5%C L LFe3C P P+Fe3C L LLFe3C(Ld) Fe3C P P+ Fe3CLd 2.5%C%8 .17%10011. 230. 411. 25 . 2%dL%6 .63%10077. 069. 611. 269. 611. 2

6、3 . 45 . 23 . 4%6 .18%10077. 069. 677. 011. 211. 23 . 45 . 23 . 4%3PCFeII组织组成PCFedLII3%6 .62%100069. 65 . 269. 6%4 .37069. 605 . 2%3CFe相组成CFe33. 计算铁碳合金中二次渗碳体与二次石墨的最大可能含量。%4 .168.069.668.008.2%51.1%69.6%6 .22%IIIICC%41. 1%10068. 010068. 008. 2%6 .22%10077. 069. 677. 011. 2%3IIIICCFe双重相图：Fe - Fe3C 亚稳系

7、 C%=6.69%Fe C 稳定系 C%=100%41. 1%10068. 010068. 008. 2%6 .22%10077. 069. 677. 011. 2%3IIIICCFe4.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。%8 .1177.069.677.011.2%8 .47%10011.269.611.23 .4%33共晶共晶IICFeCFe%1%333IICFeCFeCFe共晶共析共晶CFeCFePLdII33) (？共析CFe369. 677. 0%P%3共析CFe%1%333IICFeCFeCFe共晶共析共析5.根据Fe-O相图，画图分析纯铁在1000C氧化时

8、氧化层内的组织、并画出氧的浓度变化规律示意图。Fe2O3Fe3O4FeO -Fe表面表面三元相图习题n1.列表归纳三元系的共晶、包共晶和包晶相图的三相区、四相区、液相线走向等特征。形状 上方下方共晶三角形三个三相平衡棱柱一个三相平衡棱柱包共晶四边形两个三相平衡棱柱两个三相平衡棱柱包晶三角形一个三相平衡棱柱两个三相平衡棱柱n2.下图为Ti-Sn-V三元相图的液相面投影图，判断该三元系有几个四相平衡反应，写出反应式。SnSnVSnTiLSnVSnTiSnTiLSnVSnTiSnTiLSnVSnTiSnTiLSnVSnTiL35635635335232333共晶：包共晶：包共晶：包共晶：包共晶：3.根据有关数据，画出系统的综合投影图；说明每个恒温反应的类型；描述成分为30%A-55%B-15%C的合金凝固过程，并计算这合金在945各相的相对百分比；描述成分为的20%A-35%B-45%C合金凝固过程。n建立坐标系n描绘四相平衡反应的点和线n汇出三相区的点和线ABC34Labcn恒温反应的类型：ABC四相：L+三相：L+ L+ L+如何判断如何判断？LLL+L+ + + (+)+ II+ II+ IIABC343ABC34各相的相对百分比可以通过质量守恒计算%3 .16%5