材料科学基础二元合金的凝固理论.答案共38页
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第四章二元合金相图与合金凝固一、本章主要内容:相图基本原理:相,相平衡,相律,相图的表示与测定方法,杠杆定律;二元匀晶相图:相图分析,固溶体平衡凝固过程及组织,固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析:成分过冷,溶质原子再分配,成分过冷的形成及对组织的影响,区域熔炼;二元共晶相图:相图分析,共晶系合金的平衡凝固和组织,共晶组织及形成机理:粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面;共晶系非平衡凝固与组织:伪共晶,离异共晶,非平衡共晶;二元包晶相图:相图分析,包晶合金的平衡凝固与组织,包晶反应的应用铸锭:铸锭的三层典型组织,铸锭组织控制,铸锭中的偏析其它二元相图:形成化合物的二元相图,有三相平衡恒温转变的其它二元相图:共析,偏晶,熔晶,包析,合晶,有序、无序转变,磁性转变,同素异晶转变二元相图总结及分析方法二元相图实例:Fe-Fe3C亚稳平衡相图,相图与合金性能的关系相图热力学基础:自由能—成分曲线,异相平衡条件,公切线法则,由成分—自由能曲线绘制二元相图二、1.填空1 相律表达式为___f=C-P+2 ___。
2. 固溶体合金凝固时,除了需要结构起伏和能量起伏外,还要有___成分_______起伏。
3. 按液固界面微观结构,界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。
4. 液态金属凝固时,粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____,光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。
5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析,用____均匀化退火___热处理方法可以消除。
6 液态金属凝固时,若温度梯度dT/dX>0(正温度梯度下),其固、液界面呈___平直状___状,dT/dX<0时(负温度梯度下),则固、液界面为______树枝___状。
7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金,快冷时可能得到全部共晶组织,这称为____伪共晶__。
第七章二元系相图和合金的凝固与制备原理7.1 复习笔记一、相图的表示和测定方法二元相图中的成分有两种表示方法:质量分数(w)和摩尔分数(x)。
两者换算如下:二、相图热力学的基本要点1.固溶体的自由能一成分曲线图7-1 固溶体的自由能一成分曲线示意图(a)Ω<0(b)Ω=0(c)Ω>0 相互作用参数的不同,导致自由能一成分曲线的差异,其物理意义为:(1)当Ω<0,即e AB<(e AA+e BB)/2时,A-B对的能量低于A-A和B-B对的平均能量,所以固溶体的A,B组元互相吸引,形成短程有序分布,在极端情况下会形成长程有序,此时△Hm<0。
(2)当Ω=0,即e AB=(e AA+e BB)/2时,A-B对的能量等于A-A和B-B对的平均能量,H=0。
组元的配置是随机的,这种固溶体称为理想固溶体,此时△m(3)当Ω>0,即e AB>(e AA+e BB)/2时,A-B对的能量高于A-A和B-B对的平均能量,意味着A-B对结合不稳定,A,B组元倾向于分别聚集起来,形成偏聚状态,此时△Hm>0。
2.多相平衡的公切线原理两相平衡时的成分由两相自由能—成分曲线的公切线所确定,如图7-2所示。
对于二元系,在特定温度下可出现三相平衡,如图7-3所示。
图7-2两相平衡的自由能曲线图 7-3二元系中三相平衡时的自由能成分曲线3.混合物的自由能和杠杆法则 混合物中B 组元的摩尔分数而混合物的摩尔吉布斯自由能由上两式可得上式表明,混合物的摩尔吉布斯自由能G m 应和两组成相和的摩尔吉布斯自由能G m1和G m2在同一直线上。
该直线即为相α和β相平衡时的共切线,如图7-4所示。
图7-4 混合物的自由能两平衡相共存时,多相的成分是切点所对应的成分1x 和2x ,即固定不变。
此时可导出:此式称为杠杆法则,在α和β两相共存时,可用杠杆法则求出两相的相对量,α相的相对量为122x x x x --,β相的相对量为121x x x x --,两相的相对量随体系的成分x 而变。
《材料科学基础》课后答案(1-7章)第一章8.计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例(1)NaF(2)CaO(3)ZnS解:1、查表得:X Na =0.93,X F =3.98根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为:21(0.93 3.98)4[1]100%90.2%e---?= 共价键比例为:1-90.2%=9.8%2、同理,CaO 中离子键比例为:21(1.003.44)4[1]100%77.4%e---?=共价键比例为:1-77.4%=22.6% 3、ZnS 中离子键比例为:21/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-?=中离子键含量共价键比例为:1-19.44%=80.56%10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义.说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。
答:结构转变的热力学条件决定转变是否可行,是结构转变的推动力,是转变的必要条件;动力学条件决定转变速度的大小,反映转变过程中阻力的大小。
稳态结构与亚稳态结构之间的关系:两种状态都是物质存在的状态,材料得到的结构是稳态或亚稳态,取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件),阻力小时得到稳态结构,阻力很大时则得到亚稳态结构。
稳态结构能量最低,热力学上最稳定,亚稳态结构能量高,热力学上不稳定,但向稳定结构转变速度慢,能保持相对稳定甚至长期存在。
但在一定条件下,亚稳态结构向稳态结构转变。
第二章1.回答下列问题:(1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向:(001)与[210],(111)与[112],(110)与[111],(132)与[123],(322)与[236](2)在立方晶系的一个晶胞中画出(111)和(112)晶面,并写出两晶面交线的晶向指数。
(3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于(101). (011)和(112)晶面上的[111]晶向。
解:1、2.有一正交点阵的a=b, c=a/2。
第四章材料的成形凝固与二元合金相图习题参考答案一、解释下列名词答:1、凝固:物质由液态转变为固态的过程。
2、过冷度:实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
3、自发形核:在一定条件下,从液态金属中直接产生,原子呈规则排列的结晶核心。
4、非自发形核:是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。
5、变质处理:在液态金属结晶前,特意加入某些难熔固态颗粒,造成大量可以成为非自发晶核的固态质点,使结晶时的晶核数目大大增加,从而提高了形核率,细化晶粒的处理方法。
6、变质剂:在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。
7、同素异构转变:金属在固态下随温度的改变,由一种晶格转变为另一种晶格的现象。
8、合金:通过熔炼,烧结或其它方法,将一种金属元素同一种或几种其它元素结合在一起所形成的具有金属特性的新物质。
9、组元:组成合金的最基本的、独立的物质。
10相:在金属或合金中,凡成分相同、结构相同并与其它部分有界面分开的均匀组成部分。
11、相图:用来表示合金系中各个合金的结晶过程的简明图解称为相图。
12、枝晶偏析:实际生产中,合金冷却速度快,原子扩散不充分,使得先结晶出来的固溶体合金含高熔点组元较多,后结晶含低熔点组元较多,这种在晶粒内化学成分不均匀的现象。
13、比重偏析:比重偏析是由组成相与溶液之间的密度差别所引起的。
如果先共晶相与溶液之间的密度差别较大,则在缓慢冷却条件下凝固时,先共晶相便会在液体中上浮或下沉,从而导致结晶后铸件上下部分的化学成分不一致的现象。
二、填空题1、实际结晶温度比理论结晶温度略低一些的现象称为金属结晶的过冷现象,实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。
2、金属结晶过程是晶核形成与晶核长大的过程,这是结晶的基本规律。
3、金属结晶时的冷却速度越快,则过冷度越大,结晶后的晶粒越细,其强度越高,塑性和韧性越好。
4、典型的金属铸锭组织由三层组成,即表层细晶区、柱状晶区、中心粗等轴晶区。
5、在金属铸锭中,除组织不均匀外,还经常存在缩孔、气孔、疏松等各种铸造缺陷。
第四章二元合金相图与合金凝固一、本章主要内容:相图基本原理:相,相平衡,相律,相图的表示与测定方法,杠杆定律;二元匀晶相图:相图分析,固溶体平衡凝固过程及组织,固溶体的非平衡凝固与微观偏析固溶体的正常凝固过程与宏观偏析:成分过冷,溶质原子再分配,成分过冷的形成及对组织的影响,区域熔炼;二元共晶相图:相图分析,共晶系合金的平衡凝固和组织,共晶组织及形成机理:粗糙—粗糙界面,粗糙—光滑界面,光滑—光滑界面;共晶系非平衡凝固与组织:伪共晶,离异共晶,非平衡共晶;二元包晶相图:相图分析,包晶合金的平衡凝固与组织,包晶反应的应用铸锭:铸锭的三层典型组织,铸锭组织控制,铸锭中的偏析其它二元相图:形成化合物的二元相图,有三相平衡恒温转变的其它二元相图:共析,偏晶,熔晶,包析,合晶,有序、无序转变,磁性转变,同素异晶转变二元相图总结及分析方法二元相图实例:Fe-Fe3C亚稳平衡相图,相图与合金性能的关系相图热力学基础:自由能—成分曲线,异相平衡条件,公切线法则,由成分—自由能曲线绘制二元相图二、1.填空1 相律表达式为___f=C-P+2 ___。
2. 固溶体合金凝固时,除了需要结构起伏和能量起伏外,还要有___成分_______起伏。
3. 按液固界面微观结构,界面可分为____光滑界面_____和_______粗糙界面___。
4. 液态金属凝固时,粗糙界面晶体的长大机制是______垂直长大机制_____,光滑界面晶体的长大机制是____二维平面长大____和_____依靠晶体缺陷长大___。
5 在一般铸造条件下固溶体合金容易产生__枝晶____偏析,用____均匀化退火___热处理方法可以消除。
6 液态金属凝固时,若温度梯度dT/dX>0(正温度梯度下),其固、液界面呈___平直状___状,dT/dX<0时(负温度梯度下),则固、液界面为______树枝___状。
7. 靠近共晶点的亚共晶或过共晶合金,快冷时可能得到全部共晶组织,这称为____伪共晶__。