金属学第2345章作业答案

1、TmT1 T 液体和晶体自由能随温度变化液体和晶体自由能随温度变化 示意图示意图 结晶过程的热力学结晶过程的热力学 条件就是温度在理条件就是温度在理 论熔点以下。论熔点以下。 2.2 金属结晶的热力学条件 SGVG V 32 4 4(1) 3 V GrGr 界面自由能 晶核 晶胚 k G k r 0 r 2 k V r G 1 1 2 kV rG 代入（）式 32 41 4() 32 kkVkkV GrGrrG 3 141 232 kkVkV GrGVG 2-1 a)均匀形核均匀形核 证明：因为证明：因为 由由 得得 21 1 2 L kLkV V rr G G 代入（）式 3 3 1423c

2、oscos -() 234 kkV GrG 1 - 2 kkV GVG 2-1 b)非均匀形核非均匀形核 证明：因为证明：因为 3 32 423coscos 4)() 1 34 VL rGr G =(（） 1.用铅锑合金制成用铅锑合金制成 的轴瓦，要求其组的轴瓦，要求其组 织为在共晶体上分织为在共晶体上分 布有布有5%的的sb作硬质作硬质 点，试求该合金的点，试求该合金的 成分及硬度（已知成分及硬度（已知 条件：纯铅的硬度条件：纯铅的硬度 为为3HBS,纯锑的硬纯锑的硬 度约为度约为30HBS) 。 L L+sb L+pb Pb+sb 11.2 pb sb Sb% A B CE D X 1 0

3、 0 1 100 解：设该合金的成分为解：设该合金的成分为Xsb，则根据杠杆定律，则根据杠杆定律 W(sb)=(X-11.2)/(100-11.2)100%=5% 解得：解得：X=15.64 另一方法：另一方法： 5/95= (X-11.2)/(100-X) 解得：解得： X=15.64 则：则：W(pb)=1-15.64%=84.36% 所以，该合金的硬度为：所以，该合金的硬度为： 384.36%+3015.64%=7HBS 有形状、尺寸相同的两个有形状、尺寸相同的两个 Cu-Ni Cu-Ni 合金铸件，一个含合金铸件，一个含 90% Ni 90% Ni ，另一个含，另一个含 50% Ni,

4、50% Ni,铸后自然冷却，问哪个铸后自然冷却，问哪个 铸件的偏析较严重？铸件的偏析较严重？ 答：含答：含 50% Ni50% Ni的的Cu-Ni Cu-Ni 合金铸件偏析较严重。在实合金铸件偏析较严重。在实 际冷却过程中，由于际冷却过程中，由于冷速较快冷速较快，使得先结晶部分含高，使得先结晶部分含高 熔点组元多，后结晶部分含低熔点组元多，因为含熔点组元多，后结晶部分含低熔点组元多，因为含 50% Ni50% Ni的的Cu-Ni Cu-Ni 合金铸件合金铸件固相线与液相线范围比含固相线与液相线范围比含 90% Ni90% Ni铸件宽铸件宽，因此它所造成的化学成分不均匀现象，因此它所造成的化学成

5、分不均匀现象 要比含要比含 90% Ni90% Ni的的Cu-Ni Cu-Ni 合金铸件严重。合金铸件严重。 % sb w 6440 100%54.5% 6420 11 54.5%45.5% L L w ww 两相的相对含量为： 解：解：1.相图如图所示。相图如图所示。 2.从相图读出从相图读出开始结晶开始结晶和和结晶终了温度结晶终了温度分别为分别为495和和350 液相成分液相成分为为 固相成分固相成分为为 ( )64% sb w ( )20% sb wL ( )64% sb w 107页页3-11 室温组织室温组织: : F F + + P P，500500 各相的相对量：各相的相对量：

6、Fe3C % 0.2 / 6.69 = 2.99 % F % 1 2.99 % = 97.01 % QFQP 0.02180.770.2 组成相为：组成相为： F和和Fe3C FFe3C 06.690.2 w（C)=0.2% 各组织组成物的相对量：各组织组成物的相对量： P % = ( 0.2 0.0218 ) / ( 0.77 0.0218 ) 23.8 % F % 1 23.8 % =76.2 % 130页页4-1 1 2 3 4 5 L L+ + P +P 0.6% 各相的相对量：各相的相对量： Fe3C % 0.6 / 6.69 = 8.97 % F % 1 8.97 % = 91.0

7、3 % 各组织组成物的相对量：各组织组成物的相对量： P % = ( 0.6 0.0218 ) / ( 0.77 0.0218 ) 77.3 % F % 1 77.3 % =22.7 % 室温组织室温组织: 400: 400 P + FeP + Fe3C CII 各组织组成物的相对量：各组织组成物的相对量： FeFe3 3C CII II% =( 1.20.77 )% =( 1.20.77 ) /( 6.690.77/( 6.690.77 ) ) 7 %7 % P % 17 % =93 %P % 17 % =93 % 各相的相对量：各相的相对量： FeFe3 3C CII II % 1.2 %

8、 1.2 /6.69 =18 %/6.69 =18 % F % 118 % =82 %F % 118 % =82 % 组成相为：组成相为： F和和Fe3C QP QFe3C 0.776.691.2 F Fe3C 06.691.2 3.5% 相的相对量计算相的相对量计算 6、亚共晶白口铁、亚共晶白口铁 ( Wc = 3.5% ) 1 2 3 4 3 3 3.5 100%52.3% 6.69 11 52.3%47.7% w FC ww FC 室温组织组成物计算：室温组织组成物计算： 6 6、亚共晶白口铁、亚共晶白口铁 ( Wc = 3.5% )( Wc = 3.5% ) 1 2 3 4 E 3.5

9、-2.11 100%=63.5% 4.3-2.11 1-63.5%=36.5% dd LLL www w 3 2.11-0.77 36.5% 100%8.3% 6.69-0.77 36.5-8.3%=28.2% Fe C P w w 亚共晶白口铁亚共晶白口铁 ( Wc = 4.7% ) 3 3 4.7 100%70.3% 6.69 11 70.3%29.7% w FC ww FC 相的相对量计算相的相对量计算 室温组织组成物计算：室温组织组成物计算： 3 6.69-4.7 100%=83.3% 6.69-4.3 1-83.3%=16.7% dd LLL Fe C www w 亚共晶白口铁亚共晶

10、白口铁 ( Wc = 4.7% ) 130页页4-5 为了区分两种弄混的钢，工人分别将为了区分两种弄混的钢，工人分别将A、B两块碳两块碳 素钢试样加热至素钢试样加热至850 保温后缓冷，保温后缓冷， 金相组织分金相组织分 别为：别为： A试样的先共析试样的先共析铁素体面积为铁素体面积为41.6%，珠珠 光体面积为光体面积为 58.4%； B试样的试样的二次渗碳体面积为二次渗碳体面积为 7.3%，珠光体面积为珠光体面积为 92.7%； 设铁素体和渗碳设铁素体和渗碳 体的密度相同体的密度相同,铁素体的含碳量为零，铁素体的含碳量为零， 求求A、B两两 种碳素钢的含碳量。种碳素钢的含碳量。 方法一：杠

11、杆定律方法一：杠杆定律 解：设该钢的含碳质量分数为解：设该钢的含碳质量分数为x%,则则 0.44x ( )0.44%w C 化简得，化简得， 所以，所以， A试样试样 1.2x ( )1.2%w C 化简得，化简得， 所以，所以， 解：设该钢的含碳质量分数为解：设该钢的含碳质量分数为x%,则则 B试样试样 6.69 100%92.7% 6.690.77 x 58.4% 0.77%0.45% 92.7% 0.77%7.3% 6.69%1.2% C C w w A试样: B试样: 方法二：近似估算法方法二：近似估算法 C A% B% C% 1）过）过O作作A角对边的平行线角对边的平行线 2）求平行

12、线与）求平行线与A坐标的坐标的 截距得组元截距得组元A的含量的含量 O 3）同理求组元）同理求组元B、C的的 含量含量 5.1 三元合金相图的表示方法三元合金相图的表示方法 908070605040302010 10 20 30 40 50 60 70 80 9010 20 30 40 50 60 70 80 90 A% B% C% 1 (1)点：点： w(B)%=10% W(C)%=10% 908070605040302010 10 20 30 40 50 60 70 80 9010 20 30 40 50 60 70 80 90 A% B% C% 2 (2)点：点： w(B)%=20% W

13、(C)%=15% 908070605040302010 10 20 30 40 50 60 70 80 9010 20 30 40 50 60 70 80 90 A% B% C% 3 (3)点：点： w(B)%=30% W(C)%=15% 908070605040302010 10 20 30 40 50 60 70 80 9010 20 30 40 50 60 70 80 90 A% B% C% 4 (4)点：点： w(B)%=20% W(C)%=30% A% B% C% a1 a2 c2 c1 O2 O1 5.1 三元合金相图的表示方法三元合金相图的表示方法 a c 12 12 % % w ABaBaBaEC w CBcBcBcAE 908070605040302010