材料科学基础部分参考

1、1已知某二元合金的共晶反应为：已知某二元合金的共晶反应为：(1) 试求含试求含50B的合金完全结晶后，初晶的合金完全结晶后，初晶与共与共晶晶(+)的重量，的重量，相与相与相的重量；共相的重量；共晶体中晶体中相与相与相的重量。相的重量。(2) 若测出显微组织中若测出显微组织中初晶与初晶与(+)共晶各占一共晶各占一半时，试求该合金成分。半时，试求该合金成分。75 B15 B95 BL（ ）（ ）（ ） 解解：(1)根据杠杆定律可得根据杠杆定律可得 0.750.50%100%41.67%0.750.15()%1%58.33%0.950.50%100%56.25%0.950.15%1%43.75% 初

2、共晶初(2) 设该合金中设该合金中B的重量为的重量为wB，则，则 0.75%100%50%0.950.750.8585BBwwB初 ，解得即该合金成分为含解得即该合金成分为含0.950.75%()%14.58%0.950.15%()%58.33% 14.58%43.75%共晶共晶共晶体中 相和 相的重量共晶体中 相和 相的重量2.已知在已知在A-B二元合金中，二元合金中，A (熔点熔点600)与与B (熔点熔点500)在在液态无限互溶，固态时液态无限互溶，固态时A在在B中的最大固溶度中的最大固溶度(质量分数质量分数)为为wA0.30，室温时为，室温时为wA0.10；但；但B在固态和室温时均不溶

3、在固态和室温时均不溶于于A。在。在300时，含时，含wB0.40的液态合金发生共晶反应。的液态合金发生共晶反应。试绘出试绘出A-B合金相图；并分析合金相图；并分析wA=0.20，wA=0.45，wA=0.80的合金在室温下组织组成物和相组成物的的合金在室温下组织组成物和相组成物的重量。重量。 。 解：（解：（1）AB合金相图如下图所示合金相图如下图所示0.80%100%88.89%0.90A%1%11.11% （2）合金为）合金为0.2A0.8B时时 室温下相组成物为室温下相组成物为A和和相，其相对量为相，其相对量为室温下组织组成物为室温下组织组成物为+A，其相对量与相组，其相对量与相组 成物

4、相同，即成物相同，即%88.89%A %11.11%0.550%100%61.11%0.90%1%38.89%A （3）合金为）合金为0.45A0.55B时时 室温下相组成物为室温下相组成物为A和和相，其相对量为相，其相对量为室温下组织组成物为室温下组织组成物为初初+(A+)共晶共晶+A在共晶反应刚完成时，在共晶反应刚完成时，0.70.55A%100%50%0.70.4%1A%50% 共晶初共晶（）（）冷却至室温时，将由冷却至室温时，将由初初和和(A+)共晶共晶的的中析出中析出A。由。由于共晶于共晶中析出的中析出的A与共晶与共晶A连接在一起，故略去不计。连接在一起，故略去不计。0.900.70

5、%11.11%0.900A初A%50%38.89%11.11%A共晶初（）由由初初中析出的中析出的A的相对量为的相对量为所以，室温下所以，室温下初初的相对量为的相对量为该合金室温下组织组成物的相对量为该合金室温下组织组成物的相对量为%50% 11.11%38.89%A初初0.900.20A%100%77.78%0.900%1 A%22.22% （4）合金为）合金为0.8A0.2B时时 室温下相组成物为室温下相组成物为A和和相，其相对量为相，其相对量为室温下组织组成物为室温下组织组成物为A+(A+)共晶共晶，其相对量为，其相对量为0.400.20A%100%50%0.400()%1 A%50%A

6、 共晶3.试根据含碳量试根据含碳量3.5亚共晶白口铁的平衡组织，亚共晶白口铁的平衡组织，计算其中各组织组成物的相对含量。计算其中各组织组成物的相对含量。3.52.11%100%63.47%4.32.11%1%1 63.47%36.53%LdLd 解：含碳量解：含碳量3.5的亚共晶白口铁的平衡组织为的亚共晶白口铁的平衡组织为P+Fe3C+Ld。 共晶反应刚完成时，共晶反应刚完成时，室温下组织组成物的相对量为室温下组织组成物的相对量为33%63.47%2.11 0.77%8.27%6.690.77%36.53%8.27%28.26%LdLdFe CPFe C4.试利用冷却曲线分析含碳量试利用冷却曲

7、线分析含碳量0.3亚共析钢平衡组织的亚共析钢平衡组织的形成过程。若已知亚共析组织中先共析铁素体含量为形成过程。若已知亚共析组织中先共析铁素体含量为90，试确定该钢的大致含碳量。，试确定该钢的大致含碳量。解：解：(1) 冷却曲线如图所示。冷却曲线如图所示。平衡组织的形成过程为：平衡组织的形成过程为：1以上，均匀的液相以上，均匀的液相L；12，L，液体中析出，液体中析出相；相；2 时，时，L+；22，L+，发生包，发生包晶反应，生成晶反应，生成相；相；2 时，时，L+；23，L，剩余液相，剩余液相转变为转变为；0.77%100%90%0.77%0.0218%0.097%ccwFw解得，(2) 设钢

8、的大致含碳量设钢的大致含碳量wc，则由杠杆定律得，则由杠杆定律得3时，得到单一时，得到单一相；相；34，不发生变化，仍为，不发生变化，仍为相；相；45，形成铁素体组织，形成铁素体组织(F)5时，时， +；55，(+Fe3C)，发生共析反应，形成珠光体，发生共析反应，形成珠光体(P)组组织；织；5时，时，+P；56，Fe3C，其量甚少，可以忽略不计；，其量甚少，可以忽略不计；6时，时，F+P。5.试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝状方试说明在正温度梯度下为什么固溶体合金凝固时可以呈树枝状方式成长，而纯金属则得不到树枝状晶。式成长，而纯金属则得不到树枝状晶。n解：解：答：在固溶体

9、合金凝固过程中，虽然实际温度分布一定，但由于界面前沿液体中溶质分布所发生的变化，必将引起凝固温度的改变，因此将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷。n实际合金在通常的凝固中不可避免地会出现成分过冷。当界面前沿液体处于正温度梯度条件下，如果液固界面前沿存在较大的成分过冷区，界面某些地方的凸起进入过冷区后，由于过冷度增加，促使它们进一步凸向液体并不断伸向过冷液相中生长，同时在侧面产生分枝，形成二次轴，在二次轴上在长出三次轴等，形成树枝状组织。n而在纯金属中，在正的温度梯度下，当界面上偶尔有凸起部分而深入温度较高的液体中时，它的生长速度就会减缓甚至停止，周

10、围部分的过冷度较凸起部分大而会赶上来，使凸起部分消失，使液固界面保持稳定的平面状态，而不会形成树枝晶。6. 组元组元A和和B的熔点分别为的熔点分别为700和和500，在液态完全互溶，在液态完全互溶，在固态部分互溶形成在固态部分互溶形成和和固溶体，其最大溶解度分别为固溶体，其最大溶解度分别为为为5B和和25A（重量），在零度时溶解度则为（重量），在零度时溶解度则为2B和和5A（重量）。两金属形成熔点为（重量）。两金属形成熔点为750的的A2B化合物，化合物，A和和B的原子量分别为的原子量分别为30和和50。在。在450和和320分别发分别发生液体成分为生液体成分为22B和和60B（重量）的共晶转

11、变。（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）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。点的温度和成分。 （2）如果希望得到）如果希望得到A2B化合物与化合物与共晶组织加上共晶组织加上5的的 初初的合金，求该合金的成分的合金，求该合金的成分。解解：(1)设设A2B化合物中化合物中B的质量百分数为的质量百分数为wB，则则50100%45%30 250Bw 相图如下图所示：相图如下图所示：BB0.60%100%5%0.750.6060.75%ww初解得，(2) 设合金的成分为含设合金的成分为含B wB，则由杠杆定律得，则由杠杆定律得分析含碳量分别为

12、0.60%、0.77%、1.0% 的铁碳合金从液态缓冷至室温时的结晶过程和室温组织。答：答：0.77%C:在1点间合金按匀晶转变结晶出A，在2点结晶结束，全部转变为奥氏体。冷到3点时（727），在恒温下发生共析转变，转变结束时全部为珠光体P，珠光体中的渗碳体称为共析渗碳体，当温度继续下降时，珠光体中铁素体溶碳量减少，其成分沿固溶度线PQ变化，析出三次渗碳体Fe3CIII，它常与共析渗碳体长在一起，彼此分不出，且数量少，可忽略。室温时组织P。0.60% C：合金在12间按匀晶转变结晶出A，在2点结晶结束，全部转变为奥氏体。冷到3点时开始析出F，34点A成分沿GS线变化，铁素体成分沿GP线变化，当温度到4点时，奥氏体的成分达到S点成分（含碳0.77%），便发生共析转变，形成珠光体，此时，原先析出的铁素体保持不变，称为先共析铁素体，其成分为0.0218%C，所以共析转变结束后，合金的组织为先共析铁素体和珠光体，当温度继续下降时，铁素体的溶碳量沿PQ线变化，析出三次渗碳体，同样Fe3CIII量很少，可忽略。所以含碳0.40%的亚共析钢的室温组织为：F+P1.0% C：合金在12点间按匀晶转变结晶出奥氏体，2点结晶结束，合金为单相