材料科学基础习题1

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1、1.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？答案2.指出下列相图中的错误，并加以改正。答案3.Mg-Ni系的一个共晶反应为507℃L(23.5Wt.%Ni)α(纯镁)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni)设C1为亚共晶合金，C2为过共晶合金，

2、这两种合金中的先共晶相的重量分数相等，但C1合金中的α总量为C2合金中的α总量的2.5倍，试计算C1和C2的成分。答案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（℃）0—1000209007504076575043—7505093075063—10408085064090—640100—800（a）画出平衡相图，并注明个区域的相、各点的成分及温度，并写出中间化合物的分子式（原子量A

3、=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。答案5.Mg-Ni系的一个共晶反应为507℃L(23.5Wt.%Ni)α(纯镁)+Mg2Ni(54.6Wt.%Ni)设C1为亚共晶合金，C2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的重量分数相等，但C1合金中的α总量为C2合金中的α总量的2.5倍，试计算C1和C2的成分。答案6.假定我们在SiO2中加入10at%的Na2O，请计算氧与硅之比值。如果O:Si≤2.5是玻璃化趋势的判据，则形成玻璃化

4、的最大Na2O是多少？答案7.一种由SiO2-45%Al2O3(wt%)构成的耐高温材料被用来盛装熔融态的钢（1600℃）。(a)在此情况下有多少百分率的耐热材料会熔化？（共晶成分10wt%Al2O3）(a)选用该耐高温材料是否正确？（实际使用，液相不能超过20%）答案8.根据所示的CaO-ZrO2相图，做下列工作：（a）写出所有的三相恒温转变（b）计算4wt%CaO-ZrO2陶瓷在室温时为单斜ZrO2固溶体(MonoclinicZrO2SS)和立方ZrO2固溶体(CubicZrO2SS)的相对量

5、(用mol%表示)。假定单斜ZrO2固溶体和立方ZrO2固溶体在室温的溶解度分别为2mol%CaO和15mol%CaO答案9.(a)根据Fe-Fe3C相图，分别求2.11%C，4.30%C的二次渗碳体的析出量，(b)画出4.3%的冷却曲线。答案略10.根据所示的Al-Si共晶相图，试分析下列（a,b,c）三个金相组织属什么成分并说明理由。指出细化此合金铸态组织的可能用途。答案11.假设质量浓度为ρ0的固溶体进行正常凝固，若k0<1,并用g表示固溶体相的分数x/L，试证明固相平均质量浓度可表达为：固

6、相中的溶质总量M=ρsg，则答案12.证明题：1)如下图所示，已知液、固相线均为直线，证明k0=ws/wl=常数；2)当k0=常数时，试证明液、固平面状界面的临界条件G/R=[mw0(1-k0)]/(k0D)可简化为G/R=DT/D。式中m是液相线斜率，w0是合金原始成分，D是原子在液体中的扩散系数，k0是平衡分配系数，DT=T1-T2。答案略TAT1T2Aw0w(B)LaW013.证明：在液相完全不混合得情况下，亚共晶成分W0合金获得伪共晶组织时的平直界面临界条件为：GCR=mR(we-w0)/

7、D答案14.Al-Cu合金相图如图4-10所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求：(a)含1%Cu固溶体进行缓慢的正常凝固，当凝固分数为50%时所凝固出的固体成分；(b)经过一次区域熔化后在x=5处的固体成分，取熔区宽度l=0.5；(c)测得铸件的凝固速率R=3´10-4cm/s，温度梯度G=30℃/cm，扩散系数D=3´10-5cm/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。答案15.利用上题中的数据，设合金成分为Al-0.5wt.%Cu，液体无对流，计算：（a）开始凝固时的界面温度；（

8、b）保持液—固界面为平面界面的温度梯度；（c）在同一条件下含铜量增至2wt.%Cu时（a）、(b)题的变化。16.青铜（Cu-Sn）和黄铜（Cu-Zn）相图如图所示：（a）叙述Cu-10%Sn合金的不平衡冷却过程并指出室温时的金相组织；（b）比较Cu-10%Sn合金铸件和Cu-30%Zn合金铸件的铸造性能及铸造组织；说明Cu-10%Sn合金铸件中有许多分散砂眼的原因；（c）分别含2%Sn、11%Sn和15%Sn的青铜合金，哪一种可进行压力加工，哪种可利用铸造法来制造机件？17.根据