第7章 二元系相图和合金的凝固与制备原理 笔记及课后习题详解 (已整理 袁圆 2014.8.7)

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2、是平衡分配系数，证明：①见下图：任意成分W。在任意温度T时，固（S）、液（L）两相平衡相的成分分别为wS和wL。因为L线为直线，斜率为常数，故，34同理，S线的②故，7-12证明：在液相完全不混合的情况下，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：证明：液相完全不混合，7-13Al-Cu合金相图如图7-13所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求：①w（Cu）=1％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；②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；③测得铸件的凝

3、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。34答：根据已知条件，由相图解得：①由正常凝固方程：等式两边同除合金密度ρ，得：②由区域熔化方程得：③显微组织中出现轻微胞状，可视作发生成分过冷的临界条件，即：7-14利用题7-13中的数据，设合金成分为Al-0.5％Cu，液体无对流，计算：①开始凝固时的界面温度；②保持液一固界面为平面界面的温度梯度；③在同一条件下含铜量增至w（Cu）为2％时①，②题的变化。答：①计算：②保持平面界面凝固的临界

4、条件为：③当w（Cu）=2％时，将0.02替换上述①和②34中的0.005，经计算得出：?T=620.37℃；?G≥336℃／cm。7-15青铜（Cu-Sn）和黄铜（Cu-Zn）相图如图7—15（a），（b）所示：①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。②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一10％Sn合金铸件中有许多分散砂眼的原因。③w(Sn)分别为2％，ll％和l5％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?答：①在不平衡凝固

5、条件下，首先将形成树枝状的α晶体；随着凝固的进行，当液体中溶质富集处达到包晶成份，将产生包晶转变；L+α→β，从而在枝晶间形成β相，如果冷速不是特别快，可能继续冷却至586℃时发生共析反应：β→α+γ；甚至冷却至520℃时再次发生共析反应：γ→α+δ，因此铸件的最后组织将是在α的枝晶间分布着β相，或者分布着（α+γ）共析体，也可能为共析体（α+δ）。②34Cu-30％Zn合金的凝固温度范围窄，不容易产生宽的成分过冷区，即以“壳状”方式凝固，液体的流动性好，易补缩，容易获得致密的铸件，铸件组织主要为平行排列的柱状晶。Cu-10

6、％Zn合金具有宽的凝固温度范围，容易形成宽的成分过冷区，即以“糊状”方式凝固，液体的流动性差，不易补缩，这是使铸件产生分散砂眼的主要原因，铸件的致密性差，铸件组织主要由树枝状柱状晶和中心等轴晶组成。③Cu-2％Sn合金为单相α组织，塑性好，易于进行压力加工；Cu-11％Sn，Cu-15％Sn合金的铸态组织中含有硬而质脆的β，δ等中间相组织，不易塑性变形，适合用于铸造法来制造耐磨机件。7-16根据图7-16所示的Pb-Sn相图：①画出成分为w（Sn）=50％合金的冷却曲线及其相应的平衡凝固组织。②计算该合金共晶反应后组织组成体

7、的相对量和组成相的相对量。③计算共晶组织中的两相体积相对量，由此判断两相组织为棒状还是为层片状形态。在计算中忽略Sn在α相和Pb在β相中的溶解度效应，假定α相的点阵常数为Pb的点阵常数：αpb=o．390nm，晶体结构为面心立方，每个晶胞4个原子；β相的点阵常数为β-Sn的点阵常数：αSn=0.583nm，csn=0.318nm，晶体点阵为体心立方，每个晶胞4个原子。Pb的相对原子质量为207，Sn的相对原子质量为ll9。34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

8、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）Ω0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（2）当Ω=0，即eAB＝(eAA＋eBB)/2时，A-B对的能