金屬學(xué)-第三章習題[1](1)

1、金屬學(xué)與熱處理王志剛1金屬學(xué)與熱處理王志剛21、在正的溫度梯度下，為什么純金屬凝固時不能呈樹枝狀成長，而固溶體合金卻能呈樹枝狀成長？答：3金屬學(xué)與熱處理王志剛負溫度梯度正溫度梯度4金屬學(xué)與熱處理王志剛 由于界面前沿液相中的成分差別引起固液界面前沿一定范圍內(nèi)的液相實際溫度低于平衡結(jié)晶溫度而形成過冷區(qū)域的現(xiàn)象。成分過冷：過冷區(qū)域5金屬學(xué)與熱處理王志剛成分過冷對晶體成長形狀的影響突出部分頂端的溶質(zhì)原子向遠處擴散比兩側(cè)的要好。溝槽溶質(zhì)濃度高平衡結(jié)晶溫度低過冷度小生長速度低于頂端溝槽加深一定條件下平衡，界面以恒定速度推進胞狀界面胞狀組織、胞狀晶、蜂窩組織樹枝晶過冷區(qū)域很小過冷區(qū)域很大金屬學(xué)與熱處理王志剛

2、61、在正的溫度梯度下，為什么純金屬凝固時不能呈樹枝狀成長，而固溶體合金卻能呈樹枝狀成長？答： 純金屬凝固時，要獲得樹枝狀晶體，必需在負的溫度梯度下；在正的溫度梯度下，只能以平面狀長大。而固溶體實際凝固時，往往會產(chǎn)生成分過冷，當成分過冷區(qū)足夠大時，固溶體就會以樹枝狀長大。 金屬學(xué)與熱處理王志剛72、何謂合金平衡相圖，相圖能給出任一條件下的合金的顯微組織嗎？答： 相圖是表示在平衡條件下合金系種合金的狀態(tài)與溫度、成分間的關(guān)系圖解-狀態(tài)圖或平衡圖。金屬學(xué)與熱處理王志剛83、在兩個形狀、尺寸均相同的Cu-Ni合金鑄件，其中一個鑄件的Ni=90%，另一個鑄件的Ni=50%，鑄后自然冷卻。問：凝固后哪一個

3、鑄件的偏析嚴重，為什么？ 消除偏析的措施有哪些？答：晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析9金屬學(xué)與熱處理王志剛晶內(nèi)偏析（枝晶偏析）：在一個晶粒內(nèi)部化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象銅鎳合金鑄態(tài)組織：枝干先結(jié)晶：含鎳多，不易浸蝕，呈亮白色枝間后結(jié)晶：含銅多，以浸蝕，呈暗黑色先結(jié)晶的部分含高熔點組元較多晶內(nèi)偏析對合金的性能有很大的影響。力學(xué)性能、耐蝕性能下降，均勻化退火消除：低于固相線100-200，長時間保溫10金屬學(xué)與熱處理王志剛影響晶內(nèi)偏析的因素：1、分配系數(shù)k0偏析最大程度：當k01時，k0越小，偏析越大；當k01時，k0越大，偏析越大2、原子的擴散能力、結(jié)晶溫度例如鋼中硅偏析小，磷偏析大3、冷卻速度冷卻速度大，偏析大冷

4、卻速度大，過冷度大，晶粒小11金屬學(xué)與熱處理王志剛一）區(qū)域偏析 固溶體合金在不平衡結(jié)晶時還會造成大范圍內(nèi)化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。假設(shè)：成分為C0、k01的液態(tài)合金在圓管內(nèi)從左端向右端逐漸凝固。（固相內(nèi)無擴散，液相內(nèi)擴散均勻）x1 x2 x3k1C 1 C 0 還有液相成分溶質(zhì)原子富集金屬學(xué)與熱處理王志剛123、在兩個形狀、尺寸均相同的Cu-Ni合金鑄件，其中一個鑄件的Ni=90%，另一個鑄件的Ni=50%，鑄后自然冷卻。問：凝固后哪一個鑄件的偏析嚴重，為什么？ 消除偏析的措施有哪些？答：晶內(nèi)偏析、區(qū)域偏析金屬學(xué)與熱處理王志剛134、何謂過冷成分？成分過冷對固熔體結(jié)晶時晶粒長大方式和鑄錠組織有何影響

5、。 在固溶體合金凝固時，在正的溫度梯度下，由于固液界面前沿液相中的成分有所差別，導(dǎo)致固液界面前沿的熔體的溫度低于實際液相線溫度，從而產(chǎn)生的過冷稱為成分過冷。 這種過冷完全是由于界面前沿液相中的成分差別所引起的。溫度梯度增大，成分過冷減小。 成分過冷必須具備兩個條件：第一是固液界面前沿溶質(zhì)的富集而引起成分再分配；第二是固液界面前方液相的實際溫度分布，或溫度分布梯度必須達到一定的值。 對合金而言，其凝固過程同時伴隨著溶質(zhì)再分配，液體的成分始終處于變化當中，液體中的溶質(zhì)成分的重新分配改變了相應(yīng)的固液平衡溫度，這種關(guān)系有合金的平衡相圖所規(guī)定。利用“成分過冷”判斷合金微觀的生長過程。金屬學(xué)與熱處理王志剛

6、145、共晶點和共晶線有什么關(guān)系？共晶組織一般是什么形態(tài)？如何形成的？答：15金屬學(xué)與熱處理王志剛二）含錫量Sn61.9%的合金（）:共晶合金LE M+NtE(183)共晶轉(zhuǎn)變:共晶組織M和N相的含量:溫度繼續(xù)下降, 和相分別析出次生相 和16金屬學(xué)與熱處理王志剛二）含錫量Sn61.9%的合金（）:共晶合金Pb-Sn共晶合金的顯微組織: 和呈層片狀交替分布,黑色為相,白色為相17金屬學(xué)與熱處理王志剛?cè)┖a量19%Sn61.9%的合金（）:亞共晶合金以Sn50%為例:共晶轉(zhuǎn)變結(jié)束時：先共晶相、共晶組織（M、N）繼續(xù)冷卻：先共晶相、共晶組織中M和 N + 金屬學(xué)與熱處理王志剛18金屬學(xué)與熱處理王

7、志剛195、共晶點和共晶線有什么關(guān)系？共晶組織一般是什么形態(tài)？如何形成的？答：金屬學(xué)與熱處理王志剛206、鉍（熔點為271.5C）和銻（熔點為630.7C）在液態(tài)和固態(tài)時彼此無限互溶， Bi=50% 的合金在520時開始凝固出成分為Sb=87% 的固相。 Bi=80%的合金在400C的時候開始凝固出成分為Sb=64% 的固相。根據(jù)上述條件，要求：1、繪制Bi-Sb相圖，并不標出各線和各相區(qū)的名稱；2、從相圖上確定Sb=40% 合金的開始結(jié)晶和結(jié)晶終了溫度，并求出它在400C時的平衡相成分及其含量。答：LL +DECL40 =L20+64SbL =ED/CD =24/44 =54.55% =CE

8、/CD =20/44 =45.45%21金屬學(xué)與熱處理王志剛3、確定三相平衡轉(zhuǎn)變的性質(zhì)。LL + 共晶轉(zhuǎn)變L + 共析轉(zhuǎn)變22金屬學(xué)與熱處理王志剛3、確定三相平衡轉(zhuǎn)變的性質(zhì)。LL1 L2 + 偏晶轉(zhuǎn)變L1L2 L + 熔晶轉(zhuǎn)變23金屬學(xué)與熱處理王志剛3、確定三相平衡轉(zhuǎn)變的性質(zhì)。L + 包晶轉(zhuǎn)變L + 包析轉(zhuǎn)變LL1 + L2 合晶轉(zhuǎn)變L1L2金屬學(xué)與熱處理王志剛247、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出概略的二元合金相圖：組元A熔點1000C，B熔點700C；B=25%的合金在500C結(jié)晶完畢，并由73.33%的先共晶相與26.67%的（+）共晶體組成；B=50%的合金在500C結(jié)晶完畢，并由40%的先共晶相與

9、60%的（+）共晶體組成，而此合金中的相總量為50%；BANEMG FL +LL =L E+MN=72+(72-17)/5 =83+4(E-25)=11(25-M)3(E-50)=2(50-M)M:17E:72共晶體中 ： =EN:ME=1:5L +金屬學(xué)與熱處理王志剛258、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出概略的二元合金相圖：組元A熔點1000C，B熔點700C，在800C時： （B=5% ）+L（ B=50% ）= （ B=30% ）；在600C時： L（ B=80% ）= （B=60% ）+ （ B=95% ）；在400C時： （B=50% ） = （ B=2% ）+ （ B=97% ）BAL +LL

10、+ L + + + + 金屬學(xué)與熱處理王志剛269、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出概略的二元合金相圖：在C-D二元系中，D組元熔點比C組元有較高的熔點，C在D中沒有固溶度。該合金存在下述恒溫反應(yīng)：700C：L（ D=30% ）+ D = （ D=40% ）；600C： （ D=45% ）+ D = （ D=70% ）； 500C：L（ D=5% ）+ （ D=25% ） = （ D=10% ） ；400C： （ D=30% ）= （ D=5% ） + （ D=50% ）；DCLL+D +DL+ + + + + L金屬學(xué)與熱處理王志剛2711、找出錯誤，說明理由，并改正。L+L+ + L+L包晶：共析：共晶：

11、+L+L+金屬學(xué)與熱處理王志剛2812、假定需要用Zn=30%的Cu-Zn合金和Sn=10%的Cu-Sn合金制造尺寸、形狀相同的鑄件，參照合金相圖回答：1、那種合金的流動性好2、那種合金形成縮松的傾向大？3、那種合金的熱裂傾向大？4、那種合金的偏析傾向大？29金屬學(xué)與熱處理王志剛二）根據(jù)相圖判斷合金的鑄造性能合金的鑄造性能：流動性、縮孔及熱裂傾向水平距離：成分間隔垂直距離：溫度間隔 合金相圖上液相線和固相線之間的成分間隔成分過冷區(qū)整個液體都可以成核，并且晶枝均勻生長較寬的液固兩相混合區(qū)阻礙液體流動糊狀凝固30金屬學(xué)與熱處理王志剛二）根據(jù)相圖判斷合金的鑄造性能合金的鑄造性能：流動性、縮孔及熱裂傾

12、向水平距離：成分間隔垂直距離：溫度間隔 合金相圖上液相線和固相線之間的溫度間隔樹枝晶長大時間枝晶長大阻礙液體流動31金屬學(xué)與熱處理王志剛二）根據(jù)相圖判斷合金的鑄造性能合金的鑄造性能：流動性、縮孔及熱裂傾向水平距離：成分間隔垂直距離：溫度間隔 合金相圖上液相線和固相線之間的不易產(chǎn)生寬的過冷成分結(jié)晶自鑄件表面開始后循序向心部推進液相中難以形核，使液固相之間界面分明，已結(jié)晶固相表面比較光滑，液體流動阻力小殼狀凝固32金屬學(xué)與熱處理王志剛二）根據(jù)相圖判斷合金的鑄造性能糊狀凝固，枝晶液體被分割凝固收縮分散縮孔溫度間隔晶粒間液相狀態(tài)保持時間收縮應(yīng)力作用合金強度低熱裂例如：球墨鑄鐵、鋁合金、鎂合金及錫青銅等33金屬學(xué)與熱處理王志剛二）根據(jù)相圖判斷合金的鑄造性能殼狀凝固液體被分割凝固收縮集中縮孔溫度間隔液相狀態(tài)保持時間熱裂例如：灰鑄鐵、低碳合金鋼、鋁青銅等金屬學(xué)與熱處理王志剛3412、假定需要用Zn=30%的Cu-Zn合金和Sn=10%的Cu-Sn合金制造尺寸、形狀相同的鑄件，參照合金相圖回答：1、那種合金的流動性好2、那種合金形成縮松的傾向大？3、那種合金的熱裂傾向大？4、那種合金的偏析傾向大？金屬學(xué)與熱處理王志剛35金屬學(xué)與熱處理王志剛369、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出概略的二元合金相圖：在C-D二元系中，D組元熔點比