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考研材料科学基础试题及答案 材料科学基础习题 叶荷 11及材料班2013-1-10 第三章⼆元合⾦相图和合⾦的凝固 ⼀、名词： 相图：表⽰合⾦系中的合⾦状态与温度、成分之间关系的图解。 匀晶转变：从液相结晶出单相固溶体的结晶过程。 平衡结晶：合⾦在极缓慢冷却条件下进⾏结晶的过程。 成分起伏：液相中成分、⼤⼩和位置不断变化着的微⼩体积。 异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 枝晶偏析：固溶体树枝状晶体枝⼲和枝间化学成分不同的现象。 共晶转变：在⼀定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成分⼀定的固相的转变过程。 脱溶：由固溶体中析出另⼀个固相的过程，也称之为⼆次结晶。 包晶转变：在⼀定温度下，由⼀定成分的固相与⼀定成分的液相作⽤，形成另⼀个⼀定成分的固相的转变过程。 成分过冷：成分过冷：由液相成分变化⽽引起的过冷度。 ⼆、简答： 1. 固溶体合⾦结晶特点？ 答：异分结晶；需要⼀定的温度范围。 2. 晶内偏析程度与哪些因素有关？ 答：溶质平衡分配系数k0 ；溶质原⼦扩散能⼒；冷却速度。 3. 影响成分过冷的因素？ 答：合⾦成分；液相内温度梯度；凝固速度。 4. 相图分折有哪⼏步？ 答：以稳定化合物为独⽴组元分割相图并分析；熟悉相区及相；确定三相平衡转变性质。 三、绘图题 绘图表⽰铸锭宏观组织三晶区。 四、书后习题 1、何谓相图？有何⽤途？ 答：相图：表⽰合⾦系中的合⾦状态与温度、成分之间关系的图解。 相图的作⽤：由相图可以知道各种成分的合⾦在不同温度下存在哪些相、各个相的成分及其相对含量。 2、什么是异分结晶？什么是分配系数？ 答：异分结晶：结晶出的晶体与母相化学成分不同的结晶。 分配系数：在⼀定温度下，固液两平衡相中溶质浓度之⽐值。 3、何谓晶内偏析？是如何形成的？影响因素有哪些？对⾦属性能有何影响，如何消除？ 答：晶内偏析：⼀个晶粒内部化学成分不均匀的现象 形成过程：固溶体合⾦平衡结晶使前后从液相中结晶出的固相成分不同，实际⽣产中，液态合⾦冷却速度较⼤，在⼀定温度下 扩散过程尚未进⾏完全时温度就继续下降，使每个晶粒内部的化学成分布均匀，先结晶的含⾼熔点组元较多，后结晶的含低熔 点组元较多，在晶粒内部存在着浓度差。 影响因素：1）分配系数k 0 ：当k01时，k0值越⼩，则偏析越⼤；当k01时，k0越⼤，偏析也越⼤。2）溶质原⼦扩散能⼒， 溶质原⼦扩散能⼒⼤，则偏析程度较⼩；反之，则偏析程度较⼤。3）冷却速度，冷却速度越⼤，晶内偏析程度越严重。 对⾦属性能的影响：使合⾦的机械性能下降，特别是使塑性和韧性显著降低，甚⾄使合⾦不容易压⼒加⼯。也使合⾦的抗蚀性 能降低。 消除办法：扩散退⽕或均勺化退⽕ 6、何谓共晶反应和包晶反应？写出反应式。 答：共晶反应：在⼀定温度下，由—定成分的液相同时结晶出两个成 分⼀定的固相的转变过程。N M t E E L βα+?→← 包晶反应：在⼀定温度下，由⼀定成分的固相与⼀定成分的液相 作⽤，形成另⼀个⼀定成分的固相的转变过程。 D t P C D L βα?→←+ 8、什么是成分过冷？ 答：成分过冷：由液相成分变化⽽引起的过冷度。 9、试述纯⾦属与固溶体合⾦结晶过程中形核、长⼤的条件及⽅式有何异同？ 答：纯⾦属结晶过程中的形核、长⼤的条件：要满⾜结构起伏、能量起伏。 固溶体合⾦结晶过程中的形核、长⼤的条件：要满⾜结构起伏、能量起伏和成分起伏。 固溶体合⾦结晶是在⼀定的温度范围的异分结晶，纯⾦属结晶是在⼀定温度下的同分结晶。 10、何谓相组成物和组织组成物？画出冷却曲线分析w(Sn)=70%Pb-Sn 合⾦的平衡结晶过程，并计算室温下该合⾦相组成物 和组织组成物的相对含量。答：相组成物：组成合⾦的各相 组织组成物：在显微组织中能清楚地区分开，是组成显微组织的独⽴部分。 冷却曲线： 平衡结晶过程：当合⾦I 缓慢冷却到1点时，开始从液相中结晶出β固溶体。在1~2点温度范围内，随着温度的降低，β固溶体的 数量不断增多，⽽液相的数量不断减少，它们的成分分别沿固相线BN 和液相线BE 发⽣变化。2点时，β相和剩余液相的成分 分别到达N 点和E 点。在温度t E 、成分为E 点的液相便发⽣共晶转变 N M t E E L βα+?→←。在2点以下继续冷却时，将从β相(包括先共晶 β相和共晶组织中的β相)和α (共晶组织中的)分别析出次⽣相βII 和αII 。 室温下该合⾦相组成物的相对含量： 310070 100%30.6%1002 G W GF α-==?=- 3702 100%69.4%1002 F W GF β-= =?=- 组织组成物的相对含量：β+α