1、2020屆材料科學基礎經典習題（后附詳細答案）1. 在Al-Mg合金中，xMg=0.05，計算該合金中Mg的質量分數(wMg)(已知Mg的相對原子質量為24.31，Al為26.98)。2. 已知Al-Cu相圖中，K0.16，m3.2。若鑄件的凝固速率R310-4 cm/s，溫度梯度G30/cm，擴散系數D310-5cm2/s，求能保持平面狀界面生長的合金中WCu的極值。3證明固溶體合金凝固時，因成分過冷而產生的最大過冷度為：最大過冷度離液固界面的距離為：式中m 液相線斜率；wC0Cu 合金成分；K 平衡分配系數；G 溫度梯度；D 擴散系數；R 凝固速率。說明：液體中熔質分布曲線可表示為：4Mg

2、-Ni系的一個共晶反應為：設w1NiC1為亞共晶合金，w2Ni=C2為過共晶合金，這兩種合金中的先共晶相的質量分數相等，但C1合金中的總量為C2合金中總量的2.5倍，試計算C1和C2的成分。5 在圖430所示相圖中，請指出：(1) 水平線上反應的性質；(2) 各區域的組織組成物；(3) 分析合金I，II的冷卻過程；(4) 合金工，II室溫時組織組成物的相對量表達式。6根據下列條件畫出一個二元系相圖，A和B的熔點分別是1000和700，含wB=0.25的合金正好在500完全凝固，它的平衡組織由73.3%的先共晶。和26.7%的(+)共晶組成。而wB0.50的合金在500時的組織由40%的先共晶和

3、60%的(+)共晶組成，并且此合金的總量為50%。7圖4-31為Pb-Sb相圖。若用鉛銻合金制成的軸瓦，要求其組織為在共晶體基體上分布有相對量為5%的(Sb)作為硬質點，試求該合金的成分及硬度(已知(Pb)的硬度為3HB，(Pb)的硬度為30HB)。8參見圖4-32 Cu-Zn相圖，圖中有多少三相平衡，寫出它們的反應式。分析含wZn=0.40的Cu-Zn合金平衡結晶過程中主要轉變反應式及室溫下相組成物與組織組成物。9 計算含碳wC=0.04的鐵碳合金按亞穩態冷卻到室溫后，組織中的珠光體、二次滲碳體和萊氏體的相對量；并計算組織組成物珠光體中滲碳體和鐵素體、萊氏體中二次滲碳體、共晶滲碳體與共析滲碳

4、體的相對量。10 根據顯微組織分析，一灰口鐵內石墨的體積占12%，鐵素體的體積占88%，試求Wc為多少(已知石墨的密度G2.2g/cm3，鐵素體的密度7.8g/cm3)。11 汽車擋泥板應選用高碳鋼還是低碳鋼來制造?12當800時，(1) Fe-0.002 C的鋼內存在哪些相?(2) 寫出這些相的成分；(3) 各相所占的分率是多少？13根據Fe-Fe3C相圖（見圖4-33），(1) 比較wC0.004的合金在鑄態和平衡狀態下結晶過程和室溫組織有何不同；(2) 比較wc0.019的合金在慢冷和鑄態下結晶過程和室溫組織的不同；(3) 說明不同成分區域鐵碳合金的工藝性。14550時有一鋁銅合金的固熔

5、體，其成分為xC0.02。此合金先被淬火，然后重新加熱到100以便析出。此(CuAl2：)相發展成許多很小的顆粒彌散分布于合金中，致使平均顆粒間距僅為5.0nm。(1) 請問1mm3合金內大約形成多少個顆粒?(2) 如果我們假設100時中的含Cu量可認為是零，試推算每個9顆粒內有多少個銅原子(已知Al的原子半徑為0.143 nm)。15 如果有某Cu-Ag合金(WCu0.075，WAg0.925) 1000g，請提出一種方案，可從該合金內提煉出100g的Ag，且其中的含Cu量wCu0.02(假設液相線和固相線均為直線)。16已知和滲碳體相平衡的-Fe，其固溶度方程為：假設碳在奧氏體中的固熔度方

6、程也類似于此方程，試根據Fe-Fe3C相圖寫出該方程。17一碳鋼在平衡冷卻條件下，所得顯微組織中，含有50的珠光體和50的鐵素體，問：(1) 此合金中含碳質量分數為多少?(2) 若該合金加熱到730，在平衡條件下將獲得什么組織?(3) 若加熱到850，又將得到什么組織?18利用相律判斷圖4-34所示相圖中錯誤之處。19指出下列概念中錯誤之處，并更正。(1)固熔體晶粒內存在枝晶偏析，主軸與枝間成分不同，所以整個晶粒不是一個相。(2)盡管固熔體合金的結晶速度很快，但是在凝固的某一個瞬間，A、B組元在液相與固相內的化學位都是相等的。(3)固熔體合金無論平衡或非平衡結晶過程中，液固界面上液相成分沿著液

7、相平均成分線變化；固相成分沿著固相平均成分線變化。(4)在共晶線上利用杠桿定律可以計算出共晶體的相對量。而共晶線屬于三相區，所以杠桿定律不僅適用于兩相區，也適用于三相區。(5)固熔體合金棒順序結晶過程中，液固界面推進速度越快，則棒中宏觀偏析越嚴重。(6)將固熔體合金棒反復多次“熔化一凝固”，并采用定向快速凝固的方法，可以有效地提純金屬。(7) 從產生成分過冷的條件可知，合金中熔質濃度越高，成分過冷區域小，越易形成胞狀組織。(8)厚薄不均勻的Ni-Cu合金鑄件，結晶后薄處易形成樹枝狀組織，而厚處易形成胞狀組織。(9)不平衡結晶條件下，靠近共晶線端點內側的合金比外側的合金易于形成離異共晶組織。(1

8、0)具有包晶轉變的合金，室溫時的相組成物為。，其中相均是包晶轉變產物。(11)用循環水冷卻金屬模，有利于獲得柱狀晶區，以提高鑄件的致密性。(12)鐵素體與奧氏體的根本區別在于固熔度不同，前者小而后者大。(13)727是鐵素體與奧氏體的同素異構轉變溫度。(14)在Fe-Fe3C系合金中，只有過共析鋼的平衡結晶組織中才有二次滲碳體存在。(15)凡是碳鋼的平衡結晶過程都具有共析轉變，而沒有共晶轉變；相反，對于鑄鐵則只有共晶轉變而沒有共析轉變。(16)無論何種成分的碳鋼，隨著碳含量的增加，組織中鐵素體相對量減少，而珠光體相對量增加。(17)含碳wC0.043的共晶白口鐵的顯微組織中，白色基體為Fe3C

9、，其中包括Fe3CI、Fe3CII、Fe3CIII、Fe3C共析和Fe3C共晶等。(18)觀察共析鋼的顯微組織，發現圖中顯示滲碳體片層密集程度不同。凡是片層密集處則碳含量偏多，而疏稀處則碳含量偏少。(19)厚薄不均勻的鑄件，往往厚處易白口化。因此，對于這種鑄件必須多加碳、少加硅。(20)用Ni-Cu合金焊條焊接某合金板料時，發現焊條慢速移動時，焊縫易出現胞狀組織，而快速移動時則易于出現樹枝狀組織。20讀出圖4-35濃度三角形中，C，D，E，F，G，H各合金點的成分。它們在濃度三角形中所處的位置有什么特點?21.在圖4-36的濃度三角形中；(1) 寫出點P，R，S的成分；(2) 設有2kg P，

10、4kg R，2kg S，求它們混熔后的液體成分點X；(3) 定出wC0.08，A、B組元濃度之比與S相同的合金成分點Y；(4) 若有2Kg P，問需要多少何種成分的合金Z才能混熔得到6Kg的成分R的合金。答案1. wMg=0.0456。2. 。3.設純溶劑組元A的熔點為TA，液相線與固相線近似為直線，則離界面距離x處液相線溫度TL為： 但在x處液相的實際溫度T如附圖2.8所示，應為：因為溶質分布而產生的成分過冷為：令，得：將（4）代入（3）得：4. C1合金成分為wMg0.873，wNi0.127；C2合金成分為wMg0.66，wNi0.3685.(1)高溫區水平線為包晶線，包晶反應：Lj+kn中溫區水平線為共晶線，共晶反應：Ldg+h(2)各區域組織組成物如圖430中所示(3)I合金的冷卻曲線和結晶過程如附圖2.9所示。 12，均勻的液相L。 23勻晶轉變，L不斷結晶出相。 33，發生包品反應L+。 34，剩余液相繼續結晶為。 4，凝固完成，全部為。 45，為單一相，無變化。 56，發生脫溶