相图习题课

相图习题课——孔子曰：温故而知新也！本章学习要求掌握了吗？•1)熟练掌握二元匀晶、共晶、包晶相图的特点•2)熟练掌握二元匀晶、共晶、包晶相图平衡、非平衡凝固成分变化规律，能够分析结晶过程及得到的组织，能够熟练运用杠杆定律计算相及组织相对含量•3)能依据相图判断合金的工艺性能与机械性能•4)掌握铁碳相图，能够分析平衡结晶过程及室温下所得到的相、组织，并计算其相对含量•5)初步掌握复杂二元相图分析方法31.合金系统的自由度F的含义是：（单选）A、可以使合金状态改变的因素数；B、保持合金平衡状态不变的前提下，可以独立改变的因素数；C、够使系统发生变化的最大因素数。2.自由度F=0的含义是：（单选）A、任何因素的变化都会造成系统平衡状态的变化；B、没有任何因素可以引起系统状态变化；C、这样的系统状态不存在。3.纯金属凝固时，(多选)A、冷却曲线(温度-时间)是水平的；B、系统自由度F=0；C、纯金属凝固是在恒温下进行的。4.在平衡条件下，100˚C的纯水处于（单选）A、液态；B、气态；C、气、液二相共存状态。思考题一BAABCC45、下列说法哪些是正确的？(多选)A、温度高于液相线的合金为液态；B、温度低于液相线的合金为固态；C、温度低于固相线的合金为固态;D、温度高于固相线的合金为液态。6、非平衡凝固的匀晶合金一般会出现什么现象？。（单选）A、组织、成分均匀化；B、成分不均匀，出现树枝状偏析；C、与平衡凝固的合金组织、成分一样，没有区别。7、在共晶合金系中，只有共晶成分的合金才能发生共晶转变。（单选）A是B否8、发生共晶转变的液相，其成分一定是共晶成分。（单选）A是B否9、根据Pb-Sn相图，应用杠杆定律计算共晶温度下40%Sn合金的共晶组织中的a相占全部合金的相对量。（单选）A、18.9%；B、45.5%；C、41.6%提示：40%Sn合金由初生的a相（先析a）和共晶体组成，共晶体又由a相和b相组成（见示意图）。先析aACBBBAa:18.3%E:61.9%b:97.8%510、匀晶、共晶和包晶转变有何共同特点？（单选）A、这三个转变都是在恒温下进行的；B、这三个转变的反应相中都有液相，而生成相都是固相；C、这三个转变都不是恒温转变。11、共晶和共析转变有何共同特点？（多选）A、都是由一个相同时转变成二个相；B、都是恒温转变；C、生成相都是固相。12、共析与包析转变有何不同？（单选）A、都是固态转变；B、都是恒温转变；C、共析转变是由一个固相转变成二个固相，包析转变则相反13、熔晶与偏晶转变都是恒温转变吗？（单选）A是B否14、在分析相图时可以将稳定化合物看作一个组元，从而将复杂相图分成若干个简单相图。你认为分析复杂相图时这是必须的吗？（单选）A是B否BABCCAA61、说明下列基本概念工业纯铁、碳钢、铸铁、包晶转变、共晶转变、共析转变、a-Fe、铁素体、-Fe、奥氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体、珠光体、莱氏体。2、下列说法正确的是：（多选）A、铁素体是碳溶解于α-Fe中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构；B、渗碳体是碳溶解于γ-Fe中形成的固溶体，具有体心立方晶体结构；C、奥氏体是碳溶解于γ-Fe中形成的固溶体，具有面心立方晶体结构。3、亚共析钢的含碳量范围是：（单选）A、0.0218%~0.77%C；B、0.77%~2.11%C；C、2.11%~4.3%C。4、共析钢的室温组织是：（单选）A、珠光体P+二次渗碳体Fe3CII；B、珠光体P（100%）；C莱氏体Ld’(100%)。思考题二ACAB75、计算1148℃共晶转变刚结束时莱氏体中渗碳体Fe3C的相对量。（单选）A、52%；B、60%；C、48%。6、计算室温时莱氏体中渗碳体Fe3C的相对量。（单选）A、48.23%C；B、52.77%C；C、64.27%。7、随着含碳量的增高，亚共析钢的（单选）A强度、硬度升高，塑性下降；B塑性升高，强度、硬度下降；C强度、硬度和塑性都升高。8、对于过共析钢，含碳量越高，（单选）A钢的强度、硬度越高，塑性越低；B钢的强度、硬度越低，塑性越高；C钢的硬度越高，强度和塑性越低。CCAC设组元的原子量分别为：RA、RB，两者互换公式：100%xRxRxRwBBAAAAA%100BBAABBBxRxRxRw%100BBAAAAARwRwRwx%100BBAABBBRwRwRwxQuestion11.在Al-Mg合金中,xMg为0.15,计算该合金中镁的wMg为多少.解设Al的相对原子量为MAl,镁的相对原子量为MMg,按1molAl-Mg合金计算,则镁的质量分数可表示为将xMg=0.15,xAl=0.85,MMg=24,MAl=27代入上式中,得到wMg=13.56%.MgMgMgAlAlMgMg100%xMwxMxMQuestion12.根据图4-117所示二元共晶相图,试完成:(1)分析合金I,II的结晶过程,并画出冷却曲线.(2)说明室温下合金I,II的相和组织是什么,并计算出相和组织组成物的相对量.(3)如果希望得到共晶组织加上相对量为5%的β初的合金,求该合金的成分.Question2Answer2解：(1)合金I的冷却曲线参见右图,其结晶过程如下:1以上,合金处于液相;1~2时,发生匀晶转变L→α,即从液相L中析出固熔体α,L和α的成分沿液相线和固相线变化,达到2时,凝固过程结束;2时,为α相;2~3时,发生脱熔转变,α→βII.Answer2合金II的冷却曲线参见右图,其结晶过程如下:1以上,处于均匀液相;1~2时,进行匀晶转变L→β;2时,两相平衡共存,;2~2′时,剩余液相发生共晶转变;2~3时,发生脱熔转变α→βII.Answer2(2)室温下,合金I的相组成物为α+β,组织组成物为α+βII.相组成物相对量计算如下:组织组成物的相对量与相的一致.Answer2室温下,合金II的相组成物为α+β,组织组成物为β初+(α+β).相组成物相对量计算如下:组织组成物相对量计算如下:β(α+β)0.800.50100%75%0.900.500.900.80100%25%0.900.50ww初αβ0.900.80100%12%0.900.050.800.05100%88%0.900.05wwAnswer2(3)设合金的成分为wB=x,由题意知该合金为过共晶成分,于是有所以,x=0.52,即该合金的成分为wB=0.52.β0.50100%5%0.900.50xw初Question3T/℃WB/%1.共晶系合金的平衡凝固分为：固溶体合金和共晶型合金2.固溶体合金的凝固过程主要为：匀晶转变+脱溶转变3.室温下的组织为初生固溶体+次生组织+共晶体一般液相中形成α(称初生相),具有树枝状形态，为粗大的枝晶；共晶反应形成的两相组织为细密层片状组织；次生组织为细小、圆滑的粒状。已知Mg-Ni合金系中一个共晶反应：L23.5%Ni𝑡α纯Mg+Mg2Ni54.6%Ni设有C1和C2两种合金，C1为亚共晶，C2为过共晶。这两种合金的初生相质量分数相等，但室温时C1中a(即Mg)的总量是C2中a总量的2.5倍，请确定C1和C2的成分。解：Key:X1=12.7%,X2=37.8%Question4o’mxyQuestion5成分处于x%WBy%的合金Question11.根据Fe-Fe3C相图画出含碳0.65％的铁碳合金的冷却曲线。指出平衡冷却，室温下相组成物、组织组成物是什么？并计算其相对含量。室温下，相的相对含量：室温下，组织相对含量：相组成：α+Fe3C组织组成：F+P+Fe3CIII（少量、忽略）Answer1Question22.计算wC为0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对量,并计算组成物珠光体中渗碳体和铁素体及莱氏体中二次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体的相对量.Answer2解：根据Fe-Fe3C相图,wC=4%的铁碳合金为亚共晶铸铁,室温下平衡组织为P+Fe3CII+Ld′,其中P和Fe3CII系由初生奥氏体转变而来,莱氏体则由共晶成分的液相转变而成,因此莱氏体可由杠杆定律直接计算,而珠光体和二次渗碳体则可通过两次使用杠杆定律间接计算出来。Ld′相对量:Fe3CII相对量:P相对量:dL42.11100%86.3%4.32.11w3IIFeC4.342.110.77100%3.1%4.32.116.690.77wP4.346.692.11100%10.6%4.32.116.690.77wAnswer2珠光体中渗碳体和铁素体的相对量的计算则以共析成分点作为支点,以wC=0.001%和wC=6.69%为端点使用杠杆定律计算并与上面计算得到的珠光体相对量级联得到.•P中F相对量:•P中Fe3C相对量:FP6.690.77100%9.38%6.690.001ww3FeC10.6%9.38%1.22%wAnswer2至于莱氏体中共晶渗碳体、二次渗碳体及共析渗碳体的相对量的计算,也需采取杠杆定律的级联方式,但必须注意一点,共晶渗碳体在共晶转变线处计算,而二次渗碳体及共析渗碳体则在共析转变线处计算。•Ld′中共晶渗碳体相对量:•Ld′中二次渗碳体相对量:•Ld′中共析渗碳体相对量:dCmL4.32.11100%41.27%6.692.11ww共晶dCmL6.694.32.110.77100%10.2%6.692.116.690.77wwIIdCmL6.694.36.692.110.770.0218100%3.9%6.692.116.690.776.690.0218ww共析Question33.根据下列数据绘制Au-V二元相图.已知金和钒的熔点分别为1064℃和1920℃.金与钒可形成中间相β(AuV3);钒在金中的固熔体为α,其室温下的熔解度为wV=0.19;金在钒中的固熔体为γ,其室温下的熔解度为wAu=0.25.合金系中有两个包晶转变,即1400VVV1522VVV(1)β(0.4)L(0.25)α(0.27)(2)γ(0.52)L(0.345)β(0.45)℃℃Answer3解根据已知数据绘制的Au-V二元相图Question5下图是Pb-Sb-Zn液相面投影图。(1)在图上标出合金X(WPb=0.75，WSn=0.15,WZn=0.10)合金Y(WPb=0.50，WSn=0.30,WZn=0.20)的成分点；(2)合金Q由2kgX,4kgY,6kgZ混熔制成，指出合金Q的成分点；(3)若有3kgX,需要多少何种成分的合金R才可混熔成6kg的合金Y？Answer5解：(1)合金X，Y，Z的成分点与合金Q成分点如右图所示。(2)令mQ，mX，mY，mZ分别为合金Q，X，Y，Z的质量,(QPb,QSn,QZn),(XPb,XSn,XZn),(YPb,YSn,YZn),(ZPb,ZSn,ZZn)分别为合金Q，X，Y，Z的成分。根据题意，则有mQ=mX＋mY＋mZ根据质量守恒定律有QPbmQ＝XPbmX＋YPbmY＋ZPbmZQSnmQ＝XSnmX＋YSnmY＋ZSnmZQZnmQ＝XZnmX＋YZnmY＋ZZnmZ将本题数据代入上述方程组即可求出合金Q的成分，即QPb＝34.2％,QSn＝17.5％,QZn＝48.3％Answer5(3)令所需合金R的质量为mR，其成分为(RPb,RSn,RZn)。根据题意，则有mR=mY-mZ=6-3=3kg根据质量守恒定律有RZn=1-RPb-RZn=30％合金Q和R的成分点也可用直线法则求得。讨论：杠杆定律与重心法则的基础都是质量守恒定律。杠杆定律和重心法则分别是三元系发生两相平衡转变或三相（包括四相）平衡转变时，质量守恒定律的具体体现，两者具有等价关系。由于质量守恒定律要求反应相一定处于平衡关系，而相图