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    【考研类试卷】材料科学基础-三元相图及答案解析.doc

    • 资源ID:1385126       资源大小:78KB        全文页数:6页
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    【考研类试卷】材料科学基础-三元相图及答案解析.doc

    1、材料科学基础-三元相图及答案解析(总分:100.00,做题时间:90 分钟)一、论述题(总题数:10,分数:100.00)1.某三元合金 K 在温度为 T1时分解为 B 组元和液相,两个相的相对量 。已知合金 K 中 A 组元和 C 组元的重量比为 3,液相含 B 量为 40%,试求合金 K 的成分。(分数:10.00)_2.三组元 A,B 和 C 的熔点分别是 1000,900和 750,三组元在液相和固相都完全互溶,并从三个二元系相图上获得下列数据。质量分数/% 温度/A B C 液相线 固相线50 50 975 95050 50 920 850 50 50 840 800在投影图上作出

    2、950和 850的液相线投影。在投影图上作出 950和 850的固相线投影。画出从 A 组元角连接到 BC 中点的垂直截面图。(分数:10.00)_3.如图 8-3 所示,已知 A,B,C 三组元固态完全不互溶,A,B,C 的质量分数分别为 80%,10%,10%的 O合金在冷却过程中将进行二元共晶反应和三元共晶反应,在二元共晶反应开始时,该合金液相成分(a 点)A,B,C 的质量分数分别为 60%,20%,20%,而三元共晶反应开始时的液相成分(E 点)A,B,C 的质量分数分别为 50%,10%,40%。试计算 A 初 %,(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。写出图中 1 和 P 合金

    3、的室温平衡组织。(分数:10.00)_4.A,B,C 的质量分数分别为 40%,30%和 30%的三元系合金在共晶温度形成三相平衡,三相成分如下:质量分数/%A B C液相 50 40 10 相 85 10 5 相 10 20 70计算液相、 相和 相各占多少分数。试估计在同一温度, 相和 相的成分同上,但各占 50%时合金的成分。(分数:10.00)_5.Cu-Sn-Zn 三元系相图在 600时的部分等温截面如图 8-5 所示。(分数:10.00)_6.根据图 8-6 中的合金 X,在四相反应前为 Q+R+U 三相平衡,四相反应后为 U+Q+V 三相平衡。试证明:该反应为 RQ+U+V 类型

    4、反应。(分数:10.00)_7.根据图 8-7 中的合金 X,在四相反应前为 Q+R+U 三相平衡,四相反应后为 U+Q+V 三相平衡。试证明该反应为 R+QU+V 类型反应。(分数:10.00)_8.根据图 8-8 所示 Fe-W-C 三元系的低碳部分的液相面的投影图,试标出所有的四相反应。(分数:10.00)_9.根据图 8-9 所示,Al-Mg-Mn 系富 Al 一角的投影图,写出图中两个四相反应。写出图中合金和的凝固过程。(分数:10.00)_10.如图 8-10 所示 A-B-C 三元系中有两个稳定化合物 AmBn和 B1Ck,画出可能存在的伪二元系。如何用简单的实验方法证明哪种伪二

    5、元系是正确的?(分数:10.00)_材料科学基础-三元相图答案解析(总分:100.00,做题时间:90 分钟)一、论述题(总题数:10,分数:100.00)1.某三元合金 K 在温度为 T1时分解为 B 组元和液相,两个相的相对量 。已知合金 K 中 A 组元和 C 组元的重量比为 3,液相含 B 量为 40%,试求合金 K 的成分。(分数:10.00)_正确答案:(由已知条件作图 36,温度 T1时组元 B、液相 L 和合金 K 应在一条直线上,则由杠杆定律可得:*xB-0.4=2(1-xB),x B=80%*合金 K 中 (B)=80%,又已知:(A)+(C)=100%-80%=20%和

    6、(A)=3(B)。由此解得:A,C 的质量分数分别为 15%,5%。即 K 合金成分为:A,B,C 的质量分数分别为 15%,80%,5%。)解析:2.三组元 A,B 和 C 的熔点分别是 1000,900和 750,三组元在液相和固相都完全互溶,并从三个二元系相图上获得下列数据。质量分数/% 温度/A B C 液相线 固相线50 50 975 95050 50 920 850 50 50 840 800在投影图上作出 950和 850的液相线投影。在投影图上作出 950和 850的固相线投影。画出从 A 组元角连接到 BC 中点的垂直截面图。(分数:10.00)_正确答案:(根据已知条件分别

    7、作 AB,AC 和 BC 二元相图,并假设液相线和固相线是光滑的,然后在三个二元相图上作 950的割线,可在 AB 二元相图上得到与液相线相交点的 B,A 的质量分数约为70%,30%,在 AC 二元相图上与液相线相交点的 C,A 的质量分数约为 35%,65%,而在 BC 相图上则不与液相线相交。最后在三元投影图上,用光滑曲线连接两个二元成分,即为 950液相线的近似投影,同理可得 850的液相线投影。(见图 37)*作图同上,如图 37(a)中虚线所示。如图 37(b)所示。)解析:3.如图 8-3 所示,已知 A,B,C 三组元固态完全不互溶,A,B,C 的质量分数分别为 80%,10%

    8、,10%的 O合金在冷却过程中将进行二元共晶反应和三元共晶反应,在二元共晶反应开始时,该合金液相成分(a 点)A,B,C 的质量分数分别为 60%,20%,20%,而三元共晶反应开始时的液相成分(E 点)A,B,C 的质量分数分别为 50%,10%,40%。试计算 A 初 %,(A+B)%和(A+B+C)%的相对量。写出图中 1 和 P 合金的室温平衡组织。(分数:10.00)_正确答案:(*合金:B+(A+B+C) 共晶P 合金:(B+C) 共晶 +(A+B+C)共晶 )解析:4.A,B,C 的质量分数分别为 40%,30%和 30%的三元系合金在共晶温度形成三相平衡,三相成分如下:质量分数

    9、/%A B C液相 50 40 10 相 85 10 5 相 10 20 70计算液相、 相和 相各占多少分数。试估计在同一温度, 相和 相的成分同上,但各占 50%时合金的成分。(分数:10.00)_正确答案:(首先作一浓度三角形,如图 38 所示,然后标上各相成分,合金成分点为:*设合金成分为 x,并必定在 - 相成分点的连线上,由杠杆定律得:*故x=(A)=47.5%再从浓度三角形上查得 (B)=14.5%,(C)=38%。)解析:5.Cu-Sn-Zn 三元系相图在 600时的部分等温截面如图 8-5 所示。(分数:10.00)_正确答案:(见图 39。*在 600时合金 P 由 + 相

    10、组成;合金 Q 由 + 相组成;合金 T 由 相组成。设所求合金中铜、锡、锌的质量分数分别为 (Cu),(Sn),(Zn)。根据已知条件,P,Q,T 合金分别占新合金中的质量分数为 25%,25%,50%,由重心定律可得:(Ca)=25%63%+25%54%+50%66%=62.25%(Sn)=25%5%+25%6%+50%1%=3.25%(Zn)=25%62%+25%40%+50%33%=34.5%即新合金的成分 Cu,Sn,Zn 的质量分数分别为 62.25%,3.25%,34.5%。)解析:6.根据图 8-6 中的合金 X,在四相反应前为 Q+R+U 三相平衡,四相反应后为 U+Q+V

    11、三相平衡。试证明:该反应为 RQ+U+V 类型反应。(分数:10.00)_正确答案:(如图 8-6 所示,X 成分的合金经过四相平衡温度时会发生如下反应:R+U+QU+V+Q反应前 U 相和 Q 相的相对量为(用重心定律在QRU 上计算)*反应后 U 相和 Q 相的相对量为(用重心定律在QUV 上计算)*显然,反应后 U 相和 Q 相的量都增加,故为生成相;同时,反应前后 R 相从有到无,故为反应相;V 相从无到有,也为生成相。所以这一反应可以简化为 RQ+U+V。同理,在四相平面所包含的任一部分,都可以证明:经过四相平衡温度时会发生 RQ+U+V 类反应。)解析:7.根据图 8-7 中的合金

    12、 X,在四相反应前为 Q+R+U 三相平衡,四相反应后为 U+Q+V 三相平衡。试证明该反应为 R+QU+V 类型反应。(分数:10.00)_正确答案:(如图 8-7 所示,X 成分的合金经过四相平衡温度时会发生如下反应:R+U+QU+V+Q反应前,U 相和 Q 相的相对量为(用重心定律在QRU 上计算)*反应后,U 相和 Q 相的相对量为(用重心定律在QUV 上计算)*显然,反应后 Q 相的量减少,故为反应相;U 相的量增加,故为生成相;同时,反应前后的 R 相从有到无,故为反应相;V 相从无到有,故为生成相;所以这一反应可以简化为 R+QU+V。同理,在四相平面所包含的任一部分都可以证明:

    13、经过四相平衡温度时会发生 R+QU+V 类反应。)解析:8.根据图 8-8 所示 Fe-W-C 三元系的低碳部分的液相面的投影图,试标出所有的四相反应。(分数:10.00)_正确答案:(四相反应如下:27552400时:L+W 5C3WC+W 2C,其液相成分变温线的温度走向如图 8-8 所示。2400时:L+W 2CWC+W1700时:L+WC+WM 6C1500时:L+WM 6C+Fe3W21380时:L+Fe 3W2M 6C+1335时:L+M 6C1200时:L+M 6CWC+1085时:L+Fe 3C+WC其液相成分变温线的温度走向如图 40 所示。*)解析:9.根据图 8-9 所示

    14、,Al-Mg-Mn 系富 Al 一角的投影图,写出图中两个四相反应。写出图中合金和的凝固过程。(分数:10.00)_正确答案:(在 P 点发生的反应:L+MnAl 3MnAl 4+Mg5Al8在 ET点发生的反应:L+Al+MnAl 4+Mg5Al8成分 I 的合金冷却时首先结晶出 Al,然后剩余液相成分达到 ET点,发生 LMnAl 4+Al+Mg5Al8三元共晶反应。成分的合金冷却时首先结晶出 Mg5Al8,随后发生 LMnAl 3+Mg5Al8的共晶反应。这合金继续冷却剩余液相成分达到 P 点,经过第一个四相平面,发生 L+MnAl3MnAl 4+Mg5Al8四相反应,反应后余下L+Mn

    15、Al4+Mg5Al8三相。当液相成分从 P 点到达 ET,发生 LAl+MnAl 4+Mg5Al8四相反应(第二个四相平面),最后进入 Al+MnAl4+Mg5Al8三相区直至室温。)解析:10.如图 8-10 所示 A-B-C 三元系中有两个稳定化合物 AmBn和 B1Ck,画出可能存在的伪二元系。如何用简单的实验方法证明哪种伪二元系是正确的?(分数:10.00)_正确答案:(如图 41 所示。*当三元系存在两个以上的稳定化合物时,把三元系简化划分的方法就不止一种,如图所示,在 A-B 二元系中有一个 AmBn稳定的化合物,在 B-C 二元系中有一个 B1Ck稳定的化合物,划分简化三元系时即可按图中实线,也可按图中虚线加上两个化合物的连线划分。但不可能同时存在这两种划分方法,它们是不相容的,只有一种划分方法是真实的。如果两种划分都是可能的话,则在实线和虚线的交点成分可以在一个温度范围存在四相,这是不可能的。至于哪一种方法是正确的,可用简单的方法实际测定。例如对图中的 M成分,待它平衡后检验它存在什么相,如果存在 AmBn相,则实线是正确的;如果存在 B1Ck相,则虚线是正确的。)解析:


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