材料科学基础2(西北工业)

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'材料科学基础2(西北工业)'
SnE,p /\7 IBi210图4- 40 Pb-Sn?Bi相图投影图28.图4-41是Fe-C-N系在565°C下的等温截面图。(1) 请填充相区;(2) 写出45号钢氮化时的渗层组织。10J图 4 - 4 1wN/I0 2Fe-C-N系相图在565 C下的等温裁面图1. wHg=0.0456oGD K2.Rm 1 - K= 0.17443. 设纯溶剂组元A的熔点为Ta,液相线与固相线近似为直线,则离界面距0 打界山I护肉x离X处液相线温度n为:附图2?8界面的沿液体中的过冷TL=TA-mCL=TA-MwCQcu,1 + K1 + exp 一 K但在X处液相的实际温度T如附图2. 8所示,应为:因为溶质分布而产生的成分过冷为:AT = TL —T = —mwc() cu(R )exp xI D )令警"得:-K< R、f R \——exp XK< D)L D )-G = 0c 1(~mw Qcu)-mw%,(l_K)RGDK将(4)代入(3)得:加W%(1 - K) GDKl + W—川 GK4. Ci 合金成分为 w)ig=O? 873, WNi = O? 127;C2合金成分为 Wug=O? 66, w\i = O. 3685. (1)高温区水平线为包晶线,包晶反应:Lj+ 5 k-> a n中温区水平线为共晶线,共晶反应:Ldz -> ag+Bh(2) 各区域组织组成物如图4—30中所示。(3) I合金的冷却曲线和结晶过程如附图2. 9所示。附图2. 9丨合金的冷却曲线1?2,均匀的液相L。2?3匀晶转变,L->6不断结晶出5相。3~3‘,发生包品反应L+§Q。3,~4,剩余液相继续结晶为Q。4,凝固完成,全部为a o4~5,为单一 a相,无变化。5~6,发生脱溶转变Q — BII。室温下的组织为a+BII。附图2. 10 11合金的冷却曲线II合金的冷却曲线和结晶过程如附图2.10所示。 1?2,均匀的液相L。2?3,结晶出a初,随温度下降a相不断析出,液相不断减少。3?3’,剩余液相发生共晶转变L->a+Po3’?4, a — B " B — a "室温下的组织为。a初+ ( a + B )共 + B ii(4) 室温时,合金I、II组织组成物的相对量可由杠杆定律求得。 合金I:PC 巴=—X100%a eb= —xlOO% 角eb合金II:肌=^V-xlOO%%+0)夫=-^-xl00% dgW〃 二翌x$xl00%% be d'g3E3. 在硅晶体表明沉积一层硼膜,再在1200°C下保温使硼向硅晶体中扩散,已 知其浓度分布曲线为cQU) = c M^exp(三-)2航DT 40若 M=5 X 1010mol/m2, D=4 X 10 V/s;求距表明 Sum 处硼浓度达到 1.7X1O10 mol/m3所需要的时间。4. 若将钢在870°C下渗碳,欲获得与927°C下渗碳10h相同的渗层厚度需多少 时间(忽略927°C和870°C下碳的溶解度差异)?若两个温度下都渗10h,渗 层厚度相差多少?5. Cu-Al组成的互扩散偶发生扩散吋,标志面会向哪个方向移动?6. 设A,B元素原子可形成简单立方点阵固溶体,点阵常数a=0. 3nm,若A, B 原子的跳动频率分别为10F和10V1,浓度梯度为ICT?原子/£计算人,b 原子通过标志界面的通量和标志面移动速度。7. 根据无规行走模型证明:扩散距离正比于你。8?将一根高碳钢长棒与纯铁棒对焊起来组成扩散偶,试分析其浓度分布曲线随 时间的变化规律。9. 以空位机制进行扩散时,原子每次跳动一次相当于空位反向跳动一次,并未 形成新的空位,而扩散激活能中却包含着空位形成能,此说法是否正确?请 给出正确解释。10. 间隙扩散计算公式为D = a2Prf a为相邻平行晶面的距离,P为给定方向的 跳动几率,:T为原子跳动频率;(1)计算间隙原子在面心立方晶体和体心立方晶体的八面体间隙之间跳动 的晶面间距与跳动频率;(2)给出扩散系数计算公式(用晶格常数表示);(3) 固熔的碳原子在925°C下Zl?7xl(Ps", 20°C下「=2.1><10'『,讨 论温度对扩散系数的影响。11?为什么钢铁零件渗碳温度一般要选择Y相区中进行?若不在Y相区进行会 有什么结果?12?钢铁渗碳温度一般选择在接近但略低于Fe—N系共析温度(500°C),为什 么?13. 对掺有少量CcT的NaCl晶体,在高温下与肖脱基缺陷有关有关的Na'空位数 大大高于与Ccf有关的空位数,所以木征扩散占优势;低温下由于存在Ccf 离子而造成的空位可使Na?离子的扩散加速。试分析一下若减少Ccf浓度,会 使图5-5转折点温度向何方移动?14. 三元系发生扩散时,扩散层内能否出现两相共存区域,三相共存区?为什 么?15. 指出以下概念中的错误。(1) 如果固溶体中不存在扩散流,则说明原子没有扩散。(2) 因固体原子每次跳动方向是随机的,所以在没有任何扩散情况下扩散 通量为零。(3) 晶界上原子排列混乱,不存在空位,所以空位机制扩散的原子在晶界 处无法扩散。(4) 间隙固溶体中溶质浓度越高,则溶质所占的间隙越多,供扩散的空余 间隙越少,即z值越小,导致扩散系数下降。D = -fzPa2(5) 体心立方比面心立方的配位数要小,故由 6 关系式可见,a—Fe中原子扩散系数要小于丫 一Fe中的扩散系数。Bit囹体中的折彼 9. 此说法不正确。I古I体中的宏观扩散流不是单个原子定向跳动的结果,扩散激 活能也不是单个原子迁:移时每一次跳动需越过的能垒,固体中原子的跳动 具有随机性质,扩散流是固体中扩散物质质点(如原子,离子)随机跳动的统 计结果的宏观体现,当晶体中的扩散以空位机制进行时,晶体中任何一个原 子在两个平衡位置之间发生跳动必须同时满足两个条件:(2) 该原子具有的能量必须高于某一临界值AG”即原子跳动激活能,以克 服阻碍跳动的阻力;(3) 该原子相邻平衡位置上存在空位。根据统计热力学理论,在
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