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《材料科学基础》第五章习题答案5-1.①没有气相的系统称为凝聚系统，对于有时虽然也有气相，但可以忽略，而只考虑液相和固相参与平衡的系统也称为凝聚系统。②组元通常是指构成材料的最简单，最基本，可以独立存在的物质。③相是指系统中的成分、结构相同，性质一致的均匀组成部分，并和体系的其他部分有明显的界面。④每个组元只能是一种物质，而相可以是由几种物质组成的熔体（溶液）或化合物。5-2.①平衡状态是自然界中的一种重要状态，当合力为零时，系统处于机械平衡；当温差消失时，系统处于热平衡；当系统中各相的化学势相等，各组元的浓度不再变化时，系统就达到了化学平衡。如果同时达到3种平衡，系统就达到了化学热力学平衡，平衡就是指各相的化学热力学平衡。②温度、压力、各组元浓度、电磁场等。③在平衡系统中由于受平衡条件的制约，系统内存在的相数有一定的限制，这种限制使系统的自由度数f和组元数目c、相的数目p以及对系统平衡状态能够产生影响的外界因素数目n之间存在一定的关系，即f=c-p+n，这种关系就是相律。④相律是一种基本的自然规律，不论系统的化学性质如何，也不论研究的是什么系统，相律都是适用的，它对分析和研究相图有十分重要的作用。（须再补充）5-3.Pb－Sn相图如下图所示。βⅡ最多成分为(f19/fg)×100%，即c点；βⅡ最少成分为0，在f点。共晶合金e点最多：Wα=45.4%，Wβ=54.6%；共晶合金最少点为c、d，均为0。5-4.⑴．高于300℃时，只存在液相，WL=100%⑵．刚冷至183℃时，存在L和α相，Wα=（61.9-30）/（61.9-19）=72%，WL=28%⑶．在183℃共晶转变完毕，存在α和β相，Wα=（97.5-30）/（97.5-19）=85.99%，Wβ=1-85.99%=14.01%⑷．室温时，存在α和β相，Wα=（g%-30%）/fg≈70%，Wβ≈30%。5-5.在800℃时发生：α（WB=5%）+L（WB=50%）β（WB=30%）包晶转变。在600℃时发生：L（WB=80%）→←β（WB=60%）+γ（WB=95%）共晶转变。在400℃时发生β（WB=50%）→←α（WB=2%）+γ（WB=97%）共析转变。5-6.①处错：因为两单相区只能交于一点，不能交于一条线段。②处错：三相共存区只能是一条水平线。③处错：两个单相区之间，必定是由这两个单相构成的两相区，应该为γ+δ。④处错：相同的两相区之间不能有线，且水平线为三相共存，同时⑥标错。⑤处错：应为一点。5-7.图分别在课本p170p179①．S点为共析点（A1），c为共晶点，J为包晶点，H点为碳在δ-Fe中的最大溶解度。E为碳在r-Fe中的最大溶解度，p为碳在α-Fe中的溶解度，N为γ-Fe→←δ-Fe的转变温度（A4），G为γ-Fe→←α-Fe的转变温度（A3）.②．GS线是冷却由奥氏体析出铁素体的冷却线开始线或加热时铁素体溶入奥氏体的终了线。ES线是碳在奥氏体中的溶解度曲线（或二次渗碳体的开始析出线）PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线HJB为包晶转变线，ECF为共晶转变线，PSK为共析转变线。5-8.（结晶过程需补充）解：①W（c）=0.2%时L→L+δ→L+δ+γ→L+γ→γ→γ+α→γ+α+p→p+α室温下相组成物含量为W（α）=（6.69-0.2）/6.69=97%W（Fe3C）=1-97%=3%组织组成物的含量为W（α）=（0.77-0.20）/（0.77-0.0218）=76.18%W（p）=1-76.18%=23.82%（补充冷却曲线和组织示意图）②W（c）=0.6%时L→L+γ→γ→γ+α→γ+α+p→α+p室温下相组成物含量为W（α）=（6.69-0.6）/6.69=91.03%W（Fe3C）=1-91.03%=8.97%组织组成物含量为W（α）=（0.77-0.60）/（0.77-0.0218）=22.72%W（p）=1-22.72%=77.28%（补充冷却曲线和组织示意图）③.W（c）=1.0%时L→L+γ→γ→γ+Fe3CⅡ→Fe3CⅡ+P+γ→Fe3CⅡ+P室温下的相组成物的含量为W（α）=（6.69-1.0）/6.69=85.05%W（Fe3CⅡ）=1-85.05%=14.95%是温下的组织组成物的含量为W（P）=（6.69-1.0）/（6.69-0.77）=96.11%W（Fe3CⅡ）=（1.0-0.77）/（6.69-0.77）=3.89%（补充冷却曲线和组织示意图）5-9.（结晶过程需要补充细化。）①．W（c）=3.5%时L→L+γ→L+γ先+Ld（γ＋Fe3C）→γ先+Fe3CⅡ+Ld→Fe3CⅡ+P+γ先+Ld’→Fe3CⅡ+P+Ld’室温下的组织组成物的含量为：W初γ=（4.3-3.5）/（4.3-2.11）=36.53%WLd’=WLd=（3.5-2.11）/（4.3-2.11）=63.43%WFe3CⅡ=（（2.11-0.77）/（6.69-0.77））×36.53%=8.27%Wp=36.53%-8.27%=28.26%室温下的相组成物含量为W（α）=（6.69-3.5）/6.69=47.68%W（Fe3C）=1-47.68%=52.32%（补充冷却曲线和组织示意图）②WC=4.5时，L→L+Fe3CⅠ→L+Fe3CⅠ+Ld(γ共+Fe3C共)→Ld+Fe3CⅠ→Ld’（γ共+P++Fe3C共）＋Fe3CⅠ→Ld’+Fe3CⅠ室温下的相组成物含量为：W（α）=（6.69-4.5）/6.69=32.74%W（Fe3C）=1-32.74%=67.26%室温下的组织组成物含量为：W初Fe3CⅠ=(4.5-4.3)/(6.69-4.3)=8.37%WL=1-8.37%=91.63%在以后的过程中Fe3CⅠ的量不变,所以：W（Fe3CⅠ）=8.37%W（Ld’）=91.63%（补充冷却曲线和组织示意图）5-10.解：一次渗碳体是从液相中结晶出的粗大的渗碳体。二次渗碳体是从奥氏体中析出的，又称先共析渗碳体。三次渗碳体是从铁素体中析出的渗碳体。共晶渗碳体是共晶反应时生成的，存在于莱氏体组织中的渗碳体共析渗碳体是由奥氏体共析反应生成的渗碳体，存在于珠光体中。W(C)=2.11%时Fe3CⅡ含量最大，二次渗碳体的数量最大值为W（Fe3CⅡ）=(2.11-0.77)/(6.69-0.77)=22.6%ω(C)=0.0218%时Fe3CⅢ时含量最大，三次渗碳体的数量最大值为WFe3CⅢ=0.0218/6.69=0.33%5-11解：Fe-Fe3C相图中共晶转变所形成的共晶体称为莱氏体，其成分为（γE+Fe3C）在共析温度以下的莱氏体组成物发生了变化，但保持了高温莱氏体的形态特征，将共析温度以下的莱氏体称为变态莱氏体，其成分为（P+Fe3C共+Fe3CⅡ）变态莱氏体中的共晶渗碳体含量为：W（Fe3C）=（4.3-2.11）/（6.69-2.11）=47.8%W（γE）=1-47.8%=52.2%W（P）=（6.69-2.11）/（6.69-0.77）×52.2%=40.38%所以：共析渗碳体的含量为:WFe3C共析=(0.77-0.0218)/(6.69-0.0218)×40.38%=4.5%所以：W（Fe3C共晶）=47.8%W（Fe3C共析）=4.5%5-12解：某些特性点温度和含碳量略有不同。Fe-C相图中的线条位于Fe-Fe3C相图的左上方，表明Fe-C系比Fe－Fe3C系更为稳定。在极为缓慢的冷却条件下铁碳合金首先通过Fe-C相图进行结晶。灰口铸铁中，碳是以游离的石墨形式存在的，其石墨化过程可以分为两个阶段：①由液相凝固开始到共晶转变结束称为第一阶段，包括一次石墨、共晶石墨的形成以及一次渗碳体、共晶渗碳体高温分解形成石墨的过程。这一阶段主要是由液态直接结晶出石墨，所以也称为液态石墨化过程。②由共晶转变结束到共析转变终了称为第二阶段，包括二次石墨、共析石墨的形成以及二次渗碳体共析渗碳体分解而形成石墨的过程。这一阶段又称固态石墨化过程。分析：根据不同阶段石墨化过程进行的程度、结晶条件不同，可以得到不同基体的灰口铸铁。如果第一阶段石墨化可以充分进行，二次石墨也可以析出，只是中温冷却速度较快，共析石墨化被完全抑制，将得到以珠光体为基体的灰口铸铁。如果共析石墨化虽然可以进行，但是进行不够充分，即有一部分奥氏体要转变成珠光体，此时就形成以铁素体和珠光体为基体的灰口铸铁。如果共析石墨化未被抑制，则形成以铁素体为基体的灰口铸铁。5-13解：(尚不完整)①W（C）=2.11%～6.69%发生共晶转变的铁碳合金称为铸铁；按Fe-Fe3C系统结晶的铸铁，碳是以Fe3C的形式存在的，称为白口铸铁；按Fe-C系统结晶的铸铁，碳是以游离的石墨形式存在的，称为灰口铸铁。W（C）=0.0218%～2.11%时不发生共晶转变的铁碳合金称为碳钢。②白口铸铁脆性很大，强度也很低。③灰口铸铁的抗拉强度、塑性和韧性都比钢铁低得多。④钢铁具有较高的强度和硬度，也兼有一定的塑性和韧性。5-14解：①对于n1点，先发生匀晶转变L←→A，液相点沿n1E移动，当液相点到达E点后，再发生三元共晶转变L←→A+B+C，最后液相消失，得A+B+C。相转变全过程表示为L→L+A→L+A+B+C→A+B+C结晶完成后，相组成物的含量：W（A）=n1D/AD×100%W(B)=n1N/BN×100%W(C)=n1M/CM×100%结晶完成后,组织组成为A初+（A+B+C），组织组成物的含量为：W（A初）=n1E/AE×100%W(A+B+C)=An1/AE×100%②对于n2点，先发生匀晶转变L→B，液相点沿n2P移动，移动到P点后再发生二元共晶转变L→B+C，最后发生三元共晶转变L→A+B+C，最后液相消失，得A+B+C，相转变全过程L→L+B→L+B+C→L+A+B+C→A+B+C结晶完成后，相组成物含量：W（A）=n2a/Aa×100%W(B)=n2b/Bb×100%W(C)=n2c/Cc*100%结晶完成后，组织组成物为B+(B+C)共+(A+B+C)共，组织组成物含量：W(初B)=n2P/BP×100%W(A+B+C)=n2Q/EQ×100%W(B+C)=100%-W(初B)-W(A+B+C)=(1-n2P/BP-n2Q/EQ)×100%③对于n3点，只发生三元共晶转变L→A+B+C，液相消失后得A+B+C，相转变全过程L→L+A+B+C→A+B+C结晶完成后，相组成物含量为WA=n3a/Aa×100%WB=n3b//Bb/×100%WC=n3c/Cc×100%结晶完成后，组织组成物为（A+B+C）共，组织组成物含量为：W（A+B+C）=100%④Bb截面的变温截面为：(略)