材料热力学作业第7章答案

作业07

1. 成分为x?的?相脱溶析出中间相?,请图解表示（均相）形核驱动力和相变驱动力，

并用化学位形式写出形核驱动力和相变驱动力的表达式。

形核的驱动力为: ?Gm相变驱动力: ?Gm????/?/????(x??B?(1?x?)??)?(x??(1?x)?A?B?A)

??????/??/????[x??B?(1?x?)?B]?[x??B?(1?x?)?B] ?/??/??x?(?B??B)?(1?x?)(?????AA)

2．试用摩尔自由能-成分图说明，为什么碳素钢在淬火之后回火时，渗碳体的粒子越

细，其周围的铁素体中的碳含量越高？ [解]

如右图所示，给出了铁素体?（母相）和大块的渗碳体Fe3C（以?表示）的Gibbs自由能曲线,及其两相平衡成分。半径为r的渗碳体粒子的Gibbs自由能曲线以?r表示。

?

当渗碳体粒子的r越小，其比表面积越大，比表面能也越大，因而渗碳体粒子的Gibbs自由能越大（即越正，往上移），渗碳体粒子的Gibbs自由能曲线与母相铁素体?的Gibbs自由能曲线的公切线切点随着r的减小往右移（即C的平衡成分右移）。公切线切点对应两相平衡的成分点；故渗碳体的粒子越细，其周围的铁素体中的碳含量越高。

3．已知?、?、?、?相的自由能-成分曲线如下图所示，从热力学角度判断浓度为C0的?相及?相的优先析出相，并说明理由，同时指出在所示温度下的平衡相（稳定相）及其浓度

4. 指出固溶体调幅分解与形核（脱溶）分解两之间的的主要区别。

参考解: Spinodal分解是扩散型连续相变之一，相变时不需要形核，直接由浓度起伏导

致固溶体发生分解，长大成为新相。而形核（脱溶）分解······

5. 为什么过饱和固溶体经恰当时效处理后，其强度比它具有室温平衡组织下的强度要高？什么样的合金具有明显的时效强化效果？把固溶处理后的合金冷加工一定量后再进行时效，请讨论冷加工的影响。 参考解:

（1）时效处理后：第二相沉淀（弥散强化） （2）均相化处理温度的固溶度与时效处理温度的固溶度差值大的合金具有明显的时效强化效果 （3）把固溶处理后的合金冷加工一定量后再进行时效，因冷加工使合金材料的位错等晶体缺陷的增加而使得第二相沉淀的相变驱动力增大，????????? 6．如下图所示，设含η相的硬质合金烧结体(WC + Co + η)的成分在A点。若在1430oC渗碳气氛下进行渗C处理（即渗C梯度烧结），请图解标示渗C处理后的硬质合金表层成分的位置，并写出梯度烧结后表层的物相组成，说明渗C梯度烧结前后的表层材料力学性能的差异（注：η相为脆性相）。

经渗C梯度烧结后，表层硬质合金的成分位置将从A点变化至B点，表层的物相组成变为WC + Co， ?相消失。渗C梯度烧结前，硬质合金烧结体(WC + Co + ?) 表层材料与内部一样硬而脆；但在渗C梯度烧结后，表层材料变得韧性好，因而能有效地抑制表面超硬涂层裂纹的扩展。

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