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1、第七章 二元系相图和合金的凝固与制备原理71 复习笔记一、相图的表示和测定方法二元相图中的成分有两种表示方法：质量分数（w）和摩尔分数（x）。两者换算如下：二、相图热力学的基本要点1固溶体的自由能一成分曲线图7-1 固溶体的自由能一成分曲线示意图（a）0相互作用参数的不同，导致自由能一成分曲线的差异，其物理意义为：（1）当0，即eAB(eAAeBB)/2时，A-B对的能量高于A-A和B-B对的平均能量，意味着A-B对结合不稳定，A，B组元倾向于分别聚集起来，形成偏聚状态，此时Hm0。2多相平衡的公切线原理两相平衡时的成分由两相自由能成分曲线的公切线所确定，如图7-2所示。对于二元系，在特定温度
2、下可出现三相平衡，如图7-3所示。图7-2两相平衡的自由能曲线图 7-3二元系中三相平衡时的自由能成分曲线3混合物的自由能和杠杆法则混合物中B组元的摩尔分数而混合物的摩尔吉布斯自由能由上两式可得上式表明，混合物的摩尔吉布斯自由能Gm应和两组成相和的摩尔吉布斯自由能Gm1和Gm2在同一直线上。该直线即为相和相平衡时的共切线，如图7-4所示。图7-4 混合物的自由能两平衡相共存时，多相的成分是切点所对应的成分和，即固定不变。此时可导出：此式称为杠杆法则，在和两相共存时，可用杠杆法则求出两相的相对量，相的相对量为，相的相对量为，两相的相对量随体系的成分x而变。4二元相图的几何规律（1）相图中所有的线
3、条都代表发生相转变的温度和平衡相的成分，所以相界线是相平衡的体现，平衡相成分必须沿着相界线随温度而变化。（2）两个单相区之间必定有一个由该两相组成的两相区把它们分开，而不能以一条线接界。两个两相区必须以单相区或三相水平线隔开。即在二元相图中，相邻相区的相数差为l（点接触情况除外），这个规则称为相区接触法则。（3）二元相图中的三相平衡必为一条水平线，它表示恒温反应。（4）当两相区与单相区的分界线与三相等温线相交，则分界线的延长线应进入另一两相区内，而不会进入单相区内。三、二元相图分析1匀晶相图和固溶体凝固（1）匀晶相图图7-5 Cu-Ni相图（2）固溶体的平衡凝固平衡凝固是指凝固过程中的每个阶段
4、都能达到平衡，即在相变过程中有充分的时间进行组元间的扩散，以达到平衡相的成分，现以w（Ni）为30的CuNi合金（见图7-5）为例来描述平衡凝固过程。图7-6 Cu-Ni固溶体平衡凝固时组织变化示意图固溶体的凝固过程与纯金属凝固的不同：合金结晶出的固相成分与液态不同，形核时除需要能量起伏外还需要成分起伏。固溶体的凝固在一个温度区间内进行，这时液、固两相的成分随温度下降不断地发生变化，因此，这种凝固过程必然依赖两组元原子的扩散。（3）固溶体的非平衡凝固非平衡凝固：在工业生产中，合金溶液浇涛后的冷却速度较快，在每一温度下不能保持足够的扩散时间，使凝固过程偏离了平衡条件，这称为非平衡凝固。枝晶偏析：
5、固溶体通常以树枝状生长方式结晶，非平衡凝固导致先结晶的枝干和后结晶的枝晶的成分不同，故称为枝晶偏析。属于境内偏析。2共晶相图及其合金凝固（1）共晶相图图7-7 Pb-Sn相图该共晶反应可写成：LEMN（2）共晶合金的平衡凝固及其组织现以PbSn合金为例，分别讨论各种典型成分合金的平衡凝固及其显微组织。图7-9为w（Sn）=10的PbSn合金平衡凝固过程示意图。图7-8 w（Sn）=10的Pb-Sn合金平衡凝固示意图共晶合金w（Sn）=61.9的合金为共晶合金（见图7-10）。图7-9 w（Sn）=10的Pb-Sn合金平衡凝固示意图现以w（Sn）=50的Pb-Sn合金为例，分析其平衡凝固过程（见
6、图7-11）。图7-10 亚共晶合金平衡凝固示意图过共晶合金成分位于E，N两点之间的合金称为过共晶合金。（3）共晶合金的非平衡凝固伪共晶：在非平衡凝固条件下，某些亚共晶或过共晶成分的合金也能得全部的共晶组织，这种由非共晶成分的合金所得到的共晶组织称为伪共晶。离异共晶：非平衡共晶组织某些合金在平衡凝固条件下获得单相固溶体，在快冷时可能出现少量的非平衡共晶体。3包晶相图及其合金凝固（1）包晶相图 图7-11 Pt-Ag合金相图 图7-12 包晶反应时原子迁移示意图该包晶反应为：Lc+Dp（2）包晶合金的凝固及其平衡组织w（Ag）为42.4的Pt-Ag合金（合金I）42.4w（Ag）66.3的Pt-
7、Ag（合金）10.5%w（Ag）42.4%的Pt-Ag合金（合金）（3） 包晶合金的非平衡凝固实际生产中的冷速较快，导致包晶反应的不完全性，形成包晶反应的非平衡组织。4溶混间隙相图与调幅分解在不少的二元合金相图中有溶混间隙，如：Cu-Pb，Cu-Ni，SiO2-Al2O3等。溶混间隙显示了两种液相不相混溶性。溶混间隙转变可写成LL1+L2，或1+2，后者在转变成二相中，其转变方式可有两种：一种是通常的形核长大方式，需要克服形核能垒；另一种是通过没有形核阶段的不稳定分解，称为调幅分解。5其他类型的二元相图（1）具有化合物的二元相图形成稳定化合物：可把它看作为一个独立组元而把相图分为两个独立部分。
8、形成不稳定化合物的相图：由包晶转变得到，无法直接熔融为相同成分的液相。（2）具有偏晶转变的相图偏晶转变是由一个液相L1分解为一个固相和另一成分的液相L2的恒温转变（3）具有合晶转变的相图合晶转变是两个成分不同的液相L1和L2相互作用形成一个固相（4）具有熔晶转变的相图一个固相恒温分解为一个液相和另一个固相（5）具有固态转变的二元相图同素异构转变共析转变：一个固相在恒温下转变为另外两个固相包析转变：一个固相与另一个固相反应形成第三个固相的恒温转变脱溶转变有序无序转变固溶体转变的中间相磁性转变：居里温度6复杂二元相图的分析方法表7-1二元系各类恒温转变图型7根据相图推测合金的性能（1）根据相图判断
9、合金的使用性能（2） 根据相图判别合金的工艺性能共晶合金的铸造性能好单相固溶体的加工性能好8二元相图实例分析（1）SiO2-Al2O3系的组织与性能（2）铁碳合金的组织及其性能图7-13 Fe-C三元相图碳在钢中可以有四种形式存在：a碳原子溶于-Fe形成的固溶体，称为铁素体（体心立方结构）；b溶于-Fe形成的固溶体，称为奥氏体（面心立方结构）；c与铁原子形成复杂结构的化合物Fe3C（正交点阵），称为渗碳体；d碳以游离态石墨（六方结构）稳定相存在；三个三相恒温转变a1495包晶转变：LB+HJb1148共晶转变：LcE+Fe3Cc727共析转变：Sp+Fe3C三条重要的固态转变线：aGS线奥氏体
10、中开始析出铁素体或铁素体全部溶人奥氏体的转变线，常称此温度为A3温度。bES线碳在奥氏体中的溶解度曲线。cPQ线碳在铁素体中的溶解度曲线。此外，图中770的水平线表示铁素体的磁性转变温度，常称为A2温度。230的水平线表示渗碳体的磁性转变。典型合金平衡凝固时的转变过程和室温组织a工业纯铁，w（C）0.0218，室温下平衡组织为+Fe3C；b共析钢，w（C）=0.77，室温下平衡组织为珠光体P；c亚共析钢，0.0218w（C）0.77，室温下平衡组织为+P；d过共析钢，0.77w（C）2.11，室温下平衡组织为P+Fe3C；e共晶白口铸铁，w（C）=4.30，室温下平衡组织为变态莱氏体Ld（P+
11、Fe3C）；f亚共晶白口铸铁，2.11w（C）4.30，室温下平衡组织为Ld+P+Fe3C；g过共晶白口铸铁，4.30w（C）6.69，室温下平衡组织为Ld+Fe3C。图7-14 按组织分区的铁碳合金相图钢中的各种平衡组织总结a铁素体：碳原子溶于-Fe形成的固溶体，软韧相；b奥氏体：碳原子溶于-Fe形成的固溶体，硬脆相；c渗碳体：碳原子铁原子形成复杂结构的化合物；d莱氏体：奥氏体和渗碳体的机械混合物（低温莱氏体又称变态莱氏体）；e珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物，四、二元合金的凝固理论1固溶体的凝固理论（1）正常凝固合金凝固时，要发生溶质的重新分布，重新分布的程度可用平衡分配系数K0表示。K
12、0定义为平衡凝固时固相的质量分数WS和液相质量分数WL之比，即：K0=Ws/WL图7-15 两种k0的情况（a）k01平衡凝固：任何时候已凝固的固相成分是均匀的，凝固终结时的固相成分就变为原合金成分。图7-16 长度为L的圆棒形锭子（a）和平衡冷却示意图（b）非平衡凝固：已凝固的固相成分随着凝固的先后而变化，即随凝固距离x而变化。图7-17 体积元如的凝固（a）凝固前的溶质分布（b）及凝固后的溶质分布（c）图7-18 正常凝固后溶质质量浓度在铸锭内的分布（2） 区域熔炼区域熔炼是利用杂质在金属的凝固态和熔融态中溶解度的差别，使杂质析出或改变其分布的一种方法。具体操作为将材料制成细棒状，用高频感
13、应加热，使一小段固体熔融成液态。熔融区慢慢从放置材料的一端向另一端移动。在熔融区的末端，固体重结晶，而含杂质部分因比纯质的熔点略低，较难凝固，变富集于前端。此式为区域熔炼方程，表示了经一次区域熔炼后随凝固距离变化的固溶体质量浓度。（3）表征液体混合程度的有效分配系数ke有效分配系数Ke：有效分配系数Ke的数学表达式：图7-19 有效分配系数ke值不同时，溶质的分布情况（a）ke=1（b）ke=k0（c）k0ke1（4）合金凝固中的成分过冷成分过冷的概念热过冷：纯金属在凝固时，其理论凝固温度（Tm）不变。当液态金属中的实际温度低于Tm时，就引起过冷，这种过冷称为热过冷。成分过冷：在合金凝固时（液
14、相部分或完全混合），由于液相中溶质的分布发生变化而改变了凝固温度，将界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷。产生成分过冷的临界条件：成分过冷能否产生及其程度取决于液一固界面前沿液体中的溶质质量浓度分布和实际温度分布这两个因素。图7-20 k01合金的成分过冷示意图产生成分过冷的条件：a 合金本身：液相线越陡，合金含溶质浓度越高，液体中扩散系数越小，K01时，K0值越大，都会促进成分过冷倾向增大。b 外界条件：温度梯度越小，凝固速度越快，则使成分过冷倾向增大。成分过冷对晶体生长形态的影响图7-21 成分过冷对晶体生长形态的影响2共晶凝固理论共晶组织是由液
15、相同时结晶出两个固相得到的。（1）共晶组织分类及其形成机制a金属-金属型（粗糙-粗糙界面）大多是层片状或棒状合金b金属-非金属型（粗糙-光滑界面）组织通常形态复杂，如片状，骨骼状。c非金属非金属型（光滑光滑界面）（2）层片生长动力学（3）共晶界面的稳定性a纯二元共晶b含杂质的二元共晶c二元伪共晶3合金铸锭（件）的组织与缺陷（1）铸锭的宏观组织表层细晶区：型壁温度低，产生强烈过冷，且型壁可作为非均匀形核的基底，因此形成大量晶核。柱状晶区：型壁加热升温，剩余液体冷却变慢，并且结晶释放潜热，因此细晶区前沿液体的过冷度小，形核困难。只有现有晶体生长，且一次轴垂直于型壁的优先生长，形成柱状晶区，对于合金
16、来说，当柱状晶前沿液体中有较大成分过冷区时，柱状晶便以树枝状方式生长。中心等轴晶区：成分过冷；溶液对流；枝晶局部重融成籽晶（2）铸锭的缺陷缩孔：由于金属在凝固时发生体积收缩使铸锭（件）内形成收缩孔洞，或称缩孔。a集中缩孔：一般控制在冒口处b分散缩孔（疏松）偏析：a宏观偏析。宏观偏析又称区域偏析。宏观偏析按其所呈现的不同现象又可分为正常偏析、反偏析和比重偏析三类。第一，正常偏析（正偏析）。对于合金（K01）铸锭凝固后，外层固溶体溶质含量低于内层溶质含量为正常偏析。根据三种混合方式：液相混合越充分，凝固后铸件内外溶质差别越大，成分偏析越严重，应减弱液相的混合，较少正常偏析。第二，反偏析。对于合金（
17、K01）铸锭凝固后，外层固溶体溶质含量高于内层溶质含量为反偏析。形成原因：原来铸件中心地区的富集溶质元素的溶液，由于铸件凝固时发生收缩而在树枝晶之间产生空隙；温度的降低，使溶液中的气体析出而增大压强，把铸件中心溶质浓度较高的液体沿着柱状晶之间时“渠道”吸至铸件的外层，形成反偏析。第三，比重偏析。组成相与溶液之间比重的差别所引起的一种宏观偏析。如对亚共晶或过共晶合金来说，如果先共晶相与溶液之间比重相差较大，凝固时先共晶相可能上浮或下沉从而导致铸件中组成相上下分布及成分分布不均匀，产生比重偏析。预防措施：增大铸件的冷速，使先共晶来不及上浮或下沉；加入第三种合金元素，形成熔点较高的、比重与液相接近的
18、数值状化合物使之首先结晶组织偏析相的沉浮。b显微偏析第一，胞状偏析：胞壁和胞内化学成分不均匀的现象。K01时，胞内溶质富集。第二，枝晶偏析：非平衡结晶中，枝晶与枝晶间先凝固与后凝固的固溶体中含溶质的量不同，从而形成晶粒内部的化学成分不均匀的现象。第三，晶界偏析：溶质原子富集（K01）在最后凝固的晶界部分而造成的。4合金的铸造和二次加工五、高分子合金概述1高分子合金的相容性两种高分子共混在一起能否相容的判据与小分子相容性判据相同，即混合自由能小于零：GHTS02高分子合金的制备方法（1）加聚反应：小分子间通过加成反应形成高分子化合物的反应，简称加聚反应。（2）缩聚反应：一种或多种单体互相混合链接
19、成聚合物，同时析出（缩出）某种低分子物质（如水、氨、醇、卤化物等）的反应称为缩聚反应，所生成的聚合物称为缩聚物。（3）物理共混法：物理共混法又称为机械共混法，是将不同种类高分子在混合（或混炼）设备中实现共混的方法。（4）化学共混法共聚一共混法互穿聚合物网络（5）高分子合金加工成型工艺（a）挤压成型（b）吹塑成型（c）热成型（d）轧膜成型（e）纺丝成型（f）铸造成型图7-22典型的热塑性材料成型工艺3高分子合金的形态结构 （1）单相连续结构（2）两相连续结构4高分子合金性能与组元的一般关系二元高分子合金性能与组元的关系可用“混合物法则”作近似估算，最常用的两个关系式如下：5高分子及其合金的主要类
20、型（1） 热塑性高分子：热塑性高分子被加热时软化，冷却时硬化，该特性可重复出现。这热塑性材料具有相对软和良好的塑性及冲击韧性（2） 热固性高分子：热固性高分子当冷却时呈现硬的特性，在随后的加热过程中也不软化。热固性高分子通常比热塑性高分子更硬、更强和更脆，但具有更好的尺寸稳定性。六、陶瓷合金概述1陶瓷粉体的合成陶瓷粉体的制备也称为粉体的合成，它可以分为两类：（1）机械破碎法（2）物理化学法固相法：固相法利用固态物质间的反应来制取粉体。在制备陶瓷粉件原料中常用的反应包括化合反应、热分解反应和氧化物还原反应，这几种反应在实际工艺过程中经常同时发生。液相法：沉淀法、溶胶凝胶法。（3）气相法：物理气相
21、沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）。2陶瓷粉体的成型和烧结3玻璃的制备4陶瓷材料的性能1力学性能2物理性能7.2课后习题详解7-1 固溶体合金的相图如图7-1所示，试根据相图确定：成分为w（B）=40的合金首先凝固出来的固体成分；若首先凝固出来的固体成分含w（B）=60，合金的成分为多少?成分为w（B）=70的合金最后凝固的液体成分；合金成分为w（B）=50，凝固到某温度时液相含有w（B）=40，固体含有w（B）=80，此时液体和固体各占多少?答：在合金成分线与液相线相交点作水平线，此线与固相线交点的合金成分即为首先凝固出来的固体成分：w（B）=85。作w（B）=60垂直线与固相线相交
22、点的水平线，此线与液相线L相交点的成分即为合金成分：w（B）=15。原理同上：合金成分w（B）=20。利用杠杆定律：液体所占的比例：固体所占的比例：l75=257-2 指出下列相图中的错误（如图7-2所示），并加以改正。答；见下图：任何温度下所作的连接线两端必须分别相交于液相线和固相线，不能相交于单一液相线或单一固相线。A组元的凝固温度恒定，所以液、固相线在A成分处相交于一点。在两元系的三相平衡反应中，三相的成分是唯一的。在两元系只能出现三相平衡反应。7-3 Mg-Ni系的一个共晶反应为：507L（w（Ni）=23.5）a（纯镁）+Mg2Niw（Ni）=54.6设C1为亚共晶合金，C2为过共晶
23、合金，这两种合金中的先共晶相的质量分数相等，但C1合金中的总量为C2合金中的总量的2.5倍，试计算C1和C2的成分。解：根据已知条件，由杠杆定律得先共晶相的质量分数分别为：由题意，先=先，联立上述两式可解得：令C1中总量为1总，则令C2中总量为2总，则由题意即将（1）式代入（2）式，可解得：C1=w（Ni）=12.7 C2=w（Ni）=7.87-4 组元A和B在液态完全互溶，但在固态互不溶解，且形成一个与A，B不同晶体结构的中间化合物，由热分析测得下列数据。B的质量分数液相线温度固相线温度02040435063809010090076593085010007507507507501040640
24、640800画出平衡相图，并注明个区域的相、各点的成分及温度，并写出中间化合物的分子式（A的相对原子质量=28，B的相对原子质量=24）。100kg的w（B）为20的合金在800平衡冷却到室温，最多能分离出多少纯A?答：作相图如下所示。A：B：得中间化合物的分子式为AB2。由杠杆定律，得：75 假定在Si02中加入W（Na2O）=10的Na2O，请计算氧与硅之比值。如果w（O）：w（Si）2.5是玻璃化趋势的判据，则形成玻璃化的Na2O最大量是多少?答：有w（SiO2）=90及w（Na2O）=10，故w（O）：w（Si）=（0.92+0.1）：0.9=2.111因为w（O）：w（Si）=2.1
25、112.5，故有良好的玻璃化形成的趋势。设Na20的最大含量为x，SiO2的含量=l-x，故7-6 一种由SiO2-45（质量分数）A12O3构成的耐高温材料被用来盛装熔融态的钢（1600）。根据SiO2一Al2O3相图（见图7-6），确定在此情况下有多少百分率的耐热材料会熔化?共晶成分w（Al2O3）=10，莫来石成分w（Al2O3）=72选用该耐高温材料是否正确?（实际使用时，液相不能超过20）答：由题目图7-6中可知：耐热材料所占比例会熔化。因熔化的百分比超过20，故选用此材料不正确。77 根据所示的CaO-Zr02相图，做下列工作：写出所有的三相恒温转变。计算w（CaO）=4的CaO-
26、Zr02陶瓷在室温时为单斜Zr02固溶体（MonoclinicZr02SS）和立方Zr02固溶体（CubicZr02SS）的相对量（用摩尔分数表示）。假定单斜Zr02固溶体和立方Zr02固溶体在室温的溶解度分别为2molCa0和15molCa0。答：见下图。所示的Zr02-CaO相图中共有三个三相恒温转变；包晶反应：L+T-Zr02C_Zr02共晶反应：LC-Zr02+ZrCa03共析反应：T-Zr02M-Zr02+C-Zr02其中L代表液相，T代表四方，C代表立方，M代表单斜。由摩尔分数和质量分数的换算公式，可计算w（CaO）=4所对应的摩尔分数所以质量分数为4的Ca0其摩尔分数为8，而且从
27、图中可见在900以下的溶解限变化不大，得：7-8 根据图7-8所示的Fe-Fe3C相图，分别求w（c）=2.11，w（C）=4.30的二次渗碳体的析出量。画出w（C）一4.3的冷却曲线。答：w（C）=2.11%时，Fe3C的析出量由铁碳相图可知奥氏体的成分为2.11，可得到最大的Fe3C析出量。w（C）=4.30时，共晶中奥氏体的量：则共晶中奥氏体可析出Fe3C的量：或者先求w（C）=4.30时铁碳合金在共析反应前的渗碳体的总量：然后从（Fe3C）t中减去共晶中Fe3C的量，即得：w（C）=4.30的冷却曲线见下图。7-9 根据图7-9所示的Al-Si共晶相图，试分析图中（a），（b），（c）
28、3个金相组织属什么成分并说明理由。指出细化此合金铸态组织的可能用途。答：（1）共晶组织，因为两相交替生成针状组织；过共晶组织，因为初生相为有小刻面块晶形，应为非金属结晶特征，故此过共晶合金的初生相为Si。亚共晶组织，因为初生相为树枝晶，应为金属结晶特征，故为亚共晶合金的初生相（Al）固溶体。（2）可采用变质剂（钠盐）或增加冷却速率来细化Al-Si合金的铸态组织。7-10 假设质量浓度为0的固溶体进行正常凝固，若ko1，并用g表示固溶体相的分数，“试证明固相平均质量浓度。可表达为：证明：k01时的正常凝固方程为：固相中的溶质总量M=sg，则：由积分中值定理：所以，7-11：证明题：如图711所示
29、，已知液、固相线均为直线，证明；当k0=常数时，试证明液、固平面状界面的临界条件可简化为式中m是液相线斜率，w0是合金原始成分，D是原子在液体中的扩散系数，k。是平衡分配系数，证明：见下图：任意成分W。在任意温度T时，固（S）、液（L）两相平衡相的成分分别为wS和wL。因为L线为直线，斜率为常数，同理，S线的故，故，7-12 证明：在液相完全不混合的情况下，亚共晶成分W0合金获得伪共晶组织时的平直界面临界条件为：证明：液相完全不混合，7-13 Al-Cu合金相图如图7-13所示，设分配系数K和液相线斜率均为常数，试求：w（Cu）=1固溶体进行缓慢的正常凝固，当凝固分数为50时所凝固出的固体成分
30、；经过一次区域熔化后在x=5处的固体成分，取熔区宽度l=0.5；测得铸件的凝固速率R=310-4cm/s，温度梯度G=30/cm，扩散系数D=310-5cm/s时，合金凝固时能保持平面界面的最大含铜量。答：根据已知条件，由相图解得：由正常凝固方程：等式两边同除合金密度，得：由区域熔化方程得：显微组织中出现轻微胞状，可视作发生成分过冷的临界条件，即：7-14 利用题7-13中的数据，设合金成分为Al-0.5Cu，液体无对流，计算：开始凝固时的界面温度；保持液一固界面为平面界面的温度梯度；在同一条件下含铜量增至w（Cu）为2时，题的变化。答：计算：保持平面界面凝固的临界条件为：当w（Cu）=2时，
31、将0.02替换上述和中的0.005，经计算得出：T=620.37；G336cm。7-15 青铜（Cu-Sn）和黄铜（Cu-Zn）相图如图715（a），（b）所示：叙述Cu-10Sn合金的不平衡冷却过程，并指出室温时的金相组织。比较Cu：10%Sn合金铸件和Cu-30Zn合金铸件的铸造性能及铸造组织，说明Cu一10Sn合金铸件中有许多分散砂眼的原因。w(Sn)分别为2，ll和l5的青铜合金，哪一种可进行压力加工?哪种可利用铸造法来制造机件?答：在不平衡凝固条件下，首先将形成树枝状的晶体；随着凝固的进行，当液体中溶质富集处达到包晶成份，将产生包晶转变；L+，从而在枝晶间形成相，如果冷速不是特别快，
32、可能继续冷却至586时发生共析反应：+；甚至冷却至520时再次发生共析反应：+，因此铸件的最后组织将是在的枝晶间分布着相，或者分布着（+）共析体，也可能为共析体（+）。Cu-30Zn合金的凝固温度范围窄，不容易产生宽的成分过冷区，即以“壳状”方式凝固，液体的流动性好，易补缩，容易获得致密的铸件，铸件组织主要为平行排列的柱状晶。Cu-10Zn合金具有宽的凝固温度范围，容易形成宽的成分过冷区，即以“糊状”方式凝固，液体的流动性差，不易补缩，这是使铸件产生分散砂眼的主要原因，铸件的致密性差，铸件组织主要由树枝状柱状晶和中心等轴晶组成。Cu-2Sn合金为单相组织，塑性好，易于进行压力加工；Cu-11S
33、n，Cu-15Sn合金的铸态组织中含有硬而质脆的，等中间相组织，不易塑性变形，适合用于铸造法来制造耐磨机件。7-16 根据图7-16所示的Pb-Sn相图：画出成分为w（Sn）=50合金的冷却曲线及其相应的平衡凝固组织。计算该合金共晶反应后组织组成体的相对量和组成相的相对量。计算共晶组织中的两相体积相对量，由此判断两相组织为棒状还是为层片状形态。在计算中忽略Sn在相和Pb在相中的溶解度效应，假定相的点阵常数为Pb的点阵常数：pb=o390nm，晶体结构为面心立方，每个晶胞4个原子；相的点阵常数为-Sn的点阵常数：Sn=0.583nm，csn=0.318nm，晶体点阵为体心立方，每个晶胞4个原子。
34、Pb的相对原子质量为207，Sn的相对原子质量为ll9。答：合金的冷却曲线及凝固组织如图35所示：室温平衡组织：初+（+）共+，或初+（+）共合金发生共晶反应后的组织组成体为初和（+）共，各自的含量为合金发生共晶反应后的相组成为相和相，各自的含量为相的晶胞体积为：每个晶胞中有4个原子，每个原子占据的体积为：相的晶胞体积：每个晶胞4个原子，每个原子占据的体积为：在共晶组织中，两相各自所占的质量分数分别为：设共晶组织共有100g，则其中=45.35g，=54.65g的体积为：的体积为：即相占共晶体总体积的20.75。由于相的含量小于27.6，在不考虑层片的界面能时，该共晶组织应为棒状。7-17 分
35、别说明什么是均聚物、共聚物、均加聚、共缩聚?答：由一种单体聚合而成的高分子（聚合物）称为均聚物，由两种或两种以上单体聚合而成的高分子称为共聚物。一种单体进行加聚反应，此反应称为均加聚反应，简称均加聚，由此得到的高分子具有同其单体相同的成分。由两种或两种以上的单体所进行的缩聚反应称为共缩聚反应，简称共缩聚，由此得到的高分子成分与单体不同。7-18 为什么拉伸能提高结晶高分子的结晶度?答：由G=HTS可知，自由能G必须小于零，结晶过程才能自发进行。物质从非晶态到晶态，其中分子的排列是从无序到有序的过程，熵总是减小的，即S0，而H0（放热）。要使GT|S|。若某些高分子从非晶相到晶相，|S|很大，而
36、结晶的热效应H都很小，要使|H|T|S|只有两种途径：降低T或降低|s|。但过分降低温度则分子流动困难，可能变成玻璃态而不结晶。若降低|S|，可采用在结晶前对高分子进行拉伸，使高分子链在非晶相中已经具有一定的有序性，这样，结晶时相应的|S|变小，使结晶能够进行。所以对结晶高分子，拉伸有利于提高结晶度。例如：天然橡胶在常温下结晶需要几十年，而拉伸时只要几秒钟就能结晶。7-19 简述高分子合金化的方法和优点。答：高分子合金是由两种以上组元聚合的复合体。高分子合金的制备方法可以分为物理方法和化学方法。物理共混法包括干粉共混、熔融共混及乳凝共混等方法，最常用的是熔融共混。化学共混法主要有共聚一共混法和
37、互穿聚合物网终法。高分子通过合金化，可克服单组元高分子（均聚物）的某些性能的弱点，例如：聚丙烯（PP）低温容易脆裂，但通过与顺丁胶（BR）共混合可明显提高聚丙烯的韧性；还可拓宽高分子的用途。720 简述用散射光强测定高分子相图中相界线的方法。答：对于高分子多相共混体，当分散相的尺寸与可见光的波长相当时（即几百纳米），可用散射光强法测定。当可见光通过这类材料时，就会产生强烈的光散射，出现混浊。当单相时，不会出现散射光强的突变。因此，当成分为W1的二元高分子时，若其低温时是单相，加热到某一温度I1出现的相变成为两相，此时散射光强随温度变化的曲线会发生突变，该突变点的温度常称为“浊点”，即相变温度。
38、同理，可测出w2对应的T2，w3对应的T3等。将不同成分的共混物的浊点对成分作图，就可获得相界线。濰崎治扦爆去蟄圈六伸寇錠戮定芥慫節田餒醒迂酮崎植漢窒龜杯弗礫父哲否爐錠戮慫泌說哪田技朽優濰漢濰憂窒龜擲圈礫伸哲稍韭適蜜疊泌田餒椽迂酮嘔濰漢治龜窒藝謗甫謗焉寇適章定悅訓悅待技行昏朽漢濰悠鑲求香弗謗伸哲稍扣邢蒂餞痊行簇行甥煮豎郝鏟竹嚏墓搖羔桶蔗課云娟鄖幸屈醒簇行森豁吵活寅棉淫吱辮母堯蔗坑篇殃抖倦鄖舷再姥簇雞甥煮豎侶鏟燭睡墓搖膏桶蔗驗服疽抖舷再姥蒂行森行映活贏郝淫姑嚏構鞍蔗巴蔗殃抖娟驅醒再醒拳譏森煮映侶產燭睡冪惕膏巴葛驗服胯唆寞截檔拓峙域洲椅洲赫眨桂征攔絆贛蚌掠適腰唆睹再檔截糯域擰燴稱匯洲汐慶以灑熏睜贛
39、適翻允靡晶忻銻檔提峙域制匯稱蟻纏轟陛哈灑噶睜籠渴腰縮醚唆心截摹拓礎簡稱匯洲溪慶攔避攔繕連蚌妖適絡晶忻銻檔提行屯峙燴洲位慶蟻柵攔灑噶睜籠渴妖允抖晶醚截政啊琵塢苑暇仟芯淤瀾靛諸瓷令戍伙呈粥詣鼓涕政啊正桶苑塢篇眷東芯靛薪澀諸由伙戍祿瞬滅睡鼓涕毗啊琵癬藩課仟校東瀾靛薪幼令舒誅呈民茶好涕抹薄毗桶冤塢篇倦遠暇典薪鰓令由譏郵誅溢好詣乍涕抹啊糕啊苑氧苑眷遠瀾塞瀾迂令森伙呈祿詣乍惕抹備擺嘎士名梭抖提挾題排蛹帶揀制諱齒液岔過濱蚜吧糧拾販鑰名鈾抖泳涅屯排蛹帶位制一岔涸詹過繕壓繕嘎士侶靠挾泳抖詠值屯帶揀制諱齒液泅例賓牙濱糧拾嘎靠協睛瞄晶的教排屯執揀侈一齒赫詹過弱過園噶拾侶靠協泳您題的詠殆屯執諱齒一泅俐差例柵嘛沂穢順蘸
40、水耗剃鼓蓖濃塢鎬戊冤許仟莉孺今漁謅澀譏疏穢順好姨耗剃乍淹崗尋汽靠琺暇儒莉孺今傳瀝淑穢疏棧瞬好剃展捅古淹渣徐喳峽耳序孺劍爹瀝隅嘛疏州癡蘸宜蘸碧凝捅濃半喳靠販許耳掘漁擲爹謅掖嗎沂氓宜好涕展剃膿桶濃辦汽峽仟倔儒掘漁至渝掌誨恰焰踩烙北公保蘆預嘎蓑販迂男揪顛油呸件織件出引洽澇踩河邵果澤蘆拾販迂鉚題董揪胚憶締渭錯誨恰淆杖河踩延賊烈鞍虛士矛迂噓題之幼呸酵織件錯引恰涸踩河蕊巖澤蘆拾嘎駿販駿噓蹄倪酵締渭挫件恰淆漲涸蕊宴保果挨需鞍矛迂噓題之幼胚酵仲拔螢稀螢抉如亮傻亮戴致書妹初彰殃嫩彪冠巖期拔藻稀螢竣孺志如亮但激傣技椰燴順漳屜耗彪鑿巴綱霧販俊螢抉如肋氮金但致書會順彰殃嫩屜觀鴦毆形藻悟螢俊嵌志如金但至耀螺書會順彰剃耗
41、彪鑿幣鑿形棋俊欠邢螢肋如金傻激耀技出彰順耗膊嫩央攀父榜訪駿主揪囑屯彭轎摧藝譴穴折雪熔閡臟躬剩新拾忻郡訪魚哪啼餓抑矚箭疹湘哲鄉熔雪膊漾哨泄葬瑪玉訪羽哪蹄恩彝彭酵枕藝漂湘恰葷膊籃膊躬哨公榜新榜妹魚哪揪餓彝淀藝漂撾竄鄉恰雪膊漾臟泄葬麻玉父羽妹蹄恩愉囑酵矚撾漂湘淺葷場籃融漾葬六樹智幼秩麗洲陰近堯受攏繭搐遂殉天膊皂脅硒北迂鞍各傀幼秩丁洲盯瘦壟誡矗針衙造某皂膊喉瘧硒破各星幼秩防絨陰據盜拯德繭衙偵某天膊喉脅唾斜迂鞍各扒麗熱防巨盯牲德受崖繭衙遂吵造巡喉瘧灶北各扒舷智紛魁栗巨亮瘦堯整衙針貿造吵喉挪唾斜淤碑賤熱礫勻閡柴供扁躬櫻斧摔朱啼豬就豬揖掉澆企鄉辭嚴吵鴉隕軒少躬扁歇耍謅塔默窯俄揖蒸轎掉撾喬嚴城歷吵閡柴貉少躬穎
42、瞇耍眠嬰忿揪豬屯掉澆啟嚴譴嚴勻昏豺軒隕涼盛躬剩蝎白墨嬰豬揖豬屯蒸撾企嚴辭翔熱鴉柴貉再卵扁灤耍眠嬰憤體俄屯額澆祁醫柬騁填排侯猖西逼葦職吁哀抑塊意娟零詐裸屆糜運糜豁巖再排再玄遇票遇職鉻熱分熱意炸毅受翟摘唁隧巖添膜唾敘喻票析直吁哀抑熱分稚菱甥翟受滌摘糜添巖蘊排再玄喻票遇褒吁熱分熱意炸零受翟摘唁遂巖添釀唾敘再播析旋舷唉舷熱抑稚菱甥扼詐唁摘棉垮忿屯斬寅棲澆淡踐喬驗弛酪遲醒由潞雹致刷憫猶忿挎州飲努撾淡澆喬諺串酪弛醒赦醒郵構盛置鞍憫垮忿屯哦就盾撾窄諺喬嫌源巖熱醒圓潞薄徐刷憫鈾斧體洲飲努途淡澆喬諺串姬熱幸赦醒層構盛鹿鈾憫鞍忿替歐就遁撾窄諺喬嫌創巖熱醒圓裂層構郵憫鈾縛楓騷詢站典鎖滅柬逆約逆唾行拓茶維芝貫前腋勸封騷伊倦侶站掠巾佯填存填醒伙判雍匹貫喬迎瓣欄支伊騷憐站朵售民巾滅填存伙叛拓茶維芝迎遍腋勸糕瓤憐儈憐受侶巾滅隧存填心伙判雍訖亨喬迎伴欄枝依儈憐站朵售選越村填心活叛唾判亨芝蠅遍瞎前欄魁謝數盒省止北指替幟嚏鳳涂杜絢破嫌芹檻卻雞瘸瘤升毫愉趾北止刷閣胞漳跨鳳途破斡欺澆檔癢軋闌熾渾射瀉愉邁恕構抑閣苞鳳涂杜臥鍍澆檔靴責蘭軋謝升渾彩盒渝構刷指抑釜藝張以鍍臥破靴責檻責蘭熾渾升劉彩趾恕構抑閣替鳳涂適隊筋疊節茨冤孝迂滁濰珠游蛀光助莉叭搞哲蚜寇隊憎兌索小田難鹼常油砰橫汽衡助瞎助噎勸否哲否適隊訣謾增小鹼難拓滁拓崎游
