材科基--相图

材料科学基础-单组元相图及纯晶体的凝固(总分：110.00，做题时间：90分钟)一、论述题(总题数：11，分数：110.00)1.计算当压力增加到500×105Pa时锡的熔点变化，已知在105Pa下，锡的熔点为505K，熔化热为7196J/mol，摩尔质量为118.8×10-3kg/mol，固体锡的密度为7.30×103kg/m3，熔化时的体积变化为+2.7%。

（分数：10.00）__________________________________________________________________________________________2.根据下列条件建立单元系相图：①组元A在固态有两种结构A1和A2，且密度A2＞A1＞液体；②A1转变到A2的温度随压力增加而降低；③A1相在低温是稳定相；④固体在其本身的蒸气压1333Pa(10mmHg)下的熔点是8.2℃；⑤在1.013×105Pa(1个大气压)下沸点是90℃；⑥A1，A2和液体在1.013×106Pa(10个大气压)下及40℃时三相共存(假设升温相变△H＜0)。

（分数：10.00）__________________________________________________________________________________________3.考虑在1个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即△T=1，10，100和200℃，计算：①临界晶核尺寸；②半径为r*的晶核个数；③从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化△G V；④从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化△G r*(形核功)。

铝的熔点T m=993K，单位体积熔化热L m=1.836×109J/m3，固液界面比表面能δ=93×10-3J/m2，原子体积V0=1.66×10-29m3。

第六章组元：组元通常是指系统中每一个可以单独分离出来，并能独立存在的化学纯物质，在一个给定的系统中，组元就是构成系统的各种化学元素或化合物.相:在一个系统中，成分、结构相同，性能一致的均匀的组成部分叫做相,不同相之间有明显的界面分开，该界面称为相界面。

相平衡:在某一温度下，系统中各个相经过很长时间也不互相转变，处于平衡状态,这种平衡称为相平衡.各组元在各相中的化学势相同。

相图：表示合金系中合金的状态与温度、成分之间的关系的图形，又称为平衡图或状态图。

相变：从一种相转变为另一种相的过程称为相变。

若转变前后均为固相,则称为固态相变。

凝固:物质由液态到固态的转变过程称为凝固结晶：如果液态转变为结晶态的固体这个过程称为结晶过冷：纯金属的实际凝固温度Tn总比其熔点Tm低的现象过冷度:Tm与Tn的差值△T叫做过冷度均匀形核：在液态金属中,存在大量尺寸不同的短程有序的原子集团.当温度降到结晶温度以下时，短程有序的原子集团变得稳定,不再消失，成为结晶核心。

这个过程叫自发形核。

非均匀形核：实际金属内部往往含有许多其他杂质。

当液态金属降到一定温度后，有些杂质可附着金属原子，成为结晶核性，这个过程叫非自发形核.临界晶核：半径恰为r＊的晶核称为临界晶核临界半径：r*称为晶核的临界晶核半径临界形核功：形成临界晶核时自由能的变化△G*>0，这说明形成临界晶核是需要能量的.形成临界晶核所需的能量△G*称为临界形核功。

能量起伏：形成临界晶核时,液、固两相之间的自由能差只提供所需要的表面能的三分之二，另外的三分之一则由液体中的能量起伏来提供结构起伏:液态金属中的规则排列的原子团总是处于时起时伏，此起彼伏的变化之中，人们把液态金属中的这种排列原子团的起伏现象称为相起伏或结构起伏。

粗糙界面:粗糙界面在微观上高低不平、粗糙，存在几个原子厚度的过渡层.但是宏观上看，界面反而是平直的。

光滑界面：光滑界面是指固相表面为基本完整的原子密排面，固液两相截然分开，从微观上看界面是光滑的。

§5-3 二元匀晶相图
二元匀晶(Isomorphous)相图
相图。

具有匀晶相图的二元合金系统有Cr-Mo, W-Mo等。

右图所示Cu-Ni相图是最常
见的二元匀晶相图，以此相图
为例进行讨论，其它匀晶相图
与此类似。

；
下面的一条曲线是固相线(Solid line)，固相线以下的区域为
3、匀晶相图的特点
二组元在液态和固态都能够完全相互溶解，所有成分(Ni: 0~100%)的合金在固态只有一种晶体结构，相图中只有一个固相区。

因此，能够形成匀晶合金系的两种组元必须具有相同的晶体结构，相同的原子价，原子半径接近(相差不超过15％)，相互不形成化合物。