当前位置：文档库 › Thermal conductivity of tetrahydrofuran hydrate

Thermal conductivity of tetrahydrofuran hydrate

7KHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI WHWUDK\GURIXUDQ K\GUDWH

$ , .ULYFKLNRY D 9 * 0DQ]KHOLL D 2 $ .RURO\XN D %

D% 9HUNLQ ,QVWLWXWH IRU /RZ 7HPSHUDWXUH 3K\VLFV DQG (QJLQHHULQJ RI 1$1 8NUDLQH

/HQLQ $YH .KDUNRY 8NUDLQ )D[ 7HO ( PDLO NULYFKLNRY#LOW NKDUNRY XD

7KLV VXEPLVVLRQ ZDV FUHDWHG XVLQJ WKH 56& $UWLFOH 7HPSODWH '2 127 '(/(7( 7+,6 7(;7

/,1( ,1&/8'(' )25 63$&,1* 21/< '2 127 '(/(7( 7+,6 7(;7

7KH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI WHWUDK\GURIXUDQ K\GUDWH KDV EHHQ PHDVXUHG LQ WKH WHPSHUDWXUH UHJLRQ ± . E\ WKH VWHDG\ VWDWH SRWHQWLRPHWULF PHWKRG 7KH WHPSHUDWXUH GHSHQGHQFH RI WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ H[KLELWV EHKDYLRU W\SLFDO RI DPRUSKRXV VXEVWDQFHV ,W LV VKRZQ WKDW DERYH . WKH PHDQ IUHH SDWK RI WKH SKRQRQV LV FRQVLGHUDEO\ VPDOOHU WKDQ WKH ODWWLFH SDUDPHWHU DQG LV QR ORQJHU

GHSHQGHQW RQ WHPSHUDWXUH

, ,QWURGXFWLRQ

&ODWKUDWH K\GUDWHV WKH FKHPLFDO IRUPXOD LV *ü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±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

,Q WKLV VWXG\ WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI WHWUDK\GURIXUDQ & + 2 7+) K\GUDWH 7+)ü + 2 ZDV PHDVXUHG DW ORZ WHPSHUDWXUHV 7KH 7+) K\GUDWH FU\VWDOOL]HV LQWR WKH W\SH ,, ±FXELF VWUXFWXUH )G P D ? ,WV VWRLFKLRPHWULF VWUXFWXUH LV ;ü <ü + 2 > @ )RU HDFK XQLW FHOO FRQWDLQLQJ ZDWHU PROHFXOHV WKHUH DUH HLJKW ODUJH KH[DNDLGHFDKHGUD DQG VPDOO GRGHFDKHGUD (DFK ODUJH KH[DNDLGHFDKHGURQ FRQWDLQV RQH 7+) PROHFXOH 7KH VPDOO GRGHFDKHGUD DUH DOO HPSW\ 8QOLNH RWKHU K\GUDWHV WKH 7+) K\GUDWH LV REWDLQHG E\ FU\VWDOOL]DWLRQ RI D OLTXLG ZDWHU ±7+) VROXWLRQ ZLWK D PRODU UDWLR RI 7KH 7+) K\GUDWH FDQ KDYH WZR W\SHV RI FU\VWDO GLVRUGHU 7KH SURWRQ GLVRUGHU LV GXH WR WKH DUUDQJHPHQW RI K\GURJHQ DWRPV LQ WKH FU\VWDO ODWWLFH IRUPHG E\ ZDWHU PROHFXOHV 7KH SURWRQ GLVRUGHU DSSHDUV ZKHQ WKH VSDWLDO DUUDQJHPHQW RI SURWRQV EHFRPHV IUR]HQ DW WKH JODVV WUDQVLWLRQ WHPSHUDWXUH 7 . > @ 7KH RULHQWDWLRQDO GLVRUGHU LV SURGXFHG E\ WKH URWDWLRQDO PRWLRQ RI WKH JXHVW 7+) PROHFXOHV DQG SHUVLVWV GRZQ WR . > @

7KH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI WKH 7+) K\GUDWH ZDV LQYHVWLJDWHG HDUOLHU E\ VHYHUDO UHVHDUFK JURXSV > @ 7KH ILUVW PHDVXUHPHQW > @ RI WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ LQ DQ LQWHUYDO RI ± . VKRZHG LWV XQXVXDO GHSHQGHQFH RQ WHPSHUDWXUH $W ORZHULQJ WHPSHUDWXUH WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ ZDV REVHUYHG WR GHFUHDVH LQ FRQWUDVW WR LWV JURZWK LQ D GLHOHFWULF FU\VWDO 7KH JODVV OLNH EHKDYLRU RI WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI 7+) DW ORZHU ± . WHPSHUDWXUHV ZDV UHSRUWHG LQ > @

7KLV VWXG\ ZDV PRWLYDWHG E\ WKH IROORZLQJ )LUVWO\ WKHUH ZHUH QR H[SHULPHQWDO GDWD DERXW WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI WKH 7+) K\GUDWH DW WHPSHUDWXUHV EHORZ . %XW LW LV SUHFLVHO\ LQ WKLV UHJLRQ WKDW WKH WHPSHUDWXUH GHSHQGHQFH RI WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ LV H[SHFWHG WR FKDQJH 6HFRQGO\ D WLPHV YDULDQFH LQ OLWHUDWXUH GDWD SURKLELWHG XQDPELJXRXV FRQFOXVLRQV DERXW WKH EHKDYLRU RI WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ LQ D ZLGH UDQJH RI WHPSHUDWXUHV 7KLUGO\ WKH LQYHVWLJDWLRQV RQ 7+) K\GUDWH SURPLVH PRUH FRPSOHWH DQG UHOLDEOH H[SHULPHQWDO LQIRUPDWLRQ DERXW WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ LQ FRQWUDVW WR RWKHU FODWKUDWH K\GUDWHV H J ;H RU &+ K\GUDWHV > @ LW LV D UHODWLYHO\ VLPSOH PDWWHU WR SUHSDUH D KLJK TXDOLW\ KRPRJHQHRXV VROLG 7+) K\GUDWH VDPSOH IRU PHDVXULQJ LWV WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ E\ WKH VWDQGDUG VWHDG\ VWDWH SRWHQWLRPHWULF PHWKRG

,, ([SHULPHQWDO 5HVXOWV

$ 7+)ü + 2 VDPSOH ZDV SUHSDUHG IURP SXUH WHWUDK\GURIXUDQ $&526 2UJDQLFV DQG GRXEOH GLVWLOOHG ZDWHU 7KH 7+) FRPSRQHQWV DQG ZDWHU ZHUH PL[HG LQ WKH UDWLR RI 7KH VWRLFKLRPHWULF FRHIILFLHQW ZDV FKRVHQ WR EH VOLJKWO\ EHORZ WR DYRLG WKH IRUPDWLRQ RI FU\VWDO LFH LQFOXVLRQV LQ WKH VDPSOH 7KH SUHSDUHG KRPRJHQHRXV OLTXLG PL[WXUH ZDV SXW LQ WKH FRQWDLQHU RI WKH PHDVXULQJ FHOO 7KH EDVLF GLDJUDP RI WKH PHDVXULQJ FHOO LV VKRZQ LQ )LJ

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±6' UHVLVWDQFH WKHUPRPHWHU /DNH 6KRUH &U\RWURQLFV ,QF PHDVXULQJ WKH WHPSHUDWXUH GLIIHUHQFH WKH ORZHU VHQVRU LV D 768 UHVLVWDQFH WKHUPRPHWHU 91,,)75, XVHG WR VWDELOL]H DQG FRQWURO WKH WHPSHUDWXUH 7KHUPRPHWHU ZDV XVHG WR PHDVXUH WKH WHPSHUDWXUH DORQJ WKH VDPSOH ZLWK WKH KHDW IORZ RQ DQG RII 7KH FRQWDLQHU ZLWK WKH VDPSOH ZDV YDFXXP WLJKW FRYHUHG ZLWK D FRSSHU ,Q VHDOHG FDS

$ KHDWHU ZDV PRXQWHG RQ WKH FDS WR JHQHUDWH D KHDW IORZ RYHU WKH VDPSOH ,Q WKH FRQWDLQHU WKH FODWKUDWH K\GUDWH ZDV JURZQ GXULQJ PLQ E\ VROLGLI\LQJ WKH OLTXLG PL[WXUH DW 7 . ZLWK FRROLQJ WKH ERWWRP ]RQH RI WKH FRQWDLQHU 7KH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI WKH 7+) K\GUDWH ZDV PHDVXUHG LQ WKH LQWHUYDO ± . E\ WKH VWHDG\ VWDWH SRWHQWLRPHWULF PHWKRG 7KH WHPSHUDWXUH GHSHQGHQFH RI WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ FRHIILFLHQW N 7 RI 7+) K\GUDWH REWDLQHG LQ WKLV VWXG\ LV VKRZQ LQ )LJ DORQJ ZLWK OLWHUDWXUH GDWD 2XU UHVXOWV DJUHH ZHOO ZLWK OLWHUDWXUH GDWD H[FHSW IRU > @ $V VHH LQ )LJ WKH WHPSHUDWXUH GHSHQGHQFH RI WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ FRHIILFLHQW RI 7+) KDV WKH VKDSH W\SLFDO RI DPRUSKRXV VROLGV LW LV FORVH WR TXDGUDWLF DW OLTXLG KHOLXP WHPSHUDWXUHV DQG KDV D 3SODWHDX′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c EHWZHHQ WKH R[\JHQ DWRPV IRUPLQJ WKH FODWKUDWH IUDPHZRUN $V WKH WHPSHUDWXUH ULVHV WKH SKRQRQ PHDQ IUHH SDWK O GHFUHDVHV DQG EHFRPHV WHPSHUDWXUH LQGHSHQGHQW DERYH . UHDFKLQJ WKH YDOXH O c

7KLV EHKDYLRU RI O LV FKDUDFWHULVWLF RI WKH GLIIXVLYH PRWLRQ RI SKRQRQV WKH ,RIIH 5LHJHO UHJLPH ,Q WKH VWULFW VHQVH WKH FRQFHSW RI SKRQRQV LV XQXVDEOH ZLWK VXFK ORZ YDOXHV RI O DQG WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ LV HIIHFWHG E\ D GLUHFW HQHUJ\ H[FKDQJH EHWZHHQ WKH QHLJKERULQJ PROHFXOHV > @ 7KH FKDQJH IURP WKH EDOOLVWLF PRWLRQ WR WKH GLIIXVLYH RQH RFFXUV LQ D ZLGH a ± . LQWHUYDO RI WHPSHUDWXUHV ZKHUH ERWK WKH PHFKDQLVPV RI KHDW WUDQVIHU DUH LQ FRPSHWLWLRQ 7KH FRQWULEXWLRQ RI WKH SKRQRQV WR WKH RQH RU WKH RWKHU KHDW WUDQVIHU UHJLPH LV GHSHQGHQW RQ WKHLU ZDYHOHQJWKV > @ 7KH JODVV OLNH EHKDYLRU RI WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI 7+) K\GUDWH DW ORZ DQG KLJK WHPSHUDWXUHV PD\ EH DWWULEXWHG ILUVW RI DOO WR WKH LQWHUDFWLRQ EHWZHHQ WKH DFRXVWLF SKRQRQV DQG WKH ORFDO

)LJ 7KH GLDJUDP RI WKH FHOO IRU WKH PHDVXULQJ WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ ±FRQWDLQHU IRU VDPSOH ±&HUQR[UHVLVWDQFH WKHUPRPHWHU ±768 UHVLVWDQFH WKHUPRPHWHU ±ERWWRP EORFN FRROHU ZLWK D KHDWHU ±FDS ZLWK D KHDWHU ±EORFN IRU HOHFWULF OHDGV LQ ±KHOLXP EDWK ±FRSSHU ZLUH )LJ 7KHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI 7+) FODWKUDWH K\GUDWH DQG OLWHUDWXUH GDWD | RXU GDWD > @ ±±± > @ ? > @ v > @ )LJ 7KH GHSHQGHQFH RI WKH SKRQRQ PHDQ IUHH SDWK RQ WHPSHUDWXUH VROLG FXUYH FDOFXODWHG IURP WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ GDWD 7KH PHDQ GLVWDQFH EHWZHHQ WKH R[\JHQ DWRPV LQ WKH 7+) K\GUDWH ODWWLFH LV VKRZQ E\ WKH GRWWHG FXUYH

N : P . 7HP SHUDWXUH . % S D W K $ 0H D Q I U H H 7HP SHUDWXUH . 4

YLEUDWLRQV RI WKH JXHVW 7+) PROHFXOHV ,Q WKH FODWKUDWH VWUXFWXUH WKH YLEUDWLRQV RI WKH JXHVW DQG KRVW PROHFXOHV DUH VWURQJO\ FRXSOHG 7KH JXHVW PROHFXOHV UHVLGLQJ LQVLGH WKH FODWKUDWH FDYLW\ DUH FRXSOHG WR LW E\ ZHDN 9DQ GHU :DDOV IRUFHV DQG WKHLU YLEUDWLRQDO PRWLRQV LV DQKDUPRQLF 7KH + ERQGHG IUDPHZRUN RI WKH ZDWHU PROHFXOHV VKLIWV IURP WKH SRVLWLRQV RI HTXLOLEULXP DQG 3SXVKHV′ WKH JXHVW DWRPV > @ 2Q WKH RWKHU KDQG YLEUDWLRQV RI WKH JXHVW PROHFXOHV KDV LQIOXHQFH RQ WKH ODWWLFH YLEUDWLRQV RI WKH K\GUDWH L H WKH K\GUDWH YLEUDWLRQV DUH PRGXODWHG E\ WKH YLEUDWLRQV RI WKH JXHVW PROHFXOHV > @ ,Q WKLV FDVH WKH EDOOLVWLF PRWLRQV LV IHDVLEOH IRU WKH SKRQRQV ZKRVH HQHUJ\ LV VPDOOHU WKDQ WKDW RI WKH ORFDO YLEUDWLRQV 7KUHH NLQGV RI ORFDO YLEUDWLRQV ZLWK DQG PH9 RFFXU LQ WKH 7+) K\GUDWH > @ 7KH DFRXVWLF SKRQRQV KDYLQJ HQHUJLHV HTXDO WR RU KLJK WKDQ WKH HQHUJ\ RI WKH ORFDO YLEUDWLRQV DUH VFDWWHUHG VWURQJO\ E\ WKLV YLEUDWLRQV %HFDXVH RI WKH VWURQJ VFDWWHULQJ RI WKH SKRQRQV E\ WKH JXHVW PROHFXOHV WKH PRWLRQ RI WKH DFRXVWLF SKRQRQV RYHU WKH FU\VWDO EHFRPHV GLIIXVLYH 9, &RQFOXVLRQV 7KXV RXU H[SHULPHQWDO UHVXOWV RQ WKH WKHUPDO FRQGXFWLYLW\ RI WKH 7+) K\GUDWH LQ WKH WHPSHUDWXUH UHJLRQ ±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

5HIHUHQFHV -XOLDQ %DXPHUW 6WUXFWXUH /DWWLFH '\QDPLFV DQG *XHVW 9LEUDWLRQV RI 0HWKDQH DQG ;HQRQ +\GUDWH 'LVVHUWDWLRQ ]XU (UODQJXQJ GHV 'RNWRUJUDGHV GHU 0DWKHPDWLVFK 1DWXUZLVVHQVFKDIWOLFKHQ )DNXOW DW GHU &KULVWLDQ $OEUHFKWV 8QLYHUVLW DW ]X .LHO 5 * 5RVV 3 $QGHUVVRQ * %DFNVWU|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

3 $QGHUVVRQ &DQ - &KHP - * &RRN DQG 0 - /DXELW] LQ 7KHUPDO &RQGXFWLYLW\ HG - * +XVW 3OHQXP 3UHVV 1HZ

材料科学基础相图习题DOC

1．下图为一匀晶相图，试根据相图确定： (1) w B ＝0.40的合金开始凝固出来的固相成分为多少？ (2)若开始凝固出来的固体成分为w B ＝0.60，合金的成分为多少？ (3)成分为w B ＝0.70的合金最后凝固时的液体成分为多少？ (4)若合金成分为w B ＝0.50，凝固到某温度时液相成分w B ＝0.40，固相成分为w B ＝0.80，此时液相和固相的相对量各为多少? 2．Mg —Ni 系的一个共晶反应为： 0.23520.546g g i M L M N 纯＋（570℃）设w Ni 1＝C 1为亚共晶合金，w Ni 2＝C 2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的质量分数相等，但C 1合金中的α总量为C 2台金中α总量的2.5倍，试计算C 1和C 2的成分。 3．根据A-B 二元相图 (1) 写出图中的液相线、固相线、α和β相的溶解度曲线、所有的两相区及三相恒温转变线； (2) 平衡凝固时，计算A-25B(weight%)合金（y ’y 线）凝固后粗晶β相在铸锭中的相对含量； (3) 画出上述合金的冷却曲线及室温组织示意图。

4．根据如图所示的二元共晶相图（1）分析合金I，II的结晶过程，并画出冷却曲线；（2）说明室温下合金I，II的相和组织是什么，并计算出相和组织组成物的相对含量？（3）如果希望得到共晶组织加上5％的初的合金，求该合金的成分。（4）合金I，II在快冷不平衡状态下结晶，组织有何不同？ 5．指出下列相图中的错误： 6. 试述二组元固溶体相的吉布斯（Gibbs）自由能-成分曲线的特点? (a) (b) (c) (d)

《材料科学基础》总复习(完整版)

《材料科学基础》上半学期容重点第一章固体材料的结构基础知识键合类型（离子健、共价健、金属健、分子健力、混合健）及其特点；键合的本质及其与材料性能的关系，重点说明离子晶体的结合能的概念；晶体的特性（5个）；晶体的结构特征（空间格子构造）、晶体的分类；晶体的晶向和晶面指数（米勒指数）的确定和表示、十四种布拉维格子；第二章晶体结构与缺陷晶体化学基本原理：离子半径、球体最紧密堆积原理、配位数及配位多面体；典型金属晶体结构；离子晶体结构，鲍林规则（第一、第二）；书上表2－3下的一段话；共价健晶体结构的特点；三个键的异同点（举例）；晶体结构缺陷的定义及其分类，晶体结构缺陷与材料性能之间的关系（举例）；第三章材料的相结构及相图相的定义相结构合金的概念：

固溶体置换固溶体（１）晶体结构无限互溶的必要条件—晶体结构相同比较铁（体心立方，面心立方）与其它合金元素互溶情况（表３－１的说明）（２）原子尺寸：原子半径差及晶格畸变；（３）电负性定义：电负性与溶解度关系、元素的电负性及其规律；（４）原子价：电子浓度与溶解度关系、电子浓度与原子价关系；间隙固溶体（一）间隙固溶体定义（二）形成间隙固溶体的原子尺寸因素（三）间隙固溶体的点阵畸变性中间相中间相的定义中间相的基本类型：正常价化合物：正常价化合物、正常价化合物表示方法电子化合物：电子化合物、电子化合物种类原子尺寸因素有关的化合物：间隙相、间隙化合物二元系相图：杠杆规则的作用和应用；匀晶型二元系、共晶（析）型二元系的共晶（析）反应、包晶（析）

型二元系的包晶（析）反应、有晶型转变的二元系相图的特征、异同点；三元相图：三元相图成分表示方法；了解三元相图中的直线法则、杠杆定律、重心定律的定义；第四章材料的相变相变的基本概念：相变定义、相变的分类（按结构和热力学以及相变方式分类）；按结构分类：重构型相变和位移型相变的异同点；马氏体型相变：马氏体相变定义和类型、马氏体相变的晶体学特点，金属、瓷中常见的马氏体相变（举例）（可以用许教授提的一个非常好的问题――金属、瓷马氏体相变性能的不同――作为题目）有序-无序相变的定义玻璃态转变：玻璃态转变、玻璃态转变温度、玻璃态转变点及其黏度按热力学分类：一级相变定义、特点，属于一级相变的相变；二级相变定义、特点，属于二级相变的相变；按相变方式分类：形核长大型相变、连续型相变（spinodal相变）按原子迁动特征分类：扩散型相变、无扩散型相变

材料科学基础相图部分参考

参考答案第4章相图范莉： p.4 问题讲义中说：“压力平衡最容易，温度平衡次之，化学势平衡最难达到”，为什么？答：从三个层次考虑，力(压力) 能量（温度）物质（化学势），平衡越来越难。 p.8 问题从图4-1看出，自由能G 随温度T 的增加而下降。能不能据此做如下判断：低温物质不如高温物质稳定，因为前者的G 高，而后者低。答：不可以。用G 判据判定体系是否稳定需在同一温度下比较，否则无意义。问题 p G S T ???=- ????表明，G T -曲线的斜率一定是负的。除此之外，G T -曲线还有另一个特点，请问是什么？答：温度越高熵值越大，曲线斜率越来越负，即曲线随温度的增加越降越快。问题在图4-1中，设有一个温度m T T <。证明：若T 与m T 相差不大，则 ()T T T L G G G m m m L S V -=-=? 答：提示：（1）局部线性（2）m m /T L S = p G S T ???=- ????，m m m T L T )-T S T G （=??=? 问题当压力不变时，某种纯金属处于两种不同的状态：一是理想晶体；二是含晶界的多晶体。请说明两种不同状态下该金属的G T -曲线有什么差异？答：含晶界的多晶体的熵值比理想晶体大，故曲线更陡。问题当压力不变时，某种纯金属处于两种不同的状态：一是非晶体；二是含晶界的多晶体。请说明两种不同状态下该金属的G T -曲线有什么差异？在横坐标中注明熔点位置。答：（1）非晶体的熵值比含晶界的多晶体大，故曲线更陡。（2）按照纯金属的自由能-温度曲线标出熔点。

问题从图4-2看出，固-气、液-气两相平衡的温度范围比较大，而固-液两相平衡仅在很窄的温度范围存在，请分析原因。答：根据 m d d L p T T V =? ，主要看V ?的大小。问题对图4-2中的亚稳平衡线，克拉贝龙方程还适用吗？为什么？答：适用，克拉贝龙适用于两相平衡。 P12~13 问题为什么“应变能因素总是使固溶体中A 组元的化学势高于纯A ”？注意，不能用公式回答，而要用文字表述。答：应变能永远为正，使得体系能量增大，A 组元的化学势高于纯A.(位错等缺陷带来影响也是使体系自由能增大，与之类似。) 问题从()x T k Z x G -+Ω+=1ln B 2A A μ看出，当1x →时，A μ→-∞。请从物理概念角度分析这一问题。注意：负无穷大总是不合理的。答：考虑在纯B 中加入一个A 的情况，此时熵的变化很大而内能变化很小，此时G-X 的曲线做切线时斜率很大，A d d G G x x μ=-，故A μ→-∞ 问题讲义中说：规则溶液模型既可以用于液体，也可以用于固溶体。问：具体应用时，两者的主要差异是什么？答：两者的是主要差异在于线性项，参见教材P14

材料科学基础习题5-答案-二元相图作业

《材料科学基础》第五章习题——二元相图1、发生匀晶转变的两个组元在晶体结构、原子尺寸方面有什么特点？答：两者的晶体结构相同，原子尺寸相近，尺寸差小于15%。 2、固溶体合金的相图如下图所示，试根据相图确定： ①成分为ω(B) = 40%的合金首先要凝固出来的固体成分；（画图标出） ②若首先凝固出来的固相成分含ω(B) = 60%，合金的成分为多少？（画图标出） ③成分为ω(B) = 70%的合金最后凝固的液体成分；（画图标出） ④合金成分为ω(B) = 50%，凝固到某温度时液相含ω(B)为40%，固相含有ω(B) = 80%，此时液体和固相各占多少？（计算） ①过ω(B) = 40%的成分线与液相线的交点做与底边的平行线交固相线即可 ②过ω(B) = 60%的成分线与固相线的交点做与底边的平行线交液相线即可 ③过ω(B) = 70%的成分线与固相线的交点做与底边的平行线交液相线即可 ④液相：（80-50）/（80-40）=0.75 固相：（50-40）/（80-40）=0.25 3、指出下列相图中的错误，并加以改正。由相律知，三相平衡时，图中应该为一点，而不是线段，且二元相图中最多只有三相平衡，所以把d图中 r相除去。由相律知在二元相图中纯组元凝固温度恒定，液固相线交于一点 4、根据教材图7.20，假设F与G点坐标分别选取5%与99%，计算：①Sn含量为40%的合金在凝固至室 A 20 40 60 80 B 温度 W(B) % α L+a L

温后的组织组成比例；②根据初生相（α）、共晶组织中的相（α+β），以及冷却过程中析出的二次相（αⅡ或βⅡ），计算室温下的相组成比例。解：①Sn 含量为40%的合金在凝固至室温后的组织组成比例： %95.4819 9.6119 40)(=--= +βαW =--?--=5991999199.61409.61αW 43.45% %6.7599519199.61409.61=--?--=∏βW ②根据一次相、共晶组织中的相，以及冷却过程中析出的二次相，计算室温下的相组成比例： 5、 Mg-Ni 系的一个共晶反应为设C 1为亚共晶合金，C 2 为过共晶合金，这两种合金中的初生相的质量分数相等，但C 1合金中的α总量为C 2合金中的α总量的2.5倍，试计算C 1和C 2的成分。解：相图： Ni Mg 由二者的初生相的质量分数相等得：（23.5- C 1 ）/23.5= （C 2 -23.5）/54.6-23.5 又α总量为C 2 中α总量的205倍：(54.6- C 1 )/54.6=2.5*(54.6- C 2 )/54.6 由以上两式得C 1 =12.7% C 2 =37.8% 6、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，α（纯镁）+ 2Mg Ni[w(Ni) = 54.6%] L （ω(Ni) = 23.5%） 507℃ A 23.5 54.6 B

相图材料科学基础 (3)

学前指导将学习到的知识点：知识点094.具有一个低温分解、高温稳定二元化合物的三元系统相图

6.4.3.6 具有一个低温稳定、高温分解的二元化合物的三元系统相图 ●化合物S的组成点在AB边上，化合物在 T R温度以下才能稳定存在，温度高于T R，则分解为A、B两种晶相。 ●由于其分解温度低于A、B两组元的低共熔温度，因而不可能从A、B二元的液相线A′e3′和B′e3′直接析出 S晶体，即S晶体的初晶区不会与AB边相接触。

E和R，但只能划分出与P和E对应的两个副三角形。 ●P点在对应的△ASC外的交叉位置，是双升点。 E点在对应的△BSC内的重心位置，是低共熔 ●R点周围的三个初晶区是（A）、（S）、（B），对应的三种晶相的组成点A、S、B在一条直线上，不能形成一个副三角形。

在R点上进行的过程是化合物的形成或分解过程，即: A＋B<-> S（A m B n）。 ●这种无变量点称为过渡点。从R点周围三条界线上的温降方向看，类似于双降点，所以R点 ●在过渡点上由于F=0。系统的温度不变，液相组成在R点上不变，实际上液相量也不变，这个情况和前面介绍的各种无变量点有所不同。有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）