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正文內(nèi)容

材料科學(xué)基礎(chǔ)5---9章習(xí)題(編輯修改稿)

2025-02-11 08:50 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 式中:A和B為晶核的形狀因子。對(1)求極值,即臨界晶核半徑:r*= (2)臨界晶核體積:V*=A(r*)3 = (3)將(2)式代入(1)式,得:對于非均勻形核,可證上式仍成立。8. 結(jié)晶常數(shù)k=105,結(jié)晶期==(min)9. 由于高分子在較低的溫度下結(jié)晶時,分子鏈的活動能力差,形成的晶體較不完善,完善的程度差別也較大,因此,缺陷較多的晶體將在較低的溫度下溶融,而缺陷較少的晶體將在較高的溫度下熔融,因此導(dǎo)致較寬的溶限。反之,高分子在較高溫度下結(jié)晶時,分子鏈活動能力較強(qiáng),形成的結(jié)晶較完善,不同晶體完全程度的差異也較小,因此,溶限較窄。10. 第7章 二元系相圖及合金的凝固507℃L(.%Ni) α(純鎂)+Mg2Ni(.%Ni)設(shè)C1為亞共晶合金,C2為過共晶合金,這兩種合金中的先共晶相的重量分?jǐn)?shù)相等,但C1合金中的α 總量為C2合金中的α ,試計算C1和C2的成分。答案:根據(jù)已知條件,由杠桿定理得:由題意, ,聯(lián)立上述二式可解得:C2= (1)令C1中 總量為 ,則:令C2中 總量為 ,則:由題意 = 即 (2)將(1)式代入(2)式,可解得:C1=%Ni,C2=%Ni(a)w(C)=%時,F(xiàn)e3C2%= =%%,可得到最大Fe3C2析出量:w(C)=%時共晶中奧氏體的量為 =則共晶中奧氏體可析出Fe3C2的量為:Fe3C2%= =%或者先求ω(C)=%時鐵碳合金在共析反應(yīng)前的滲碳體的總量為:(Fe3C)t%=然后從(Fe3C)t%中減去共晶中Fe3C的量,即得Fe3C2%,F(xiàn)e3C2%= =%(b)w(C)=%的冷卻曲線:1. 固溶體合金的相圖如圖所示,試根據(jù)相圖確定: (a) 成分為40%B的合金首先凝固出來的固體成分; (b) 若首先凝固出來的固體成分含60%B,合金的成分為多少? (c) 成分為70%B的合金最后凝固的液體成分;(d) 合金成分為50%B,凝固到某溫度時液相含有40%B,固體含有80%B,此時液體和固體各占多少分?jǐn)?shù)?答案,并加以改正。答案 3. MgNi系的一個共晶反應(yīng)為 507℃L(.%Ni) α(純鎂)+Mg2Ni(.%Ni)設(shè)C1為亞共晶合金,C2為過共晶合金,這兩種合金中的先共晶相的重量分?jǐn)?shù)相等,但C1合金中的α 總量為C2合金中的α ,試計算C1和C2的成分。答案4. 組元A和B在液態(tài)完全互溶,但在固態(tài)互不溶解,且形成一個與A、B不同晶體結(jié)構(gòu)的中間化合物,由熱分析測得下列數(shù)據(jù):含B量(wt%.%)液相線溫度(℃)固相線溫度(℃)0—1000209007504076575043—7505093075063—10408085064090—640100—800(a) 畫出平衡相圖,并注明個區(qū)域的相、各點(diǎn)的成分及溫度,并寫出中間化合物的分子式(原子量A=28,B=24)。(b) 100kg的含20wt.%B的合金在800℃平衡冷卻到室溫,最多能分離出多少純A。答案5. MgNi系的一個共晶反應(yīng)為 507℃L(.%Ni) α(純鎂)+Mg2Ni(.%Ni)設(shè)C1為亞共晶合金,C2為過共晶合金,這兩種合金中的先共晶相的重量分?jǐn)?shù)相等,但C1合金中的α 總量為C2合金中的α ,試計算C1和C2的成分。答案6. 假定我們在SiO2中加入10at%的Na2O,請計算氧與硅之比值。如果O:Si≤,則形成玻璃化的最大Na2O是多少?答案7. 一種由SiO245%Al2O3(wt%)構(gòu)成的耐高溫材料被用來盛裝熔融態(tài)的鋼(1600℃)。(a) 在此情況下有多少百分率的耐熱材料會熔化?(共晶成分10wt%Al2O3)(b) 選用該耐高溫材料是否正確?(實(shí)際使用,液相不能超過20%)答案8. 根據(jù)所示的CaOZrO2相圖,做下列工作: (a)寫出所有的三相恒溫轉(zhuǎn)變(b)計算4wt%CaOZrO2陶瓷在室溫時為單斜ZrO2固溶體 (Monoclinic ZrO2 SS)和立方ZrO2固溶體(Cubic ZrO2 SS)的相對量(用mol%表示)。假定單斜ZrO2固溶體和立方ZrO2固溶體在室溫的溶解度分別為2mol%CaO和15mol%CaO答案9. (a)根據(jù)FeFe3C相圖,%C,%C的二次滲碳體的析出量,(b)%的冷卻曲線。答案略10. 根據(jù)所示的AlSi共晶相圖,試分析下列(a,b,c)三個金相組織屬什么成分并說明理由。指出細(xì)化此合金鑄態(tài)組織的可能用途。答案11. 假設(shè)質(zhì)量濃度為ρ0的固溶體進(jìn)行正常凝固,若k01,并用g表示固溶體相的分?jǐn)?shù)x/L,試證明固相平均質(zhì)量濃度可表達(dá)為:固相中的溶質(zhì)總量M=ρsg,則答案12. 證明題:1)如下圖所示,已知液、固相線均為直線,證明k0=ws/wl=常數(shù);2)當(dāng)k0=常數(shù)時,試證明液、固平面狀界面的臨界條件G/R=[mw0(1k0)]/(k0D)可簡化為G/R=DT/D。式中m是液相線斜率,w0是合金原始成分,D是原子在液體中的擴(kuò)散系數(shù),k0是平衡分配系數(shù),DT=T1T2。答案略13. 證明:在液相完全不混合得情況下,亞共晶成分W0合金獲得偽共晶組織時的平直界面臨界條件為:GCR=mR(wew0)/D答案14. AlCu合金相圖如圖410所示,設(shè)分配系數(shù)K和液相線斜率均為常數(shù),試求:(a)含1%Cu固溶體進(jìn)行緩慢的正常凝固,當(dāng)凝固分?jǐn)?shù)為50%時所凝固出的固體成分;(b)經(jīng)過一次區(qū)域熔化后在x=5處的固體成分,取熔區(qū)寬度l=;(c)測得鑄件的凝固速率R=3180。104cm/s,溫度梯度G=30℃/cm,擴(kuò)散系數(shù)D=3180。105cm/s時,合金凝固時能保持平面界面的最大含銅量。答案15. 利用上題中的數(shù)據(jù),.%Cu,液體無對流,計算:(b) 開始凝固時的界面溫度;(c) 保持液—固界面為平面界面的溫度梯度;(d) 在同一條件下含銅量增至2wt.%Cu時(a)、(b)題的變化。答案16. 青銅(CuSn)和黃銅(CuZn)相圖如圖所示:(a) 敘述Cu10%Sn合金的不平衡冷卻過程并指出室溫時的金相組織;(b) 比較Cu10%Sn合金鑄件和Cu30%Zn合金鑄件的鑄造性能及鑄造組織;說明Cu10%Sn合金鑄件中有許多分散砂眼的原因;(c) 分別含2%Sn、11%Sn和15%Sn的青銅合金,哪一種可進(jìn)行壓力加工,哪種可利用鑄造法來制造機(jī)件?答案略17. 根據(jù)所示PbSn相圖:(1)畫出成分為w(Sn)=50%合金的冷卻曲線及其相應(yīng)的平衡凝固組織;(2)計算該合金共晶反應(yīng)后組織組成體的相對量和組成相的相對量;(3)計算共晶組織中的兩相體積相對量,由此判斷兩相組織為棒狀還是為層片狀形態(tài)。在計算中忽略Sn在a相和Pb在b相中的溶解度效應(yīng),假定a相的點(diǎn)陣常數(shù)為Pb的點(diǎn)陣常數(shù)aPb=,晶體結(jié)構(gòu)為面心立方,每個晶胞4個原子;b相的點(diǎn)陣常數(shù)為bSn的點(diǎn)陣常數(shù)aSn=,cSn=,晶體點(diǎn)陣為體心四方,每個晶胞4個原子。Pb的原子量207,Sn的原子量為119。答案18. 什么是均聚物,共聚物,均加聚,共縮聚?答案略19. 為什么拉伸能提高結(jié)晶高分子的結(jié)晶度?答案略20. 1. (a) 在合金成分線與液相線相交點(diǎn)作水平線,此線與固相線交點(diǎn)的合金成分即為首先凝固出來的固體成分:~85%B。 (b)作60%B垂直線與α固相線相交點(diǎn)的水平線,此線與液相線L相交點(diǎn)的成分即為合金成分:~15%B。 (c )原理同上:~20%B。 (d)75%,25%2. (a)任何溫度下所作的連接線兩端必須分別相交于液相線和固相線,不能相交于單一液固相線或單一固相線。(b) A組元的凝固溫度恒定,所以液固相線在A成分處相交于一點(diǎn)。 (c) 在兩元系的三相平衡反應(yīng)中,三相的成分是唯一的。 (d) 在兩元系只能出現(xiàn)三相平衡反應(yīng)。3. C1=%Ni,C2=%Ni4. (a) 中間化合物的分子式為AB2(b) 5. C1=%Ni,C2=%Ni6. x小于等于1/37. (a)由圖可知:L%=,會熔化(b) 因熔化的百分比超過20%,故知選用此材料不正確。8. (a)所示的ZrO2—CaO相圖中共有三個三相恒溫轉(zhuǎn)變: 包晶反應(yīng):L+T—ZrO2→C—ZrO2 共晶反應(yīng):L→C—ZrO2+ZrCaO3 共析反應(yīng):TZrO2→M—ZrO2+CZrO2其中L代表液相,T代表四方,C代表立方,M代表單斜。(b)mol%單斜=%,mol
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