计算机材料科学中应用

时间：2021-05-05 00:02:19 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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计算机在材料科学中的应用 本文关键词：材料科，学中，计算机

计算机在材料科学中的应用 本文简介：计算机在材料科学中的应用班级：10030141X学号：13姓名：孙志勇计算机在材料科学中的应用计算机作为一种现代工具,在当今世界的各个领域日益发挥着巨大作用.但由于材料科学研究领域的广泛性和与多学科的相互渗透性,给计算机在材料科学中的应用带来了复杂性和特殊性。本文针对主要的几个方面进行一些分析和探讨

计算机在材料科学中的应用 本文内容：

计

算

机

在

材

料

科

学

中

的

应

用

班

级：10030141X

学

号：13

姓

名：孙志勇

计算机在材料科学中的应用

计算机作为一种现代工具,在当今世界的各个领域日益发挥着巨大作用.但由于材料科学研究领域的广泛性和与多学科的相互渗透性,给计算机在材料科学中的应用带来了复杂性和特殊性。本文针对主要的几个方面进行一些分析和探讨,并着重讨论新材料、新合金的设计。

1新材料、新合金的设计

新材料新合金的设计与开发,长期以来采用的是配方方法.有人比作“炒菜式”的方法。一般需经对成分一组织一性能关系的调整作多次反复实验,即“炒作”才能抚得较满意的结果。这种方法有相当的盲目性,费功、费时、经济损耗大,为此人们期望从实验比较、总结归纳的研制方式走向演绎计算的方法,而计算机技术的飞速发展恰恰合了这一发展趋势,即按所需材料性能来设计、制备新材料、新合金,并使所设计的合金成分、组织(或工艺)达到最佳配合。在这方面“高分子材料设计、“镍基耐热合金的电子设计比’，“复合材料设计”,和“船舶结构合金优化设计’心等取得了较为成功的经验。这种设计的基本原理是,从已有的大量数据、经验事实出发.利用现有的各种不同结构层次的数学模型,如合金的成分、组织、结构与性能关系的数学模型及相关数据理论.如固体与分子经验电子理论量子理论等,通过计算机运算对比、推理思维来完成优选新合金、新材料的设计过程。其中引入了数学的鼓优化理论来获得最佳方案的材料配方及生产工乙。近年来,又有人提出材料科学的专家系统。譬如计算机辅助Bi一YIG磁光薄膜材料设计的专家系统研究,在这个系统中两个最重要的部分是材料数据库和材料知识库材料数据库中存储的是具体有关材料的数据值,它只能进行查询而不能推理;材料知识库存储的是规则,当从数据库中查询不到相应的性能时,知识库却能通过推理机构以定的可信度给出性能的估算值,从而实现性能预测功能。同时,也可用该知识库进行组分和工艺设计.在整个知识库中采用近年来在国际卜兴起的数据库知识发现技术。技术是一种以强调归纳逻辑推理为特色和以自适应寻找规了卜为目标的知识库系统构造方法。从材料设计的角度看KDD技术最有用的几类模式是:1发现元素问的相关关系;对数据库中大量数据记录进了分类,进行类别判识;吞对数据库中甸类数据记录进行抽象概念描述;匡对数据库中的异常情况识别。己有的实验数据中白动总结规律,而不依赖于“专家”头脑。目前进行材料设计的方法都涉及材料的组分、工艺州能和使用之问的关系。

人工神纤网络的自学习功能正好适用于材料设计或性能预测这一类问题。譬如可伐合金研制的瓷基复合材料研制的验证叫;氮化钦膜研究的应用制了计算机程序口,不仅准确度明显提高,且运算时仅需几秒钟。华中理工大学的张乐福等利用计算机和人工网络系统对铸铁激光表面淬火实验数据进行了处理,得到满意结

2材料行为工艺的计算机模拟

计算机模拟技术是利用计算机的讨一算推理和作图功能,根据事物的客观环境条件及本身性质规律,仿照实际情况来推测顶报可能出现情况的一门技术。特别是在情况复杂的环境下,运用这种技术可达到事半功倍的效果。

3材料加工的自动化控制

材料加工是指制造材料的各种手段以及处理过程,如铸造、锻造、焊接、压力加工、机加工、热处理及粉末冶金等。所有这些均可利用计算机对其过程进行自动控制,比如口前应用较为广泛的连铸、连轧、多种化学热处理计算机控制,全自动焊机、热处理炉、粉末氢气烧结炉、数控机床掌。它们共同的特点是:准确度高;可避免人为因素造成的误差或损失;可改善工人的工作条州和劳动强度;可节省人力物力资源提高效率。由吴林等编写的《焊接过程的微计算机测示和控制户,〕正好说明了这一点。其基本原理是.根据材料加工尺寸或性能要求计算机输入相关数据,有时也需利用某种传感器探测相应信息,将得到的信息经过模/数(A/D)转换器转换成数字信号输入计算机,计算机经过自己的程序处理,最后将处理后的数字信号再经数/模(D/A)转换器变成模拟信息,进而将模拟信急传输到其相应的执行设备以达到自动拧制效果。

4材料研究科学中的数据处理

材料设计中离不开数据处理,往往所处理的数据比较复杂,涉及据精度要求较高.仅凭人工计算处理难以达到精度要求,即使能达到,也要花相当多的精力和时{司,且出错的几率很大。计算机快速准确的计算功能正好满足了这些条件和要求。这方面的应用事例不胜枚举,洛阳船舶材料研究所史嘉龙等运用计算机对球扁钢剖面要素进行r计算

大学的王宝珠等用BASIC语言对所钡」相变数据进行分段抛物处理实现r曲线拟合,绘制了钢的过冷奥氏体等温转变TTI、图和连续转变cC。在直接生成式控制气氛热处理中,由于炉内化学反应涉及多种平衡因素,因而计算复杂,姜岩等排出了较准确地计算炉气平衡成分的方程式。

5材料检测方面的应用

计算机在材料检测中的应用目前主要集中于材料的成分、组织结构与物相、物理性能的检测,以及机械零部州一的无损检测等方面。其基本方法是借助于某种探测器月各探测到的信号转化为数字信号传输到计算机里,然后通过程序员编制的相关程序对这些数字信号判断、处理后得到相应结果。料实验机等的计算机处理系统等就是这方面应用的成功事例。今后计算机在材料科学中的应用会日益广泛.日益深入,作为材料工作者,应充分利用这一现代化工具来排动材料利学的发展.

总之，计算机在社会的各个方面都应用广泛。我们材料科学的未来是一片光明。材料科学是多学科交又的新兴的发展不成熟的学科,目前对它的研究很大程度上还依赖于事实和经验的积累,系统地研究还需一个很长的过程。计算机作为一种现代工具,在当今世界的各个领域日益发挥巨大的作用,它己渗透到各门科领域以及日常生活中成为现代化的标志。在材料领域,计算机也正在逐渐成为极其重要的工具,计算机在材料科学中的应用正是材料科学飞速发展的重要原因之一。

我认为计算机科学与材料科学研究相结合，改进了研究工具和研究方法，促进了学科的发展。过去，人们主要通过实验和理论两种途径进行科学技术研究。现在，计算和模拟已成为研究工作的第三条途径。计算机与有关的实验观测仪器相结合，可对实验数据进行现场记录、整理、加工、分析和绘制图表，显著地提高实验工作的质量和效率。计算机辅助设计已成为工程设计优质化、自动化的重要手段。在理论研究方面，计算机是人类大脑的延伸，可代替人脑的若干功能并加以强化。古老的数学靠纸和笔运算，现在计算机成了新的工具，数学定理证明之类的繁重脑力劳动，已可能由计算机来完成或部分完成。计算和模拟更是一种新的研究手段。计算机在材料科学中的广泛应用，常常产生显著的经济效益和效益，从而引起产业结构、产品构等方面的重大变化。

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of

Tianjin

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篇2：材料科学基础专业词汇

材料科学基础专业词汇 本文关键词：材料科学，词汇，基础，专业

材料科学基础专业词汇 本文简介：材料科学基础专业词汇:第一章晶体结构原子质量单位Atomicmassunit(amu)原子数Atomicnumber原子量Atomicweight波尔原子模型Bohratomicmodel键能Bondingenergy库仑力Coulombicforce共价键Covalentbond分子的构型mole

材料科学基础专业词汇 本文内容：

材料科学基础专业词汇

:

第一章晶体结构

原子质量单位Atomic

mass

unit

(amu)

原子数Atomic

number

原子量Atomic

weight

波尔原子模型Bohr

atomic

model

键能Bonding

energy

库仑力Coulombic

force

共价键Covalent

bond

分子的构型

molecular

configuration

电子构型electronic

configuration

负电的Electronegative

正电的Electropositive

基态Ground

state

氢键Hydrogen

bond

离子键Ionic

bond

同位素Isotope

金属键Metallic

bond

摩尔Mole

分子Molecule

泡利不相容原理Pauli

exclusion

principle

元素周期表Periodic

table

原子atom

分子molecule

分子量molecule

weight

量子数quantum

number

价电子valence

electron

极性分子

Polar

molecule

范德华键van

der

waals

bond

电子轨道electron

orbitals

点群point

group

对称要素symmetry

elements

各向异性anisotropy

原子堆积因数atomic

packing

factor(APF)

体心立方结构body-centered

cubic

(BCC)

面心立方结构face-centered

cubic

(FCC)

布拉格定律bragg’s

law

配位数coordination

number

晶体结构crystal

structure

晶系crystal

system

晶体的crystalline

衍射diffraction

中子衍射neutron

diffraction

电子衍射electron

diffraction

晶界grain

boundary

六方密堆积hexagonal

close-packed

(HCP)

林规则Pauling’s

rules

NaCl鲍型结构NaCl-type

structure

CsCl闪锌矿型结构Blende-type

structure

型结构Caesium

Chloride

structure

金红石型结构Rutile

structure

纤锌矿型结构Wurtzite

structure

尖晶石型结构Spinel-type

structure

萤石型结构Fluorite

structure

硅酸盐结构Structure

of

silicates

岛状结构Island

structure

层状结构Layer

structure

钙钛矿型结构Perovskite-type

structure

链状结构Chain

structure

架状结构Framework

structure

滑石talc

叶蜡石pyrophyllite

高岭石kaolinite

石英quartz

长石feldspar

美橄榄石forsterite

各向同性的isotropic

各向异性的anisotropy

晶格lattice

晶格参数lattice

parameters

密勒指数miller

indices

非结晶的noncrystalline

多晶的polycrystalline

多晶形polymorphism

单晶single

crystal

晶胞unit

cell

电位electron

states(化合)价valence

电子electrons

共价键covalent

bonding

金属键metallic

bonding

离子键Ionic

bonding

极性分子polar

molecules

衍射角diffraction

angle

原子面密度atomic

planar

density

合金alloy

粒度,晶粒大小grain

size

显微结构microstructure

显微照相photomicrograph

透射电子显微镜transmission

electron

microscope

(TEM)

重量百分数weight

percent

扫描电子显微镜scanning

electron

microscope

(SEM)

四方的tetragonal

单斜的monoclinic

配位数coordination

number

材料科学基础专业词汇:第二章晶体结构缺陷

缺陷defect,imperfection

点缺陷point

defect

线缺陷line

defect,dislocation

面缺陷interface

defect

体缺陷volume

defect

位错排列dislocation

arrangement

位错线dislocation

line

刃位错edge

dislocation

螺位错screw

dislocation

混合位错mixed

dislocation

晶界grain

boundaries

大角度晶界high-angle

grain

boundaries

小角度晶界tilt

boundary,孪晶界twin

boundaries

位错气团dislocation

atmosphere

位错阵列dislocation

array

位错轴dislocation

axis

位错胞dislocation

cell

位错爬移dislocation

climb

位错聚结dislocation

coalescence

位错滑移dislocation

slip

位错核心能量dislocation

core

energy

位错阻尼dislocation

damping

位错密度dislocation

density

位错裂纹dislocation

crack

原子错位substitution

of

a

wrong

atom

间隙原子interstitial

atom

晶格空位vacant

lattice

sites

间隙位置interstitial

sites

杂质impurities

弗伦克尔缺陷Frenkel

disorder

错位原子misplaced

atoms

肖脱基缺陷Schottky

disorder

主晶相the

host

lattice

缔合中心Associated

Centers.

自由电子Free

Electrons

电子空穴Electron

Holes

伯格斯矢量Burgers

克罗各-明克符号Kroger

Vink

notation

中性原子neutral

atom

材料科学基础专业词汇:第二章晶体结构缺陷-固溶体

固溶体solid

solution

固溶度solid

solubility

化合物compound

间隙固溶体interstitial

solid

solution

置换固溶体substitutional

solid

solution

金属间化合物intermetallics

不混溶固溶体immiscible

solid

solution

转熔型固溶体peritectic

solid

solution

有序固溶体ordered

solid

solution

无序固溶体disordered

solid

solution

取代型固溶体Substitutional

solid

solutions

过饱和固溶体supersaturated

solid

solution

固溶强化solid

solution

strengthening

非化学计量化合物Nonstoichiometric

compound

材料科学基础专业词汇:第三章熔体结构

熔体结构structure

of

melt过冷液体supercooling

melt

玻璃态vitreous

state

软化温度softening

temperature

粘度viscosity

表面张力Surface

tension

介稳态过渡相metastable

phase

组织constitution

淬火quenching

退火的softened

玻璃分相phase

separation

in

glasses

体积收缩volume

shrinkage

材料科学基础专业词汇:第四章固体的表面与界面

表面surface

界面interface

异相界面heterophase

boundary晶界grain

boundary

同相界面homophase

boundary

表面能surface

energy

小角度晶界low

angle

grain

boundary

大角度晶界high

angle

grain

boundary

共格孪晶界coherent

twin

boundary

晶界迁移grain

boundary

migration

错配度mismatch

驰豫relaxation

重构reconstuction

表面吸附surface

adsorption

表面能surface

energy

倾转晶界titlt

grain

boundary

扭转晶界twist

grain

boundary

倒易密度reciprocal

density

共格界面coherent

boundary

半共格界面semi-coherent

boundary

非共格界面noncoherent

boundary

界面能interfacial

free

energy

应变能strain

energy

晶体学取向关系crystallographic

orientation

惯习面habit

plane

材料科学基础专业词汇:第五章相图

相图phase

diagrams

相phase

组分component

组元compoonent

投影图Projection

drawing

相律Phase

rule

浓度三角形Concentration

triangle

冷却曲线Cooling

curve

成分composition

自由度freedom

相平衡phase

equilibrium

化学势chemical

potential

热力学thermodynamics

相律phase

rule

吉布斯相律Gibbs

phase

rule

自由能free

energy吉布斯混合能Gibbs

energy

of

mixing

吉布斯函数Gibbs

function

吉布斯自由能Gibbs

free

energy

热力学函数thermodynamics

function

吉布斯熵Gibbs

entropy

热分析thermal

analysis

过冷度degree

of

supercooling

杠杆定律lever

rule

过冷supercooling

相界phase

boundary

相界线phase

boundary

line

相界交联phase

boundary

crosslinking

共轭线

conjugate

lines

相界有限交联phase

boundary

crosslinking

相界反应phase

boundary

reaction

相变phase

change

相组成phase

composition

共格相phase-coherent

金相相组织phase

constentuent

相衬phase

contrast

相衬显微镜phase

contrast

microscope

相衬显微术phase

contrast

microscopy

相分布phase

distribution

相平衡常数phase

equilibrium

constant

相平衡图phase

equilibrium

diagram

相变滞后phase

transition

lag

相分离phase

segregation

相序phase

order

相稳定性phase

stability

相态phase

state

相稳定区phase

stabile

range

相变温度phase

transition

temperature

相变压力phase

transition

pressure

同质多晶转变polymorphic

transformation

同素异晶转变allotropic

transformation

相平衡条件phase

equilibrium

conditions

显微结构microstructures

低共熔体eutectoid

不混溶性immiscibility

材料科学基础专业词汇:第六章扩散

活化能activation

energy

扩散通量

diffusion

flux

浓度梯度concentration

gradient

菲克第一定律Fick’s

first

law菲克第二定律Fick’s

second

law

相关因子correlation

factor

稳态扩散steady

state

diffusion

非稳态扩散nonsteady-state

diffusion

扩散系数diffusion

coefficient

跳动几率jump

frequency

填隙机制interstitalcy

mechanism

晶界扩散grain

boundary

diffusion

短路扩散short-circuit

diffusion

上坡扩散uphill

diffusion

下坡扩散Downhill

diffusion

互扩散系数Mutual

diffusion

渗碳剂carburizing

浓度梯度concentration

gradient

浓度分布曲线concentration

profile

扩散流量diffusion

flux

驱动力driving

force

间隙扩散interstitial

diffusion

自扩散self-diffusion

表面扩散surface

diffusion空位扩散vacancy

diffusion

扩散偶diffusion

couple

扩散方程diffusion

equation

扩散机理diffusion

mechanism

扩散特性diffusion

property

无规行走Random

walk

达肯方程Dark

equation

柯肯达尔效应Kirkendall

equation

本征热缺陷Intrinsic

thermal

defect

本征扩散系数Intrinsic

diffusion

coefficient

离子电导率Ion-conductivity

空位机制Vacancy

concentration

材料科学基础专业词汇:第七章相变

过冷supercooling

过冷度degree

of

supercooling

晶核nucleus

形核nucleation

形核功nucleation

energy

晶体长大crystal

growth

均匀形核homogeneous

nucleation

非均匀形核heterogeneous

nucleation

形核率nucleation

rate

长大速率growth

rate

奥氏体austenite

热力学函数thermodynamics

function

临界晶核critical

nucleus

临界晶核半径

critical

nucleus

radius

枝晶偏析

dendritic

segregation

平衡分配系数equilibrium

distributioncoefficient

引领（领先）相leading

phase

局部平衡localized

equilibrium

有效分配系数effective

distribution

coefficient

成分过冷constitutional

supercooling

共晶组织eutectic

structure

层状共晶体

lamellar

eutectic

伪共晶pseudoeutectic

离异共晶divorsed

eutectic

表面等轴晶区chill

zone

柱状晶区columnar

zone

中心等轴晶区equiaxed

crystal

zone

定向凝固unidirectional

solidification

急冷技术splatcooling

区域提纯zone

refining

单晶提拉法Czochralski

method

晶界形核boundary

nucleation

位错形核dislocation

nucleation

晶核长大nuclei

growth

斯宾那多分解spinodal

decomposition

有序无序转变disordered-order

transition

马氏体相变martensite

phase

transformation

马氏体martensite

均匀化热处理homogenization

heat

treatment

材料科学基础专业词汇:第八、九章固相反应和烧结

固相反应solid

state

reaction

烧结sintering

固溶处理solution

heat

treatment烧成fire

合金alloy

再结晶Recrystallization

共晶反应eutectic

reaction

二次再结晶Secondary

recrystallization

成核nucleation

铁碳合金iron-carbon

alloy

结晶crystallization

子晶，雏晶matted

crystal

铁素体ferrite

耔晶取向seed

orientation

异质核化heterogeneous

nucleation

渗碳体cementite

篇3：材料科学基础第十章

材料科学基础第十章 本文关键词：材料科学，第十章，基础

材料科学基础第十章 本文简介：第十章相图一、学习目的金属及其他工程材料的性能决定于其内部的组织、结构，金属材料的组织又由基本的相所组成。由一个相所组成的组织叫单相组织，两个或两个以上的相组成的叫两相或多相组织。材料中相的状态由其成分和所处温度来决定，它是研究组织的基础。相图就是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形，其所

材料科学基础第十章 本文内容：

第十章

相图

一、学习目的

金属及其他工程材料的性能决定于其内部的组织、结构，金属材料的组织又由基本的相所组成。由一个相所组成的组织叫单相组织，两个或两个以上的相组成的叫两相或多相组织。材料中相的状态由其成分和所处温度来决定，它是研究组织的基础。相图就是用来表示材料相的状态和温度及成分关系的综合图形，其所表示的相的状态是平衡状态，因而是在一定温度、成分条件下热力学最稳定、自由能最低的状态。利用相图可以制订材料生产和处理工艺，可以预测材料性能，可以进行材料生产过程中的故障分析，还可以利用相图推断不平衡态可能的组织变化趋势和特征。这对理解非平衡结构并研制、开发新材料有重要意义。总之相图知识的掌握和理解对于从事设计和控制热处理相关工艺的工程师而言具有重要的应用价值。

二、本章的主要内容

1、(a)

画简单的完全固溶相图和共晶相图的示意图。

(b)

在这些相图中标出不同相区区域。

(c)

标出液相线、固相线、固溶相线。

2、给定的二元相图中，已知合金的组成，所处温度，并假定合金处在平衡状态，确定：

(a)

存在的相；

(b)

平衡相的组成；

(c)

合金中平衡相的质量分数。

3、二元相图中

(a)

确定共晶，共析和包晶转变的温度和组成

(b)

写出加热或冷却时上述所有转变的反应式

4、已知组成在0.022

wt%

C

和2.14

wt%

C之间的Fe-C合金

(a)

指定合金是否为亚共析或过共析合金；

(b)

给出先共析相的名称；

(c)

计算先共析相和珠光体的质量分数；

(d)

画出温度刚好在共析温度之下时的显微组织的示意图

三、重要术语和概念

Austenite:

奥氏体

具有面心立方晶体结构的铁g-Fe，也是碳溶解于g-Fe所形成的间隙固溶体。

Cementite:

渗碳体

铁与碳形成的化合物Fe3C叫做渗碳体，它的含碳量为6.67%

Component:

组元

组成合金的化学组分(元素或化合物)，可用于确定其组成。

Congruent

transformation:

无成分变化转变

相同成分的不同相之间的转变。

Equilibrium

(Phase):

平衡(相)

是指体系的一种状态，在此状态下，在无限长的时间内，相的性质保持不变。平衡状态下自由能达到最小值。

Eutectic

structure:

共晶结构

具有共晶成分的液体凝固得到的两相显微结构(组织)

。

Eutectic

phase:

共晶相

共晶结构中存在的两相中的某一相。

Eutectic

reaction:

共晶反应

随着冷却过程，一个液相等温可逆地转变为两个紧密混合的新固相的反应。

Eutectoid

reaction:

共析反应

随着冷却过程，一个固相等温可逆地转变为两个紧密混合的新固相的反应。

Ferrite:

铁素体

具有体心立方晶体结构的铁a-Fe，同样碳溶于a-Fe中的间隙固溶体称为铁素体。

Free

energy:

自由能

一热力学量，它是体系的内能和熵(或无序度)的函数。在平衡态，自由能达到其最小值。

Gibbs

phase

rule:

吉布斯相律

多相平衡系统中，系统的自由度数、独立组分数、相数和对系统的平衡状态能够发生影响的外界因素之间的关系：F=C-P+n

Hypereutectoid

alloy:

过共析合金

可得到共析反应的合金体系，此合金中溶质的浓度大于共析成分。

Hypoeutectoid

alloy:

亚共析合金

可得到共析反应的合金体系，此合金中溶质的浓度小于共析成分。

Intermediate

solid

solution:

中间固溶体

非纯组分的一定成分范围的固溶体或相。

Intermetallic

compound:

金属间化合物

具有明确的化学式的两种金属间的化合物。在相图中，它以中间相出现，其存在的成分范围非常窄。

Invariant

point:

三相点

二元相图中三相平衡共存的点

Isomorphous:

同晶形

具有相同结构的物质。从相图的理解来讲，同构意味着具有相同的结构或者在所有成分范围内固态完全互溶。

Lever

rule:

杠杆规则

一种数学表达式，用来计算在两相平衡合金体系中的每一相的相对质量。

Liquidus

line:

液相线

在二元相图中，液相和液+固相之间的分界线。合金而言，此线上的液态温度是在平衡冷却条件下开始产生固相的温度。

Metastable:

亚稳

在非常长的时间内可持续存在的非平衡态。

Microconstituent:

微组元

显微组织的组成，它具有确定的特征结构。由一个以上的相组成，如珠光体。

Pearlite:

珠光体

由共析成分的奥氏体转变而得到的在一些钢和铸铁中出现的两相显微结构，是由a-铁素体和渗碳体交互形成的层状或片状组成。

Peritectic

reaction:

包晶反应

随着冷却过程，一固相和一液相等温可逆转变为具有不同组成的固相的反应。

Phase:

相

体系具有相同的物理和化学性质的均匀部分

Phase

diagram:

相图

用图形来描述相平衡系统的成分、外界条件(例：温度和压力)与相的状态，这种综合图形称为相图。

Primary

phase:

初晶相

除了共晶结构之外存在的相。

Proeutectoid

cementite:

先共析渗碳体

过共析钢中与珠光体共存的最初析出的渗碳体。

Proeutectoid

ferrite:

先共析铁素体

亚共析钢中与珠光体共存的最初析出的铁素体。

Solidus

line:

固相线

在相图中，连接平衡冷却条件下完成凝固或者平衡加热条件下开始熔化之点的轨迹线。

Solubility

limit:

溶解度

不形成新相的条件下，溶质可溶解在溶剂中的最大浓度。

Solvus

line:

固溶相线

在相图中描述固溶度与温度关系的点的轨迹线

System:

体系

有两种可能的含意：(1)所研究的对象既指定材料

(2)

由相同组元组成的一系列可存在的合金。

Terminal

solid

solution:

端部固溶体

成分范围处于二元相图中两端的固溶体。

Tie

line:

结线

二元相图中穿过两相平衡区的水平线；结线与相分界线之间的两个交点各描述在所讨论温度下相的平衡组成。

四、主要例题、习题的分析

10.11

A

1.5kg

specimen

of

a

90wt%

Pb-10wt%

Sn

alloy

is

heated

to

250°C,at

which

temperature

it

is

entirely

an

a-phase

solid

solution

(Figure

10.7).

The

alloy

is

to

be

melted

to

the

extent

that

50%

of

the

specimen

is

liquid,the

remainder

being

the

a-phase.

This

may

be

accomplished

either

by

heating

the

alloy

or

changing

its

composition

while

holding

the

temperature

constant.

(a)

To

what

temperature

must

the

specimen

be

heated?

The

Specimen

must

be

heated

to

295.84°C.

(b)

How

much

tin

must

be

added

to

the

1.5kg

specimen

at

250°C

to

achieve

this

state?

答：

(a)

样品必须加热到295.84°C

(b)

此时的组成应为23.7

wt%

Sn。设加入的Sn量为x

kg，

则应满足下列关系。

解此方程得：x=0.269kg

10.24

A

30

wt%

Sn-70

wt%

Pb

alloy

is

heated

to

a

temperature

within

the

a+liquid

phase

region.

If

the

mass

fraction

of

each

phase

is

0.5,estimate

(a)

the

temperature

of

the

alloy,and

(b)

the

compositions

of

the

two

phases.

答：(a)

根据Sn-Pb相图，组成为A

30

wt%

Sn-70

wt%

Pb的合金，平衡两相质量分数为0.5时的对应合金温度为225°C。

(b)

平衡两相中，a相的组成为16.4

wt%

Sn-83.6

wt%

Pb，液相的组成为43.6

wt%

Sn-56.4

wt%

Pb。

10.26由金属A和B元素构成的合金由富含A的a相和富含B的b平衡两相组成。在确定温度下，从下列的两相质量分数数据，确定a、b两相的组成。

合金成分

a

相分数

b

相分数

60wt%A-40wt%B

0.57

0.43

30wt%A-70wt%B

0.14

0.86

答：设a相的组成为x

wt%

B,b相的组成为y

wt%

B，则

当合金组成为60wt%A-40wt%B时，根据杠杆定律有：

0.57′(40-x)=0.43′(

y-40)

当合金组成为30wt%A-70wt%B时，同理有：

0.14′(70-x)=0.86′(

y-70)

联立方程得：x=10；y=80

即a相的组成为

90wt%A-10wt%B，

b相的组成为20wt%A-80wt%B。

10.27组成为55

wt%

B-45

wt%

A的A-B合金，在某一确定温度下，由质量分数为0.5的a、b两相组成。如果b相的组成为90

wt%

B-10

wt%

A，则a相的组成为多少？

答：质量分数为0.5，意味着Wa=Wb

设a相的组成为x

wt%

B,根据杠杆定律有：

(55-x)′

Wa

=(90-55)′

Wb

解得：x=20，即a相的组成为

20

wt%

B-80

wt%

A

10.51相和组织的区别是什么？

答：相是物理化学性质均匀的部分

组织表示的是材料的微观结构，它可以由一个相或若干相组成。

10.69

组成为5

wt%

C-95

wt%

Fe的Fe-C合金，以非常缓慢的速度冷却至下列温度：1175°C,1145°C,and

700°C时，给出显微结构的示意性草图。标出相，指出它们的组成（近似）

答：1175°C时：L

+

Fe3C；1145°C时：g

+

Fe3C；700°C时：a

+

Fe3C

示意草图（略）：

五、背景资料

虽然纯金属在人类生活和和生产中也获得了一定程度的应用，但它们的性能远不能满足多方面的要求。在工业中更广泛地被应用的是合金。

为了正确地对各种合金进行熔铸、锻压和热处理，必须了解它们的熔点和发生固态转变的温度，并研究它们的凝固过程和凝固后的组织。目前已测定出许多二元合金系的成分与其熔点及固态转变温度曲线，并分析了不同成分的合金在不同温度下的组织状态。合金相图就是以这些试验结果为基础而建立起来的。它是一种能够反映给定合金系中合金成分、温度与其组织状态之间关系的图形，是制订合金熔铸、锻压及热处理工艺规范的重要依据，也是分析合金组织的重要参考资料，具体应用可列举如下：

相图是材料科学的基础内容。在材料工程中有重要意义，可举出以下应用的有关方面。

(1)

研制、开发新材料，确定材料成分

根据研制合金工程应用的工况条件和性能要求，利用已有合金系的相图和相图与性能关系的知识，可选定合金系和确定合金成分。如对陶瓷材料，根据Al2O3-SiO2系统相图，可以找出铝硅质耐火材料的合适组成，根据CaO-

Al2O3-SiO2系统相图设计容易烧成的、性能优良的水熟料配方。

(2)

利用相图制订材料生产和处理工艺

一般金属材料主要的生产过程是熔炼、铸造获得铸锭或铸件，铸锭再经锻轧热变形生产出锻坏、锻件或型材，加工后的零、部件须进行热处理以改善性能；陶瓷材料和部分金属材料采用粉末冶金方法生产，压制成形，固态烧结。在材料的生产和处理中，熔炼和浇注温度、热变形温度范围、烧结温度、热处理类型以及工艺参数均可由该合金或陶瓷材料的相图作为依据来制订。

(3)

利用相图分析平衡态的组织和推断不平衡态可能的组织变化

根据相图可确定形成单相组织或两相组织，组织中相的分布和数量；不平衡状态下组织的可能变化趋势和特征。

(4)

利用相图与性能关系预测材料性能

相图与材料的力学性能、物理性能以及工艺性能都有一定关系，因而可根据材料的相图预测其有关性能。

(5)

利用相图与性能关系预测材料性能

如工件在热加工中出现的一些缺陷、废品，可根据某些杂质元素在相图中可能的反应予以分析和控制。

参考书目

1.

钱临照：晶体缺陷研究的历史回顾，《物理》,第9卷，第4期,1980。