最新《材料熱力學(xué)與動力學(xué)》復(fù)習(xí)題

時間：2022-09-24 19:27:46 試題我要投稿

相關(guān)推薦

　　篇一：《材料熱力學(xué)與動力學(xué)》復(fù)習(xí)題

　　一、常壓時純Al的密度為= 2.7 g/cm3，熔點Tm = 660.28 C，熔化時體積增

　　加5%。用理查德規(guī)則和克勞修斯-克拉佩龍方程估計一下，當(dāng)壓力增加等1 GPa時其熔點大約是多少。

　　二、熱力學(xué)平衡包含哪些內(nèi)容，如何判斷熱力學(xué)平衡？

　　三、試比較理想熔體模型與規(guī)則熔體模型的異同點。

　　四、固溶體的亞規(guī)則溶體模型中，自由能表示為

　　Gmxi0GiRTxilnxiEGm

　　其中過剩自由能表示為

　　EGmxAxBLAB(xAxB)

　　實際測得某相中0LAB和1LAB，請分別給出組元A和B的化學(xué)位表達(dá)式

　　五、向Fe中加入形成元素會使區(qū)縮小，但無論加入什么元素也不能使兩相

　　區(qū)縮小到0.6 at%以內(nèi)，請說明原因。

　　六、今有Fe-18Cr-9Ni和Ni80-Cr20兩種合金，設(shè)其中含碳量為0.1wt%，求

　　T=1273C時碳在這兩種合金中活度。

　　七、假如白口鐵中含有3.96%C及2.2%Si，計算在900C時發(fā)生石墨化的驅(qū)動

　　力，以鑄鐵分別處于+滲碳體兩相狀態(tài)與+石墨兩相狀態(tài)時碳的活度差來表示此驅(qū)動力。由于Si

　　不進(jìn)入Fe3C中，所以有KSiCem/= 0。在Fe-C二元合金中，已知900C時+滲碳體兩相狀態(tài)碳的活度為二aC= 1.04；當(dāng)與石墨平衡時aC= 1。

　　八、通過相圖如何計算溶體的熱力學(xué)量如熔化熱、組元活度。

　　九、請說明相圖要滿足那些基本原理和規(guī)則。

　　十、請說明表面張力產(chǎn)生的原因？

　　十一、已知溫度為608 K時，Bi的表面張力為371 mJ/m2，Sn的表面張力為

　　560 mJ/m2，Bi的摩爾原子面積為6.95104 m2/mol，Sn的摩爾原子面積

　　為6.00104 m2/mol。試Bi-Sn二元合金的表面張力。

　　十二、以二元合金為例，分析析出相表面張力對相變的影響。

　　十三、請解釋鋼中淬火馬氏體低溫回火時為什么先析出亞穩(wěn)化合物而不是穩(wěn)

　　定的滲碳體(Fe3C)

　　十四、通過原子的熱運動，分析影響擴(kuò)散系數(shù)的因素。

　　十五、如何獲得柯肯-達(dá)爾定律

　　十六、在材料凝固過程中，所發(fā)生的液-固相變實際上是由形核與長大兩個過

　　程所組成，其中形核對所獲得的材料組織形貌更具影響。請說明均勻形核與不均勻形核的本質(zhì)差異以及在生產(chǎn)和科研中如何利用均勻形核和不均勻形核。

　　十七、從動力學(xué)角度，分析第二相顆粒粗化機(jī)理。

　　十八、分析片狀新相側(cè)向長大時，長大速度與時間的關(guān)系。

　　十九、分析球狀新相長大時，長大速度與時間的關(guān)系。

　　二十、在假定形核率和晶體長大速度不隨時間變化的前提下，請推導(dǎo)出發(fā)生相

　　變時，新相的體積分?jǐn)?shù)隨時間的變化關(guān)系（即約森-梅耳方程）。

　　篇二：《材料熱力學(xué)與動力學(xué)》復(fù)習(xí)題

　　一、常壓時純Al的密度為= 2.7 g/cm3，熔點Tm = 660.28 C，熔化時體積增

　　加5%。用理查德規(guī)則和克勞修斯-克拉佩龍方程估計一下，當(dāng)壓力增加等1 GPa時其熔點大約是多少。

　　二、熱力學(xué)平衡包含哪些內(nèi)容，如何判斷熱力學(xué)平衡？

　　三、試比較理想熔體模型與規(guī)則熔體模型的異同點。

　　四、固溶體的亞規(guī)則溶體模型中，自由能表示為

　　Gmxi0GiRTxilnxiEGm

　　其中過剩自由能表示為

　　EGmxAxBLAB(xAxB)

　　實際測得某相中0LAB和1LAB，請分別給出組元A和B的化學(xué)位表達(dá)式

　　五、向Fe中加入形成元素會使區(qū)縮小，但無論加入什么元素也不能使兩相

　　區(qū)縮小到0.6at%以內(nèi)，請說明原因。

　　六、今有Fe-18Cr-9Ni和Ni80-Cr20兩種合金，設(shè)其中含碳量為0.1wt%，求T=1273C時碳在這兩種合金中活度。

　　七、假如白口鐵中含有3.96%C及2.2%Si，計算在900C時發(fā)生石墨化的驅(qū)動

　　力，以鑄鐵分別處于+滲碳體兩相狀態(tài)與+石墨兩相狀態(tài)時碳的活度差來表示此驅(qū)動力。由于Si不進(jìn)入Fe3C中，所以有KSiCem/= 0。在Fe-C二元合金中，已知900C時+滲碳體兩相狀態(tài)碳的活度為二aC= 1.04；當(dāng)與石墨平衡時aC= 1。

　　八、通過相圖如何計算溶體的熱力學(xué)量如熔化熱、組元活度。

　　九、請說明相圖要滿足那些基本原理和規(guī)則。

　　十、已知溫度為608 K時，Bi的表面張力為371 mJ/m2，Sn的表面張力為560

　　mJ/m2，Bi的摩爾原子面積為6.95104 m2/mol，Sn的摩爾原子面積為6.00104 m2/mol。試Bi-Sn二元合金的表面張力。

　　十一、以二元合金為例，分析析出相表面張力對相變的影響。

　　十二、請解釋鋼中淬火馬氏體低溫回火時為什么先析出亞穩(wěn)化合物而不是穩(wěn)

　　定的滲碳體(Fe3C)

　　十三、通過原子的熱運動，分析影響擴(kuò)散系數(shù)的因素。

　　十四、從動力學(xué)角度，分析第二相顆粒粗化機(jī)理。

　　十五、分析片狀新相側(cè)向長大時，長大速度與時間的關(guān)系。

　　十六、分析球狀新相長大時，長大速度與時間的關(guān)系。

　　篇三：材料熱力學(xué)與動力學(xué)復(fù)習(xí)題答案

　　一、常壓時純Al的密度為ρ=2.7g/cm，熔點Tm=660.28℃，熔化時體積增加5%。用理查得規(guī)則和克-克方程估計一下，當(dāng)壓力增加1Gpa時其熔點大約是多少？解：由理查德規(guī)則

　　R HmRTmTm

　　…

　　由克-克方程dPH…

　　T V

　　溫度變化對ΔHm影響較小，可以忽略，

　　代入得

　　對積分

　　dPHR TmR Tm1dpdT…dTT VT VVT

　　R TmTmT1

　　T VTmT

　　TTR TmR T 整理 pR Tmln1

　　VVVTmTm

　　Al的摩爾體積 Vm=m/ρ=10cm=1×10m

　　Al體積增加 ΔV=5%Vm=0.05×10-5m3

　　p V1095107

　　T60.14K

　　R8.314

　　3-53

　　Tm’=Tm+T=660.28+273.15+60.14=993.57K

　　二、熱力學(xué)平衡包含哪些內(nèi)容，如何判斷熱力學(xué)平衡。

　　內(nèi)容：（1）熱平衡，體系的各部分溫度相等；（2）質(zhì)平衡：體系與環(huán)境所含有的質(zhì)量不變；（3）力平衡：體系各部分所受的力平衡，即在不考慮重力的前提下，體系內(nèi)部各處所受的壓力相等；（4）化學(xué)平衡：體系的組成不隨時間而改變。

　　熱力學(xué)平衡的判據(jù)：

　　（1）熵判據(jù)：由熵的定義知dSQ不可逆對于孤立體系，有Q0，因此有

　　可逆

　　dS0

　　不可逆

　　，由于可逆過程由無限多個平衡態(tài)組成，因此對于孤立體系有

　　可逆

　　dS0不可逆，對于封閉體系，可將體系和環(huán)境一并作為整個孤立體系來考慮熵的變化，即S總S體系S環(huán)境0自發(fā)

　　平衡

　　（2）自由能判據(jù) 若當(dāng)體系不作非體積功時，在等溫等容下，有

　　自發(fā)過程

　　dFT,V0平衡狀態(tài)

　　上式表明，體系在等溫等容不作非體積功時，任其自然，自發(fā)變化總是向自由能減小的方向

　　進(jìn)行，直至自由能減小到最低值，體系達(dá)到平衡為止。

　　（3）自由焓判據(jù) 若當(dāng)體系不作非體積功時，在等溫等壓下，有

　　dG0自發(fā)過程平衡狀態(tài)

　　所以體系在等溫等容不作非體積功時，任其自然，自發(fā)變化總是向自由能減小的方向進(jìn)行，直至自由能減小到最低值，體系達(dá)到平衡為止。

　　三、試比較理想熔體模型與規(guī)則熔體模型的異同點。

　　（1）理想熔體模型：在整個成分范圍內(nèi)每個組元都符合拉烏爾定律，這樣的溶體稱為理想溶體，其特征為混合熱為零，混合體積變化為零，混合熵不為零。從微觀上看，組元間粒子為相互獨立的，無相互作用。

　　（2）符合下列方程的溶體稱為規(guī)則溶體：（形成（混合）熱不為零，混合熵等于理想的混合熵）

　　2RTlnAxB

　　2RTlnBxA2lnAxB

　　2lnBxA其中，α’為常數(shù)，而α為(1/T)的函數(shù)，即α =α’/RT

　　相同點：混合熵相等。

　　不同點：（1）理想熔體模型混合熱為零，規(guī)則混合熱不為零；

　　（2）理想假設(shè)組元間粒子為相互獨立的，無相互作用，規(guī)則考慮粒子間的相互作用。四、固溶體的亞規(guī)則溶體模型中，自由能表示為

　　Gmxi0GiRTxilnxiEGm

　　其中過剩自由能表示為

　　GmxAxBLAB(xAxB)

　　實際測得某相中0LAB和1LAB，請分別給出組元A和B的化學(xué)位表達(dá)式。解：該模型有A，B兩相。

　　GmxA0GAxB0GBRT(xAlnxAxBlnxB)

　　過剩自由能表示為

　　GmxAxBLAB(xAxB)

　　代入Gm中 Gm=xAxB0LAB+xAxB1LAB（xA-xB）

　　GmxA0GAxB0GBRT(xAlnxAxBlnxB)

　　xAxB0LABxAxB1LAB（xA-xB）

　　GAGmxBmGBGmxmAB化學(xué)位 xAxB

　　解得：

　　A0GARTlnxAxB2LAB(3xAxB)LAB

　　0B0GBRTlnxBxA2LAB(xA3xB)LAB

　　五、向Fe中加入形成元素會使區(qū)縮小，但無論加入什么元素也不能使兩相區(qū)縮小到

　　0.6at%以內(nèi)，請說明原因。

　　解：當(dāng)

　　αγxB,xB1時

　　γα

　　xBxB

　　11αγαγ

　　0GA0GFe

　　RTRT

　　加入一種合金元素后，xB0，此時xB

　　1αγ

　　0GFe

　　在1400K（x

　　γ0αγ

　　B最大值點）時，GFe

　　xB有最小值71.7J此時≈0.6 at%

　　則：

　　71.7

　　100%

　　=0.6 at% 8.3141400

　　六、今有Fe-18Cr-9Ni和Ni80-Cr20兩種合金，設(shè)其中含碳量為0.1wt%，求T=1273C時碳在這兩種合金中活度。

　　解：對于Fe-20Cr-10Ni合金，由xi與yi的關(guān)系可得

　　0.00462C

　　y0.6922 3y0.0944 7yCr0.2133 0 Ni Fe

　　從表9-1查得 JCr = -100964J/mol，JNi= 46000J/mol而

　　[0GFeC0GFe0GC(12yC)IC]4611519.178T21701Jmol

　　IC2107911.555T35788 mol

　　fCexp[

　　10C0gr

　　(GFeC0GFeICvGC2yCICvJMyM)]1.58RT

　　afCxC0.007270.727% C因此在Fe-20Cr-10Ni合金

　　γNia0.465%

　　對于 Ni80-Cr20合金，有C

　　七、假如白口鐵中含有3.96%C及2.2%Si，計算在900C時發(fā)生石墨化的驅(qū)動力，以鑄鐵分別處于+滲碳體兩相狀態(tài)與+石墨兩相狀態(tài)時碳的活度差來表示此驅(qū)動力。由于Si

　　Cem/

　　不進(jìn)入Fe3C中，所以有KSi = 0。在Fe-C二元合金中，已知900C時+滲碳體兩相

　　二

　　狀態(tài)碳的活度為aC = 1.04；當(dāng)與石墨平衡時aC = 1。

　　解：要計算Fe-Si-C三元合金中石墨化驅(qū)動力，首先要求出三元合金中xC，uC，xSi和uSi四個參數(shù)。

　　alloyuC

　　xCxC3.96/12.011

　　0.188

　　1xCxFexSi94.04/55.852.0/28.09

　　alloy

　　uSi

　　xSixSi0.0406

　　1xCxFexSi94.04/55.852.0/28.09

　　假定γ中的碳含量與二元系中相同，根據(jù)Fe-C相圖，900℃與滲碳體相平衡時奧氏體碳含

　　量為1.23%。因此有

　　1.23/12.011

　　0.0579

　　98.77/55.85

　　Cem

　　滲碳體的分子式為Fe3C，因此xC

　　=0.25或uCCem=0.333，利用杠桿定律計算γ相的摩

　　爾分?jǐn)?shù)

　　0.3330.188

　　0.528

　　f0.472 0.3330.0579 Cem

　　alloy

　　uSif0fCemuSi

　　因為KSiCem/γ=0，由硅的質(zhì)量平衡可得

　　uSi0.0406/0.5280.0769

　　(aC)T

　　(aC)B

　　1KSiCemuC

　　0.279

　　aγC = 1.375

　　二元合金中石墨化驅(qū)動力為

　　Fe3CaCGr1.0410.04 aC

　　Gr1.37510.375 aFeCaC3C三元合金中石墨化驅(qū)動力為

　　八、通過相圖如何計算溶體的熱力學(xué)量如熔化熱、組元活度。解：熔化熱以Bi-Cd相圖為例計算

　　如含0.1摩爾分?jǐn)?shù)的Cd時，合金的熔點要降低T=22.8K，已知Bi的熔點為TA* = 43.5K，于是Bi的熔化熱0HBi可由以下方法計算得到：

　　GBiGBi

　　0Gs

　　s0GlRTlnalRTlnaBiBiBi saBils

　　RTlnl0GBi0GBi

　　aBi

　　lsGBi0GBi0GBi0HBiT0SBi

　　在純Bi的熔點溫度TBi*時，熔化自由能Δ0GBi = 0，于是由式（10-4）可得純Bi的熔化熵為

　　0SBi0HBiBi

　　0GBi0GBi0GBi0HBi(1TBi)

　　由于Bi-Cd為稀溶體，可近似取

　　sslll

　　aBixBi1aBix1xBiCd

　　ln(1xCd)xCd

　　0HBiR(TBi)xCd

　　于是得

　　將具體數(shù)據(jù)T=22.8K，TBi*=543.5K，R=8.314J/K*mol，xCdl =0.1 mol代入得

　　Δ0HBi = 10.77 kJ/mol

　　組元活度：

　　設(shè)已知相圖如圖所示。在溫度為T1時，a點組成的α相與b點組成的l相平衡共存，所以

　　αlAA

　　lRTlnal0αRTlnaαAAAA

　　αA

　　ααaAaA0GA

　　RTlnllnl

　　aA aART

　　0l0α0GAAA為A組分的摩爾熔化吉布斯自由能

　　當(dāng)固溶體α中A濃度xAα 接近1時，可近似假定A組元遵從拉烏爾定律，即用xAα代替aAα，0GAllnxαlnaAA

　　RT則

　　0H0GAA

　　0HA

　　Cp,AdTT

　　Cp,A

　　lsCCCp,Ap,Ap,A0

　　llnaA

　　αxA

　　[TT]0HAA

　　RTTA

　　llnaA

　　[TT]0HAA

　　RTTA

　　（當(dāng)固溶體α為極稀溶體，xAα→1）

【最新《材料熱力學(xué)與動力學(xué)》復(fù)習(xí)題】相關(guān)文章：

空氣動力學(xué)專家王勛年事跡材料08-31

最新中考材料作文05-09

工程熱力學(xué)知識點總結(jié)12-02

大學(xué)物理熱力學(xué)基礎(chǔ)總結(jié)06-07