材料加工原理

1、 液態(tài)成型部分思考題：名詞解釋：1、 自發(fā)形核由游動的原子集團自己逐漸長大而形成晶核的過程，因此，也稱均質(zhì)生核。2、 非自發(fā)形核在外來質(zhì)點的表面上生核的過程，也稱為異質(zhì)生核。3、 氣孔金屬中的氣體含量超過其溶解度，或浸入的氣體不被溶解，則以分子狀態(tài)存在于金屬液中，若凝固前來不及排除，鑄件將產(chǎn)生氣孔。4、 非金屬夾雜物金屬在熔煉與鑄造過程中，與非金屬元素及外界物質(zhì)接觸發(fā)生相互作用而產(chǎn)生的各種化合物。5、 離異共晶共晶成分的剩余液體也可能不采取共生生長的方式結(jié)晶，而是兩相各自獨立生長，所得的組織中沒有共晶的特征。這種兩相不是以共同的界面生長的方式成為離異生長，所得的組織成為離異共晶。6、 帶狀偏析

2、當固液界面由于過冷遞減，固液界面向前推進受到溶質(zhì)偏析的阻礙時，由于界面前方的冷卻，從側(cè)壁上可能產(chǎn)生新的晶粒并繼續(xù)長大，從前方橫切溶質(zhì)濃化帶，形成帶狀偏析。7、 逆偏析鑄錠和鑄件凝固后，鑄錠的表面或底部含溶質(zhì)元素較多，而中心部分或上部分含溶質(zhì)較少。8、 殘余應(yīng)力當產(chǎn)生鑄造應(yīng)力的原因被消除以后，應(yīng)力仍然存在，這種應(yīng)力成為殘余應(yīng)力。9、 縮孔鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞，稱為縮孔。10、 縮松細小而分散的孔洞稱為分散性縮孔，簡稱縮松。11、 鑄造應(yīng)力鑄件在凝固以后在冷卻過程中，將繼續(xù)收縮。有些合金還會發(fā)生固態(tài)相變而引起收縮或膨脹，這些都使鑄件的體積

3、和長度發(fā)生變化。此時，如果這種變化受到阻礙，就會在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，稱為鑄造應(yīng)力。12、 粘度液體在層流運動的情況下，各液層見有摩擦阻力，稱為液體的內(nèi)摩擦，妨礙液體的流動，這種內(nèi)摩擦阻力是液態(tài)金屬的物理特性之一，稱為粘度。13、 表面張力表面張力系數(shù)，其意義是在液膜的單位長度上所受的繃緊力。14、 單相合金在凝固過程中只析出一個固相的合金。15、 多相合金在凝固過程中同時析出兩個以上相的合金。16、 鄰先相兩個共晶相得析出次序和生長速度是不相同的，就是說，在兩個相的生核和生長中必有一個相位先導(dǎo)。由于次相的析出，引起溶質(zhì)的富集而導(dǎo)致另一相的析出和生長，此相成為領(lǐng)先相。17、 溶質(zhì)再分配凝固時固相中

4、不能容納的b原子被排擠出來，富集在界面上的液體中，然后逐漸向液體內(nèi)部擴散均化。這種成分分離的現(xiàn)象稱為溶質(zhì)元素的再分配。18、 成分過冷由于溶質(zhì)原子在晶體長大過程中再分配所引起的過冷，稱為成分過冷。19、 平衡凝固凝固過程中的每個階段都達到平衡，即相變過程中有充分時間進行組元間的擴散，以達到平衡相的成分。問答題：1、 鑄造液態(tài)合金概貌是怎樣的？為什么說液態(tài)合金的結(jié)構(gòu)更接近于固態(tài)合金？ 體積只膨脹37，即原子間距平均只增大11.5熔化潛熱只占氣化潛熱的37 金屬由固態(tài)變成液態(tài)時，原子結(jié)合鍵只破壞一個很小的百分數(shù)，只不過它的熔化熵相對于固態(tài)時的熵值有較多的增加，表明液態(tài)中原子熱運動的混亂程度，與固態(tài)

5、相比有所增大。 比熱容，與固態(tài)相比雖然稍大一些，但具有相同的數(shù)量級。 液態(tài)金屬在結(jié)構(gòu)上更象固態(tài)而不是汽態(tài)，原子之間仍然具有很高的結(jié)合能。液態(tài)金屬是由游動的原子團構(gòu)成。液態(tài)金屬中的原子熱運動強烈，原子所具有的能量各不相同，且瞬息萬變，這種原子間能量的不均勻性，稱為能量起伏。 由于液態(tài)原子處于能量起伏之中，原子團是時聚時散，時大時小，此起彼伏的，稱為結(jié)構(gòu)起伏。對于多元素液態(tài)金屬而言，同一種元素在不同原子團中的分布量不同，也隨著原子的熱運動瞬息萬變，這種現(xiàn)象稱為成分起伏。2、 液態(tài)合金物理性質(zhì)包括哪些內(nèi)容？熔點和熔化熱沸點和蒸發(fā)熱液態(tài)金屬的熱膨脹及固態(tài)收縮導(dǎo)電性導(dǎo)熱性液態(tài)金屬中的擴張速度 3、 合金

6、液的粘度、表面張力對鑄件質(zhì)量有何影響？液態(tài)金屬中往往含有氣泡或其他非金屬夾雜物，如在金屬澆入鑄型或凝固以前，能排出留在鑄件內(nèi)，就會影響鑄件質(zhì)量。液體的粘度越大，雜質(zhì)半徑越小，液體與雜質(zhì)的密度差越小，雜質(zhì)沉浮速度越慢，留在鑄件的可能性越大。表面張力對薄壁鑄件，鑄件的細薄部分和棱角的形成有影響，型腔越細薄，棱角的曲率半徑越小，表面張力的影響力則越大。4、 分析不同合金的停流機理 (這題題目有問題！估計是圖丟了!)圖a為純金屬.、共晶成分合金和結(jié)晶溫度范圍很窄的合金停止流動機理示意圖，在金屬的過熱量未散失盡以前為純液態(tài)流動（圖a），為第一區(qū)。金屬液繼續(xù)流動，冷的前端在型壁上凝固結(jié)殼（圖b），而后的金

7、屬液是在被加熱了的溝道中流動，冷卻強度下降。由于液流通過區(qū)終點時，尚具有一定的過熱度，將已凝固的殼重新熔化，為第區(qū)，所以該區(qū)是先形成凝固殼，又被完全熔化。第區(qū)是未被完全熔化而保留下來的一部分固相區(qū)，在該區(qū)的終點金屬耗盡了過熱熱量。在第區(qū)里，液相和固相具有相同的溫度結(jié)晶溫度。由于在該區(qū)的起點處結(jié)晶開始較早，斷面上結(jié)晶完畢也較早，往往在它附近發(fā)生堵塞（圖c）。圖b為結(jié)晶溫度范圍很寬的合金的停止流動機理示意圖。在過熱熱量未散失盡以前，也以純液態(tài)流動。溫度下降到液相線以下時，液流中析出晶體，順流前進，并不斷長大。液流前端不斷與冷的型壁接觸，冷卻最快，晶粒數(shù)量最多，使金屬液的粘度增加，流速減慢。當晶粒達

8、到某一臨界數(shù)量時，便結(jié)成一個連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)。液流的壓力不能克服此網(wǎng)的阻力時，發(fā)生堵塞而停止流動。5、 如何提高充型能力1）金屬方面的措施 正確選擇合金的成分以及合理的熔煉工藝 2）鑄型方面的因素 提高鑄型的蓄熱系數(shù)、鑄型的溫度、鑄型中的氣體 3）澆注方面的因素 提高澆注溫度，提高充型壓頭，簡化澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4）鑄件結(jié)構(gòu)方面的因素 提高當量厚度，簡化鑄件的復(fù)雜程度6、 在鑄件凝固時，為什么應(yīng)重視斷面溫度梯度？在整個熱傳導(dǎo)過程中，鑄件斷面上的溫度分布實際上是均勻的，鑄型內(nèi)表面的溫度接近鑄件的溫度。由此可以推斷溫度梯度g并作為成分過冷判據(jù)。7、 鑄件的凝固方式?jīng)Q定于哪些因素？與鑄件的質(zhì)量有什么關(guān)系？鑄件

9、的凝固方式?jīng)Q定于合金的結(jié)晶溫度范圍與溫度梯度的比值確定的。<1 時，鑄件的凝固趨近于逐層凝固方式，>1時趨近于體積凝固方式。8、 自發(fā)形核與非自發(fā)形核機理自發(fā)形核：由游動的原子集團自己逐漸長大而形成晶核的過程，因此，也稱均質(zhì)生核。非自發(fā)形核：在外來質(zhì)點的表面上生核的過程，也稱為異質(zhì)生核。9、 何謂界面共格對應(yīng)原則？質(zhì)點表面（作為襯底）的原則排列規(guī)律和間距與新相相近，即符合相位尺寸對應(yīng)原則或更明確些可稱為界面共格對應(yīng)原則10、 晶體生長的本質(zhì)是什么？是液體中原子向晶體表面堆砌的過程，也是固液界面向液體中不斷推移的過程。11、 固液界面的結(jié)構(gòu)對晶體的生長方式和生長速度有什么關(guān)系？晶界的

10、結(jié)構(gòu)對原子的堆砌方式和堆砌速度有很大影響，從而影響著晶體的生長方式、生長速度和最終的形態(tài)。粗糙界面為連續(xù)生長。平整界面為二維形核或螺位錯生長、12、 解釋三種非平衡結(jié)晶組織：非共晶成分的合金結(jié)晶得到100%的共晶組織；共晶成分合金結(jié)晶得不到100%的共晶組織；離異共晶前兩者是因為偽共晶區(qū)的存在。共晶成分可能也不在此區(qū)內(nèi)。非共晶成分也有可能在此區(qū)內(nèi)。離異共晶：共晶成分的剩余液體也可能不采取共生生長的方式結(jié)晶，而是兩相各自獨立生長，所得的組織中沒有共生共晶的特征。這種兩相不是以共同的界面生長的方式稱為離異生長，所得的組織稱為離異共晶。13、 液態(tài)金屬的流動對結(jié)晶間生哪些影響？1）頂部晶體的沉積2）

11、型壁上晶體的脫落3）枝晶分枝的熔斷脫落14、 何謂晶體增殖？它對鑄件宏觀組織有何影響？由于液體內(nèi)部溫度高和溫度起伏，脫落的晶體下沉或上浮的過程中可能產(chǎn)生晶體繁殖，即在低溫區(qū)生長而在高溫區(qū)熔化，甚至一個晶體會碎化成幾部分，然后在低溫時各自生長，好象晶體產(chǎn)生自我繁殖。它大大增大了液體中的有效晶核，促進等軸晶的獲得。使等軸晶都集中在下部，上部則為粗大柱狀晶。15、 為什么希望獲得細等軸晶？等軸晶的晶界長，雜質(zhì)和缺陷分布比較分散，且各晶粒的相位都不同，故性能的方向性小，比較穩(wěn)定，晶粒越細，其綜合性能越好，且抗疲勞性能也較高，所以，對于鑄件通常希望獲得細密的等軸晶組織。16、 溶質(zhì)再分配是如何引起的？討

12、論成分過冷判據(jù)對晶體生長方式的影響？由于固相的成分都小于c0，凝固時固相中不能容納的第二相原子被排擠出來，富集在界面上的液體中，然后逐漸向液體內(nèi)部擴散均化。當 時，界面前沿的溫度g梯度大于及等于 線在界面處的斜率，g與 線不相交，故界面前沿無成分過冷，即是平面生長，即界面穩(wěn)定性的條件。否則，界面前將出現(xiàn)成分過冷。17、 共晶結(jié)晶的領(lǐng)先相的特點。一共三類。1。獨立形核，自由生長， 球狀共晶團。2。 出生相的一部分 半輻射扇形 3. 有約束條件 比如單向（柱狀）共晶18、 偏析和非金屬夾雜物有什么不同？偏析是由于合金進行選擇結(jié)晶，晶體在成長過程，結(jié)晶速度大于元素的擴散速度的結(jié)果。非金屬夾雜物是金屬

13、液體與外界雜質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)物。19、 分析晶內(nèi)偏析和晶界偏析的形成機理，如何減少和去除這兩種偏析？實際鑄造條件下，所得的固溶體中，每一個晶粒內(nèi)的成分都是不均勻的，晶粒內(nèi)先結(jié)晶的部分和后結(jié)晶的部分的成分是不同的，這就是晶內(nèi)偏析。在成分過冷不大的情況下，固溶體合金在結(jié)晶時會出現(xiàn)一種胞狀結(jié)構(gòu)，當液相內(nèi)過冷度較大時，結(jié)晶時則呈現(xiàn)樹枝狀結(jié)構(gòu)，胞狀結(jié)構(gòu)由一系列平行的棒狀晶體所組成，沿凝固方向長大，呈六方斷面，六方斷面的晶界富集著溶質(zhì)元素，因此這種偏析也叫胞狀偏析。它屬于晶界偏析。預(yù)防和消除方法：細化晶粒，均勻化退火。20、 分析帶狀偏析和逆偏析的形成機理。如何減少和去除這兩種偏析？帶狀偏析：當液體金屬中的溶質(zhì)的

14、擴散速度低于固體生長速度時，在固液界面將產(chǎn)生溶質(zhì)偏析，固液界面的過冷下降，由于界面的低減，結(jié)晶在固液界面過冷低減較小部位優(yōu)先生長，此時由于固液界面的前方的過冷相對過大，優(yōu)先結(jié)晶的部位進而長成樹枝狀，溶質(zhì)濃化液將被樹枝狀的晶枝所捕捉，此時枝晶的成長將與鄰近的的枝晶連接在一起，結(jié)晶前沿的成長又會出現(xiàn)新的停滯，如此重復(fù)在鑄件斷面可能出現(xiàn)數(shù)條帶狀偏析。減少溶質(zhì)含量，采取孕育措施細化晶粒，提高合金的結(jié)晶速度。逆偏析：寬結(jié)晶區(qū)間的固溶體型合金在凝固時形成粗大的樹枝狀晶，枝晶相互交錯，枝晶間富集著低熔點的溶質(zhì)，當鑄件產(chǎn)生體收縮，低熔點溶質(zhì)將沿著樹枝狀晶間向外移動，如果液態(tài)合金中溶解有較高的氣體，在凝固時將助

15、長逆偏析的形成?？捎猛嘶鹗钩煞志鶆蚧?1、 鑄件中的氣孔和非金屬夾雜物對鑄件質(zhì)量產(chǎn)生怎樣的影響，是否都是有害的？13氣孔對鑄件質(zhì)量影響： 危害：有效工作斷面 b 應(yīng)力集中 裂紋 疏松 氣密性 耐蝕性非金屬夾雜物對鑄件質(zhì)量影響： 危害：連續(xù)性，均勻性破壞>機械性能 致密性耐蝕性能下降。具體影響決定于夾雜物的 成分、性能、形狀、大小、數(shù)量、分布。硬脆使金屬塑性和韌性下降 球形影響；針狀、尖角 影響（應(yīng)力集中，促使微裂紋形成） 低熔點雜質(zhì)分布于晶粒邊界使金屬具有紅脆性>熱裂（低熔點相） 好處：雜質(zhì)高熔點、細小顆粒非自發(fā)形核核心 細化組織 沉淀強化n化物彌散22、 析出性氣孔的形成條件？

16、液體金屬對氣體的溶解度隨溫度變化。溫度升高，溶解度變大。冷卻凝固，溫度降低，溶解度減小，使原子形成氣體析出。23、 鑄件中的非金屬夾雜物有哪些類型？影響其分布的主要因素是什么？1）內(nèi)生夾雜：熔化與凝固過程冶金反應(yīng)產(chǎn)物：脫o,p,s 產(chǎn)物、n2、o2、p溶解、偏析形成第二相 2）外來夾雜：熔雜耐火材料 、造型材料24、 合金的收縮和鑄件的收縮有什么不同？鑄造合金在不同階段的收縮性質(zhì)是不同的，而且對鑄件質(zhì)量也有不同影響；鑄件收縮時受到一些外界阻力的影響。25、 鑄鐵和鑄鋼收縮特點是什么？都分為三個階段：液態(tài)收縮，凝固收縮，固態(tài)收縮。a鑄鋼：液態(tài)收縮澆注溫度確定后，提高鋼中的 含碳量鋼的液態(tài)收縮率增

17、加；鑄鋼的成分固定后，提高澆注溫度，液態(tài)收縮率增加。凝固收縮凝固 期間的體收縮包括狀態(tài)改變和溫度降低兩部分；固態(tài)收縮分為三個階段1）珠光體轉(zhuǎn)變前收縮，該階 段的收縮隨含碳量增加而減小2）共析轉(zhuǎn)變期的膨脹3）珠光體轉(zhuǎn)變后的收縮；碳鋼的總收縮隨鋼中 的含碳量的提高而增加。b鑄鐵：液態(tài)收縮凝固收縮固態(tài)收縮26、 縮孔和縮松的形成機理是什么？其形成受哪些條件的影響？液體金屬凝固時體積收縮，在得不到液態(tài)金屬的補充時：1）如果鑄件以柱狀晶方式逐層凝固，通過液態(tài)金屬的流動使收縮集中于鑄件最后凝固部位形成集中縮孔。2）以糊狀凝固方式，即同時存在已結(jié)晶樹枝狀晶體和未凝固液體，使液體流動困難，最后會出現(xiàn)分散小縮孔

18、。且糊狀區(qū)越寬，越疏松。受到凝固方式，成分，溫度梯度的影響。27、 為什么灰鑄鐵和球鐵何以不遵守同時凝固和順序凝固的原則？28、 熱裂和冷裂的形狀特點？形成條件？如何防止？熱裂:l 高溫下在金屬中產(chǎn)生的沿晶裂紋。根本原因是金屬高溫脆化。1）結(jié)晶（凝固）：凝固后期，液膜存在明顯樹枝狀突起 2）失塑:固態(tài)下高溫晶界脆化,無液膜存在應(yīng)力集中平坦的界面開裂3）液化：沿局部熔化的晶界開裂（加熱過程中） 4）多邊化：近結(jié)晶前沿的固相，由于位錯運動而致的多邊化 l 形成條件（凝固裂紋）：枝晶生長相連，形成封閉液膜，此時凝固收縮將晶間液膜拉開后無法彌補，故形成裂紋。脆性溫度區(qū)間，塑性變形能力，拉伸應(yīng)變率l 控

19、制三個決定因素：脆性溫度區(qū)間tb，塑性變形能力min，拉伸應(yīng)變率 a 合金元素： tb，注意實際溫度間隔（非平衡） b 晶間易熔物質(zhì)：形成晶間液膜，與數(shù)量有關(guān) c 一次結(jié)晶組織形態(tài)：結(jié)構(gòu)，晶粒大小、形態(tài)、方向 d 工藝：約束條件，冷速，溫度場分布冷裂：l 低溫脆化引起。在材料工作溫度區(qū)，故比熱裂更危險兩類： a 氫致裂紋：具有延遲性，又稱氫致延遲裂紋，延遲裂紋。-穿晶氫脆準解理斷口和沿晶斷裂。 b 與氫無關(guān)冷裂紋：僅與材料脆性有關(guān)。淬火裂紋冰糖狀l 氫致裂紋形成條件：氫脆（1）氫化物所致：氫的擴散聚集與析出脆性氫化物。（2）非氫化物：拉應(yīng)力，h，對氫脆敏感組織。含氫量、組織氫脆敏感性、應(yīng)力越大

20、，氫致裂紋傾向越大。l 防治：a.降低金屬中擴散氫含量：原材料、加工工藝、除h處理b.改善組織：選材，熱處理c.降低應(yīng)力：設(shè)計，退火29、 同時凝固和順序凝固的涵義是什么？它們各有什么優(yōu)缺點？30、 哪些原因造成鑄造應(yīng)力？哪些應(yīng)力可以形成殘余應(yīng)力？（1） 熱應(yīng)力：不均勻受熱或冷卻導(dǎo)致材料個部分膨脹收縮不一致所產(chǎn)生。 （2） 相變應(yīng)力：相變不同步產(chǎn)生的組織應(yīng)力（3） 內(nèi)應(yīng)力：塑性加工時材料各部分變形量不同造成（4） 機械阻礙引起的附加應(yīng)力。前三個應(yīng)力均能形成殘余應(yīng)力。危害：裂紋產(chǎn)生，性能，加工精度（變形）。31、 常用消除應(yīng)力的方法是什么？防止與消除：防止： 根除 各部分變形不受約束 工藝措施平

21、衡加熱、同步脹縮）工藝局限性 > 難免熱應(yīng)力減少：工藝上盡量減少加工過程中內(nèi)應(yīng)力，防裂紋（ 內(nèi)< b ）消除：加工后 退火 徹底 機械 降低應(yīng)力,調(diào)整分布32、 影響合金單向凝固的重要工藝參數(shù)是什么？ 它們是如何影響的？重要工藝參數(shù)：凝固過程中固液界面前沿液相中的溫度梯度gl固液界面向前推進速度，即晶體生長速率r。gl溫度梯度大小直接影響晶體生長速率和晶體質(zhì)量.gl大時有利于抑制成分過冷，從而提高晶體的質(zhì)量。但并非gl越大越好，特別是制備單晶時，熔體溫度過高，會導(dǎo)致液相劇烈揮發(fā)、分解和受到污染，從而影響晶體的質(zhì)量。r 大可提高工作效率，但是r過大會引起成分過冷，降低晶體質(zhì)量。33、

22、 什么是成分過冷？說明其產(chǎn)生所需的臨界條件。由液體中溶質(zhì)在分配及液體實際冷卻條件同時決定的過冷度。金凝固過程伴隨溶質(zhì)再分配液體成分變化液相線溫度變化成份過冷。就是那個公式。受工藝因素和材料性質(zhì)影響。34、 簡述液態(tài)金屬中氣孔與縮孔形成機理與形態(tài)差別。機理氣孔：氣泡在液體金屬中生核、長大、上浮，在上浮過程中受到阻礙保留在固態(tài)金屬中?？s孔：由液體金屬凝固時體積收縮造成。形態(tài)差別：氣孔比縮孔小的多。氣孔彌散在固態(tài)金屬中，而縮孔一般在集中在澆冒口。35、 對于初始成份為c0、長度為l的長棒進行區(qū)域熔煉提純，畫圖說明一次和二次區(qū)熔過程中，當熔區(qū)達中間某位置時長棒中的成份分布。圖自畫。二次區(qū)熔成分分布曲線

23、更陡，相同位置溶質(zhì)含量比一次區(qū)熔低。（材基p293）36、 畫圖分析層片狀規(guī)則共晶凝固界面前沿液相內(nèi)的成分、過冷度和曲率半徑的分布特征。這個大家自己看ppt吧37、 介紹一種你最熟悉的快速凝固方法，說明其工藝過程，討論其巧妙之處和局限性，提出你的改進方法。旋轉(zhuǎn)電極霧化法：將合金制成電極棒并使其高速旋轉(zhuǎn)，同時用電弧將其端部熔化，熔化液體在離心力作用下被高速拋出發(fā)生霧化。巧妙：利用相同的離心力，可得到直徑相同的均勻球形粉末，且純度高局限：生產(chǎn)效率低改進：盡量提高可以拋成液滴的高速旋轉(zhuǎn)容器表面積，例如用多孔網(wǎng)狀杯。38、 與具有晶體結(jié)構(gòu)的固態(tài)金屬相比，液態(tài)金屬的原子結(jié)構(gòu)或原子分布狀態(tài)有什么不同？液態(tài)

24、金屬結(jié)構(gòu)：短程有序，長程無序。由游動變化的原子團構(gòu)成，存在能量、結(jié)構(gòu)、成分（合金）起伏。原子分布狀態(tài)：原子無固定位置，其密度分布曲線是連續(xù)概率曲線。39、 液態(tài)金屬的粘度與溫度有怎樣的關(guān)系？在金屬熔點附近的溫度區(qū)間和遠高于熔點的溫度區(qū)間，溫度對粘度的影響有什么不同？當溫度不是很高情況下，指數(shù)項隨t變化而急劇變化。t增大，黏度減小。當溫度很高時，指數(shù)項趨向1，故黏度隨t近直線增張。一般情況下，溫度都在熔點附近。40、 利用表面張力平衡原理，寫出表面張力與潤濕角的關(guān)系式，并討論不潤濕和完全潤濕的表面張力條件。 楊氏方程式，潤濕角的值與各界面張力的相對值有關(guān)。1）sg>ls時， cos為正值，

25、即<90°稱為液體能潤濕固體。 =0°時，液體在固體表面鋪展成薄膜，稱為完全潤濕。2）sg<ls時，cos為負值，即>90°液體傾向于形成球狀，稱為液體不能潤濕固體。=180°為完全不潤濕。41、 某溶質(zhì)對某液態(tài)金屬是表面活性物質(zhì)，則在液態(tài)金屬的表面聚集的溶質(zhì)原子對液態(tài)金屬的表面張力產(chǎn)生怎樣的影響？減小表面張力42、 液態(tài)金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件是什么？結(jié)晶過程中金屬原子要達到一個穩(wěn)定的狀態(tài)，必須經(jīng)過一個自由能更高的中間過渡狀態(tài)，即相變勢壘。由于不能使系統(tǒng)的自由能過高，系統(tǒng)用起伏作用為相變提供了可能。在存在相變驅(qū)動力的前提下，液態(tài)金屬的結(jié)晶

26、需要通過起伏作用克服熱力學(xué)障礙和動力學(xué)障礙，并能過形核和生長方式而實現(xiàn)轉(zhuǎn)變43、 均勻形核與非均勻形核的差別是什么？均勻形核在均勻熔體中形核，在熔體各處概率相同，熱力學(xué)能障較大，所需的驅(qū)動力也較大。均勻形核是對純金屬而言的。非均勻形核在不均勻的熔體中依靠外來雜質(zhì)或型壁界面提供的襯底表面進行形核。發(fā)生在外來界面處，因此熱力學(xué)能障比較小，所需的驅(qū)動力也較小。實際液態(tài)金屬中的形核過程中一般是非均勻形核。44、 作為增加形核率的形核劑，對其特性有什么要求？（1）應(yīng)能保證結(jié)晶相在襯底物質(zhì)上形成盡可能小的潤濕角（2）形核劑應(yīng)在液態(tài)金屬中保持穩(wěn)定，并且具有最大的表面積和最佳期的表面特性。45、 晶體生長時，

27、固液界面有哪兩種典型結(jié)構(gòu)？各自有什么特征？（1）粗糙界面：界面固相一側(cè)的點陣位置只有50%左右為固相原子所占據(jù)，原子隨機散亂地分布在界面上。顯微尺度下，粗糙界面顯得比較平滑。（2）平整界面：固相表面點陣位置幾乎全部為固相原子，只剩下少量空位；或者在充滿固相原子的界面上存在有少數(shù)不穩(wěn)定的、孤立的固相原子，從而形成了一個總體上是平整光滑的界面。顯微尺度下，平整界面由小晶面組成。46、 合金凝固組織表征參數(shù)有哪些？47、 單向凝固的必要條件是什么？必須在固液界面前沿建立必要的溫度梯度48、 實現(xiàn)快速凝固的條件是什么？液固相變有極高的熱導(dǎo)出率49、 快速凝固制備薄膜材料有哪幾種方法？激冷法；錘砧式激冷

28、法；單輥法；雙輥法；溢流法50、 快速凝固組織有什么特點？液態(tài)合金形成過飽和固溶體；超細晶粒度晶粒尺寸減小，可以獲得微晶甚至納米晶；極少偏析或無偏析51、 常見的冶金缺陷有哪些？偏析；非金屬夾雜物；縮孔與縮松；氣孔；氫白點；熱裂紋；冷裂紋；應(yīng)力腐蝕裂紋52、 描述雜質(zhì)顆粒在液態(tài)金屬中運動的斯托克斯公式中，雜質(zhì)上浮速度的影響因素？雜質(zhì)和金屬之間的密度差；雜質(zhì)的顆粒半徑；液態(tài)金屬的粘度53、 分別描述兩種不同固液界面結(jié)構(gòu)晶體生長的方式。粗糙界面連續(xù)生長：原子占據(jù)了界面上50%的位置，形成臺階，從而液相原子能夠連續(xù)無序而等效地往上堆砌，進入臺階的原子由于受到較多固相近鄰原子的作用，比較穩(wěn)定，不易脫落

29、或彈回。于是界面連續(xù)均勻地垂直生長。粗糙界面的連續(xù)長大，淹沒了晶體的棱角，使晶體呈現(xiàn)了光滑的外表面。完整平整界面二維形核生長：依靠能量起伏使液態(tài)原子首先在界面上形成單原子厚度的二維晶核，然后利用其周圍臺階沿著界面橫向擴展，直到長滿一層，界面就向液相前進了一個晶面間距。此時，又必須利用職權(quán)二維形核產(chǎn)生新臺階，才能開始新一層的生長。界面的推移具有不連續(xù)性，有橫向生長的特點。54、 什么是溫度過冷？什么是成分過冷？各自對固液界面形態(tài)有什么影響？在純金屬凝固中，結(jié)晶溫度固定，因而其過冷狀態(tài)僅與界面前方的局部溫度分布有關(guān)。這種由熔體實際溫度分布所決定的過冷狀態(tài)稱為溫度過冷。對于一般單相合金，結(jié)晶過程中產(chǎn)

30、生溶質(zhì)再分配，過冷狀態(tài)由界面前方熔體的實際溫度和熔體液相線溫度共同決定。這種由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致的界面前方熔爐體成分及其凝固溫度發(fā)生變化而引起的過冷稱為成分過冷。55、 描述縮孔、氣孔形成的原因和區(qū)別。液態(tài)金屬凝固時體積收縮，若鑄件在凝固過程中得不到液體的補充，則必然會出現(xiàn)金屬不足，通過金屬流動使收縮集中到鑄件最后凝固的部位形成大的集中縮孔。氣孔形成有兩種類型：析出性氣孔和反應(yīng)性氣孔。析出性氣孔金屬的冷卻過程中，溶解度隨著溫度下降的下降而降低。當金屬冷卻到開始結(jié)晶時，溶解度發(fā)生大幅下降，析出氣泡，若氣泡的上浮速度小于金屬的凝固速度，則將生成氣孔。反應(yīng)性氣孔由液態(tài)金屬中的冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體。氣孔形成

31、后上浮受阻即保留于凝固金屬中，形成氣孔。56、 論述區(qū)熔定向凝固法提純合金的基本方法與原理。將金屬棒從一端向另一端順序的進行局部熔化，凝固的過程也隨之進行。重復(fù)幾次。熔化區(qū)域越短則提純的效果越好區(qū)域提純屬于正常凝固，由于k1，合金凝固時凝固區(qū)溶質(zhì)濃度小，將溶質(zhì)向液相排，當凝固結(jié)束，試樣起始凝固端純度提高。若將試樣全部熔化，則溶質(zhì)重新平均分布，故采用區(qū)域提純，多次重復(fù)，提純效果不斷提高。57、 論述常見的凝固組織，及形成的過程和條件。 表面細晶區(qū)：型壁附近熔體由于受到強烈的激冷作用而大量形核。這些晶核在過冷熔體中迅速生長并互相抑制，從而形成無方向性的表面化細等軸晶組織。除了非均勻形核以外，各種形

32、式的晶粒游離也是形成表面細晶粒區(qū)的晶核來源。柱狀晶區(qū)：柱關(guān)晶區(qū)開始于穩(wěn)定凝固殼層的產(chǎn)生，而結(jié)束于內(nèi)部等軸晶區(qū)的形成。穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成，處在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流作用下，便轉(zhuǎn)而以枝晶狀單向延伸生長，在逐漸淘汰掉取向不利的晶體過程中發(fā)展成柱狀晶組織。在這種擇優(yōu)生長中，離開型壁距離越遠，柱狀晶方向越集中，晶粒平均尺寸越大。內(nèi)部等軸晶：內(nèi)部等軸晶的形成是由于熔體內(nèi)部晶核自由生長的結(jié)果。關(guān)于等軸晶核的來源，有三種理論：過冷熔體直接形核；柱狀晶在凝固界面前方熔斷、游離、增殖導(dǎo)致形成；澆注期間和凝固初期的激冷晶游離。對于等軸晶區(qū)的形成過程，有以下看法：等軸晶核形成并長大到一定大小，形

33、成網(wǎng)絡(luò)以阻止柱狀晶區(qū)的生長；一部分游離晶沉淀和一部分游離晶被側(cè)面生長的柱狀晶前沿捕獲而形成。58、 根據(jù)粘度、界面張力、表面吸附和stokes公式等，綜合考慮液態(tài)金屬中固體夾雜的去除？而在金屬基復(fù)合材料的液相制備過程中又應(yīng)該采取那些措施？略59、 半徑為r的球形小顆粒在粘度為的液體中以速度v移動時受到的阻力為f=12rv, 說明這種小顆粒在液態(tài)金屬中發(fā)生上浮或下沉時對其速度的影響因素。 設(shè)雜質(zhì)的體積為q，液態(tài)金屬的密度為r1，雜質(zhì)的密度為r2，則雜質(zhì)受到液態(tài)金屬斥力p為：p=q. r1.g-q. r2.g,阻力為f=12rv，q. r1.g-q. r2.g=12rv, v=q(r1-r2)g/

34、12r,對于球形雜質(zhì)，v=r.r.g(r1-r2)/9故影響因素：液態(tài)金屬粘度，金屬與雜質(zhì)的密度差，雜質(zhì)尺寸60、 論述固相無擴散，液相分別是完全擴散和有限擴散無對流兩種情況下，凝固過程中溶質(zhì)原子再分配的特點、凝固終了溶質(zhì)原子濃度的分布狀態(tài)。 原子濃度的分布狀態(tài)。液相均勻擴散：固相凝固過程中不斷將溶質(zhì)排入熔體中，由于液相完全對流，排入的溶質(zhì)引起液相內(nèi)溶質(zhì)的平均濃度有所提高，使隨后的固相溶質(zhì)濃度高于已凝固固相。隨界面推進，固相成分不斷提高。凝固終了時固相中各部分成分不同，其整體平均成分是c0，但在每個時刻固相成分是，從c0，到c0=，c0，直到=為止。（公式見課本）液相有限擴散：由于界面上溶質(zhì)再

35、分配，固相排除的多余溶質(zhì)只通過擴散向液相中傳輸，在界面前的液相中開成了溶質(zhì)富集的邊界層，這個階段固相的溶質(zhì)的濃度不斷增大。當溶質(zhì)分配穩(wěn)定時（界面處固相排出的溶質(zhì)量等于溶質(zhì)原子在液相中的擴散量），固相成分達到c0。固相成分從初始k0c0起增長，到達穩(wěn)定階段的c0，在凝固終了階段由于溶質(zhì)濃度急劇增大，液相發(fā)生共晶反應(yīng)，固相濃度增大。整體平均濃度為c0。（公式見課本）61、 簡述為什么在鑄件凝固過程中降低澆注溫度是減少柱狀晶、獲得等軸晶的有效措施之一？ 1促使非均勻形核與晶粒游離的2游離晶在液態(tài)金屬內(nèi)部漂移過程中得以殘存而不致被熔化掉3對澆注裝置的振動，澆注溫度的影響是十分重要的。過高的澆注溫度不僅

36、不利于澆口杯中游離晶的形成，即使形成也可能在鑄型中被重熔，使振動不起作用。降低澆注溫度是減少柱狀晶獲得細等軸晶的有效措施之一（圖2.32），甚至在減少液體流動的情況下也能得到細等軸晶組織。但是過低的澆注溫度將降低液態(tài)金屬的流動性，導(dǎo)致澆注不足和夾雜等缺陷的產(chǎn)生，特別是對復(fù)雜的異形鑄件其危害性更大。因此降低澆注溫度的措施是有一定限度的。62、 闡述液態(tài)金屬的性質(zhì)及其影響因素？ 1）溫度液體的粘度在溫度不太高時，溫度升高，值下降。在溫度很高時，溫度升高，值增大2）化學(xué)成分難熔化合物的粘度較高，而熔點低的共晶成分合金其粘度低。對于共晶成分合金，粘度較非共晶成分低。3）非金屬夾雜物液態(tài)合金中呈固態(tài)的非

37、金屬夾雜物使液態(tài)合金的粘度增加，夾雜物愈多，對粘度的影響愈大。夾雜物的形態(tài)對粘度也有影響。表面張力和界面能溶質(zhì)（包括雜質(zhì)和附加物）對不同金屬表面張力的影響尤為顯著。表面活性物質(zhì)跑向表面會使表面能量降低，故它具有正吸附作用，溶質(zhì)在表面之濃度大于溶質(zhì)在內(nèi)部的濃度；而表面非活性物質(zhì)跑向內(nèi)部會使表面能量降低，故它具有負吸附作用，溶質(zhì)在表面之濃度小于溶質(zhì)在內(nèi)部的濃度。雜質(zhì)的沉浮速度粘度愈大則愈難沉浮，所以從使液態(tài)金屬得以凈化的觀點出發(fā)，希望愈小愈好。在實際生產(chǎn)中，可用提高溫度的辦法使下降。另外，雜質(zhì)尺寸r 對雜質(zhì)的沉浮凈化影響極大。63、 分析層片狀共晶固液界面前沿液相內(nèi)的成分分布及對層片間距的影響因素

38、。64、 推導(dǎo)液態(tài)金屬非均質(zhì)形核總自由能變化和臨界形核功？ 65、 分析固相無擴散、液相均勻混合時的溶質(zhì)再分配過程。 66、 液態(tài)金屬在鑄型中冷卻、凝固，其完全凝固所需的時間受哪些因素的影響？67、 隨顆粒尺寸的減小，金屬的熔點會下降，其原因是什么？這種效應(yīng)通常在什么尺寸量級才會明顯地表現(xiàn)出來。68、 在鑄件的澆注過程中，鑄型與液態(tài)金屬界面上的溫度與哪些因素有關(guān)？69、 晶體生長的微觀界面可分為光滑界面和粗糙界面兩類，請問決定晶體生長時微觀界面類別的主要因素是什么？當2 時，dgs /(nkt0 )在x=0.5 處具有最低值，即界面的平衡結(jié)構(gòu)應(yīng)有50%左右的點陣位置為固相原子所占據(jù)，因此粗糙界

39、面是穩(wěn)定的；當>2 時，dgs /(nkt0 )在x很小處及接近1 處各有一個最低值，即界面的平衡結(jié)構(gòu)或是只有少數(shù)點陣位置被占據(jù)，或是絕大部分位置被占據(jù)后而僅留下少量空位。因此，這時平整界面是穩(wěn)定的。越大，界面越平整。判據(jù)由兩項因子構(gòu)成：1） 0 l / kt ，它取決于系統(tǒng)兩相的熱力學(xué)性質(zhì)。在熔體結(jié)晶的情況下，可近似地由無量綱的熔化熵所決定。2）n /n ，稱界面取向因子。它與晶體結(jié)構(gòu)及界處的晶面取向有關(guān)，如面心立方晶體的111面為6/12；100面為4/12。對于絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)簡單的金屬晶體來說，n /n 0.5；對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的非金屬、亞金屬和某些化合物晶體來說，n /n 有可能大于0

40、.5，但在任何情況下均小于1。取向因子反映了晶體在結(jié)晶過程中的各向異性，低指數(shù)的密排面具有較高的n /n 值。液態(tài)成型理論基礎(chǔ)：1、 純金屬和實際合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)有何不同？舉例說明。純金屬沒有成分起伏，合金有成分起伏。2、 液態(tài)金屬的表面張力與界面張力有何不同？表面張力與附加壓力有何關(guān)系？廣義地說，表面張力應(yīng)稱為界面張力。固氣：表面張力3、 鋼液對鑄型不浸潤，=180，鑄型砂粒間的間隙為0.1cm，鋼液在1520時的表面張力=1.5n/m,密度液=7500kg/m3。求產(chǎn)生機械粘砂的臨界壓力；欲使鋼液不浸入鑄型而產(chǎn)生機械粘砂，所允許的壓頭h值是多少？4、 1600時,鐵水的m 等于1.3n/m，

41、渣的s 等于6.0x10-1n/m, sm 等于1n/m。如果鐵水含硫量很高時，m 等于0.6n/m,渣的s 等于0.5n/m, sm 等于0.1n/m。分析以上兩種狀態(tài)渣在鐵水上的鋪展性。5、 根據(jù)stokes公式計算鋼液中非金屬夾雜物mno的上浮速度，已知鋼液溫度為1500，=0.0049pa.s，液=7500kg/m3，mno=5400kg/m3，mno呈球形，其半徑r=0.1mm。6、 計算鋼液在澆注過程中的雷諾數(shù)re，并指出它屬于何種流體流動。已知澆道直徑為20mm，鐵液在澆道中的流速為8cm/s，運動粘度為0.30710-6m2/s。7、 已知660時鋁液的表面張力=0.86n/m

42、，求鋁液中形成半徑分別為1m和0.1m的球形氣泡各需多大的附加壓力？8、 液態(tài)合金的流動性與充型能力有何異同？如何提高液態(tài)金屬的充型能力？ 粘度的倒數(shù)叫流體的流動性。流動性是影響充型能力的因素之一。影響充型能力的因素有：合金的流動性、鑄型的蓄熱系數(shù)、鑄型溫度、鑄型中的氣體、澆注溫度、充型壓力、澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、鑄件的折算厚度、鑄件的復(fù)雜程度等。提高液態(tài)金屬的充型能力：1、適當提高溫度，增加流動性。2、由于附加壓力與管道半徑成反比，當r很小時將產(chǎn)生很大的附加壓力，對液態(tài)成形過程中的液態(tài)合金的充型性能和鑄件質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。選用與液態(tài)金屬潤濕的模具有利于充型。9、 何謂流變鑄造？用該種工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品

43、有何特點？ 把這種半固態(tài)金屬漿料直接鑄成錠或在壓力下制成鑄件，稱為流變鑄造。流變鑄造優(yōu)點：1、半固態(tài)金屬在壓鑄成型之前，已有50%的金屬釋放掉了結(jié)晶潛熱，降低了對壓鑄模具的熱浸蝕作用，提高了模具壽命，也使高熔點合金的壓鑄成為可能；2、半固態(tài)金屬在壓鑄時沒渦流現(xiàn)象，降低了鑄件產(chǎn)生疏松和氣孔傾向；3、半固態(tài)鋁合金可以加進高達40%的填料，用以制取復(fù)合材料等 。10、 闡述半固態(tài)金屬表觀粘度的影響因素。 1、由于枝晶網(wǎng)絡(luò)的形成，使半固態(tài)金屬具有可測的強度和高達1068pa·s數(shù)量級的粘度。2、料中固體組分所占比例較低時，粘度較低；隨著固體組分的增加，粘度逐漸增加，當固體組分達50%時，如果

44、停止攪拌，粘度可達106pa·s。這樣高粘度的半固態(tài)金屬，就像固體一樣可以搬運。3、當它被剪切時，其粘度迅速下降，仍能保持流動的特性，可象粘性液體一樣以極低的粘度進行成形加工。液態(tài)金屬的凝固形核及生長方式：1、 為什么過冷度是液態(tài)金屬凝固的驅(qū)動力？純金屬液、固兩相體積自由能gl和gs均隨溫度的升高而降低，且由于結(jié)構(gòu)高度紊亂的液相具有更高的熵值，其以更大的速率隨溫度的升高而下降，而高度有序的晶體結(jié)構(gòu)具有更低的內(nèi)能，低溫下其自由能小于液相自由能；當t=t0時有g(shù)l=gs，在t<t0下gl>gs，結(jié)晶才可能自發(fā)進行，這時兩相自由能的差值g就成為凝固的驅(qū)動力，而又有g(shù)l-s=gl

45、-gs=l- t0s=lt/t0，其中t為過冷度，對于給定的金屬，l與t0均為定值，故gl-s僅與t有關(guān)。因此，液態(tài)金屬凝固的驅(qū)動力是由過冷度提供的。2、 何謂熱力學(xué)能障和動力學(xué)能障？凝固過程是如何克服這兩個能障的？ 液態(tài)金屬結(jié)晶過程需克服兩種性質(zhì)不同的能量障礙，其中熱力學(xué)能障由被迫處于高自由能過渡態(tài)的界面原子產(chǎn)生，直接影響到系統(tǒng)自由能大小并影響形核過程；動力學(xué)能障由金屬原子穿越界面過程所引起，僅取決于界面結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，在晶體生長過程中有重要作用。凝固過程中，金屬原子在相變驅(qū)動力的驅(qū)使下，不斷借助于起伏作用來克服能量障礙。3、 假設(shè)液體金屬在凝固時形成的臨界核心是邊長為a*立方體形狀；（1） 求

46、均質(zhì)形核時的a*與g*的關(guān)系式。（2） 證明在相同過冷度下均質(zhì)形核時，球形晶核較立方形晶核更容易形成。 （1）臨界曲率半徑r=2/gv，球形核心臨界形核功g=16/3*(3/gv2) 立方體核心臨界形核功g=323/gv2 （2）由（1）可知立方體核心的臨界形核功約是球形的2倍。4、 假設(shè)h、s與溫度無關(guān)，試證明金屬在熔點上不可能凝固。gl-s=gl-gs=l- t0s=lt/t0，熔點時，過冷度為0，沒有驅(qū)動力，液態(tài)金屬不可能凝固。5、 已知ni的tm=1453，l=-1870j/mol，lc=2.25×10-5j/cm2，摩爾體積為6.6cm3，設(shè)最大過冷度為319，求g均*，r

47、均*。r=2/gv=2tm/lmt=2tmv/hmt6、 什么樣的界面才能成為異質(zhì)結(jié)晶核心的基底？對于固相的平面襯底而言，促進異質(zhì)形核的能力取決于結(jié)晶相和它之間的潤濕角的大小，一般情況下0°<<180°,0<f()=(2-3cos+cos3)/4<1,故v冠<v球，w非<w均，襯底都具有促進形核的作用，且越小，促進作用越強，根據(jù)cos=(ls-cs)/ lc，其中主要取決于cs大小，當襯底晶面與結(jié)晶某相晶面實現(xiàn)界面共格對應(yīng)時，cs將達最低，可以通過點陣錯配度來表示界面的形核能力，當<0.05完全共格，0.05<<0.25

48、部分共格，有促進形核能力，繼續(xù)增大形核能力將減弱；但對于非平面襯底的固相，其界面幾何尺寸對形核能力也有影響，凹界面形核能力最強，凸界面最弱。7、 闡述影響晶體生長的因素。 晶體生長主要受三個彼此相關(guān)的過程制約：界面生長動力學(xué)過程，傳熱過程和傳質(zhì)過程。界面生長動力學(xué)過程中對晶體生長的影響因素：溫度，只有當界面達到必須的動力學(xué)過冷度tk，晶體才能生長；界面處固相一側(cè)所具有的臺階數(shù)量和固相中原子結(jié)合鍵特性，使相變驅(qū)動力足以克服熱力學(xué)能障；固液兩相結(jié)構(gòu)上的差異以及液相原子向固相過渡的具體形式，影響動力學(xué)能障。因此，界面生長動力學(xué)過程將與過冷度，界面微觀結(jié)構(gòu)及晶體生長機理密切相關(guān)。8、 固-液界面結(jié)構(gòu)達

49、到穩(wěn)定的條件是什么？固液界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時須使體系滿足自由能最小，對應(yīng)于界面能最小，具體說來，當2時，表面層內(nèi)沉積50%個左右的原子時，固液界面能達最小值，即此時粗糙界面是穩(wěn)定的；當>2時，表面層內(nèi)只有少數(shù)點陣位置被占據(jù)或是絕大部分位置被占據(jù)后而僅留下少量空位，即此時平整界面是穩(wěn)定的。，9、 闡述粗糙界面與平整界面間的關(guān)系。 答：粗糙界面與平整界面均是相對于原子尺度而言，在顯微尺度下，粗糙界面由于其原子散亂分布的統(tǒng)計均勻性反而顯得比較平滑，而平整界面則由一些輪廓分明的小晶面所構(gòu)成；粗糙界面為2條件下的固液穩(wěn)定界面，而平整界面是>2時的穩(wěn)定界面，且越大，界面越平整；幾乎所有粗糙界面都是多

50、層結(jié)構(gòu)，其是一種各向同性的非晶體學(xué)晶面，界面性質(zhì)主要由熔化熵決定，平整界面具有雙層原子結(jié)構(gòu)，且其本身就是晶體的某一組特定晶面，具有明確的固液分界和鮮明的晶體學(xué)特性；粗糙界面的生長機理主要為連續(xù)生長機理，其動力學(xué)、熱力學(xué)能障小，有高的生長速度，而完整平整界面的生長機理為二維形核機理，能障較高，生長速度小，非完整平整晶面以從缺陷處生長為機理。單向合金與多相合金的凝固：1、 設(shè)相圖中液相線與固相線為直線，證明平衡分配系數(shù)為常數(shù)。解：對任意成分w0在任意溫度t下，固(s)，液(l)；兩相平衡時的成分分別為ws和wl,因為固/液相線均為直線，其斜率為常數(shù)，得出k0即等于二者斜率之比，也為常數(shù)。2、 分別

51、推導(dǎo)合金在平衡凝固和固相中無擴散、液相完全混合條件下凝固時，固-液界面處的液相溫度tl*與固相質(zhì)量分數(shù)fs的關(guān)系。近似將液相線看作直線，其斜率m為常數(shù)，平衡凝固條件下，tl=t0+mcs/k0固相無擴散、液相完全混合條件下cs= k0c0(1-fs) k0-1代入上式即可3、 al-cu相圖的主要參數(shù)為ce=33%cu，cs=5.65%cu，tm=660，te=548。用al-1%cu合金澆一細長圓棒，使其從左到右單向凝固，冷卻速度足以保持固-液界面為平界面，當固相無cu擴散，液相中cu充分混合時，求：(1) 凝固10%時，固-液界面的cs*和cl*。(2) 凝固完畢時，共晶體所占的比例。(3

52、) 畫出沿試棒長度方向cu的分布曲線圖，并標明各特征值。 （1）k0= cs/ce m=( tm- te)/ ce cs*= k0c0(1-fs) k0-1 （2）由正常凝固方程ws=w0k0(1-x/l)k0-1，共晶體所占比例為(1-x/l)（3）見教材p61圖2.10（d）4、 試述成分過冷與熱過冷的含義以及它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。答：由熔體實際溫度分布所決定的過冷狀態(tài)稱為熱過冷；由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致界面前方熔體成分及其凝固穩(wěn)定發(fā)生變化而引起的過冷稱為成分過冷。熱過冷與成分過冷之間的根本區(qū)別是前者僅受傳熱過程控制，而后者則同時受傳熱過程和傳質(zhì)過程制約，但其實在晶體生長過程中，界面前方的熱過冷只

53、不過是成分過冷在c0=0時的一個特例，兩者在本質(zhì)上是一致的。5、 何謂成分過冷判據(jù)？成分過冷的大小受哪些因素的影響？成分過冷對晶體的生長方式有何影響？答：成分過冷判據(jù)見教材p66式(2.41)成分過冷值及成分過冷區(qū)寬度既取決于凝固過程中的工藝條件gl與r，也與合金本身性質(zhì)c0，k0，m及dl有關(guān)，其中r、c0、m越大，gl、dl越小，k0偏離1越遠，則成分過冷值越大，過冷區(qū)越寬。無成分過冷時，界面以平面生長方式長大；隨成分過冷的出現(xiàn)及增大，界面生長方式將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榘麪钌L，然后過渡為枝晶生長；當成分過冷繼續(xù)增大，合金的宏觀結(jié)晶狀態(tài)將由柱狀枝晶的外生生長到等軸晶的內(nèi)生生長轉(zhuǎn)變。6、 影響枝晶間距

54、的主要因素是什么？枝晶間距與材質(zhì)的質(zhì)量有何關(guān)系？答: 決定枝晶間距的首要因素是gl與r，晶體某處液相溫度梯度越高，生長速度越快，則枝晶間距就越小。枝晶間距越小，組織就細密，分布于其間的元素偏析范圍就越小，鑄件越容易經(jīng)過熱處理而均勻化且顯微縮松和非金屬夾雜物也更加細小分散，越有利于提高性能。7、 共晶結(jié)晶中，滿足共生生長和離異生長的基本條件是什么？共晶兩相的固-液界面結(jié)構(gòu)與其共生區(qū)結(jié)構(gòu)特點之間有何聯(lián)系？它們對共晶合金的結(jié)晶方式有何影響？答：共生生長應(yīng)滿足兩個基本條件：其一是共晶兩相應(yīng)有相近的析出能力，并且后析出相易于在領(lǐng)先相得表面形核，從而形成具有共生界面的雙相核心；其二是界面前沿溶質(zhì)原子的橫向

55、擴散應(yīng)能保證共晶兩相的等速生長，使共生生長得以進行。離異生長的基本條件：合金成分偏離共晶點很遠，初生相長得較大，另一相難以形核，或因液體過冷度太大而使該相析出受阻會形成晶間偏析型離異共晶；合金兩相在形核能力和生長速度上差別過大，易形成球團狀離異共晶。8、 試述非小平面-非小平面共生共晶組織的形核機理和生長機理、組織特點和雷轉(zhuǎn)化條件。 答：形核： 共晶轉(zhuǎn)變開始時熔體首先通過獨立形核析出領(lǐng)先相固溶體，領(lǐng)先相表面一旦出現(xiàn)第二相則可通過一種彼此依附、交替生長的方式產(chǎn)生新的層片來構(gòu)成所需的共生界面，而不需要每個層片重新形核，即通過搭橋方式來完成形核過程。生長：在共生生長過程中，兩相各向其界面前沿排出另一

56、組元原子，并通過橫向擴散不斷排走界面前沿積累的溶質(zhì)，且又互相提供生長所需的組元，彼此合作、相互促進，并排快速向前生長。組織特點：由于兩相彼此合作的性質(zhì)，兩相將并排析出且垂直于固液界面長大，形成了兩相規(guī)則排列的層片狀、棒狀或介于兩者之間的條帶狀共生共晶組織。轉(zhuǎn)化條件：相間總界面能決定形成層片狀還是棒狀共生共晶組織，判據(jù)見教材p82；第三組元的存在，如果其在共晶兩相中的平衡分配系數(shù)相差較大，則層片狀共晶易轉(zhuǎn)化為棒狀共晶；在適當工藝條件下（如g小，r大時），配合一種k<<1的第三相組元，共生組織可能彎曲形成扇形結(jié)構(gòu)，當?shù)谌M元濃度繼續(xù)增大則可能導(dǎo)致共晶合金由外生生長向內(nèi)生生長轉(zhuǎn)變。9、 小平面-非小平面共晶生長的最大特點是什么？它與變質(zhì)處理原理之間有什么關(guān)系？答：由于結(jié)晶兩相在結(jié)晶特性上的巨大差異導(dǎo)致的復(fù)雜組織形態(tài)變化，小面生長的高熔點非金屬相作為領(lǐng)先相析出后，第二相的析出不能立即引起兩相交替搭橋生長，而是第二相以鑲邊的形式將領(lǐng)先相包圍起來形成暈圈狀的雙相結(jié)構(gòu)，并且領(lǐng)先相的生長機理及形態(tài)決定