材料科學基礎(chǔ)習題庫第章凝固

第三章純金屬的凝固(一)填空題1．金屬結(jié)晶兩個密切聯(lián)系的基本過程是

和

2在金屬學中，通常把金屬從液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為

，通常把金屬從一種結(jié)構(gòu)的固態(tài)向另一種結(jié)構(gòu)的固態(tài)的轉(zhuǎn)變稱為

。3．當對金屬液體進行變質(zhì)處理時，變質(zhì)劑的作用是

4．鑄錠和鑄件的區(qū)別是

。5．液態(tài)金屬結(jié)晶時，獲得細晶粒組織的主要方法是

6．金屬冷卻時的結(jié)晶過程是一個

熱過程。7．液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特點為

。8．如果其他條件相同，則金屬模澆注的鑄件晶粒比砂模澆注的

，高溫澆注的鑄件晶粒比低溫澆注的

，采用振動澆注的鑄件晶粒比不采用振動的

，薄鑄件的晶粒比厚鑄件

。9．過冷度是

。一般金屬結(jié)晶時，過冷度越大，則晶粒越

。(二)判斷題1凡是由液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶的過程都可分為兩個階段。即先形核，形核停止以后，便發(fā)生長大，使晶粒充滿整個容積。

2．凡是由液體凝固成固體的過程都是結(jié)晶過程。

3．近代研究表明：液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與固態(tài)金屬比較接近，而與氣態(tài)相差較遠。

(

)4．金屬由液態(tài)轉(zhuǎn)變成固態(tài)的過程，是由近程有序排列向遠程有序排列轉(zhuǎn)變的過程。(

)5．當純金屬結(jié)晶時，形核率隨過冷度的增加而不斷增加。

(

)6．在結(jié)晶過程中，當晶核成長時，晶核的長大速度隨過冷度的增大而增大，但當過冷度很大時，晶核的長大速度則很快減小。

(

)7．金屬結(jié)晶時，冷卻速度愈大，則其結(jié)晶后的晶粒愈細。(

)8．所有相變的基本過程都是形核和核長大的過程。(

)9．在其它條件相同時，金屬模澆注的鑄件晶粒比砂模澆注的鑄件晶粒更細(

)10．在其它條件相同時，高溫澆注的鑄件晶粒比低溫澆注的鑄件晶粒更細。(

)11．在其它條件相同時，鑄成薄件的晶粒比鑄成厚件的晶粒更細。(

)12.金屬的理論結(jié)晶溫度總是高于實際結(jié)晶溫度。

(

)13.在實際生產(chǎn)條件下，金屬凝固時的過冷度都很小(<20℃)，其主要原因是由于非均勻形核的結(jié)果。

(

)14.過冷是結(jié)晶的必要條件，無論過冷度大小，均能保證結(jié)晶過程得以進行。

(

)15.在實際生產(chǎn)中，評定晶粒度方法是在放大100倍條件下，與標準晶粒度級別圖作比較，級數(shù)越高，晶粒越細。

(

)

16.在任何溫度下，液態(tài)金屬中出現(xiàn)的相起伏都是晶胚。（）17.在過冷的液態(tài)金屬中，凡是出現(xiàn)大于或等于臨界晶核的晶胚都是晶核。（）18.不論晶胚大小，凡是體積自由能的減少不能補償表面自由能的增高，就是有足夠高的形核功提供，也不能形核。（）19.所謂臨界晶核，就是形成晶胚時體積自由能的減少正好補償三分之二表面自由能增加時的晶胚大小。（）20.純金屬均勻形核時，形核率隨過冷度的增加而增加。（）21.實際金屬凝固時，過冷度很小，這主要是由于非均勻形核的原因。（）22.臨界晶核半徑主要取決于過冷度，過冷度越大，臨界晶核半徑越小。（）23.非均勻形核功大小主要取決于過冷度，過冷度越大，臨界形核功越小。（）24.純金屬凝固時，要得到枝晶組織，界面前沿液體中的溫度梯度必須是正的溫度梯度.()25.在實際生產(chǎn)中，純金屬凝固后形成具有三個晶區(qū)的鑄錠組織。（）T3T327．液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)與固態(tài)金屬結(jié)構(gòu)比較接近，而與氣態(tài)金屬相差較遠。28．過冷是結(jié)晶的必要條件，無論過冷度大、小，都能保證結(jié)晶過程得以進行。29．當純金屬結(jié)晶時，形核率總是隨著過冷度的增大而增加。

(

)30．金屬面心立方晶格的致密度比體心立方晶格的致密度高。

(

)31．金屬晶體各向異性的產(chǎn)生，與不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度相關(guān)。

(

)32．金屬的結(jié)晶過程分為兩個階段，即先形核，形核停止之后，便發(fā)生長大，使晶粒充滿整個容積。(三)選擇題1液態(tài)金屬結(jié)晶的基本過程是

A．邊形核邊長大

B．先形核后長大

C．自發(fā)形核和非自發(fā)形核

D．枝晶生長2．液態(tài)金屬結(jié)晶時，

越大，結(jié)晶后金屬的晶粒越細小。

A．形核率N

B．長大率G

C．比值N／G

D．比值G／N3．過冷度越大，則

A．N增大、G減少，所以晶粒細小

B．N增大、G增大，所以晶粒細小

C

N增大、G增大，所以晶粒粗大

D．N減少、G減少，所以晶粒細小4．純金屬結(jié)晶時，冷卻速度越快，則實際結(jié)晶溫度將

。

A．越高

B越低

C．越接近理論結(jié)晶溫度

D．沒有變化5．若純金屬結(jié)晶過程處在液—固兩相平衡共存狀態(tài)下，此時的溫度將比理論結(jié)晶溫度

A．更高

B．更低

C；相等

D．高低波動6．在實際金屬結(jié)晶時，往往通過控制N／G比值來控制晶粒度。在下列情況下將獲得粗大晶粒

。

·A．N／G很大

B．N／C很小

C．N／G居中

D．N／G＝17．晶體中的晶界屬于

。

A．點缺陷

且線缺陷

C面缺陷

0．體缺陷8．材料的剛度與

有關(guān)。

A．彈性模量

B．屈服強度

C抗拉強度

D．延伸率9．純金屬結(jié)晶的冷卻曲線中，由于結(jié)晶潛熱而出現(xiàn)結(jié)晶平臺現(xiàn)象。這個結(jié)晶平臺對應(yīng)的橫坐標和縱坐標表示

。

A理論結(jié)晶溫度和時間

B時間和理論結(jié)晶溫度C自由能和溫度

D．溫度和自由能10、形成臨界晶核時體積自由能的減少只能補償表面能的_____。A、1/3B、2/3C、3/4

11、金屬結(jié)晶過程中（）：a、臨界晶核半徑越大，形核越易；b、臨界晶核形成功越大，形核越易；c、過冷度越大，形核越易；d、均質(zhì)形核比非均質(zhì)形核容易。12、在晶體中形成空位的同時又產(chǎn)生間隙原子，這樣的缺陷稱為_____。A、肖脫基缺陷B、弗蘭克爾缺陷C、線缺陷

(四)改錯題1．過冷度就實際結(jié)晶溫度。2．變質(zhì)處理就是澆注時改變材料成分和質(zhì)量的處理。3．理論結(jié)晶溫度低于金屬的實際結(jié)晶溫度。4．凝固和結(jié)晶都是物質(zhì)從液態(tài)變成固態(tài)的過程，所以凝固過程就是結(jié)晶過程。5．冷卻速度越大，理論結(jié)晶溫度就越低。(五)問答題1．試述結(jié)晶過程的一般規(guī)律，研究這些規(guī)律有何價值與實際意義?2．什么叫過冷度?為什么金屬結(jié)晶時必須過冷?3．試從過冷度對金屬結(jié)晶時基本過程的影響，分析細化晶粒，提高金屬材料常溫機械性能的措施。4．為什么實際生產(chǎn)條件下，純金屬晶體常以樹枝狀方式進行長大?5．為獲得非晶態(tài)金屬，經(jīng)常將金屬液滴到高速旋轉(zhuǎn)的銅盤上，而玻璃則不需要采取這種措施，說明其原因。6．當對液態(tài)金屬進行變質(zhì)處理時，變質(zhì)劑的作用是什么?7

晶粒大小對金屬性能有何影響?如何細化晶粒?8．在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大小?9．綜述金屬結(jié)晶的熱力學條件、能量條件、結(jié)構(gòu)條件和動力學條件。10根據(jù)凝固理論，試述工業(yè)中細化晶粒的基本措施及其機理。11簡述純金屬枝晶的形成條件和長大過程。12．闡述液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)特點并說明它為什么接近固態(tài)而與氣態(tài)相差較遠?13．如果其它條件相同，試比較下列鑄造條件下鑄件晶粒的大小，為什么?①金屬模澆注與砂模澆注；②高溫澆注與低溫澆注；③鑄成薄件與鑄成厚件；④澆注時振動與不振動。(四)作圖題1．分析純金屬生長形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。2．細化鑄件晶粒的途徑有那些？為什么？3．液態(tài)金屬結(jié)晶時需要過冷，那么固態(tài)金屬熔化時是否會出現(xiàn)過熱？4.比較說明過冷度、臨界過冷度、動態(tài)過冷度等概念的區(qū)別。6.什么叫臨界晶核？它的物理意義及與過冷度的定量關(guān)系如何？7.為什么在有過冷度下才能凝固？8.按經(jīng)典形核理論，臨界核心半徑和臨界核心形成功與過冷度有什么關(guān)系？為什么一般凝固過程很難獲得較大的過冷度？9.非均勻形核與均勻形核的臨界核心半徑哪個大？為什么？10.固相/液相間的界面的結(jié)構(gòu)是怎樣影響晶體長大機制的？11、為什么晶粒細化既能提高強度，也能改善塑性和韌性？12.為什么純金屬小液滴結(jié)晶時過冷度較大？為什么鑄件厚處比薄處晶粒較粗大？13.比較在相同結(jié)晶條件下均勻形核與非均勻形核的過冷度，指出出現(xiàn)這種差異的原因。14.試比較過冷度、動態(tài)過冷度及臨界過冷度的區(qū)別。15.什么叫臨界晶核？它的物理意義及與過冷度的定量關(guān)系如何？16.試分析單晶體形成的基本條件。17.簡述純金屬晶體長大的機制及其與固/液界面微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。18.今欲獲得全部為細等軸晶粒的鑄件，有哪些方法？并請說出各種方法的基本原理。五．計算題1.已知銅的熔點為1083℃，結(jié)晶潛熱為1.88×109J/m3，液固界面的界面能σ為0.144J/m2。試計算銅在853℃凝固時（均勻形核）的臨界晶核半徑？并計算臨界晶核中有多少個銅原子？2.如果純鎳凝固時的最大過冷度與其熔點（tm＝1453℃）的比值為0.18，試求其凝固驅(qū)動力。（ΔH＝-18075J/mol）3．形成單晶體的基本條件是使液體金屬結(jié)晶時只產(chǎn)生一個核心(或只有一個核心能夠長大)并長大成單晶體。六．綜合題1．若液態(tài)金屬中形成一球形晶核，試證明臨界晶核形成功△Gc與臨界晶核體積Vc的關(guān)系為△Gc=－。2．分析純金屬生長形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系。3．細化鑄件晶粒的途徑有那些？為什么？4．液態(tài)金屬結(jié)晶時需要過冷，那么固態(tài)金屬熔化時是否會出現(xiàn)過熱5．簡述鑄錠三區(qū)的形成機理，采用什么方法可使柱狀晶更發(fā)達？采用什么方法可使中心等軸晶更發(fā)達？6.解釋下列基本概念及術(shù)語結(jié)晶與凝固，非晶態(tài)金屬；

近程有序，遠程有序，結(jié)構(gòu)起伏，能量起伏；

過冷現(xiàn)象，過冷度，理論結(jié)晶溫度，實際結(jié)晶清晰度；

均勻形核，非均勻形核；

晶胚，晶核，臨界晶核，臨界形核功；

形核率，生長速率；光滑界面，粗糙界面；

溫度梯度，正溫度梯度，負溫度梯度；

平面狀長大，樹枝狀長大；

活性質(zhì)點，變質(zhì)處理，晶粒度；

細晶區(qū)，柱狀晶區(qū)，(粗)等軸晶區(qū)。7什么叫臨界晶核？它的物理意義及與過冷度的定量關(guān)系如何？8比較說明過冷度，臨界過冷度，動態(tài)過冷度等概念的區(qū)別。9試述結(jié)晶相變的熱力學條件，動力學條件，能量及結(jié)構(gòu)條件。10試證明：在同樣過冷度下均勻形核時，球形晶核較立方晶核更易形成。11分析純金屬生長形態(tài)與溫度梯度的關(guān)系？12在同樣的負溫度梯度下，為什么Pb結(jié)晶出樹枝狀晶，而Si的結(jié)晶界面卻是平整的13液態(tài)金屬凝固時都需要過冷，那么固態(tài)金屬熔化是否會出現(xiàn)過熱？為什么？14簡述晶體長大的機制。15試分析單晶體形成的基本條件。16鑄錠組織有何特點？17根據(jù)凝固理論，試述細化晶粒的基本途徑。18欲獲得金屬玻璃，為什么一般是選用液相線很陡，從而有較低共晶溫度的二元系19指出下列概念的錯誤之處，并更正。(1)所謂過冷度是指結(jié)晶時，在冷卻曲線上出現(xiàn)平臺的溫度與熔點之差；而動態(tài)過冷度是指結(jié)晶過程中，實際液相的溫度與熔點之差。

(2)金屬結(jié)晶時，原子從液相地序排列到固上有排列，使體系熵值減小，因此是一個自發(fā)過程。

(3)在任何溫度下，液態(tài)金屬中出現(xiàn)的最大結(jié)構(gòu)起伏都是晶胚。

(4)在任何溫度下，液相中出現(xiàn)的最大結(jié)構(gòu)起伏都是晶核。

(5)所謂臨界晶核，就是體系自由能的減少完全補償表面自由能的增加時的晶胚大小。

(6)在液態(tài)金屬中，凡是涌現(xiàn)出小于臨界晶核半徑的昌胚都是能成核，但是只要有足夠的能量起伏提供形核功，還是可以成核的。

(7)測定某純幫件結(jié)晶時的最大過，其實測值與用公式△T=0.2m計算值，基本一致。(8)某些鑄件結(jié)晶時，由于冷速較快，均勻形核率N1提高，非均勻形核率N2也提高，故總的形核率為N=N1+N2。

(9)若在過冷液體中，外加10000顆形核劑，則結(jié)晶后就可以形成10000顆晶粒。

(10)為了生產(chǎn)一批厚薄懸王樂泉的砂型鑄件，且要求均勻的晶粒度，則只要在工藝上采取加形核劑的辦法就可以滿足。

(11)非均勻形核比均勻形核容易，因為前者是以外加質(zhì)點為結(jié)晶核心，不像后者那樣形成界面，而引起自由能的增加。

(12)在研究某金屬細化晶粒工藝時，主要尋找那些熔點低、且與該金屬晶格常數(shù)相近的形核劑，其形核的催化效能最高。

(13)純金屬生長時，無論液/固界面呈粗糙型或光滑型，其液相原子者是一個一個地尚著固相面的垂直方面連接上去。

(14)無論溫度分布如何，常用線金屬生長都屬生長過生長都是呈樹枝狀界面。

(15)氯化銨飲和水深液與純金屬結(jié)晶終了時的組織形態(tài)一樣，前者呈樹枝晶，后者也呈樹枝晶。

(16)人們無法觀察到極純金屬的樹枝生長過程，所以關(guān)于樹枝狀的生長形太僅僅是一種揄。

(17)液態(tài)純金屬中加入形核劑，其生長形態(tài)總是呈樹枝狀。

(18)純金屬結(jié)晶時，若呈垂直方式生長，其界面時而光滑時而粗糙，交替生長。

(19)從宏觀上觀察，若液/固界面是平直的，稱為光滑界面結(jié)構(gòu)；若是呈金屬鋸齒形的，稱為粗糙界面結(jié)構(gòu)。

(20)純金屬結(jié)晶以樹枝狀形態(tài)生長，或以平面狀形態(tài)生長，與該金屬的熔化熵無關(guān)。(21)實際金屬結(jié)晶時，形核率隨著過冷度的增加而增加，超過某一極大值后，出現(xiàn)相反的變化。

(22)金屬結(jié)晶時，晶體長大年需要的動態(tài)過冷度有時還比形核所需要的臨界過冷度大。20.為什么在有過冷度下才能凝固？21.按經(jīng)典形核理論，臨界核心半徑和臨