材基 1-5习题（印） - 图文

第三章 纯金属的凝固

1. 填空

1. 结构和能量。

2 表面，体积自由能 ,，。

3 晶核长大时固液界面的过冷度。 4 减少，越大，细小。 5. 快速冷却。

二、问答

1 解答： 凝固的基本过程为形核和长大，形核需要能量和结构条件，形核和长大需要过冷度。细化晶粒的基本途径可以通过加大过冷度，加入形核剂，振动或搅拌。

2 解答： 根据金属结晶过程的形核和长大理论以及铸锭的散热过程，可以得出通常铸锭组织的特点为最外层为细小等轴晶，靠内为柱状晶，最内层为粗大等轴晶。

3 解答： 液态金属结晶时，均匀形核时临界晶核半径rK与过冷度vT关系为

，

临界形核功vGK等于

。异质形核时固相质点可作为晶核长大，其临

界形核功较小，

θ为液相与非均匀形核核心的润湿角。

，

形核率与过冷度的关系为： ，其中N为形核率，C为常

数，ΔGA、ΔGk分别表示形核时原子扩散激活能和临界形核功。在通常工业凝固条件下形核率随过冷度增大而增大。

4 解答： 在金属凝固时，可以近似认为LM=vHm,根据均匀形核时临界晶核半径rK与过

冷度vT关系为

，可以计算得到r＝0.79×107cm＝0.79nm。

－

5： 解答： 过冷是指金属结晶时实际结晶温度Tn比理论结晶温度Tm低的现象。过冷度ΔT指Tm与Tn的差值。动态过冷度指晶核长大时的过冷度。金属形核和长大都需要过冷，过冷度增大通常使形核半径、形核功减少，形核过程容易，形核率增加，晶粒细化。

6 解答： 冷却速度极大影响金属凝固后的组织。冷却快一般过冷度大，使形核半径、

形核功减少，形核过程容易，形核率增加，晶粒细化，冷却非常快时可以得到非晶，在一般工业条件下快速冷却可以得到亚稳相。

7、 解答： 纯金属凝固时

润湿角θ＝0°，形核功为0，固相粒子促进形核效果最好；

润湿角θ＝180°，异质形核功等于均匀形核功，固相粒子对形核无促进作用；

润湿角0°<θ<180°，形核功比均匀形核的形核功小，θ越小，固相粒子促进形核效果越好。

杂质颗粒的晶体结构与晶核相同或相近时，促进形核效果好，当两者结构不相同时，一般对促进形核效果差或不促进形核。

杂质粒子的表面成凹形时，促进形核效果好，成平面状时次之，凸形时最差。

第四章 二元合金相图与合金凝固

一、填空 1. 成分

2. 光滑界面 ,粗糙界面

3. 垂直长大机制，二维平面长大, 依靠晶体缺陷长大 4 枝晶 ，均匀化退火 5 平直状 ， 树枝 。 6. _伪共晶_。

7 ， 1 。

8. 共晶 ， 熔晶 ， 偏析 ，包析 9 0.0218% ， 4.3% ； P 和 Fe3C ； FCC， 间隙 ， 间隙固溶体 ， BCC ， 2.11% ； 0.77 ， 珠光体 和 渗碳体 ； 4.3% ； P+F， P+Fe3C ， Ld ， A+ Fe3C ， P+Fe3C +Fe3CII ， 液相 ， A ， F ， 6.69 ， 硬、脆 ， P 。

2 问答

1 解答： 1）见图中标注。两相区由相邻的两个单相区所构成。水平线代表三相区，见3）中的恒温反应式。

2）稳定化合物为δ、ε，不稳定化合物为β、γ。

3）1455℃，L＋δ－ε，包晶反应； 1387℃，L－ε＋Ni，共晶反应； 1135℃，L＋δ－γ，包晶反应； 855℃，L＋γ－β，包晶反应； 640℃，L－Al＋β，共晶反应；

4）Ni 30%(重量)的合金在平衡冷却时的相变过程：L－γ；855℃，L＋γ－β，包晶反应；L－β；640℃，L－Al＋β，共晶反应；

室温下相组成为Al＋β，,β=1-Al%=71.4%。

室温下组织组成为β+(Al＋β)共晶，，，(Al＋β)共晶

=1-β%=28.6%。

5）含Ni89%（重量）的Ni-Al合金其平衡凝固时室温组织为Ni和Ni中析出的ε，非平衡凝固后会出现非平衡共晶组织，即为Ni和少量的1387℃反应生成的L－（ε＋Ni）共晶。 6）X合金平衡凝固完毕时的组织?初晶占80%，则(?+?)共晶＝20％，设此合金中Ni组元的

含量是X，,可以求得X＝0.01%。

7）1500e 时Al-Ni合金系的自由能—成分曲线示意图如图。

2 解答： 1）?相晶体结构与Cu的结构保持一致，为fcc结构；

2）共晶反应前的平衡分配系数；

3) Cu-13.47%Sn合金在正常条件下凝固后，由于固相平均成分线相对于固相线下移，在合金凝固过程中剩余少量液相出现非平衡结晶，发生包晶反应而出现少量?相。这些少量?相可以通过均匀化退火消除。

4）Cu-70%Sn合金平衡凝固过程为L－ε，L92.4+ε38.2—η59.0，L—η，L99.3—η60.9+（Sn），η－

共晶反应刚完毕时相组成物为η+（Sn），组织组成物为η+（η+Sn）共晶。

相组成物的相对含量为：

和组织组成物的相对含量：

＝23.7％。

5）合金在450℃时各相自由能---成分曲线示意图如图所示。

（η+Sn）共晶％＝1－η％