材料科学基础习题库第章凝固

第三章 纯金属的凝固

(一) 填空题

1．金属结晶两个密切联系的基本过程是 和 2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为 ，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为 。 3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 4．铸锭和铸件的区别是 。

5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是 6．金属冷却时的结晶过程是一个 热过程。 7．液态金属的结构特点为 。

8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的 ，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的 ，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的 ，薄铸件的晶粒比厚铸件 。

9．过冷度是 。一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越 。 (二) 判断题

1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。

2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。 ( )

4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。( )

5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。 ( ) 6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。 ( )

7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。( ) 8．所有相变的基本过程都是形核和核长大的过程。( )

9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细( )

10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。( )

11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。( ) 12. 金属的理论结晶温度总是高于实际结晶温度。 ( ) 13.在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小(<20℃)，其主要原因是由于非均匀形核的结果。 ( )

14.过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。 ( )

15.在实际生产中，评定晶粒度方法是在放大100倍条件下，与标准晶粒度级别图作比较，级数越高，晶粒越细。 ( ) 16.在任何温度下，液态金属中出现的相起伏都是晶胚。（ ）

17.在过冷的液态金属中，凡是出现大于或等于临界晶核的晶胚都是晶核。（ ）

18.不论晶胚大小，凡是体积自由能的减少不能补偿表面自由能的增高，就是有足够高的形核功提供，也不能形核。（ ）

19.所谓临界晶核，就是形成晶胚时体积自由能的减少正好补偿三分之二表面自由能增加时的晶胚大小。（ ）

20.纯金属均匀形核时，形核率随过冷度的增加而增加。（ ）

21.实际金属凝固时，过冷度很小，这主要是由于非均匀形核的原因。（ ） 22.临界晶核半径主要取决于过冷度，过冷度越大，临界晶核半径越小。（ ） 23.非均匀形核功大小主要取决于过冷度，过冷度越大，临界形核功越小。（ ） 24.纯金属凝固时，要得到枝晶组织，界面前沿液体中的温度梯度必须是正的温度梯度.( )

25.在实际生产中，纯金属凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织。（ ） 26.实际金属凝固时过冷度越大，形核率越大。（ ）

27．液态金属结构与固态金属结构比较接近，而与气态金属相差较远。

28．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大、小，都能保证结晶过程得以进行。 29．当纯金属结晶时，形核率总是随着过冷度的增大而增加。 ( ) 30．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。 ( )

31．金属晶体各向异性的产生，与不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度相关。 ( )

32．金属的结晶过程分为两个阶段，即先形核，形核停止之后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。 (三) 选择题

1 液态金属结晶的基本过程是

A．边形核边长大 B．先形核后长大 C．自发形核和非自发形核 D．枝晶生长

2．液态金属结晶时， 越大，结晶后金属的晶粒越细小。

A．形核率N B．长大率G C．比值N／G D．比值G／N 3．过冷度越大，则

A．N增大、G减少，所以晶粒细小 B．N增大、G增大，所以晶粒细小 C N增大、G增大，所以晶粒粗大 D．N减少、G减少，所以晶粒细小

4．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将 。

A．越高 B 越低 C．越接近理论结晶温度 D．没有变化

5．若纯金属结晶过程处在液—固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度

A．更高 B．更低 C；相等 D．高低波动

6．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。在下列情况下将获得粗大晶粒 。 ·

A．N／G很大 B．N／C很小 C．N／G居中 D．N／G＝1 7．晶体中的晶界属于 。

A．点缺陷 且线缺陷 C面缺陷 0．体缺陷 8．材料的刚度与 有关。

A．弹性模量 B．屈服强度 C抗拉强度 D．延伸率

T3

9．纯金属结晶的冷却曲线中，由于结晶潜热而出现结晶平台现象。这个结晶平台对应的横坐标和纵坐标表示 。

A理论结晶温度和时间 B 时间和理论结晶温度

C自由能和温度 D．温度和自由能

10、形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的 _____。 A、1/3 B、2/3 C、3/4 11、金属结晶过程中（ ）：

a、临界晶核半径越大，形核越易；b、临界晶核形成功越大，形核越易； c、过冷度越大，形核越易； d、均质形核比非均质形核容易。

12、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为 _____。 A、肖脱基缺陷 B、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷

(四) 改错题

1．过冷度就实际结晶温度。

2．变质处理就是浇注时改变材料成分和质量的处理。 3．理论结晶温度低于金属的实际结晶温度。

4．凝固和结晶都是物质从液态变成固态的过程，所以凝固过程就是结晶过程。 5．冷却速度越大，理论结晶温度就越低。 (五) 问答题

1．试述结晶过程的一般规律，研究这些规律有何价值与实际意义? 2．什么叫过冷度?为什么金属结晶时必须过冷?

3．试从过冷度对金属结晶时基本过程的影响，分析细化晶粒，提高金属材料常温机械性能的措施。

4．为什么实际生产条件下，纯金属晶体常以树枝状方式进行长大?

5．为获得非晶态金属，经常将金属液滴到高速旋转的铜盘上，而玻璃则不需要采取这种措施，说明其原因。

6．当对液态金属进行变质处理时，变质剂的作用是什么? 7 晶粒大小对金属性能有何影响?如何细化晶粒? 8．在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小?

9．综述金属结晶的热力学条件、能量条件、结构条件和动力学条件。 10根据凝固理论，试述工业中细化晶粒的基本措施及其机理。 11简述纯金属枝晶的形成条件和长大过程。

12．阐述液态金属结构特点并说明它为什么接近固态而与气态相差较远? 13．如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小，为什么? ①金属模浇注与砂模浇注；②高温浇注与低温浇注； ③铸成薄件与铸成厚件；④浇注时振动与不振动。 (四)作图题

1．分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 2．细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？

3．液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热？ 4.比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。 6. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 7. 为什么在有过冷度下才能凝固？

8. 按经典形核理论，临界核心半径和临界核心形成功与过冷度有什么关系？为什么一般凝固过程很难获得较大的过冷度？

9. 非均匀形核与均匀形核的临界核心半径哪个大？为什么？ 10. 固相/液相间的界面的结构是怎样影响晶体长大机制的？ 11、为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？

12. 为什么纯金属小液滴结晶时过冷度较大？为什么铸件厚处比薄处晶粒较粗大？

13. 比较在相同结晶条件下均匀形核与非均匀形核的过冷度，指出出现这种差异的原因。

14. 试比较过冷度、动态过冷度及临界过冷度的区别。

15. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 16. 试分析单晶体形成的基本条件。

17. 简述纯金属晶体长大的机制及其与固/液界面微观结构的关系。 18. 今欲获得全部为细等轴晶粒的铸件，有哪些方法？并请说出各种方法的基本原理。

五．计算题

1. 已知铜的熔点为1083℃，结晶潜热为1.88×109J/m3，液固界面的界面能σ为0.144 J/m2。试计算铜在853℃凝固时（均匀形核）的临界晶核半径？并计算临界晶核中有多少个铜原子？

2. 如果纯镍凝固时的最大过冷度与其熔点（t＝1453℃）的比值为0.18，试求其

m

凝固驱动力。（ΔH＝-18075J/mol）

3． 形成单晶体的基本条件是使液体金属结晶时只产生一个核心(或只有一个核心能够长大)并长大成单晶体。

六． 综合题

1．若液态金属中形成一球形晶核，试证明临界晶核形成功△Gc与临界晶核体积

1Vc?GVVc的关系为△Gc=－2。

2．分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 3．细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？

4．液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热

5．简述铸锭三区的形成机理，采用什么方法可使柱状晶更发达？采用什么方法可使中心等轴晶更发达？ 6. 解释下列基本概念及术语