1、第六章液態金屬結晶的基本原理 1、怎么從相變理論理解液態金屬結晶過程中的生核、成長機理? 答：相變理論：相變時必須具備熱力學和動力學條件。 金屬結晶屬一種相變過程： 熱力學條件即過冷度AT驅動力AGV 動力學條件：克服能障熱力學能障界面自由能一一形核 動力學能障一一激活自由能AGA長大 若在體系內大范圍進行，則需極大能量，所以靠起伏，先生核一一主要克服熱力學能障， 然后出現最小限度的過渡區界面”，此界面逐漸向液相內推移一一長大(主要克服動力學能障)c 2、試述均質生核與非均質生核之間的區別與聯系，并分別從臨界晶核曲率半徑、生核功兩 個方面闡述外來襯底的濕潤能力對臨界生核過冷度的影響。要滿足純金

2、屬非均質生核的熱力學要 求，液態金屬必須具備哪兩個基本條件？ 43432-3cosco4 但V均=一nr非=一兀rf(6)f(9)= 334 ,非均質生核所需體積小，即相起伏時的原子數少。 3. *16IpT.*,* (2)AG均=2r4G非=G均f(a) 3LT 兩種均需能量起伏克服生核功，但非均質生核能需較小。 (3)右圖看出TTAT非 即：對r*:日與*的影響. (4)生核功： (5)純金屬非均質生核的熱力學條件： 液態金屬需具備條件(1)液態金屬需過冷(2)襯底存在。 3、物質的熔點就是固、液兩相平衡存在的溫度、試從這個觀點出發闡述式(43)中r*與AT 之間關系的物理意義。 2；小0

3、 L：T 答：式43r均= 2-LC LGV 2二LCT。 當T=To時，兩相平衡; 當T(-lnAFKTi取決于A(處于過冷狀態，且相變驅動力克服此能 障) 動力學能障：，GA 5、從原子尺度看，決定周一液面微觀結構的條件是什么？各種界面結構與其生長機理和生長速度之間有何聯系？它們的生長表面和生長防線各有什么特點？ a2平整界面 動力學因素：連續生長一一粗糙界面結構一一非平衡時 丁卜1小：平整界面的生長平整界面結構 (2) 粗糙界面：連續生長R=ui3Tk CT 完整平整界面：二維生核R=U2e.Tk 非平整界面：螺旋生長，R=uJTk2答：(1)熱力學因素: a=KTV Tkt 連續生長

4、旋轉單晶， 反射單晶。 (3) 生長方向：粗糙界面：各向同性的非晶體單晶等，生長方向與熱流方向相平行， J平整界面：密排線相交后的棱角方向 生長表面:粗糙界面：因是各向同性，光滑的生長表面。 、平整界面：棱角分明的密排小品面， 6、 我們從什么尺度著眼討論單晶合金的結晶過程的？它與結晶的原子過程以及最后的晶粒組織之間存在什么聯系？ 答： (1)從宏觀尺度著眼討論單相合金的結晶過程，主要是與原子尺度”相區別的。 (2)與結晶的原子過程之間的關系： 不同的結晶方式：平面生長一胞狀生長一枝晶生長。 原子過程：小面生長和非小面生長。 任何一種生長方式都可以是小面生長或非小面生長 (3)與最后的晶粒組織

5、之間的聯系。 平面生長：單晶或無分支的柱狀晶組織。 胞狀生長：胞狀晶一一一簇為一些平行排列的亞結構。 柱狀枝晶生長：柱狀枝晶。 等軸枝晶生長(內生長)：等軸枝晶。 7、某二元合金相圖如圖所示。合金液成分為WB=40%,置于長瓷舟中并從左端開始凝固。溫度 梯度達到足以使周一液界面保持平面生長。假設周相無擴散，液相均勻混合。試求：(1)a相與液相之間的平衡分配系數k；(2)凝固后共晶體的數量占試棒長度的百分之幾？ (3)畫出凝固后的試棒中溶質B的濃度沿試棒長度的分布曲線，并注明各特征成分及其位置 * 解：(1)k0=1=0.5CL60 (2)根據公式 二共晶體占試棒長度的44.4% (3) _*_

6、._ CS=k0C0=0.540%=20% c_* T=500CCS=30% 8、假設上題合金成分為WB=10% (1)證明已凝固部分(fs)的平均成分CS為CS=CM(1fs：Nfs (2)當試棒凝固時，液體成分增高，而這又會降低液相線溫度。證明液相線溫度TL與fs之間關 系為TL=T+mC(1-fs)k0式中To為A的熔點，m為液相線傾率。 (3)在相圖上標出TL分別為750C、700C600c與500c下的周相平均成分。問試棒中將有百 分之幾按共晶凝固？ *k0.1 (2) TL=T0+mCL=T0+mCL=T0+mC0(1-fs) (3) 700 3 0.89 7.5 600 4.5

7、0.95 8.1 500 6 0.97 8.6 T=500C,fL=1-0.97=0.03=3%,3%按共晶結晶。 CL=C”C0fLM臚啜fL嚕10CL=60 9、周相無擴散，液相均勻混合。假設圖PQ線是CS(Tt時固相成分)與界面處固相成分CS的算數 平均值。試證：CS=C02-k0 證明：C0=C 2 10、何謂成分過冷判據？成分過冷的大小受哪些應訴的影響？它又是如何影響著晶體的生長方式和結晶狀態的？所有的生長方式都僅僅由成分過冷因素決定嗎？ 即：判據條件成立時，則存在成分過冷；反之，不會出現生分過冷(2)成分過冷的大小受以下因素影響 a、合金本身：COmkDL b、工藝因素：GLR (

8、3) 答：(1)Cs.fs+CLfL=C0 WB=10%CO=0.1 答：(1)成分過冷判據GL4M mCo1 DLk。 無成分過冷 小成分過冷 較寬成分過冷 寬成分過冷 方式 平面生長 胞狀生長 枝晶生長 等軸枝晶 狀態 單晶、柱狀晶 胞晶 柱狀枝晶 等軸晶 (4)不是所有的生長方式僅由成分過冷因素決定。 a、純金屬：無成分過冷。 b、過冷熔體的內生長，不一定存在成分過冷。 c、游離品的形成造成等軸晶生長。 11、已知在鑄錠和鑄件中R2.5乂10嗔，多數金屬在液相線溫度下DL&10JCm/s;|m|1o假設Ps=Pi,試分別求出下表中當Co=10%(質量分數，下同)、1%、0.01%以及ko

9、=0.4與0.1時的確保平面生長所必須的Gl值。考慮到鑄錠或鑄件中一般情況下Gl35/Cm,根據計算結果你能得出什么結論？ 10%(重量) 1%(重量) 0.01%(重量) 0.4 0.1 答.GI;mC0(1-k0)G之mC0(1k。R n.R-Dik01-Dik0 結論： k0容易平面生長 c0J容易平面生長 一般鑄造條件下很少平面生長。 12、共晶結晶中，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構與其共生區結構特點之間有何關系？它們對共晶合金的結晶方式有何影響？ 答： (1)共生生長的基本條件： a.共晶兩相應有相近的析出能力，原析出相 面的雙向核心 b.界面沿溶質原

10、子的橫向擴散能保證共晶兩相等速生長，使共生生長得以繼續進行。 (2)離異生長的基本條件 一相大量析出，而另一相尚未開始結晶時，形成晶相偏析型離異共晶組織。 在領先相得表面生核，從而便于形成具有共生界 合金成分偏離共晶點很遠，初品相長的很大，共晶成分的殘面液體很少，另一相得生核困難：偏離共晶成分，初晶相長的較大，另一相不易生核或 當領先相為另一相的暈圈”，被封閉時，形成領先相成球狀結構的離異共晶組織. (3)兩相周-液界面結構分為： 非小面一非小面共晶合金：共生區對稱； 非小面一小面共晶合金：非對稱共生區，偏向非金屬高熔點一側； (4)非小面-非小面：共面生長：層片狀，棒狀，碎片狀，特殊：離異 非小面-小面：可以共生生長，與以上不同：當生長界面在局部是不定的，固液界面參差不 齊，領先相的生長形態決定著共生兩相的結構形態。 產生封閉暈圈”時，離異生長方式。 13、小面-非小面共晶生長的最大特點是什么？它與變質處理之間的關系是什么？ 答：最大特點：小面相在共品生長中的各向異性行為決定了共晶兩相組織結構的基本特征。由于平 整界面本身存在著各種不同的生長機理，故這類共品合金比非小面-非小面共晶合金具有更復雜的組織形態變化。即使同一種合金在不同的條件下也能形成變種形態互異、性能懸殊的共生 共晶甚至共晶組織。 與變質處理間的關系： 變質處理主要改變領先相(小面相)的界面生