发布时间 : 星期日 文章西北工业课后答案西北工业大学 材料科学与工程 - 图文更新完毕开始阅读
过冷液体中，能够形成等于临界晶核半径的晶胚时的过冷度，称为临界过冷度(?T*)。显然，当实际过冷度?T?T*时，才能均匀形核。所以，临界过冷度是形核时所要求的。
晶核长大时，要求液—固界面前沿液体中有一定的过冷，才能满足(dN／dt)F>(dN／dt)M，这种过冷称为动态过冷度(?Tk＝Tm一Ti)，它是晶体长大的必要条件。
10．
纯金属生长形态是指晶体宏观长大时界面的形貌。界面形貌取决于界面前沿液体中的温度分布。
(1)平面状长大：当液体具有正温度梯度时，晶体以平直界面方式推移长大。此时，界面上任何偶然的、小的凸起
伸入液体时，都会使其过冷度减小，长大速率降低或停止长大，而被周围部分赶上，因而能保持平直界面的推移。长大中晶体沿平行温度梯度的方向生长，或沿散热的反方向生长，而其他方向的生长则受到抑制。
(2)树枝状长大：当液体具有负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的
过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升高，过冷度降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成，相互平行分布。在一次枝晶处的温度比枝晶间温度要高，如附图2．7(a)中所示的AA断面上丁A>丁n，这种负温度梯度使一次轴上又长出二次轴分枝，如附图2.7(b)所示。同样，还会产生多次分枝。枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热放出，使枝晶周围的液体温度升高至熔点以上，液体中出现正温度梯度，此时晶体长大依靠平界面方式推进，直至枝晶间隙全部被填满为止。
11．
根据自由能与晶胚半径的变化关系，可以知道半
径r
半径为“的晶胚称为临界晶核。其物理意义是，过冷液体中涌现出来的短程有序的原子团，当其尺寸r≥rk时，这样的原子团便可成为晶核而长大。
临界晶核半径rk，其大小与过冷度有关，则有
rk?2?Tm1Lm?T
12．
晶体长大机制是指晶体微观长大方式，它与液—固界面结构有关。
具有粗糙界面的物质，因界面上约有50％的原子位置空着，这些空位都可接受原子，故液体原子可以单个进入空位，与晶体相连接，界面沿其法线方向垂直推移，呈连续式长大。
具有光滑界面的晶体长大，不是单个原子的附着，而是以均匀形核的方式，在晶体学小平面界面上形成一个原子层厚的二维晶核与原界面间形成台阶，单个原子可以在台阶上填充，使二维晶核侧向长大，在该层填满后，则在新的界面上形成新的二维晶核，继续填满，如此反复进行。
若晶体的光滑界面存在有螺型位错的露头，则该界面成为螺旋面，并形成永不消失的台阶，原子附着到台阶上使晶体长大。
13．
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。
14．
(1)??在冷却曲线上出现的实际结晶温度与熔点之差??液-固界面前沿液态中的温度与熔点之差。
(2)??使体系自由能减小??
(3)在过冷液体中，液态金属中出现的??(4)在一定过冷度(>厶了’)下??
(5)??就是体系自由能的减少能够补偿2／3表面自由能??
(6)??不能成核，即便是有足够的能量起伏提供，还是不能成核。
(7)测定某纯金属均匀形核时的有效过冷度??(8)??那么总的形核率N＝N2。
(9)??则结晶后就可以形成数万颗晶粒。(10)??非均匀形核的形核功最小。
(11)??则只要在工艺上采取对厚处加快冷却(如加冷铁)就可以满足。
(12)??因为前者是以外加质点为基底，形核功小??(13)??主要寻找那些熔点高，且??
(14)??若液—固界面呈粗糙型，则其液相原子??(15)只有在负温度梯度条件下，常用纯金属??
(16)??结晶终了时的组织形态不同，前者呈树枝晶(枝间是水)，后者呈一个个(块状)晶粒。
(17)??生长过程，但可以通．过实验方法，如把正在结晶的金属剩余液体倒掉，或者整体淬火等进行观察，所以关于树枝状生长形态不是一种推理。(18)??其生长形态不会发生改变。(19)??其界面是粗糙型的。
(20)??平直的称为粗糙界面结构??锯齿形的称为平滑界面结构。
(21)??因还与液—固界面的结构有关，即与该金属的熔化熵有关。
(22)??增加，但因金属的过冷能力小，故不会超过某一极大值??(23)??动态过冷度比形核所需要的临界过冷度小。
1.在Al-Mg合金中，xMg=0.05，计算该合金中Mg的质量分数(wMg)(已知Mg的相对原子质量为24.31，Al为26.98)。 2．已知Al-Cu相图中，K＝0.16，m＝3.2。若铸件的凝固速率R＝3×10-4 cm/s，温度梯度G＝30℃/cm，扩散系数D＝3×10-5cm2/s，求能保持平面状界面生长的合金中WCu的极值。
mwC0Cu(1?K)GD?mwC0Cu(1?K)R????1?ln?KR?GK?
?Tmax3．证明固溶体合金凝固时，因成分过冷而产生的最大过冷度为：
D?mwC0Cu(1?K)R?ln??R?GDK?x?最大过冷度离液—固界面的距离为：
式中m —— 液相线斜率；wC0Cu —— 合金成分；
K —— 平衡分配系数；G —— 温度梯度；D —— 扩散系数；R —— 凝固速率。
?1?K?R??CL?wC0Cu?1?exp??x??K?D?? ?说明：液体中熔质分布曲线可表示为：
570℃L?0.235??(纯Mg)?Mg2Ni?0.546wNi4．Mg-Ni系的一个共晶反应为：wNi
设w1Ni＝C1为亚共晶合金，w2Ni=C2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的质量分数相等，但C1合金中的α总量为C2合金中α总量的2.5倍，试计算C1和C2的成分。 5．在图4—30所示相图中，请指出：
(1)水平线上反应的性质；
(2)各区域的组织组成物；
(3)分析合金I，II的冷却过程；
(4)合金工，II室温时组织组成物的相对量表达
式。
6．根据下列条件画出一个二元系相图，A和B的熔点分别是1000℃和700℃，含wB=0.25的合金正好在500℃完全凝固，它的平衡组织由73.3%的先共晶。和26.7%的(α+β)共晶组成。而wB＝0.50的合金在500℃时的组织由40%的先共晶α和60%的(α+β)共晶组成，并且此合金的α总量为50%
7．图4-31为Pb-Sb相图。若用铅锑合金制成的轴瓦，要求其组织为在共晶体基体上分布有相对量为5%的β(Sb)作为硬质点，试求该合金的成分及硬度(已知α(Pb)的硬度为3HB，β(Pb)的硬度为30HB)。
8．参见图4-32 Cu-Zn相图，图中有多少三相平衡，写出它们的反应式。分析含wZn=0.40的Cu-Zn合金平衡结晶过程中主要转变反应式及室温下相组成物与组织组成物。
9．计算含碳wC=0.04的铁碳合金按亚稳态冷却到室温后，组织中的珠光体、二次渗碳体和莱氏体的相对量；并计算组织组成物珠光体中渗碳体和铁素体、莱氏体中二次渗碳体、共晶渗碳体与共析渗碳体的相对量。 10．根据显微组织分析，一灰口铁内石墨的体积占12%，铁素体的体积占88%，试求Wc为多少(已知石墨的密度ρG＝2.2g/cm3，铁素体的密度ρα＝7.8g/cm3)。 11．汽车挡泥板应选用高碳钢还是低碳钢来制造? 12．当800℃时，
(1)Fe-0.002 C的钢内存在哪些相?
(2)写出这些相的成分；
(3)各相所占的分率是多少？
13．根据Fe-Fe3C相图（见图4-33），
(1)比较wC＝0.004的合金在铸态和平衡状态
下结晶过程和室温组织有何不同； (2)比较wc＝0.019的合金在慢冷和铸态下结
晶过程和室温组织的不同；
(3)说明不同成分区域铁碳合金的工艺性。
14．550℃时有一铝铜合金的固熔体，其成分为xC＝0.02。此合金先被淬火，然后重新加热到100℃以便析出θ。此θ(CuAl2：)相发展成许多很小的颗粒弥散分布于合金中，致使平均颗粒间距仅为5.0nm。 (1)请问1mm3合金内大约形成多少个颗粒?
(2)如果我们假设100℃时α中的含Cu量可认为是零，试推算每个9颗粒内有多少个铜原子(已知Al的原子半径为
0.143 nm)。