吳國(guó)華《材料加工原理》復(fù)習(xí)題.doc

材料加工原理（液態(tài)成型部分）復(fù)習(xí)題：名詞解釋：1、 自發(fā)形核在不借助任何外來(lái)界面的均勻熔體中形核的過(guò)程。2、 非自發(fā)形核在不均勻熔體中，依靠外來(lái)雜質(zhì)界面或各種襯底形核的過(guò)程。3、 氣孔為梨形、圓形、橢圓形的孔洞，表面較光滑，一般不在鑄件表面露出，大孔獨(dú)立存在，小孔則成群出現(xiàn)。4、 非金屬夾雜物在煉鋼過(guò)程中，少量爐渣、耐火材料及冶煉中反應(yīng)產(chǎn)物可能進(jìn)入鋼液，形成非金屬夾雜物。5、 殘余應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)力原因消除后，鑄件中仍然存在的應(yīng)力。6、 充型能力液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、輪廓清晰的成型件的能力。7、 縮孔指鑄件在冷凝過(guò)程中收縮而產(chǎn)生的孔洞，形狀不規(guī)則，孔壁粗糙。8、 縮松鑄件斷面上出現(xiàn)的分散而細(xì)小的縮孔。9、 鑄造應(yīng)力鑄件在發(fā)生體積膨脹或收縮時(shí)，往往受到外界的約束或鑄件各部分之間的相互制約而不能自由地進(jìn)行，于是在變形的同時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力10、 單相合金凝固過(guò)程中只析出一個(gè)固相的合金 (固溶體,金屬間化合物,純金屬)11、 多相合金凝固過(guò)程中同時(shí)析出兩個(gè)以上新相的合金 （共晶、包晶、偏晶轉(zhuǎn)變的合金）12、 溶質(zhì)再分配合金在凝固時(shí)，隨著溫度不同，液固相成分發(fā)生改變，且由于固相成分與液相原始成分不同，排出溶質(zhì)在液-固界面前沿富集，并形成濃度梯度，從而造成溶質(zhì)在液、固兩相重新分布，這種現(xiàn)象稱之為“溶質(zhì)再分配”現(xiàn)象。13、 平衡凝固在接近平衡凝固溫度的低過(guò)冷度下進(jìn)行的凝固過(guò)程。14、 溶質(zhì)分配系數(shù)一定溫度下，處于平衡狀態(tài)時(shí)，組分在固定相中的濃度和在流動(dòng)相中的濃度之比15、 動(dòng)力學(xué)過(guò)冷度物體實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度的差。液態(tài)成型理論基礎(chǔ)：1、 純金屬和實(shí)際合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)有何不同？舉例說(shuō)明。答：（1）純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)是由原子集團(tuán)、游離原子、空穴或裂紋組成。原子集團(tuán)的空穴或裂紋內(nèi)分布著排列無(wú)規(guī)則的游離原子，這樣的結(jié)構(gòu)處于瞬息萬(wàn)變的狀態(tài)，液體內(nèi)部存在著能量起伏。實(shí)際的液態(tài)合金是由各種成分的原子集團(tuán)、游離原子、空穴、裂紋、雜質(zhì)氣泡組成的魚目混珠的“混濁”液體，也就是說(shuō)，實(shí)際的液態(tài)合金除了存在能量起伏外，還存在結(jié)構(gòu)起伏、成分起伏。（2）例如鋼液，在鋼液中主要為Fe，含有C、Si、S、P、Mn、O、H等元素。這些元素或以原子集團(tuán)存在，或以高熔點(diǎn)化合物如SiO、CaO、MnO等形式存在，共同構(gòu)成有較大成分起伏的鋼液主體以及雜質(zhì)、氣體和空穴等。2、 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)特征有哪些？液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)接近固態(tài)（近程有序），原子均不能自由運(yùn)動(dòng)。圍繞平衡位置振動(dòng)，但振動(dòng)的能量和頻率高很多（長(zhǎng)程無(wú)序）。原子間距接近固體。（熔化時(shí)，體積變化不大）熔化時(shí)，內(nèi)部原子結(jié)合鍵只有部分被破壞。（熔化時(shí)，焓變變化不大）熔點(diǎn)附近液體混亂度和固態(tài)差不多，但是比氣態(tài)小很多。（熔化時(shí)，熵變變化不大）3、 引起表面張力與界面張力的原因是什么？物體在表面上的質(zhì)點(diǎn)受力不均。界面：兩相交界面。 表面：液（固）與氣體交界面。4、 粘度的物理本質(zhì)什么？物理本質(zhì)：原子間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力。流體在層流動(dòng)下，液體中所有液層按平行方向運(yùn)動(dòng)。在層界面上的質(zhì)點(diǎn)相對(duì)另一層上的質(zhì)點(diǎn)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力。5、 液態(tài)金屬的表面張力與界面張力有何不同？表面張力與附加壓力有何關(guān)系？答：（1）液態(tài)金屬的表面張力是界面張力的一個(gè)特例。表面張力對(duì)應(yīng)于液氣的交界面，而界面張力對(duì)應(yīng)于固液、液氣、固固、固氣、液液、氣氣的交界面。（2）表面張力與附加壓力符合下列公式的關(guān)系：式中r1、r2分別為曲面的曲率半徑。附加壓力是因?yàn)橐好鎻澢笥杀砻鎻埩σ鸬摹?、 鋼液對(duì)鑄型不浸潤(rùn)，=180，鑄型砂粒間的間隙為0.1cm，鋼液在1520時(shí)的表面張力=1.5N/m,密度液=7500kg/m3。求產(chǎn)生機(jī)械粘砂的臨界壓力；欲使鋼液不浸入鑄型而產(chǎn)生機(jī)械粘砂，所允許的壓頭H值是多少？解：產(chǎn)生機(jī)械粘砂的臨界壓力： 顯然： 則 不產(chǎn)生機(jī)械粘砂所允許的壓頭為：7、 1600時(shí),鐵水的m 等于1.3N/m，渣的s 等于6.0x10-1N/m, sm 等于1N/m。如果鐵水含硫量很高時(shí)，m 等于0.6N/m,渣的s 等于0.5N/m, sm 等于0.1N/m。分析以上兩種狀態(tài)渣在鐵水上的鋪展性。m=sm+s*cos低硫含量時(shí)，1.3=1+0.6* cos1，cos1=0.5，1=60高硫含量時(shí)，0.6=0.1+0.5* cos2，cos2=1，2=0 含硫高的鐵水中渣的潤(rùn)濕角小，鋪展性好，不利于除渣。8、 根據(jù)Stokes公式計(jì)算鋼液中非金屬夾雜物MnO的上浮速度，已知鋼液溫度為1500，=0.0049Pa.s，液=7500kg/m3，MnO=5400kg/m3，MnO呈球形，其半徑r=0.1mm。解： 由Stokes公式，上浮速度為：式中：r為球形雜質(zhì)半徑，1為液態(tài)金屬密度，2為雜質(zhì)密度，為液態(tài)金屬粘度所以，上浮速度為：9、 計(jì)算鋼液在澆注過(guò)程中的雷諾數(shù)Re，并指出它屬于何種流體流動(dòng)。已知澆道直徑為20mm，鐵液在澆道中的流速為8cm/s，運(yùn)動(dòng)粘度為0.30710-6m2/s。10、 已知660時(shí)鋁液的表面張力=0.86N/m，求鋁液中形成半徑分別為1m和0.1m的球形氣泡各需多大的附加壓力？11、 液態(tài)合金的流動(dòng)性與充型能力有何異同？如何提高液態(tài)金屬的充型能力？答：（1）液態(tài)金屬的流動(dòng)性和沖型能力都是影響成形產(chǎn)品質(zhì)量的因素；不同點(diǎn)：流動(dòng)性是確定條件下的充型能力，是液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力，由液態(tài)合金的成分、溫度、雜質(zhì)含量決定，與外界因素?zé)o關(guān)。而充型能力首先取決于流動(dòng)性，同時(shí)又與鑄件結(jié)構(gòu)、澆注條件及鑄型等條件有關(guān)。（2）提高液態(tài)金屬的沖型能力的措施：1）金屬性質(zhì)方面：改善合金成分；結(jié)晶潛熱L要大；比熱、密度、導(dǎo)熱系大；粘度、表面張力大。2）鑄型性質(zhì)方面：蓄熱系數(shù)??；適當(dāng)提高鑄型溫度；提高透氣性。3）澆注條件方面：提高澆注溫度；提高澆注壓力。4）鑄件結(jié)構(gòu)方面：在保證質(zhì)量的前提下盡可能減小鑄件厚度；降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。12、 論液態(tài)金屬的停止流動(dòng)機(jī)理。13、 描述雜質(zhì)顆粒在液態(tài)金屬中運(yùn)動(dòng)的斯托克斯公式中，雜質(zhì)上浮速度的影響因素？14、 與具有晶體結(jié)構(gòu)的固態(tài)金屬相比，液態(tài)金屬的原子結(jié)構(gòu)或原子分布狀態(tài)有什么不同?15、 液態(tài)金屬的粘度與溫度有怎樣的關(guān)系？在金屬熔點(diǎn)附近的溫度區(qū)間和遠(yuǎn)高于熔點(diǎn)的溫度區(qū)間，溫度對(duì)粘度的影響有什么不同？16、 利用表面張力平衡原理，寫出表面張力與潤(rùn)濕角的關(guān)系式，并討論不潤(rùn)濕和完全潤(rùn)濕的表面張力條件。17、 某溶質(zhì)對(duì)某液態(tài)金屬是表面活性物質(zhì)，則在液態(tài)金屬的表面聚集的溶質(zhì)原子對(duì)液態(tài)金屬的表面張力產(chǎn)生怎樣的影響？減少表面張力。液態(tài)金屬的凝固形核及生長(zhǎng)方式：1、 為什么過(guò)冷度是液態(tài)金屬凝固的驅(qū)動(dòng)力？因?yàn)橹挥袑?shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度，才能滿足晶體結(jié)晶的熱力學(xué)條件，過(guò)冷度越大固液兩相的自由能相差更大，液態(tài)金屬結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力也更大，結(jié)晶速度也越快。2、 何謂熱力學(xué)能障和動(dòng)力學(xué)能障？凝固過(guò)程是如何克服這兩個(gè)能障的？熱力學(xué)能障由被迫處于高自由能過(guò)渡狀態(tài)下的界面原子所產(chǎn)生，能直接影響到體系自由能的大小，界面自由能即屬于這種情況。動(dòng)力學(xué)能障由金屬原子穿越界面過(guò)程所引起，原則上與驅(qū)動(dòng)力的大小無(wú)關(guān)而僅取決于界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，激活自由能即屬于這種情況。熱力學(xué)能障對(duì)生核過(guò)程影響很大，動(dòng)力學(xué)能障在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中則具有重要的作用。液態(tài)金屬凝固過(guò)程中必須克服熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)能障。液態(tài)金屬在成分、溫度、能量上是不均勻的，即存在成分、相結(jié)構(gòu)和能量三個(gè)起伏，也正是這三個(gè)起伏才能克服凝固過(guò)程中的熱力學(xué)能障和動(dòng)力學(xué)能障，使凝固過(guò)程不斷地進(jìn)行下去。3、 假設(shè)液體金屬在凝固時(shí)形成的臨界核心是邊長(zhǎng)為a*立方體形狀；（1） 求均質(zhì)形核時(shí)的a*與G*的關(guān)系式。（2） 證明在相同過(guò)冷度下均質(zhì)形核時(shí)，球形晶核較立方形晶核更容易形成。解：（1）對(duì)于立方形晶核：令：則有：，其臨界晶核尺寸為：，由此可得：，代入，則得方形晶核的臨界形核功G方*與邊長(zhǎng)a*的關(guān)系式為：（2）對(duì)于球形晶核：球形臨界晶核半徑：，則有：，所以：因此，球形晶核較立方形晶核更易形成。4、 假設(shè)H、S與溫度無(wú)關(guān)，試證明金屬在熔點(diǎn)上不可能凝固。5、 熔化熵與液固界面結(jié)構(gòu)有什么關(guān)系？=Sm/8.312,熔化熵小，粗糙表面。3熔化熵大，平整表面。6、 已知Ni的Tm=1453，L=-1870J/mol，LC=2.2510-5J/cm2，摩爾體積為6.6cm3，設(shè)最大過(guò)冷度為319，求G均*，r均*。解：7、 什么樣的界面才能成為異質(zhì)結(jié)晶核心的基底？從理論上來(lái)說(shuō)，如果界面與金屬液潤(rùn)濕，則這樣的界面就可以成為異質(zhì)形核的基底，否則就不行。但潤(rùn)濕角難于測(cè)定，可根據(jù)夾雜物的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)確定。當(dāng)界面兩側(cè)夾雜和晶核的原子排列方式相似，原子間距離相近，或在一定范圍內(nèi)成比例，就可以實(shí)現(xiàn)界面共格相應(yīng)。完全共格或部分共格的界面就可以成為異質(zhì)形核的基底，完全不共格的界面就不能成為異質(zhì)形核的基底。8、 固液界面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的晶體生長(zhǎng)方式和生長(zhǎng)速度如何？垂直生長(zhǎng)側(cè)向生長(zhǎng)9、 共晶兩相的的液固界面結(jié)構(gòu)對(duì)共晶生長(zhǎng)形態(tài)有什么影響？共生生長(zhǎng)：兩相彼此緊密相連，相互依賴生長(zhǎng)，兩相前方液體區(qū)域有溶質(zhì)運(yùn)動(dòng)。離異生長(zhǎng)：共晶兩相沒(méi)有共同的生長(zhǎng)界面，各自以不同速度獨(dú)立生長(zhǎng)。兩相析出時(shí)間和空間是分離的。分為“暈圈型”和“晶間偏析型”。10、 闡述影響晶體生長(zhǎng)的因素。溫度、粘度、結(jié)晶速度、雜質(zhì)、渦流11、 固-液界面結(jié)構(gòu)達(dá)到穩(wěn)定的條件是什么？固液界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定時(shí)須使體系滿足自由能最小，對(duì)應(yīng)于界面能最小，具體說(shuō)來(lái)，當(dāng)2 時(shí)，表面層內(nèi)沉積 50%個(gè)左右的原子時(shí)，固液界面能達(dá)最小值，即此時(shí)粗糙界面是穩(wěn)定的；當(dāng)3 時(shí)，表面層內(nèi)只有少數(shù)點(diǎn)陣位置被占據(jù)或是絕大部分位置被占據(jù)后而僅留下少量空位，即此時(shí)光滑界面是穩(wěn)定的。12、 闡述粗糙界面與平整界面間的關(guān)系。粗糙界面：固相一側(cè)的點(diǎn)陣位置只有約50%被固相原子所占據(jù)，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面結(jié)構(gòu)，也稱“非小平面”。光滑界面：界面固相一側(cè)的點(diǎn)陣位置幾乎全部為固相原子所占滿，只留下少數(shù)空位或臺(tái)階，從而形成整體上平整光滑的界面結(jié)構(gòu)。關(guān)系：原子尺度上的界面差別。13、 液態(tài)金屬結(jié)晶的熱力學(xué)條件是什么？結(jié)晶過(guò)程中金屬原子要達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，必須經(jīng)過(guò)一個(gè)自由能更高的中間過(guò)渡狀態(tài)，相變勢(shì)壘。由于不能使系統(tǒng)的自由能過(guò)高，系統(tǒng)用起伏作用為相變提供了可能。在存在相變驅(qū)動(dòng)力的前提下，液態(tài)金屬的結(jié)晶需要通過(guò)起伏作用克服熱力學(xué)障礙和動(dòng)力學(xué)障礙，并能過(guò)形核和生長(zhǎng)方式而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變。14、 均勻形核與非均勻形核的差別是什么？均勻形核在均勻熔體中形核，在熔體各處概率相同，熱力學(xué)能障較大，所需的驅(qū)動(dòng)力也較大。均勻形核是對(duì)純金屬而言的。非均勻形核在不均勻的熔體中依靠外來(lái)雜質(zhì)或型壁界面提供的襯底表面進(jìn)行形核。發(fā)生在外來(lái)界面處，因此熱力學(xué)能障比較小，所需的驅(qū)動(dòng)力也較小。實(shí)際液態(tài)金屬中的形核過(guò)程中一般是非均勻形核。單向合金與多相合金的凝固：1、 設(shè)相圖中液相線與固相線為直線，證明平衡分配系數(shù)為常數(shù)。2、 分別推導(dǎo)合金在平衡凝固和固相中無(wú)擴(kuò)散、液相完全混合條件下凝固時(shí)，固-液界面處的液相溫度TL*與固相質(zhì)量分?jǐn)?shù)fs的關(guān)系。固無(wú)擴(kuò)，液相混：cs*fs+cl*fl=c0, fs+fl=1, (cs-cl)dfs=fl*dcl得到cs=k0c0(1-fs)(k0-1)3、 分析溶質(zhì)在固相中無(wú)擴(kuò)散、液相中只有擴(kuò)散條件下的溶質(zhì)再分配過(guò)程。4、 Al-Cu相圖的主要參數(shù)為CE=33%Cu，Cs=5.65%Cu，Tm=660，TE=548。用Al-1%Cu合金澆一細(xì)長(zhǎng)圓棒，使其從左到右單向凝固，冷卻速度足以保持固-液界面為平界面，當(dāng)固相無(wú)Cu擴(kuò)散，液相中Cu充分混合時(shí)，求：(1) 凝固10%時(shí)，固-液界面的Cs*和CL*。(2) 凝固完畢時(shí)，共晶體所占的比例。(3) 畫出沿試棒長(zhǎng)度方向Cu的分布曲線圖，并標(biāo)明各特征值。5、 試述成分過(guò)冷與熱過(guò)冷的含義以及它們之間的區(qū)別與聯(lián)系？由熔體實(shí)際溫度分布所決定的過(guò)冷狀態(tài)稱為熱過(guò)冷；由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致界面前方熔體成分及其凝固穩(wěn)定發(fā)生變化而引起的過(guò)冷稱為成分過(guò)冷。熱過(guò)冷與成分過(guò)冷之間的根本區(qū)別是前者僅受傳熱過(guò)程控制，而后者則同時(shí)受傳熱過(guò)程和傳質(zhì)過(guò)程制約，但其實(shí)在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，界面前方的熱過(guò)冷只不過(guò)是成分過(guò)冷在 C0=0 時(shí)的一個(gè)特例，兩者在本質(zhì)上是一致的。6、 什么是溫度過(guò)冷？什么是成分過(guò)冷？各自對(duì)固液界面形態(tài)有什么影響？在純金屬凝固中，結(jié)晶溫度固定，因而其過(guò)冷狀態(tài)僅與界面前方的局部溫度分布有關(guān)。這種由熔體實(shí)際溫度分布所決定的過(guò)冷狀態(tài)稱為溫度過(guò)冷。對(duì)于一般單相合金，結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生溶質(zhì)再分配，過(guò)冷狀態(tài)由界面前方熔體的實(shí)際溫度和熔體液相線溫度共同決定。這種由溶質(zhì)再分配導(dǎo)致的界面前方熔爐體成分及其凝固溫度發(fā)生變化而引起的過(guò)冷稱為成分過(guò)冷。7、 何謂成分過(guò)冷判據(jù)？成分過(guò)冷的大小受哪些因素的影響？成分過(guò)冷對(duì)晶體的生長(zhǎng)方式有何影響？成分過(guò)冷值及成分過(guò)冷區(qū)寬度既取決于凝固過(guò)程中的工藝條件 GL 與 R，也與合金本身性質(zhì) C0，K0，m 及 DL 有關(guān)，其中 R、C0、m 越大，GL、DL 越小，k0偏離 1 越遠(yuǎn)，則成分過(guò)冷值越大，過(guò)冷區(qū)越寬。無(wú)成分過(guò)冷時(shí)，界面以平面生長(zhǎng)方式長(zhǎng)大；隨成分過(guò)冷的出現(xiàn)及增大，界面生長(zhǎng)方式將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榘麪钌L(zhǎng)，然后過(guò)渡為枝晶生長(zhǎng)；當(dāng)成分過(guò)冷繼續(xù)增大，合金的宏觀結(jié)晶狀態(tài)將由柱狀枝晶的外生生長(zhǎng)到等軸晶的內(nèi)生生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變。8、 影響枝晶間距的主要因素是什么？枝晶間距與材質(zhì)的質(zhì)量有何關(guān)系？決定枝晶間距的首要因素是 GL 與 R，晶體某處液相溫度梯度越高，生長(zhǎng)速度越快，則枝晶間距就越小。枝晶間距越小，組織就細(xì)密，分布于其間的元素偏析范圍就越小，鑄件越容易經(jīng)過(guò)熱處理而均勻化且顯微縮松和非金屬夾雜物也更加細(xì)小分散，越有利于提高性能。9、 共晶結(jié)晶中，滿足共生生長(zhǎng)和離異生長(zhǎng)的基本條件是什么？共晶兩相的固-液界面結(jié)構(gòu)與其共生區(qū)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之間有何聯(lián)系？它們對(duì)共晶合金的結(jié)晶方式有何影響？（1）共生生長(zhǎng)的基本條件：a.共晶兩相應(yīng)有相近的析出能力，后析出相易于在領(lǐng)先相得表面生核，從而便于形成具有共生界面的雙向核心；b.界面沿溶質(zhì)原子的橫向擴(kuò)散能保證共晶兩相等速生長(zhǎng)，使共生生長(zhǎng)得以繼續(xù)進(jìn)行。（2）離異生長(zhǎng)的基本條件一相大量析出，而另一相尚未開(kāi)始結(jié)晶時(shí)，形成晶相偏析型離異共晶組織。合金成分偏離共晶點(diǎn)很遠(yuǎn)，初晶相長(zhǎng)的很大，共晶成分的殘面液體很少，另一相得形核困難：偏離共晶成分，初晶相長(zhǎng)的較大，另一相不易形核或液體過(guò)冷度太大而使該相析出受阻；當(dāng)領(lǐng)先相為另一相的“暈圈”，被封閉時(shí)，形成領(lǐng)先相成球狀結(jié)構(gòu)的離異共晶組織；（3）1）非小面-非小面：共生生長(zhǎng)，形成兩相規(guī)則排列的層片狀，棒狀，條帶狀共生共晶組織，特殊情況下形成晶間偏析型離異共晶組織。2）非小面-小面：第二相以鑲邊的結(jié)構(gòu)將領(lǐng)先相包圍形成暈圈狀的雙相結(jié)構(gòu)。如果暈圈結(jié)構(gòu)是非封閉的，則以共生生長(zhǎng)的方式進(jìn)行結(jié)晶，但共生界面在局部是不穩(wěn)定的，領(lǐng)先相的生長(zhǎng)形態(tài)決定著共生兩相的結(jié)構(gòu)形態(tài)。如果暈圈結(jié)構(gòu)是封閉的，則以離異方式生長(zhǎng)。10、 試述非小平面-非小平面共生共晶組織的形核機(jī)理和生長(zhǎng)機(jī)理、組織特點(diǎn)和轉(zhuǎn)化條件。1）形核機(jī)理：共晶轉(zhuǎn)變開(kāi)始時(shí)熔體首先通過(guò)獨(dú)立形核析出領(lǐng)先相固溶體，相的析出一方面促使界面前沿組元原子不斷富集，另一方面又為新相提供有效襯底，從而導(dǎo)致相固溶體相球面上析出。相的析出又反過(guò)來(lái)促進(jìn)相的生長(zhǎng)。顯然，在領(lǐng)先相表面一旦出現(xiàn)第二相，則可通過(guò)一種彼此依附、交替生長(zhǎng)的方式產(chǎn)生新的層片來(lái)構(gòu)成所需的共生界面，而不需要每個(gè)層片重新形核，即通過(guò)搭橋方式來(lái)完成形核過(guò)程。2）生長(zhǎng)機(jī)理：在共生生長(zhǎng)過(guò)程中，兩相各向其界面前沿排出另一組元原子，并通過(guò)橫向擴(kuò)散不斷排走界面前沿積累的溶質(zhì)，且又互相提供生長(zhǎng)所需的組元，彼此合作、相互促進(jìn)，并排快速向前生長(zhǎng)。3）組織特點(diǎn)：由于兩相彼此合作的性質(zhì)，兩相將并排析出且垂直于固-液界面長(zhǎng)大，形成了兩相規(guī)則排列的層片狀、棒狀或介于兩者之間的條帶狀共生共晶組織。4）轉(zhuǎn)化條件：相間總界面能決定形成層片狀還是棒狀共生共晶組織。當(dāng)某一相的體積分?jǐn)?shù)時(shí)，結(jié)晶時(shí)傾向于形成棒狀共晶組織，當(dāng)時(shí)，結(jié)晶傾向于形成層片狀共晶組織，當(dāng)時(shí)，可能形成介于兩者之間的條帶狀組織或兩者共存的混合型組織。第三組元在共晶兩相中的平衡分配系數(shù)相差較大，則層片狀共晶易轉(zhuǎn)化為棒狀共晶。當(dāng)合金中存在的第三相組元，在適當(dāng)工藝條件下（如GL小，R大時(shí)），兩相的層片或棒將會(huì)發(fā)生彎曲而形成扇形結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)谌M元濃度較大或者更大的冷卻速度下，成分過(guò)冷進(jìn)一步擴(kuò)大，胞狀共晶將發(fā)展為樹(shù)枝晶狀共晶組織，甚至還會(huì)導(dǎo)致共晶合金由外生生長(zhǎng)向內(nèi)生生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變。11、 小平面-非小平面共晶生長(zhǎng)的最大特點(diǎn)是什么？它與變質(zhì)處理原理之間有什么關(guān)系？金屬-非金屬共晶屬于第類共晶體，長(zhǎng)大過(guò)程往往仍是相互耦合的“共生”長(zhǎng)大，但由于小晶面相(非金屬相)晶體長(zhǎng)大具有強(qiáng)烈的方向性，且對(duì)凝固條件(如雜質(zhì)元素或變質(zhì)元素)十分敏感，容易發(fā)生彎曲和分枝，所得到的組織較為無(wú)規(guī)則屬于“不規(guī)則共晶”。變質(zhì)：向液態(tài)金屬中添加少量物質(zhì)以達(dá)到細(xì)化晶粒、改善組織目的一種方法。即改變了凝固條件。12、 規(guī)則共晶生長(zhǎng)時(shí)可為棒狀或片狀，試證明當(dāng)某一相的體積分?jǐn)?shù)小于1/時(shí)容易出現(xiàn)棒狀結(jié)構(gòu)。13、 界面作用對(duì)人工復(fù)合材料的凝固有何影響？當(dāng)強(qiáng)化相表面與合金液表面相互浸潤(rùn)時(shí)，其本身就可以作為異質(zhì)形核的核心，按異質(zhì)形核的規(guī)律進(jìn)行結(jié)晶，使組織得到細(xì)化。當(dāng)強(qiáng)化相與合金液不浸潤(rùn)時(shí)，強(qiáng)化相被排斥于枝晶間或界面上，嚴(yán)重影響著復(fù)合材料的性能。 14、 分析：外界因素和合金因素是如何影響成分過(guò)冷的？各個(gè)因素的影響趨勢(shì)如何？工藝因素：1.液相中溫度梯度?。℅L?。?2.晶體生長(zhǎng)速度快（R大）合金本身因素：1.液相線斜率大（mL大） 2.原始成分濃度高（C0大）3.液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)DL低 4.k01時(shí)，k0要大15、 分析：從成分過(guò)冷和晶體對(duì)稱性的角度分析胞狀晶側(cè)面的不穩(wěn)定性受哪些因素影響？并與平界面不穩(wěn)定性比較之。16、 初始過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度與哪些因素有關(guān)？為了盡快達(dá)到穩(wěn)定均一的成分應(yīng)該采取哪些措施？凝固速度的變化(增大或減小)對(duì)穩(wěn)定區(qū)成分分布有何影響？17、 畫圖分析層片狀規(guī)則共晶凝固界面前沿液相內(nèi)的成分、過(guò)冷度和曲率半徑的分布特征凝固組織的形成與控制：1、 鑄件典型宏觀凝固是由哪幾部分構(gòu)成的？它們的形成機(jī)理如何？鑄件的典型凝固組織為：表面細(xì)等軸晶區(qū)、中間柱狀晶區(qū)、內(nèi)部等軸晶區(qū)。(1) 表面細(xì)等軸晶的形成機(jī)理：非均質(zhì)形核和大量游離晶粒提供了表面細(xì)等軸晶區(qū)的晶核，型壁附近產(chǎn)生較大過(guò)冷而大量生核，這些晶核迅速長(zhǎng)大并且互相接觸，從而形成無(wú)方向性的表面細(xì)等軸晶區(qū)。(2) 中間柱狀晶的形成機(jī)理：柱狀晶主要從表面細(xì)等軸晶區(qū)形成并發(fā)展而來(lái)，穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成處在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，便轉(zhuǎn)而以枝晶狀延伸生長(zhǎng)。由于擇優(yōu)生長(zhǎng)，在逐漸淘汰掉取向不利的晶體過(guò)程中發(fā)展成柱狀晶組織。(3) 內(nèi)部等軸晶的形成是由于剩余熔體內(nèi)部晶核自由生長(zhǎng)的結(jié)果。2、 試分析溶質(zhì)再分配對(duì)游離晶粒的形成及晶粒細(xì)化的影響。溶質(zhì)再分配引起界面前沿液體成分和密度的變化，導(dǎo)致自然對(duì)流的產(chǎn)生，使得游離晶粒漂移和堆積。游離晶粒是內(nèi)部等軸晶晶核的來(lái)源，因此對(duì)于晶粒細(xì)化有著重要影響。3、 采取工藝措施提高鑄錠中等軸晶的比例。薄壁鑄件的快速冷卻 薄壁鑄件的快速冷卻； 具有顯微激冷作用的懸浮鑄造； 強(qiáng)成分過(guò)冷孕育劑和稀土孕育劑的應(yīng)用； 低溫澆注有利于加快冷卻速度，因而也能在一定程度上細(xì)化二次枝晶間距。 高溫度梯度和小的非平衡結(jié)晶溫度范圍-細(xì)化二次枝晶間距（對(duì)等軸晶的形成是不利的）4、 液態(tài)金屬中的流動(dòng)是如何產(chǎn)生的？流動(dòng)對(duì)內(nèi)部等軸晶的形成及細(xì)化有何影響？液態(tài)金屬中的流動(dòng)分為澆注過(guò)程中的流動(dòng)以及凝固期間的對(duì)流。后者分為自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流。自然對(duì)流主要指鑄型附近液體溫度低、密度大而下沉，中心部分液體溫度高、密度小而上浮所形成的一種對(duì)流。強(qiáng)迫對(duì)流是由外加電磁攪拌或機(jī)械攪拌作用形成。液態(tài)金屬對(duì)流導(dǎo)致游離晶粒的漂移和堆積，使各種晶粒游離得以不斷進(jìn)行，而內(nèi)部等軸晶核來(lái)源于澆注及凝固初期的游離晶，因此加強(qiáng)對(duì)流能夠細(xì)化晶粒。5、 常用生核劑有哪些種類？其作用條件和機(jī)理如何？常用生核劑有以下幾類：(1) 直接作為外加晶核的生核劑。(2) 通過(guò)與液態(tài)金屬中的某元素形成較高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物。(3) 通過(guò)在液相中造成很大的微區(qū)富集，造成結(jié)晶相通過(guò)非均質(zhì)形核而提前彌散析出的生核劑。(4) 含強(qiáng)成份過(guò)冷的生核劑。作用條件和機(jī)理： 1類：這種生核劑通常是與欲細(xì)化相具有界面共格對(duì)應(yīng)的高熔點(diǎn)物質(zhì)或同類金屬、非金屬碎粒，他們與欲細(xì)化相間具有較小的界面能，潤(rùn)濕角小，直接作為襯底促進(jìn)自發(fā)形核。2類：生核劑中的元素能與液態(tài)金屬中的某元素形成較高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物，這些化合物與欲細(xì)化相間界面共格關(guān)系和較小的界面能，而促進(jìn)非均質(zhì)形核。3類: 如分類時(shí)所述。4類：強(qiáng)成分過(guò)冷生核劑通過(guò)增加生核率和晶粒數(shù)量，降低生長(zhǎng)速度而使組織細(xì)化。6、 作為增加形核率的形核劑，對(duì)其特性有什么要求？（1）應(yīng)能保證結(jié)晶相在襯底物質(zhì)上形成盡可能小的潤(rùn)濕角（2）形核劑應(yīng)在液態(tài)金屬中保持穩(wěn)定，并且具有最大的表面積和最佳期的表面特性。7、 試分析影響鑄件宏觀凝固組織的因素，列舉獲得細(xì)等軸晶的常用方法。答：影響鑄件宏觀凝固組織的因素：液態(tài)金屬的成分、鑄型的性質(zhì)、澆注條件、冷卻條件。獲得細(xì)等軸晶的常用方法：(1)向熔體中加入強(qiáng)生核劑。(2)控制澆注條件：采用較低的澆注溫度；采用合適的澆注工藝。(2)鑄型性質(zhì)和鑄件結(jié)構(gòu)：采用金屬型鑄造；減小液態(tài)金屬與鑄型表面的潤(rùn)濕角；提高鑄型表面粗糙度。(4)動(dòng)態(tài)下結(jié)晶細(xì)化等軸晶：振動(dòng)、攪拌、鑄型旋轉(zhuǎn)等方法。8、 何謂“孕育衰退”？如何防止？孕育衰退：大多數(shù)孕育劑有效性均與其在液態(tài)金屬中的存在時(shí)間有關(guān)，即存在著隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，孕育效果減弱甚至消失。解決辦法：在保證孕育劑均勻溶解的前提下，應(yīng)采用較低的孕育處理溫度。9、 簡(jiǎn)述析出性氣孔的特征、形成機(jī)理及主要防止措施。析出性氣孔的特征：（1）形狀特征：多為分散小圓孔，直徑0.52mm，或者更大，肉眼能觀察到麻點(diǎn)狀小孔，表面光亮。（2）位置分布：在鑄坯斷面上呈大面積、均勻分布，而在最后凝固的部位較多。（3）氣體成分：氫氣、氮?dú)?。?）出現(xiàn)規(guī)律：往往一爐金屬液中全部或多數(shù)出現(xiàn)這種氣孔。（5）敏感合金：鋁合金和鋼比較容易出現(xiàn)這種氣孔。（6）伴生現(xiàn)象：冒口中縮孔減小，并有不同程度的冒口上漲現(xiàn)象。形成機(jī)理：（1）溶解氣體的析出：隨溫度降低，氣體溶解度降低，當(dāng)開(kāi)始凝固溫度時(shí)，一般溶解度驟降。上述原因?qū)е氯芙庠诮饘僖褐械臍怏w析出，并形成氣胞核。（2）氣泡核的長(zhǎng)大：氣泡核能否長(zhǎng)大取決于氣泡內(nèi)的壓力是否大于外部壓力之和。（3）氣孔的形成：氣泡形成后來(lái)不及排除，金屬液已經(jīng)開(kāi)始凝固，留在金屬內(nèi)成為氣孔。主要防止措施：（1）減少原料含氣量（2）除氣處理（3）阻止氣體析出10、 分析初生夾雜物、次生夾雜物及二次氧化夾雜物是如何形成的？主要防止措施有哪些？初生夾雜物：是在金屬熔煉及爐前處理過(guò)程中產(chǎn)生的。次生夾雜物：是在金屬凝固過(guò)程中產(chǎn)生的。二次氧化夾雜物：而在澆注過(guò)程中因氧化而產(chǎn)生的夾雜物稱為二次氧化夾雜物。排除初生：（1）加熔劑在液態(tài)金屬表面覆蓋一層能吸收上浮夾雜物的熔劑（如鋁合金精煉時(shí)加入氯鹽），或加入能降低夾雜物密度或熔點(diǎn)的熔劑（如球墨鑄鐵加冰晶石），有利于夾雜物的排除。（2）過(guò)濾法使液態(tài)金屬通過(guò)過(guò)濾器以去除夾雜物。（3） 排除和減少液態(tài)金屬中氣體的措施。防止二次措施：（1）正確選擇合金成分，嚴(yán)格控制易氧化元素的含量。（2）采取合理的澆注系統(tǒng)及澆注工藝，保持液態(tài)金屬充型過(guò)程平穩(wěn)流動(dòng)。（3）嚴(yán)格控制鑄型水分，防止鑄型內(nèi)產(chǎn)生氧化性氣氛。還可加入煤粉等碳質(zhì)材料，或采用涂料，以形成還原性氣氛。（4）在液態(tài)金屬表面加入熔劑，促使氧化物夾雜的排除，保護(hù)型內(nèi)金屬表面不被氧化。（5）對(duì)要求高的重要零件或易氧化的合金，可以在真空或保護(hù)性氣氛下澆注。 11、 某廠生產(chǎn)的球墨鑄鐵曲軸，經(jīng)機(jī)加工和拋丸清理后，發(fā)現(xiàn)大量直徑13mm的球狀、橢圓狀或針孔狀、內(nèi)壁光滑的孔洞，有的均勻分布，有的呈蜂窩狀分布，試對(duì)此缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并提出防止措施。12、 何謂體收縮、線收縮、液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮、收縮率、順序凝固和同時(shí)凝固？13、 試分析縮孔、縮松形成條件及形成原因的異同點(diǎn)。14、 試分析灰鑄鐵及球墨鑄鐵間生縮孔及縮松的傾向性及影響因素。15、 簡(jiǎn)述順序凝固原則及同時(shí)凝固原則分別適用于哪些情況？順序凝固是使逐漸遠(yuǎn)離冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口凝固。同時(shí)凝固原則是盡量減少鑄件各部位間的溫度差，使其均勻的冷卻。順序凝固原則適用于鑄件壁厚相差大或者凝固過(guò)程遠(yuǎn)離共晶點(diǎn)。同時(shí)凝固原則適用于鑄件壁厚相差不大或者金屬凝固過(guò)程接近共晶點(diǎn)16、何謂晶內(nèi)偏析、晶界偏析、正偏析、逆偏析、V形偏析、逆V形偏析、帶狀偏析？ 正常偏析 以溶質(zhì)分配系數(shù)k1為例，合金凝固時(shí)，凝固界面的液相中將有一部分被排擠出，隨著溫度的降低，溶質(zhì)濃度將逐漸增加，最后凝固的固相，溶質(zhì)濃度最高。這是溶質(zhì)在凝固界面再分配的結(jié)果，是正?，F(xiàn)象，故稱之為正常偏析。 逆偏析 以溶質(zhì)分配系數(shù)k1為例，合金凝固時(shí)，鑄件先凝固的部分溶質(zhì)元素較多，而中心部位或上部含溶質(zhì)較少，這種現(xiàn)象稱之為逆偏析。結(jié)晶溫度區(qū)間寬的固溶體合金和粗大的樹(shù)枝晶易產(chǎn)生逆偏析。 V形和逆V形偏析 V形偏析和逆V形偏析常常出現(xiàn)在大型鑄錠中，一般呈錐形，偏析帶中含有較高的碳，以及硫和磷等雜質(zhì)。 帶狀偏析 由于固-液界面前沿液相中存在溶質(zhì)富集層，且晶體生長(zhǎng)速度發(fā)生變化，使得凝固界面產(chǎn)生溶質(zhì)貧乏或富集帶，稱之為帶狀偏析。5. 晶內(nèi)：晶內(nèi)先結(jié)晶的部分溶質(zhì)含量低，后結(jié)晶部分溶質(zhì)含量高。這種成分的不均勻性就稱為晶內(nèi)偏析。6.晶界：在合金凝固過(guò)程中，溶質(zhì)元素和非金屬夾雜物富集于晶界，使晶界與晶內(nèi)的化學(xué)成分出現(xiàn)差異這種成分不均勻現(xiàn)象。16、 分析偏析對(duì)鑄件質(zhì)量的影響。液態(tài)合金在凝固過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象稱之為偏析。17、 分析影響鑄件中產(chǎn)生正偏析和逆偏析的因素。如何防止它們的產(chǎn)生及消除措施如何？防止措施：逆偏析：采取細(xì)化晶粒，減小合金液的含氣量。18、 生產(chǎn)中如何防止重力偏析的形成？重力偏析：在重力或離心力作用下，因密度差使金屬液分離為互不溶合的金屬液層，或在鑄件內(nèi)產(chǎn)生的成分和組織偏析。防止：減輕或防止重力偏析的方法有：澆注