材料形成理論作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)答案參考

1、文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評(píng)與關(guān)注！ · 液態(tài)金屬得表面張力有那些影響因素？試總結(jié)它們得規(guī)律。1）表面張力與原子間作用力的關(guān)系：原子間結(jié)合力u0表面內(nèi)能表面自由能表面張力2）表面張力與原子體積（3）成反比，與價(jià)電子數(shù)Z成正比3）表面張力與溫度：隨溫度升高而下降4）合金元素或微量雜質(zhì)元素對(duì)表面張力的影響向系統(tǒng)中加入削弱原子間結(jié)合力的組元，會(huì)使u0減小，使表面內(nèi)能和表面張力降低。 · 表面張力與界面張力有何異同點(diǎn)？界面張力與界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力得大小有何關(guān)系？1 1）界面張力和界面自由能與表面張力和表面自由能相似。表面張力與界面張力都是由于物體在表面或界面上的質(zhì)點(diǎn)受力

2、不平衡所引起的。2） 界面與表面的差別：1界面泛指兩相之間的交界面；表面專指液體或固體與氣體之間的界面，確切的說(shuō)，是指液體或固體在真空下的表面。 2、接觸的兩相質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力越大，界面張力（界面能）就越小，兩相間的界面張力越小時(shí)，潤(rùn)濕角越小，稱之為潤(rùn)濕性好。 · 試述液態(tài)金屬充型能力與流動(dòng)性間得聯(lián)系與區(qū)別，并分析合金成分及結(jié)晶潛熱對(duì)充型能力得影響規(guī)律。1、聯(lián)系：(1)液態(tài)金屬的充型性能是一種基本的性能。液態(tài)金屬的充型能力好，零件的形狀就完整，輪廓清晰；否則就會(huì)產(chǎn)生“澆不足”的缺陷。液態(tài)金屬的充型能力首先取決于液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力，同時(shí)又與外界條件密切相關(guān)，是各種因素的綜合反映。(2)

3、液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力稱為“流動(dòng)性”，是由液態(tài)金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量等決定的，而與外界因素?zé)o關(guān)。因此流動(dòng)性也可認(rèn)為是確定條件下的充型能力。(3)液態(tài)金屬的流動(dòng)性好，其充型能力強(qiáng)；反之，其充型能力差。區(qū)別：液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力稱為“流動(dòng)性”，是由液態(tài)金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量等決定的，而與外界因素?zé)o關(guān)；不過(guò)充型能力可以通過(guò)改變外界條件來(lái)提高。2、1）對(duì)于純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金，放出的潛熱越多，凝固過(guò)程進(jìn)行的越慢，流動(dòng)性越好，因此潛熱的影響較大，對(duì)于寬結(jié)晶溫度范圍的合金潛熱對(duì)流動(dòng)性影響不大。2）純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金：在固定的凝固溫度下，已凝固的固相層由表面逐步向

4、內(nèi)部推進(jìn)，固相層內(nèi)表面比較光滑，對(duì)液體的流動(dòng)阻力小，合金液流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，所以流動(dòng)性好，具有寬結(jié)晶溫度范圍的合金流動(dòng)性不好；· 某飛機(jī)制造廠得一牌號(hào)Al-Mg合金（成分確定）機(jī)翼因鑄造常出現(xiàn)“澆不足”缺陷而報(bào)廢，如果你是該廠工程師，請(qǐng)問(wèn)可采取哪些工藝措施來(lái)提高成品率？1） 在合金中加入表面活性元素或采用特殊涂料2） 預(yù)熱鑄型3） 增加金屬液靜壓頭4） 分析澆注系統(tǒng)，合理安排內(nèi)澆道在鑄件上的位置，選擇恰當(dāng)?shù)臐沧⑾到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和各組元的斷面積。盡量簡(jiǎn)化澆注系統(tǒng)。5） 增加金屬液靜壓頭6） 選擇正確的澆注位置7） 適當(dāng)提高澆注溫度1試述均質(zhì)形核與非均質(zhì)形核有何聯(lián)系與區(qū)別。非均質(zhì)形核時(shí)，對(duì)形核劑有什么

5、要求？一、1)均質(zhì)形核：依靠液態(tài)金屬內(nèi)部自身的結(jié)構(gòu)自發(fā)的形核。2)非均質(zhì)形核：依靠外來(lái)夾雜或型壁所提供的異質(zhì)界面進(jìn)行形核過(guò)程。二、 相等但 非均質(zhì)生核所需體積小，即相起伏時(shí)的原子數(shù)少。三、 兩種均需能量起伏克服生核功，但非均質(zhì)生核能需較小。非均勻形核理論可知，一種好的形核劑首先應(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；其次形核劑還應(yīng)在液態(tài)金屬中盡可能保持穩(wěn)定；并且具有最大的表面積和最佳的表面特性 (如表面粗糙或有凹坑等)。2 根據(jù)固液界面微觀結(jié)構(gòu)可將晶體分成哪兩類？這兩類晶體的生長(zhǎng)各有什么特點(diǎn)？粗糙界面：生長(zhǎng)后的晶體形貌：非多面體（也稱非小晶面）粗糙面的界面結(jié)構(gòu)，許多位置均可作為原子向上

6、堆砌的臺(tái)階，液相擴(kuò)散來(lái)的原子容易被接納與晶體連接起來(lái)。由于前面討論的熱力學(xué)因素，生長(zhǎng)過(guò)程中仍可維持粗糙面的界面結(jié)構(gòu)。只要原子沉積供應(yīng)不成問(wèn)題，可以不斷地進(jìn)行“連續(xù)長(zhǎng)大”。 其生長(zhǎng)方向?yàn)榻缑娴姆ň€方向，即垂直于界面生長(zhǎng)。 生長(zhǎng)特點(diǎn)： 生長(zhǎng)過(guò)冷度 很?。?生長(zhǎng)速度 很快: ( 連續(xù)生長(zhǎng)系數(shù))液相中的原子即可源源不斷地沿臺(tái)階堆砌，使晶體側(cè)向生長(zhǎng)。當(dāng)臺(tái)階被完全填滿后，又在新的平整界面上形成新的二維臺(tái)階，如此繼續(xù)下去，完成凝固過(guò)程生長(zhǎng)特點(diǎn)： 生長(zhǎng)過(guò)冷度 很大：生長(zhǎng)速度 很慢( 二維生長(zhǎng); b 常數(shù)) 生長(zhǎng)后晶體形貌：多面體（也稱小晶面）1 在固相無(wú)擴(kuò)散而液相僅有擴(kuò)散凝固條件下，分析凝固速度變大(R1R2

7、,且R2>R1)固相成分的變化情況，以及溶質(zhì)富集層的變化情況。隨著凝固速度變大，固相溶質(zhì)濃度逐漸增大，溶質(zhì)富集層，溶質(zhì)富集層變小。2 論述成分過(guò)冷與熱過(guò)冷的含義以及它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。成分過(guò)冷的含義：合金在不平衡凝固時(shí)，使凝固界面前沿的液相中形成溶質(zhì)富集層，因富集層中各處的合金成分不同，具有不同的熔點(diǎn)，造成凝固前沿的液相處于不同的過(guò)冷狀態(tài)，這種由于液固界面前沿合金成分不同造成的過(guò)冷。熱過(guò)冷的含義：界面液相側(cè)形成的負(fù)溫度梯度，使界面前方獲的大于Tk的過(guò)冷度。區(qū)別：熱過(guò)冷液固界面前沿的液相具有正的溫度梯度，液相中各微區(qū)的熔點(diǎn)和實(shí)際溫度之間產(chǎn)生的并且與溶質(zhì)濃度相關(guān)的過(guò)冷稱為成分過(guò)冷。 熱過(guò)冷

8、：純金屬實(shí)際開(kāi)始結(jié)晶的溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，這種現(xiàn)象稱為過(guò)冷。3何謂成分過(guò)冷的判據(jù)？成份過(guò)冷的大小受哪些因素的影響？ 液相中只有有限擴(kuò)散時(shí)形成“成分過(guò)冷”的判據(jù)影響成分過(guò)冷的因素有溫度梯度、結(jié)晶速度、相圖上液相線的斜率、液相中溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)、平衡分配系數(shù)。液相中溫度梯度GL越小，成份過(guò)冷越大；生長(zhǎng)速度R越大，成份過(guò)冷越大；液相線斜率mL越大，成份過(guò)冷越大；合金原始成分C0越大，成份過(guò)冷越大；擴(kuò)散系數(shù)DL越小，成份過(guò)冷越大；分配系數(shù)K0越小，成份過(guò)冷越大。4 成分過(guò)冷對(duì)晶體的生長(zhǎng)方式有何影響？晶體生長(zhǎng)方式只受成分過(guò)冷的影響嗎？過(guò)冷對(duì)晶體的生長(zhǎng)方式的影響：當(dāng)稍有成分過(guò)冷時(shí)為胞狀生長(zhǎng)，隨著成分過(guò)

9、冷的增大，晶體由胞狀晶變?yōu)橹鶢罹?，柱狀?shù)枝晶和自由樹(shù)枝晶，無(wú)成分過(guò)冷時(shí)，以平面方式或樹(shù)枝晶方式生長(zhǎng)。晶體的生長(zhǎng)方式除受成分過(guò)冷的影響外，還受到熱過(guò)冷的影響。6 影響枝晶間距的主要因素是什么？枝晶間距與材料的力學(xué)性能有什么關(guān)系？純金屬的枝莖間距決定于界面處結(jié)晶潛熱的散失條件而一般單相合金與潛熱的擴(kuò)散和溶質(zhì)元素在枝晶間的行為有關(guān)枝晶間距越小，材質(zhì)的質(zhì)量越好，因?yàn)檫@樣做可以減少枝晶偏析。7 如何認(rèn)識(shí)“外生生長(zhǎng)”與“內(nèi)生生長(zhǎng)”？由前者向后者轉(zhuǎn)變的前提是什么？?jī)H僅由成分過(guò)冷因素決定嗎？外生生長(zhǎng)：晶體自型壁生核，然后由外向內(nèi)單向延伸的生長(zhǎng)方式，稱為“外生生長(zhǎng)”。平面生長(zhǎng)，胞狀生長(zhǎng)河柱狀樹(shù)枝晶生長(zhǎng)都屬于外生

10、生長(zhǎng)。內(nèi)生生長(zhǎng)：等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長(zhǎng)的方式則稱為內(nèi)生生長(zhǎng)。如果成分過(guò)冷在遠(yuǎn)離界面處大于異質(zhì)形核所需過(guò)冷度，就會(huì)在內(nèi)部熔體中產(chǎn)生新的晶核，造成內(nèi)生生長(zhǎng)，使得自由樹(shù)枝晶在固液界面前方的熔體中出現(xiàn)。外生生長(zhǎng)向內(nèi)生生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)變的前提是：成分過(guò)冷區(qū)的進(jìn)一步加大。決定因素：外生生長(zhǎng)向內(nèi)生生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)變是由成分過(guò)冷的大小和外來(lái)質(zhì)點(diǎn)非均質(zhì)生核的能力這兩個(gè)因素所決定的。大的成分過(guò)冷和強(qiáng)生核能力的外來(lái)質(zhì)點(diǎn)都有利于內(nèi)生生長(zhǎng)并促進(jìn)內(nèi)部等軸晶的形成。8 什么叫做界面的不穩(wěn)定性？它是什么原因引起的？當(dāng)界面處于平衡狀態(tài)時(shí)，如果受到外界作用的影響，系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一個(gè)過(guò)渡過(guò)程仍然能夠回到原來(lái)的平衡狀態(tài)，說(shuō)明界面是穩(wěn)定的。，否則界面是

11、不穩(wěn)定的。原因：生長(zhǎng)速率，成份過(guò)冷9 鑄件典型宏觀凝固組織是由哪幾部分構(gòu)成的，它們的形成機(jī)理如何？組成組織：表面細(xì)等軸晶區(qū)，中間柱狀晶區(qū)，內(nèi)部等軸晶區(qū)表面細(xì)等軸的形成機(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)。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于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。 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

12、結(jié)果。5.通常條件下，都盡可能使鑄件獲得細(xì)小的等軸晶組織，請(qǐng)問(wèn)： （1）細(xì)小的等軸晶組織對(duì)于減少凝固缺陷、提高力學(xué)性能有何重要意義？ （2）通過(guò)哪些實(shí)際措施可以使鑄件獲得細(xì)小的等軸晶組織？答：（1） 細(xì)小的等軸晶組織可以使材料具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。除此之外，如果合金的凝固組織是均勻細(xì)小的等軸晶，那么凝固過(guò)程中的雜質(zhì)元素與溶質(zhì)元素偏析的傾向都可以得到有效的抑制，從而可以減少由于偏析所產(chǎn)生的氣孔、夾雜、熱裂紋等凝固缺陷，并提高其化學(xué)成分、組織與力學(xué)性能的均勻性。 （2） 獲得細(xì)小的等軸晶組織的途徑在于強(qiáng)化熔體獨(dú)立生核，促進(jìn)晶粒游離，具體有以下三個(gè)方面措施： 1） 合理地控制澆注工藝和冷卻條件 2） 孕育處理 3）動(dòng)力學(xué)細(xì)化 8.2 常用生核劑有哪些種類，其作用條件和機(jī)理如何？常用的生核劑有以下幾類：1 直接作為外加晶核的生核劑2 通過(guò)與液態(tài)金屬中的某些元素形成較高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物3 通過(guò)在液相中造成很大的微區(qū)富集而造成界競(jìng)相通過(guò)非均質(zhì)形核而提高彌散析出的生核劑。4 通過(guò)在液相中造成很大的微區(qū)富集而造成結(jié)晶相通過(guò)非均質(zhì)形核而提前彌散析出的生核劑含強(qiáng)成份過(guò)冷的生核劑作用