《材料成形基本原理（第3版）》第四章重難點復(fù)習(xí)題解答

PAGEPAGE7第四章課后作業(yè)解答練習(xí)一一、判斷題（T或F）1、T;2、F;3、F;4、T;5、F;6、T;7、T;8、F;9、T;10、問答題1、答：（1）圖（a）及圖(b)分別屬于“固相無擴(kuò)散而液相充分混合均勻”及“平衡凝固”溶質(zhì)再分配情況。（2）圖(b)中：C的物理內(nèi)涵為：液固界面上剛剛析出的固相成分與固相整體平均成分一致。從另一角度說，固相不同部位的成分處處相同。C的物理內(nèi)涵為：液固界面上的液相成分與液相整體平均成分一致。從另一角度說，液相不同部位的成分處處相同。上述物理內(nèi)涵的原因在于，在圖(b)描述的“平衡凝固”溶質(zhì)再分配情況下，固相、液相的成分在凝固過程的任一瞬間（或溫度）與平衡相圖的固相線、液相線吻合，固相及液相成分能夠及時地、充分地均勻化。2、答：（1）、（2）、（3）、（4）的內(nèi)容見下圖。（5）若凝固速度R1突然降低到R2定值時，C0C03、答：在“液相中部分混合”的溶質(zhì)再分配條件下，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，由于C表達(dá)式右端分母必然大于平衡分配系數(shù)K0，所以其C值必然小于C0/K0，即穩(wěn)定狀態(tài)時，其C值小于“液相只有有限擴(kuò)散”的C；又因為C=K0C，所以其時C也小于C0（“液相只有有限擴(kuò)散”穩(wěn)定狀態(tài)的C）。從實際物理過程看，由于“液相只有有限擴(kuò)散”條件下液相無對流存在，而“液相中部分混合”條件下液相有對流作用，界面前沿溶質(zhì)更易于向前方遠(yuǎn)處輸運，后者的凝固界面前沿液相成分C（溶質(zhì)富集層最高成分）必然小于前者的值C0/K0，界面的固相成分C也因之小于C0。4、參見教材中相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整理、歸納。練習(xí)二一、判斷題（T或F）1、T;2、T;3、F;4、F;5、T;6、T二、解答題1、解：（1）根據(jù)公式，將數(shù)據(jù)帶入分別計算出各處的見下表。將各處的值帶入得到的也在表中。，μm,μm020406080100200500600,%43.01102.34801.90361.60571.40601.05491.00041.0000,oC654655.5656.5657.1657.6657.9658.4658.5658.5（2）根據(jù)計算結(jié)果，作圖如下?？梢?，離開界面處，由于液相濃度隨距離逐漸降低，液相線溫度TL（）也逐漸上升。（3）作圖可見，GL1=80K/mm時無成分過冷，而GL2=25K/mm時出現(xiàn)了成分過冷。2、解：（1）根據(jù)“成分過冷”判別式：＜,將數(shù)據(jù)帶入有，當(dāng)C0=1%時：左端項：=，左端項：==，即：=，表明在=0處溫度梯度GL正好與曲線相切，不會出現(xiàn)成分過冷；當(dāng)C0=2%時：==，即：＜，所以在C0=2%時出現(xiàn)成分過冷。（2）在上述合金原始成分為C0=1%條件下，若分別使R變大或GL變小，都將出現(xiàn)成分過冷。3、證：教材中(4-8)為“液相只有有限擴(kuò)散”溶質(zhì)再分配條件下“成分過冷”判別式：＜其-關(guān)系如圖b)所示，其中，。根據(jù)圖a)有：∴∴＜=即:＜,得證。練習(xí)三一、判斷題（T或F）1、T;2、F;3、T;4、F;5、F;6、F；7、F；8、T填空題1、在合金其他性質(zhì)不變的情況下，若提高比值或降低合金成分C0，合金固溶體結(jié)晶形貌變化趨勢為：熔體內(nèi)部的過冷度大于非均質(zhì)生核最有效襯底大量生核所需的過冷度時，將滿足內(nèi)部等軸晶（自由樹枝晶）的生長條件。4、晶體外表面界面能較小的晶面（密排面）。因此，對于立方晶體等軸樹枝晶生長過程中，所形成的棱與角的狹面為界面能大的晶面，枝晶生長方向與之垂直；同理，的優(yōu)先生長方向為非密排面的發(fā)線方向<100>。5、合金固溶體的固-液界面若以平面向前推進(jìn)，該界面從溫度角度是一等溫面，與相圖上對應(yīng)于界面液相（）成分的平衡溫度相比，界面實際溫度要低晶體自型壁生核，然后由外向內(nèi)單向延伸的生長方式，稱為“外生生長”。平面生長、胞狀生長和柱狀樹枝晶生長皆屬于外生生長。等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長的方式則稱為“內(nèi)生生長”。7、枝晶間距的表達(dá)式中，R與GL乘積的量綱相當(dāng)于冷卻速度（oC/sec）。冷卻速度大，枝晶間距越小。8、凝固過程枝晶間距越小，合金的成分偏析程度越小，凝固熱裂紋形成傾向越小，顯微縮松及夾雜物分布的分散度越大，材料的性能越好。＜，工藝因素（R、GL）不變，降低合金成分C0和/或增大K0，可降低成分過冷程度，使之進(jìn)行合金性質(zhì)不變，降低GL和/或增大生長速度R，可增大成分過冷程度，促進(jìn)內(nèi)部等軸晶“2、解：作圖可知，成分過冷寬度約195μm。在該成分過冷度下固-液界面為胞狀界面形態(tài)，其晶體前端只可達(dá)到為195μm處。填空題根據(jù)Jackson因子，共晶的兩相均為粗糙-粗糙界面的可發(fā)生調(diào)整而。例如，α相前沿中心處因B原子擴(kuò)散困難而濃度升高，其聚集程度隨生長速度R的增大而更為嚴(yán)重，導(dǎo)致α相在此處推進(jìn)速度減慢而形成凹坑，凹坑處B原子擴(kuò)散越發(fā)困難。當(dāng)B原子濃度升高到足以使β相生核，新的β相片層在原α相中心處形成，因此隨R增大片層距減小。共生區(qū)有“對稱型共生區(qū)”、“非對稱型共生區(qū)”兩種類型，前者的合金兩個組元熔點相近、共晶成分點在相圖的中間位置附近、兩相長大速度基本相同。后者共生區(qū)失去對稱性而偏向于高熔點組元一側(cè)。9、規(guī)則共晶為層片狀還是棒狀，主要取決于兩相體積的差別，當(dāng)其中一相的體積分?jǐn)?shù)小于1／π時，則該相傾向于以棒狀方式生長。二、判斷題解答題圖4-5共晶共生區(qū)此說法過于絕對。因為箭頭所示成分的合金熔體在溫度降至液相線以下時，由于先共晶α相的析出，其液相成分逐步升高。在適合的實際凝固條件下，當(dāng)達(dá)到共晶溫度以下某溫度時，其剩余液相成分有可能進(jìn)入到虛線所示的共生圖4-5共晶共生區(qū)此說法的錯誤在于其分析方法，簡單地將表示成分的箭頭延伸下來，認(rèn)為在任何溫度都不會與共生區(qū)相遇，或略了液相成分隨先共晶相的析出而發(fā)生變化。這在運用共晶共生區(qū)分析組織中所需要注意的問題。2、答：B鐵水對應(yīng)發(fā)生第（1）種共晶反應(yīng)，因為其G的棱柱面(100)能量較低（界面能與界面張力的關(guān)系見第一章內(nèi)容），滿足與熔體相接觸以棱柱面法線方向[100]的條件。第（1）種共晶反應(yīng)γ-Fe與G的生長仍屬于共晶共生生長模式。A鐵水發(fā)生按第（2）種共晶反應(yīng)進(jìn)行，最終得到的是球墨鑄鐵；B鐵水最終獲得灰鑄鐵。1、C；2、A；3、B；4、C；5、D；6、E；二、簡答題：答案請見教材1、解：“穩(wěn)態(tài)”凝固階段，固、液兩相的溶質(zhì)分布請見下圖（a）；凝固結(jié)束后整個固相中的溶質(zhì)分布請見下圖(b)。(a)C(a)CC。X’穩(wěn)態(tài)凝固 X(b)CC。 XX2、解：（1）根據(jù)題意，是否有成分過冷的臨界點為：=，