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1、金属的凝固金属的凝固:凝固潜热；【以下内容基于纯金属】1. 液固转变的驱动力？3G,取决于过冷度；2. 均匀形核的条件？过冷度，相起伏（规则排列的原子团起伏现象），能量起伏（1、瞬时，各微观体积能量不同；2、某微观体积，不同瞬时能量分布不同）；3. 过冷度对均匀形核的形核率的影响方式？1、热力学：过冷度越大，晶核的临界半径及临界形核功越小；2、动力学：过冷度越大，原子活动能力越小；4. 金属结晶的特点是什么？（过冷度方面）达到某一过冷度之前，形核率的数值一直保持很小，几乎为0，此时液体不发生结晶，而当温度将至某一过冷度时，形核率突然增大，在此以上，液体处于亚稳定状态；5. 金属凝固的理论与生产
2、实践过冷度分别为多少？0.2Tm，和0.02Tm，20；(非均匀形核)6. 为什么实际生产条件下非均匀形核时，过冷度要小很多？实际生产条件下，金属中难免含有少量杂质，而且溶液总要在容器或铸型中凝固，这样，形核优先在某些固态杂质表面及容器或铸型内壁进行；7. 为什么非均匀形核的形核率小于均匀形核的形核率？非均匀形核需要合适的基底，而基底数量是有限的，当新相晶核很快覆盖基底时，使适合新相形核的基底大为减少。只有那些与晶核的晶体结构相似，点阵常数相近的固体杂质才能促进非均匀形核。8. 晶体长大的驱动力是什么？系统总自由能随晶体体积增大而减小；9. 晶体长大的动力学条件是什么？晶界处的过冷度，即界面动
3、态多冷度；10. 液固界面的分为哪几类，并举例说明。他们的生长机制各是什么？液固界面分类微观宏观生长机制举例光滑平整光滑；若干弯折的小平面组成，呈小平面台阶状特征；二维晶核台阶生长；晶体缺陷台阶生长；多数无机非金属粗糙高低不平，无明显边界；平直状而无曲折的小平面；垂直生长金属和某些有机化合物11. 请介绍晶体的生长形态。正温度梯度液固界面前沿的温度分布为正；光滑界面生长界面以小平面台阶生长方式推进；粗糙界面垂直长大方式推进；负温度梯度液固界面前沿的温度分布为负；主要是缓慢冷却条件下！光滑界面平面生长方式为主；粗糙界面树枝状方式；【以下内容基于固溶体合金】12. 合金凝固的条件是什么？合金形核的
4、条件，除了需要过冷度、相起伏、能量起伏以外，还需要成分起伏；合金晶体长大的条件，动态过冷度和原子的互扩散；13. 请判断：固溶体的凝固就是匀晶转变过程。14. 请描述固溶体平衡凝固的过程。形核相界平衡扩散破坏平衡长大相界平衡；如此反复进行；15. 请描述不平衡凝固的特点？固溶体不平衡凝固时，凝固速度越慢，液相中溶质混合越充分，凝固后溶质分布越不均匀，宏观偏析越严重。16. 影响晶体生长方式的主要因素有哪些？各是怎样影响的？增大合金溶质浓度，增大固相凝固速度，降低溶液浓度梯度，均可增大成分过冷度，发展树枝状结晶，相反则促进平面式生长。【以下内容基于共晶合金】17. 请描述共晶合金的过程。形核相界
5、平衡短程扩散破坏平衡长大相界平衡【以下内容基于铸锭与凝固技术】18. 铸件与铸锭有何区别？铸件不需冷加工；19. 什么事铸态组织？金属结晶后的组织；20. 一般的，铸锭的组织有哪些？细晶区，柱状晶区，等轴晶区；21. 分析各晶区的形成。细晶区：浇注后，接触模锭表面的液态金属急剧冷却，造成很大的过冷度，形成大量晶核，再加上模表面不平，可作为非自发晶核的基底，所以外层形成细晶。由于固液表面的潜热散发，所以过冷度很快上升，所以细晶很薄。柱状晶区：由于热量散失，产生温度梯度，于是在细晶的基础上晶粒向里生长产生柱状晶。生长方向与温度梯度方向相同的晶粒生长快些，而生长方向与温度梯度夹角较大的晶粒将被排挤掉
6、。对于工业纯金属和合金来说，通常在界面前沿液体中存在着较大的成分过冷度，故柱状晶以树枝状方式生长，晶轴垂直于膜壁；中心等轴粗晶区：柱状晶生长过程中，液固界面前沿液相中溶质原子富集，形成成分过冷。22. 中心区等轴晶核的来源有哪些？a成分过冷；b细晶形成过程中小晶粒的下沉；c树枝晶的重熔；23. 请分别描述各晶区的性能。细晶区：等轴的细晶粒，力学性能较好，但较薄；柱状晶区：互相垂直的模壁上发展起来的柱状晶交汇出强度，塑性较低，且易聚集杂质。易形成裂纹。但是柱状晶区组织较为致密。有时为了获得柱状晶而采用定向凝固。中心等轴晶区：各等轴晶粒生长相互交叉，有可能造成许多封闭的小区，当这些小区中的液体结晶
7、收缩时，由于得不到外界液体的补充，就形成了很多微小的缩孔。24. 请描述影响铸锭组织的因素。a铸模的冷却能力：铸模的冷却能力越大，越有利于结晶过程中保持较大的温度梯度，即保持较窄的成分过冷区，从而有利于柱状晶的发展；但是较小尺寸的铸件，整个铸件可以在很大的过冷度下结晶，形核率较大，不但抑制柱状晶的生长，而且促进等轴晶的发展。b熔化温度和浇注温度：熔化温度越高，越有利于杂质的溶解，越有利于非均匀形核，有利于柱状晶的发展。如果适当提高浇注温度，增大截面的温度梯度，则柱状晶区得到发展。c变质处理：在浇注前加形核剂；d物理方法：浇注时采用离心搅拌，机械振动，超声波振动等可使晶粒细小；偏析：在非平衡凝固
8、中，凝固速度比较快，溶质原子来不及重新分布，使得先后结晶的固相中成分不均匀；宏观偏析：从里层到外层或从上层到下层的成分不均匀；正偏析平衡分配系数小于1的合金以平直界面定向凝固，沿垂直于界面的纵向会产生明显的成分不均匀，先凝固的固相溶质浓度低于后凝固的部分。这种先凝固的铸锭外层溶质浓度低于后凝固的内层，这种内外成分不均匀的现象是正常凝固的结果，成为正偏析。当凝固速度比较慢，液体对流比较强，溶质原子能够向液体纵深扩散，使剩余液体中的溶质浓度逐渐升高，产生的正偏析就比较严重。反偏析主要原因与铸模中心的液体倒流有关。比重偏析先共晶相与液体密度不同，导致先共晶相上浮或下沉，从而导致铸锭中成分上下不均。主
9、要存在于共晶系和偏晶系合金中，并在缓慢冷却条件下产生。防止或减轻的方法：增大冷却速度，使共晶相来不及上浮或下沉；加入第三组元，形成新相，阻止偏析相的沉浮；微观偏析:不平衡凝固的条件下，凝固过程中，溶质将同时沿纵向和侧向排入到液固界面前沿的液体中，纵向的为宏观偏析，侧向的为微观偏析。枝晶偏析当合金以树枝状形式凝固时形成。可通过扩散退火消除。胞状偏析当成分过冷比较小时，固溶体以胞状方式生长，胞内和胞界成分不均匀的现象。晶界偏析合金以树枝状形式凝固，最终形成晶粒组织，各晶粒之间的晶界处事液体最后凝固的地方。可有两种产生方式：两晶粒并排生长和两晶粒对面生长。缩孔和疏松大多金属和合金凝固时体积会发生收缩
10、，如果没有足够的液体补充就会在铸锭中形成孔洞，简称缩孔，分散的缩孔就称为疏松。影响缩孔形成的原因：a凝固方式：当金属和合金的凝固自膜壁开始后，主要以柱状晶长大向前进行，叫做壳状凝固；最终以集中缩孔的形式存在。当柱状晶以树枝方式生长，会产生疏松。当合金凝固主要以树枝状方式进行并形成等轴晶时，称这种凝固方式为糊状凝固；易形成遍及整个铸锭的疏松。b散热条件：凝固方向；气孔和夹杂气孔分为析出型气孔和反应型气孔；可通过热加工焊合起来；夹杂分为内生夹杂和外来夹杂；25. 铸锭中的缺陷有哪些？26. 晶粒的大小与那些因素有关？什么方法可以控制晶粒形成？晶粒大小随晶粒数的增大而减小，晶粒数与形核率正比，与张大
11、速率反比，因此，形核率增大，晶粒减小，张大率增大，晶粒增大；当增大冷却速度时可减小晶粒，但只适合于薄件。实际生产中，采用加入形核剂（孕育处理），或震动的方法。27. 制取单晶的方法有哪些？a上拉法：b下移法28. 非晶态合金有什么用？怎样制备？它具有优异的性能，比如高强度，高硬度，高塑性，韧性，高电阻率，高磁导率和低磁损，目前已成功用非晶态合金制成变压器铁芯和录像机磁头。急冷制备。29. 定向凝固结晶的条件是什么？通过定向冷却造成一定方向的温度梯度；30. 请描述区域熔炼的过程。将一根长度为L的合金棒锭用感应加热圈沿棒自作只有逐渐移动，进行分区熔化，先凝固部分将杂质（溶质）转移给熔化的液体，最后杂质富集在右端，如此重复区域熔化，便不断将棒锭纯化。Copyright by1 | kongdequan
