河北工程大學(xué)材料成型理論基礎(chǔ)練習(xí)題第章

1、河北工程大學(xué)材料成型理論基 礎(chǔ)練習(xí)題第章作者:日期:第4章單相及多相合金的結(jié)晶一、判斷題1、 、“平衡凝固”條件下，凝固后零件斷面的成分均勻地為Cs =Co。所以“平衡凝固”開始時(shí)晶體析 出的成分即為Co。（ X ）2、 對(duì)于“平衡凝固”及“液相充分混合”所假設(shè)的溶質(zhì)再分配條件下，固-液界面前沿不存在溶質(zhì)富集層，即界面處及其前方的液相成分處處相同。（V3、 在“平衡凝固”及“液相充分混合”所假設(shè)的溶質(zhì)再分配條件下，固-液界面處的固相及液相成分Cs?、Cl?隨凝固過程的進(jìn)行均始終在不斷升高。（V ）4、 在“液相只有有限擴(kuò)散”以及“液相中部分混合（有對(duì)流作用）”溶質(zhì)再分配條件下，固-液界面處的固

2、相及液相成分 Cs?、Cl?隨凝固過程的進(jìn)行始終不斷升高。（X ）5、 其他條件相同情況下，無(wú)論Ko< 1還是Ko> 1,溶質(zhì)平衡分配系數(shù) Ko小的合金更易于發(fā)生出現(xiàn) 成分過冷。（X6、 其他條件相同情況下，原始濃度Co高的合金更易于出現(xiàn)成分過冷。（V ）7、 是否出現(xiàn)成分過冷及成分過冷的程度，既取決于合金性質(zhì)因素（Ko、Co、Dl、mL），也取決于工 藝因素（R, Gl） （ V&無(wú)論是純金屬還是合金，只有當(dāng)凝固界面液相一側(cè)形成負(fù)溫度梯度時(shí)，才可能出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。（X ）9、 在滿足胞狀晶生長(zhǎng)的成分過冷條件下，若增大凝固界面前方的溫度梯度Gl,則可能出現(xiàn)柱狀樹 枝晶的生長(zhǎng)方

3、式。（X10、 在“液相只有有限擴(kuò)散”溶質(zhì)再分配條件下，當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，界面處及其前方液相成分隨時(shí)間變化均符合=Cl（x'）=O ,且溶質(zhì)富集層以外的成分均為Cl =Co° （ V ）a11、如果某合金的當(dāng)前凝固存在成分過冷程度處于“胞狀晶”生長(zhǎng)方式的范圍內(nèi)，若大幅度增大液體實(shí)際溫度梯度 Gl，凝固界面有向“平整界面”變化的可能。（V ）12、 成分過冷較小時(shí)胞狀晶生長(zhǎng)方向垂直于固-液界面，與晶體學(xué)取向無(wú)關(guān)。（V ）13、 “液相部分混合”（有對(duì)流作用）的溶質(zhì)再分配，若液相容積很大以及容積并非很大情況下，X' > > N 處的 CL（x'）均為

4、Co, （ X ）14、 如果某合金的當(dāng)前凝固存在成分過冷程度處于“胞狀晶”生長(zhǎng)方式的范圍內(nèi)，若大幅度增大R生長(zhǎng)方式有向“柱狀樹枝晶”變化的可能。（ V ）15、規(guī)則共晶也可能出現(xiàn)胞狀共晶或樹枝狀共晶形態(tài)。這是由于第三組員在界面前沿形成尺度達(dá)數(shù)百個(gè)層片厚度數(shù)量級(jí)的富集層，產(chǎn)生成分過冷而引起的。（ V ）二、填空題1、 在合金其他性質(zhì)不變的情況下，若降低 Gl / R比值或提高合金成分 Co,合金固溶體結(jié)晶形貌變化趨勢(shì)為：平面晶t胞狀晶t柱狀樹枝晶t內(nèi)部等軸晶（自由樹枝晶2、 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)和柱狀樹枝晶生長(zhǎng)皆屬于此類生長(zhǎng)。等

5、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)”。3、 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。4、 共晶兩相沒有共同的生長(zhǎng)界面，兩相的析出在時(shí)間上和空間上都是彼此分離的，各自以不同的速度獨(dú)立 生長(zhǎng)，因而形成的組織沒有 共生共晶的特征。這種非共生生長(zhǎng)的共晶結(jié)晶方式稱為 離異生長(zhǎng) ，所形成的組織稱離異共晶 。5、 規(guī)則共晶為層片狀還是棒狀，主要取決于兩相_體積一的差別，當(dāng)其中一相的體積分?jǐn)?shù)小于_1/n 時(shí)，則該相傾向于以棒狀方式生長(zhǎng)。6、 共晶組織生長(zhǎng)中，共晶兩相通過原子的橫向擴(kuò)散不斷排走界面前沿積累的溶質(zhì)，且又

6、互相提供生長(zhǎng)所需的組元彼此合作，并排地快速向前生長(zhǎng)，這種共晶生長(zhǎng)方式稱為_共生_生長(zhǎng)。三、選擇題1、 下面哪一種說(shuō)法是錯(cuò)誤的？CA、對(duì)于溶質(zhì)平衡分配系數(shù) Ko< 1 , Ko越小，最終凝固組織的成分偏析越嚴(yán)重。B、 “固相無(wú)擴(kuò)散，液相僅有有限擴(kuò)散”溶質(zhì)再分配進(jìn)入穩(wěn)定階段的Cl?為Co /K。C、“固相無(wú)擴(kuò)散，液相僅有有限擴(kuò)散”及“液相部分混合（有對(duì)流）”的兩種溶質(zhì)再分配情況下，進(jìn) 入穩(wěn)定階段的固相成分均為 G。D、 成分為Co的合金，按照平衡相圖，當(dāng)溫度由液態(tài)降低至Tl而開始析出單相固溶體 a相時(shí)，其液 相的成分為Co,其固相成分為 Co Ko。2、成分為Co的長(zhǎng)條形鑄件自左向右定向凝固

7、，對(duì)于教材上所描述的四種溶質(zhì)再分配條件，凝固過程中液固界面的固相成分 Cs?始終在不斷升高的情況有：AA、“平衡凝固”及“固相無(wú)擴(kuò)散，液相液相充分混合均勻”條件下的兩種凝固情況；B “固相無(wú)擴(kuò)散，液相僅有有限擴(kuò)散”以外的其他三種;C 除“平衡凝固”以外的其他三種；D 四種溶質(zhì)再分配條件。3、右圖中1、2、3、4為自左向右定向凝固 終了的固相溶質(zhì)分布曲線，屬于“液相中部 分混合”的情況為：BA. 曲線1B. 曲線2C. 曲線34、下面因素1的改變均增加成分過冷程度的是A.增大R、Co,降低Gl、mL；B.增大R、Dl ,降低Gl ；C.降低Gl、Ko(Ko< 1) 及 Co；D.增大R6K

8、o (Ko> 1);E.B和DD. 曲線45、在共晶合金的凝固中，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是:100%的共晶組織。100%的共晶組織。100%的共晶組織。A. 非共晶成分的合金也可以得到B. 共晶成分的合金，一定可以得到C. 共晶成分的合金，也可能得不到D. A 和 C。6、下面論述是錯(cuò)誤的為：。金屬-非金屬共晶及非金屬-非金屬A.金屬-金屬相共晶及金屬-金屬間化合物共晶，為“規(guī)則共晶”共晶，所得到的均屬于“不規(guī)則共晶”B. 第三組元（Ko< 1）存在時(shí)，若對(duì)層片狀共晶兩相前沿均形成較大成分過冷時(shí)，形成胞狀共晶, 成分過冷進(jìn)一步增大可形成樹枝狀共晶組織；C. 金屬-非金屬共晶，由于小晶面相長(zhǎng)

9、大具有強(qiáng)烈的方向性易發(fā)生彎曲和分枝，所得到的屬于“不規(guī) 則共晶”，因而不可能發(fā)生兩相協(xié)同共生生長(zhǎng)；D. 在a相、3相兩固相間界面張力各方向相同的情況下，當(dāng)某一相的體積分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于另一相時(shí), 則該相以棒狀方式生長(zhǎng)；E. C 和 Db四、簡(jiǎn)答題51、固相無(wú)擴(kuò)散、液相只有擴(kuò)散情況下產(chǎn)身成分過冷的判據(jù)及影響成分過冷的因素，說(shuō)明成分過冷對(duì) 結(jié)晶形貌的影響？答：成分過冷判據(jù)：影響成分過冷的因素：液相中溫度梯度 GL越小，成分過冷越大；生長(zhǎng)速度 R越大，成分過冷越大； 液相線斜率mL越大，成分過冷越大；合金原始成分 CO越大，成分過冷越大； 擴(kuò)散系數(shù)DL越小, 成分過冷越大；分配系數(shù) K0越小，成分過冷越大。

10、成分過冷對(duì)結(jié)晶形貌的影響：當(dāng) CO一定時(shí)，隨著 GL減小，或R增大時(shí)，晶體形貌由平面晶依次發(fā) 展為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等軸樹枝晶；而當(dāng) GL R一定時(shí)，隨CO的增加，晶體形貌也同樣由 平面晶依次發(fā)展為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等軸樹枝晶。2、簡(jiǎn)述晶體生長(zhǎng)形貌隨成分過冷大小變化的規(guī)律。參考：隨“成分過冷”程度的增大，固溶體生長(zhǎng)方式由無(wú)“成分過冷”時(shí)的“平面晶”依次發(fā)展 為：胞狀晶t柱狀樹枝晶t內(nèi)部等軸晶。3、Al-Cu 相圖的主要參數(shù)為 CE= 33%Cu，Csm=5.65 % , Tm = 660C ,Te= 548C。用 Al 1 %Cu合金澆一細(xì)長(zhǎng)試樣，使其從左至右單向凝固，冷卻速度足以

11、保持固-液界面為平界 液相中Cu充分混合時(shí)，求： 凝固10%時(shí)，固液界面的 C*和CL*。(2)共晶體所占的比例。面，當(dāng)固相無(wú)Cu擴(kuò)散,答：(1)溶質(zhì)分配系數(shù)k 0= CS = Csm 二 5.65% =0 171 Cl Ce33%當(dāng)fs= 10%時(shí)，有*k 10 171ACs = k0C0(1 fs)k0 1 = 0.171 1%(1-10%).= 0.187 %CL* = GfL C* = a。0187 = 1.09 %k00.171(2)設(shè)共晶體所占的比例為fL,貝UCL = C° f_ °= CE則 fL =( £C0ko-! =(33%)o.1711 =

12、 0.01471%4、Al-Cu合金相圖的主要參數(shù)：合金澆一細(xì)長(zhǎng)圓棒試樣，使其從左至右單向凝固，冷卻速度足以保持固 Cu擴(kuò)散，液相中Cu有擴(kuò)散而無(wú)對(duì)流，達(dá)到穩(wěn)態(tài)凝固時(shí)，(1) 固-液界面的(2) 固-液界面的C(1) k。二亠CECE=33%,Cm=5.65%,Tm=660C,TE=548 C , 用 Al-1%Cu (即：Co=1%-液界面為平面。當(dāng)固相中無(wú)Cs* 和 CT (忽略動(dòng)力學(xué)過冷度 Tk)5.65*0.17 CS = C0 = 1 %33(2) Ti - T - TT2T2 = Tm mLC L求:mLX CSCrk0660 一548 二-3.390 -335.88%0.175、

13、某二元合金相圖如圖所示。合金液成分為 到足以使固液界面保持平面生長(zhǎng)。1)假設(shè)固相無(wú)擴(kuò)散，液相均勻混合。試求：T2 =660 -3.39660 -19.9 =640 C0.17WB=40%置于長(zhǎng)瓷舟中并從左端開始凝固。溫度梯度大相與液相之間的平衡分配系數(shù)k0；凝固后共晶體的數(shù)B的濃度沿試棒長(zhǎng)度的分布曲線,并注明各特量占試棒長(zhǎng)度的百分之幾？畫出凝固后的試棒中溶質(zhì) 征成分及其位置。9、11在共晶溫度C1)液相均勻混合時(shí)：a) & =聖Ce300.5 b)共晶體所占的百分?jǐn)?shù)應(yīng)該是,60時(shí)所剩余的液相，此時(shí)應(yīng)利用夏爾公式CCofLkoJCl =60 %, Co= 40%60 %= 40%X0.5

14、 AL6、某二元合金相圖如下圖所示。合金液成分為C0=Cb=10%，置于長(zhǎng)瓷舟中并從左端開始凝固。溫44.4% 所以，共晶體占試棒長(zhǎng)度的44.4 %度梯度大到足以使固-液界面保持平面生長(zhǎng)。假設(shè)固相無(wú)擴(kuò)散，液相均勻混合。證明已凝固部分(fs )的平均成分Cs為CSC01-fsK0fs當(dāng)試棒凝固時(shí)，液體成分增高，而這又會(huì)降低液相線溫度。 證明液相線溫度Tl與fs之間關(guān)系(T 為純組元A的熔點(diǎn)，mL為液相線斜率的值)為：Tl二J -mLC°(1 - fs)K°答：證明： Cs fs ' Cl * fl = C0CL =5* =c° fJ0)半1一fs(K。)Cs

15、，fs =C° -C。fL= C0(1_ fLK0)=C0l_(1_ fs)LK0CSK0 Cl = cofl(koJ)(Tl - Tm)m'K 1Tl =Tm-mLC°1 - fs ”7圖所示，為兩種溶質(zhì)再分配怙況下凝尚過程尚液、液柑成分隨距離的分布。 (1分別指出圖(a)及圖)各屬于哪種溶質(zhì)再分配諸況。(2簡(jiǎn)述圖(b)中Cj-Cj.的物理內(nèi)涵及原因口圖2兩種溶質(zhì)冉分配恬況卜戰(zhàn)同過杵同液、液相股分隨跖離的分亦<2）ffl（b）中;C；=鬲的物理內(nèi)涵為：液同界I上剛剛析出的I占1相成分切古湘整體平均成分一 SL從另一角度說(shuō)”尚相不同部位的成分處處相同"

16、;c>c£的物理內(nèi)涵為：液周界面上的液相成分9液相網(wǎng)體T；均成分一敘。從另一 角度說(shuō)，液相不同部位的成分處處相同。上述物理內(nèi)涵的teW*于，側(cè)描述的八卜衡凝固”溶質(zhì)再分配席況下，固 相、液郴的成分在凝固過程的任一瞬間（或溫度）與半衡相圖的同相線、液相線吻合. 固相及液相成分能夠及時(shí)地"允分地均勻化Q國(guó)4書液和I冇仃限護(hù)般漑I問*件卜'溶腫冉井配、圏4£為液和只有有限擴(kuò)散醸固編件下辭 質(zhì)再分配。請(qǐng)?jiān)趫D上完威如F（l>（4）內(nèi)容 （做題中堆好不衣看教材h（1）在三條虎線峙孰坐杯相童處標(biāo)岀鼎對(duì)應(yīng) 特征成分；（2）以縱虛域林出域初過渡區(qū)出入穩(wěn)定狀態(tài) 的分界位置；（3）丐出穩(wěn)定踰段界閒前方富渠層溶質(zhì)濃度 4（町與*的關(guān)系式； 標(biāo)出特征距離”乙2及其對(duì)便X*處RJ刃-4的高度，片J出-其表達(dá)竝<5）曲閹示怙況下*若皿凝固速度鳳突熬降 低到&毎伉時(shí).固相成分如何調(diào)幣？G打c領(lǐng)眄=命【1*托匹;訂 乂 】1&；X二聖初垃渡區(qū)進(jìn)人:穏定狀態(tài)的分界位置i凝回方向S- r -LOXRi>Ri<5）若凝固速度蜀