材料的成形凝固與二元合金相圖參考答案

1、第四章 材料的成形凝固與二元合金相圖習(xí)題參考答案一、解釋下列名詞答：1、凝固：物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程。2、過冷度：實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。3、自發(fā)形核：在一定條件下，從液態(tài)金屬中直接產(chǎn)生，原子呈規(guī)則排列的結(jié)晶核心。4、非自發(fā)形核：是液態(tài)金屬依附在一些未溶顆粒表面所形成的晶核。5、變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核 的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒的處理方法。6、變質(zhì)劑：在澆注前所加入的難熔雜質(zhì)稱為變質(zhì)劑。7、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金屬在固態(tài)下隨溫度的改變，由一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶格的現(xiàn)象。8、合金：通

2、過熔煉，燒結(jié)或其它方法，將一種金屬元素同一種或幾種其它元素結(jié)合在一起所形 成的具有金屬特性的新物質(zhì)。9、組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)。10相：在金屬或合金中，凡成分相同、結(jié)構(gòu)相同并與其它部分有界面分開的均勻組成部分。11、相圖：用來表示合金系中各個(gè)合金的結(jié)晶過程的簡明圖解稱為相圖。12、枝晶偏析：實(shí)際生產(chǎn)中，合金冷卻速度快，原子擴(kuò)散不充分，使得先結(jié)晶出來的固溶體合金含高熔點(diǎn)組元較多，后結(jié)晶含低熔點(diǎn)組元較多，這種在晶粒內(nèi)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象。13、比重偏析：比重偏析是由組成相與溶液之間的密度差別所引起的。如果先共晶相與溶液之 間的密度差別較大，則在緩慢冷卻條件下凝固時(shí)，先共晶相便會在液體

3、中上浮或下沉，從而導(dǎo)致結(jié) 晶后鑄件上下部分的化學(xué)成分不一致的現(xiàn)象。二、填空題1、實(shí)際結(jié)晶溫度比理論結(jié)晶溫度略低一些的現(xiàn)象稱為金屬結(jié)晶的過冷現(xiàn)象,實(shí)際結(jié)晶溫度與理論結(jié)晶溫度之差稱為過冷度。2、金屬結(jié)晶過程是 晶核形成與晶核長大的過程,這是結(jié)晶的基本規(guī)律。3、金屬結(jié)晶時(shí)的冷卻速度越快，則過冷度越 大，結(jié)晶后的晶粒越 M,其強(qiáng)度越 邕，塑性和韌性 越好。4、典型的金屬鑄錠組織由三層組成，即表層細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū) 、中心粗等軸晶區(qū)。5、在金屬鑄錠中，除組織不均勻外，還經(jīng)常存在縮孔、氣孔、疏松等各種鑄造缺陷。6、其它條件相同時(shí)，在下列鑄造條件下，就鑄件晶粒大小來說:(1) 金屬模澆注的比砂模澆注的 鑄件晶

4、粒細(xì);(2) 鑄成薄件的比鑄成厚件的 鑄件晶粒細(xì)；(3)澆注時(shí)采用震動的比不采用震動的 鑄件晶粒細(xì)。三、簡答題1、過冷度與冷卻速度有何關(guān)系？它對金屬結(jié)晶過程有何影響？對鑄件晶粒大小有何影響？答：冷卻速度越大，則過冷度也越大。隨著冷卻速度的增大，則晶體內(nèi)形核率和長大速度都加快，加速結(jié)晶過程的進(jìn)行，但當(dāng)冷速達(dá)到一定值以后則結(jié)晶過程將減慢，因?yàn)檫@時(shí)原子的擴(kuò)散能力減弱。過冷度增大，A E大，結(jié)晶驅(qū)動力大，形核率和長大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了 N與G的比值，晶粒變細(xì)，但過冷度過大，對晶粒細(xì)化不利，結(jié)晶發(fā)生困難。2、金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么？晶核的形成率和成長率受到哪些因素的影響？答：金屬

5、結(jié)晶的基本規(guī)律是形核和核長大。受到過冷度的影響，隨著過冷度的增大，晶核的形成率和成長率都增大，但形成率的增長比 成長率的增長快；同時(shí)外來難熔雜質(zhì)以及振動和攪拌的方法也會增大形核率。3、在鑄造生產(chǎn)中，采用哪些措施控制晶粒大??？在生產(chǎn)中如何應(yīng)用變質(zhì)處理？答：采用的方法：提高冷卻速度：增大過冷度可使晶粒細(xì)化。冷卻速度越大，過冷度越大。所以，控制金屬結(jié) 晶時(shí)的冷卻速度就可以控制過冷度，從而控制晶粒的大小。變質(zhì)處理：在液態(tài)金屬結(jié)晶前，特意加入某些難熔固態(tài)顆粒，造成大量可以成為非自發(fā)晶核的固態(tài)質(zhì)點(diǎn)，使結(jié)晶時(shí)的晶核數(shù)目大大增加，從而提高了形核率，細(xì)化晶粒。機(jī)械振動、攪拌：在金屬液結(jié)晶過程中，也可以采用機(jī)械振

6、動、超聲波振動、電磁振動等措施，使正在長大的晶粒破碎，從而細(xì)化晶粒。4、何謂共晶反應(yīng)、包晶反應(yīng)和共析反應(yīng)？試比較這三種反應(yīng)的異同點(diǎn)。答：共晶反應(yīng)：指一定成分的液體合金，在一定溫度下，同時(shí)結(jié)晶出成分和晶格均不相同的兩 種晶體的反應(yīng)。包晶反應(yīng)：指一定成分的固相與一定成分的液相作用，形成另外一種固相的反應(yīng)過程。共析反應(yīng)：由特定成分的單相固態(tài)合金，在恒定的溫度下，分解成兩個(gè)新的，具有一定晶體結(jié)構(gòu)的固相的反應(yīng)。共同點(diǎn)：反應(yīng)都是在恒溫下發(fā)生，反應(yīng)物和產(chǎn)物都是具有特定成分的相，都處于三相平衡狀態(tài)。不同點(diǎn)：共晶反應(yīng)是一種液相在恒溫下生成兩種固相的反應(yīng)；共析反應(yīng)是一種固相在恒溫下生 成兩種固相的反應(yīng)；而包晶反應(yīng)

7、是一種液相與一種固相在恒溫下生成另一種固相的反應(yīng)。5、二元合金相圖表達(dá)了合金的哪些關(guān)系？答：二元合金相圖表達(dá)了合金的狀態(tài)與溫度和成分之間的關(guān)系。6、在二元合金相圖中應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算什么？答：應(yīng)用杠桿定律可以計(jì)算合金相互平衡兩相的成分和相對含量。7、已知A (熔點(diǎn)600 C)與B(500 C)在液態(tài) 無限互溶；在固態(tài)300c時(shí)A溶于B的最大溶解度 為30% 室溫時(shí)為10% (1 B不溶A;在300 C時(shí)， 含40%B勺液態(tài)合金發(fā)生共晶反應(yīng)。現(xiàn)要求：作出A-B合金相圖；分析20% A, 45%A 80%A等合金的結(jié)晶過 程，并確定室溫下的組織組成物和相組成物的相 對量。答：如右圖所示20%砧金

8、如圖：合金在1點(diǎn)以上全部為液相，當(dāng)冷至 1點(diǎn)時(shí)， 開始從液相中析出 a固溶體，至2點(diǎn)結(jié)束，23 點(diǎn)之間合金全部由 a固溶體所組成，但當(dāng)合金冷到3點(diǎn)以下，由于固溶體 a的濃度超過了它的溶相組成物：+ +AA= (90-80/90 ) *100%=11%a =1-A%=89%解度限度，于是從固溶體a中析出二次相A,因此最終顯彳組織：A45%砧金如圖:a固溶體，此時(shí)液相線成分沿線 BE合金在1點(diǎn)以上全部為液相， 冷至1點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出 變化，固相線成分沿 BD線變化，當(dāng)冷至2點(diǎn)時(shí)，液相線成分到達(dá) E點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成(A+a) 共晶體，合金自2點(diǎn)冷至室溫過程中，自中析出二次相 An,因而合金

9、室溫組織：An +a +(A+a) 相 組成物:A+ a組織：An = (70-55 ) /70*100%=21% a =1- A 口=79%A+a= (70-55 ) /(70-40 ) *100%=50%相：A= (90-55 ) /90*100%=50% a =1-A%=50%80%砧金如圖:合金在1點(diǎn)以上全部為液相，冷至 1點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出 A,此時(shí)液相線成分沿 AE線變化， 冷至2點(diǎn)時(shí)，液相線成分到達(dá)點(diǎn)，發(fā)生共晶反應(yīng)，形成 (A+a)共晶體，因而合金的室溫組織：A+(A+ a )相組成物：A+a組織：A= (40-20) /40*100%=50% A+ a =1-A%=50%相：

10、 A= (90-20 ) /90*100%=78% a =1-A%=22%8.某合金相圖如圖所示。試標(biāo)注一空白區(qū)域中存在相的名稱；指出此相圖包括哪幾種轉(zhuǎn)變類型；說明合金I的平衡結(jié)晶過程及室溫下的顯微組織。答：L+ y ：丫+3 ：3+（a+3）：3+an 勻晶轉(zhuǎn)變；共析轉(zhuǎn)變 合金在1點(diǎn)以上全部為液相，冷至1點(diǎn)時(shí)開始從液相中析出丫固溶體至2點(diǎn)結(jié)束,23點(diǎn)之間合金全部由丫固溶體所組成,3點(diǎn)以下，開始從丫固溶體中析出“固溶體，冷至4點(diǎn)時(shí)合金全部由a固溶體所組成，45之間全部由a固溶體所組成，冷到5點(diǎn)以下，由于a固溶體的濃度超過了它 的溶解度限度，從a中析出第二相3固溶體，最終得到室穩(wěn)下的顯微組織：a

11、+3n9、有形狀、尺寸相同的兩個(gè)Cu-Ni合金鑄件，一個(gè)含 90% Ni ,另一個(gè)含50% Ni,鑄后自然冷卻，問哪個(gè)鑄件的偏析較嚴(yán)重？答：含50% Ni的Cu-Ni合金鑄件偏析較嚴(yán)重。在實(shí)際冷卻過程中，由于冷速較快，使得先結(jié)晶部分含高熔點(diǎn)組元多，后結(jié)晶部分含低熔點(diǎn)組元多，因?yàn)楹?50% Ni的Cu-Ni合金鑄件固相線與 液相線范圍比含 90% Ni鑄件寬，因此它所造成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象要比含90% Ni的Cu-Ni合金鑄件嚴(yán)重。四、選擇題1、在具有一定過冷度的金屬液體結(jié)晶時(shí)，液體與固相晶體的自由能差（=固-E液）（C）。A、0;B、= 0 ;C、 02、純金屬結(jié)晶時(shí)冷卻曲線上的水平臺階，表示 （A ）。A 、結(jié)晶時(shí)放出結(jié)晶潛熱；B 、由外界補(bǔ)償一定熱量使其結(jié)晶；C 、結(jié)晶時(shí)的孕育3、金屬結(jié)晶后晶粒大小取決于結(jié)晶時(shí)的形核率N和核長大速度 G,要細(xì)化晶粒必須（B ）。A 、增大N和G; B 、增大N、降低G;C 、降低N、增大G4、較大型鑄件一般是通過(C )來細(xì)化晶粒的。A 、增大過冷度；B 、降低冷卻速度；C 、變質(zhì)處理5、純金屬材料凝固后的晶粒大小主要取決于(A )A 、過冷度的大??；B 、溫度梯度的正負(fù)；C 、晶體長大方式五、判斷題(X )1、物質(zhì)從液態(tài)到