金屬凝固理論作業(yè)

1、第四章.單相及多相合金的凝1.何謂結(jié)晶過程中的溶質(zhì)再分配？平衡分配系數(shù)/定義？解：除純金屬這一特例外，單相合金的結(jié)晶過程一般是在一個固液兩相共存的溫度區(qū)間內(nèi)完成的。在區(qū)間內(nèi)的任一點，共存兩相都具有不同的成分。因此結(jié)晶過程必然要導致界面處固、液兩相成分的分離。同時，由于界面處兩相成分隨著溫度的降低而變化，故晶體生長與傳質(zhì)過程必然相伴而生。這樣，從生核開始直到凝固結(jié)束，在整個結(jié)晶過程中，固、液兩相內(nèi)部將不斷進行著溶質(zhì)元素重新分布的過程。我們稱此為合金結(jié)晶過程中溶質(zhì)再分配。含溶質(zhì)元素c。的合金,在T時，其平衡周相中溶質(zhì)濃度與平衡液相溶質(zhì)濃度的比值稱為亞箴介用本新Cs平衡固相溶質(zhì)濃度為平衡分配系數(shù)“：

2、ko=E=平詢液相溶質(zhì)濃度。圖312單和合金的平衡分配系數(shù)(a)ko<l(b)ko>12. A-B二元合金原始成分為Co=Cr=2.5%,Ko=0.2,1叫=5,自左向右單向凝固,固相無擴散而液相僅有擴散(Dl=3x10-5cm"s)。達到槎定態(tài)凝固時，求：(1) S-L界面的C*s和C*l；(2) S-L界面保持平整界面的條件。解：(1)達到穩(wěn)定態(tài)凝固是剛好是初期過渡階段的最后時刻，此時C；=C°=25%，C；=12.5%Ko(2)在固相無擴散而液相僅有擴散的條件卜.，要使固液界面保持平整界面，則必須滿足液相溫度梯度為正，即Gl0:液相中不能產(chǎn)生成分過冷，即員

3、2mLe0(1一),帶入數(shù)值67xl()4s/cnf。R%R3 .成分過冷與熱過冷的涵義以及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系。解：成分過冷的定義：在固液界面前沿由液相成分變化與實際溫度分布所決定的特殊過冷現(xiàn)象。熱過冷：金屈的實際結(jié)晶溫度偏離理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象稱為熱過冷。聯(lián)系：都是金融結(jié)晶過程中的特殊現(xiàn)象。區(qū)別：熱過冷是金屬凝固時所需的過冷度，完全由熱擴散控制的過冷，是純金屬凝固時的過冷：成分過冷發(fā)生在界面實際溫度梯度小于液相線斜率時，他將引起溶質(zhì)在液相一側(cè)形成溶質(zhì)富集，液相濃度發(fā)生變化，對界面前沿凝固方式行重要影響。4 .成分過冷判據(jù)？成分過冷大小受哪些因素的影響？解：當界面前沿液相實際溫度梯度小于液相線

4、斜率時Gl<"Ix=o,則出現(xiàn)成分過冷。成分過冷影響因素：液相中溫度梯度，晶體的生長速度，液相線斜率，原始成分濃度，液相中溶質(zhì)擴散系數(shù)Di,Ko.5 .“成分過冷”對固溶體合金凝固時生長組織形貌有何影響？解：在負溫度梯度卜，合金的情況與純金屬相似，合金固溶體結(jié)晶易出現(xiàn)樹枝晶形貌；在正溫度梯度下，若GivMlC0*匕&,則出現(xiàn)成分過冷,隨成分過冷程度的增大，RDlKo固溶體的生長方式為：平面晶胞狀晶f胞狀樹枝晶及柱狀樹枝品-內(nèi)部等軸晶(自由樹枝晶)6 .用圖解說明出現(xiàn)成分過冷的臨界條件，并解釋如果是正常凝固會不會出現(xiàn)成分過冷。當界面前沿液相實際溫度梯度小于液相線斜率時x=

5、o，則出現(xiàn)成dx分過冷。成分過冷是固溶體合金在凝固過程中不同熔點物質(zhì)在固相及液相中成分不同的一種過冷現(xiàn)象，只要是固溶體公金凝固，他就會有可能出現(xiàn)。7 .如何認識“外生生長”與“內(nèi)生生長”？由前者向后者轉(zhuǎn)變的前提是什么？僅僅由成分過冷因素決定嗎？解：從令金的宏觀結(jié)晶狀態(tài)，平面生長，胞狀生長，柱狀枝晶生長屬于一種晶體自型壁生核，然后由外向內(nèi)單向延伸的生長方式稱為外生生長；等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長的方式稱為內(nèi)生生長。固液界面前沿出現(xiàn)大范困寬的成分過冷時，界面前沿成分過冷的極大值大于AT異，在柱狀晶生長的同時界面前沿這部分熔體也發(fā)生生核過程，導致晶體在過冷熔體中自由生長。由前者向后者轉(zhuǎn)變的前提是有一定大小的成分過冷，并且成分過冷區(qū)擴大到一