金屬凝固理論作業(yè)

1、第四章. 單相及多相合金的凝固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(gè)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(diǎn)，共存兩相都具有不同的成分。因此結(jié)晶過程必然要導(dǎo)致界面處固、液兩相成分的分離。同時(shí)，由于界面處兩相成分隨著溫度的降低而變化，故晶體生長(zhǎng)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(gè)結(jié)晶過程中，固、液兩相內(nèi)部將不斷進(jìn)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Co的合金，在T*時(shí)，其平衡固相中溶質(zhì)濃度與平衡液相溶質(zhì)濃度的比值稱為平衡分配系數(shù)k0：。2. A-B二元合金原

2、始成分為，自左向右單向凝固，固相無擴(kuò)散而液相僅有擴(kuò)散（)。達(dá)到穩(wěn)定態(tài)凝固時(shí)，求：（1）S-L界面的 和；（2）S-L界面保持平整界面的條件。解：（1）達(dá)到穩(wěn)定態(tài)凝固是剛好是初期過渡階段的最后時(shí)刻，此時(shí),（2）在固相無擴(kuò)散而液相僅有擴(kuò)散的條件下，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；液相中不能產(chǎn)生成分過冷，即 ，帶入數(shù)值。3. 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(shí)際溫度分布所決定的特殊過冷現(xiàn)象。熱過冷：金屬的實(shí)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：都是金屬結(jié)晶過程中的特殊現(xiàn)象。區(qū)別：熱過冷是金屬凝固

3、時(shí)所需的過冷度，完全由熱擴(kuò)散控制的過冷，是純金屬凝固時(shí)的過冷；成分過冷發(fā)生在界面實(shí)際溫度梯度小于液相線斜率時(shí)，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(duì)界面前沿凝固方式有重要影響。4. 成分過冷判據(jù)？成分過冷大小受哪些因素的影響？解：當(dāng)界面前沿液相實(shí)際溫度梯度小于液相線斜率時(shí)，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(zhǎng)速度，液相線斜率，原始成分濃度，液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)DL,KO.5.“成分過冷”對(duì)固溶體合金凝固時(shí)生長(zhǎng)組織形貌有何影響？解：在負(fù)溫度梯度下，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,則出現(xiàn)成分過冷，隨成分過冷程度的

4、增大，固溶體的生長(zhǎng)方式為：平面晶胞狀晶胞狀樹枝晶及柱狀樹枝晶內(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(huì)不會(huì)出現(xiàn)成分過冷。解：T界面TiTi實(shí)際TL(x)成分過冷區(qū)當(dāng)界面前沿液相實(shí)際溫度梯度小于液相線斜率時(shí)，則出現(xiàn)成分過冷。成分過冷是固溶體合金在凝固過程中不同熔點(diǎn)物質(zhì)在固相及液相中成分不同的一種過冷現(xiàn)象，只要是固溶體合金凝固，他就會(huì)有可能出現(xiàn)。7. 如何認(rèn)識(shí)“外生生長(zhǎng)”與“內(nèi)生生長(zhǎng)”？由前者向后者轉(zhuǎn)變的前提是什么？?jī)H僅由成分過冷因素決定嗎？解：從合金的宏觀結(jié)晶狀態(tài)，平面生長(zhǎng)，胞狀生長(zhǎng)，柱狀枝晶生長(zhǎng)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(zhǎng)方式稱為外生生長(zhǎng)；等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長(zhǎng)的方式稱為內(nèi)生生長(zhǎng)。固液界面前沿出現(xiàn)大范圍寬的成分過冷時(shí)，界面前沿成分過冷的極大值大于，在柱狀晶生長(zhǎng)的同時(shí)界面前沿這部分熔體也發(fā)生生核過程，導(dǎo)致晶體在過冷熔體中自由生長(zhǎng)。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(kuò)大到一定范圍。外生生長(zhǎng)向