金屬學(xué)課程-第3章-習(xí)題答案

第3章習(xí)題3-1在正溫度梯度下，為什么純金屬凝固時不能呈樹枝狀成長，而固溶體合金卻能呈樹枝狀成長？答：純金屬凝固時，要獲得樹枝狀晶體，必須在負(fù)的溫度梯度下；在正的溫度梯度下，只能以平面方式長大。而固溶體實(shí)際凝固時，往往會產(chǎn)生成分過冷，當(dāng)成分過冷區(qū)足夠大時，固溶體就會以樹枝狀長大。3-3有兩個形狀、尺寸均相同的Cu-Ni合金鑄件，其中一個鑄件的Ni=90%，另一個鑄件的Ni=50%，鑄后自然冷卻。問：（1）凝固后哪個鑄件的枝晶偏析嚴(yán)重？（2）哪種合金成分過冷傾向較大？（3）室溫下哪個鑄件的硬度較高？答：（1）Ni=50%的合金枝晶偏析嚴(yán)重。在鑄件的形狀、尺寸和冷卻條件相同的情況下，枝晶偏析的程度主要取決于液、固相線之間的水平距離，水平距離越大，結(jié)晶出來的固相成分和合金成分的差別越大，枝晶偏析越嚴(yán)重。Ni=50%的合金液、固相線之間的水平距離大，所以枝晶偏析嚴(yán)重。（2）Ni=50%的合金成分過冷傾向大。Ni=50%的合金就是Cu=50%的合金，Ni=90%的合金就是Cu=10%的合金；把Cu看作溶質(zhì)，溶質(zhì)溶度越大，越容易形成成分過冷，所以Cu=50%的合金（即Ni=50%的合金）成分過冷傾向大。（3）Ni=50%的合金硬度高，溶質(zhì)含量越高，固溶強(qiáng)化的效果越好。3-4何謂成分過冷？成分過冷對固溶體結(jié)晶時晶體長大方式和鑄錠組織有何影響？答：成分過冷是指合金凝固時由于液固界面前沿溶質(zhì)濃度分布不均勻，使其實(shí)際溫度低于其理論熔點(diǎn)而造成的一種特殊過冷現(xiàn)象。在正的溫度梯度下，若無成分過冷，晶體以平面方式生長，界面呈平直界面。成分過冷區(qū)較小時，晶體以胞狀方式生長，呈現(xiàn)凸凹不平的胞狀界面，稱為胞狀組織或胞狀結(jié)構(gòu)。成分過冷區(qū)大時，晶體可以樹枝狀方式生長，形成樹枝晶。在兩種組織形態(tài)之間還會存在過渡形態(tài)：平面胞狀晶和胞狀樹枝晶。當(dāng)成分過冷度大于形成新晶核所需要的過冷度時，就會在固液界面前沿的液相中產(chǎn)生大量的新晶核，從而獲得等軸晶粒。3-7根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出概略的二元共晶相圖：組元A的熔點(diǎn)為1000℃，組元B的熔點(diǎn)為700℃；wB=25%的合金在500℃結(jié)晶完畢，并由%的先共晶α相與%的（α+β）共晶體所組成；wB=50%的合金在500℃結(jié)晶完畢，并由40%的先共晶α相與60%的（α+β）共晶體所組成，而此合金中的α相總量為50%。（解：設(shè)共晶線上兩端點(diǎn)成分分別為，，共晶點(diǎn)的成分為，則根據(jù)已知條件，有

由上式分別解得，，。畫出的相圖如下圖所示。3-11試指出圖中的錯誤之處，說明理由，并加以改正。解：圖中有四處錯誤：（1）d、e兩點(diǎn)應(yīng)重合，因?yàn)閷M元A，α-A和β-A發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時，自由度F=1-2+1=0，轉(zhuǎn)變在恒溫下進(jìn)行；（2）水平線cb應(yīng)與三個單相區(qū)接觸而不是兩個單相區(qū)，因?yàn)槎岛銣剞D(zhuǎn)變時，自由度F=0，P=3，應(yīng)三相平衡；（3）水平線fghij應(yīng)與三個單相區(qū)接觸而不是四個單相區(qū)，因?yàn)槎岛銣剞D(zhuǎn)變的自由度F=0時，P=3，最多有三相平衡；（4）kln線應(yīng)為水平線而不是斜線，因?yàn)槎等嗥胶廪D(zhuǎn)變時，自由度為零，在恒溫下進(jìn)行。右圖為改正后的相圖。3-12假定需要用wZn=30%的Cu-Zn合金和wSn=10%的Cu-Sn合金制造尺寸、形狀相同的鑄件，參照Cu-Zn和Cu-Sn二元合金相圖，回答下述問題：1）哪種合金的流動性好？2）哪種合金形成疏松的傾向大？3）哪種合金的熱裂傾向大？4）哪種合金的偏析傾向大？答：合金的流動性、形成疏松的傾向、熱裂的傾向、枝晶偏析傾向主要取決于相圖上液相線和固相線之間的距離。液相線和固相線之間的距離越大，合金的流動性越差，形成疏松的傾向、熱裂傾向、枝晶偏析傾向越大。wZn=30%的C