金属凝固原理大汇总.docx
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金属凝固原理大汇总.docx
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01描述液态金属的结构,指出与固态金属结构的差异。
这种短程有序是不稳定的,表现为:
在一定时间内液体中可能出现一些原子呈规则排列的微体积,经过一段时间之后,它们就消散。
同时,在液体的另外一些微体积中又会形成原子的规则排列。
这一过程可以不断重复进行。
随着温度的下降,短程有序的程度和微观体积的尺寸增大。
与固态结构的差异:
(1)液体中原子之间的平均距离比固体中略大;
(2)液体中原子的配位数比密排结构晶体的配位数小。
02何谓过冷。
推导过冷的热力学条件。
金属开始凝固的温度Tn低于其熔点Tm,这种现象叫做过冷。
推导见上交版《材料科学基础》第六章第三节。
03金属凝固过程包括哪两个基本过程。
包括形核和长大两个过程。
04指出形核过程的驱动力和阻力分别是什么,比较均匀形核和非均匀形核的临界形核功大小和形核率的大小,说明造成两者差异的原因。
形核过程的驱动力是体积自由能的下降,阻力是面积自由能的上升。
非均匀形核的临界形核功小于均匀形核,非均匀形核的形核率大于均匀形核。
这是因为在非均匀形核时阻力小于均匀形核所致。
05何谓正温度梯度和负温度梯度。
何谓粗糙界面和光滑界面。
正温度梯度有dT/dx>0关系,即离开界面越远,液体的温度越高。
负温度梯度正好相反。
粗糙界面:
界面上有一半位置为原子占据,一半为空位。
界面在微观范围是粗糙的,高低不平。
界面由几个原子厚的过渡层组成。
这种微观上粗糙的界面在宏观上是平直的。
06简述三种长大机制。
分析金属和非金属在正或负温度梯度下分别以何种机制长大,及其对固体形貌的影响。
三种长大机制:
垂直长大机制、二维形核长大机制、螺旋长大机制。
金属在正、负温度梯度下都以垂直长大机制长大,在正温度梯度下以平面方式长大,长成等轴晶,在负温度梯度下以树枝晶方式长大,长成树枝晶。
非金属在正、负温度梯度下都以二维形核机制和螺旋机制长大,在正温度梯度下以平面方式长大,长成等轴晶;在负温度梯度下有树枝晶的倾向,但是不明显。
07简述影响金属凝固后晶粒尺寸的因素。
在金属凝固过程中,采用哪些措施可以使凝固后的晶粒细小。
形核率和长大速度影响凝固后的晶粒尺寸。
在金属凝固过程中,通过加快冷却速度、搅拌、变质处理可以细化晶粒。
08固溶体与纯金属的形核相比,除了需要结构起伏、能量起伏外,还需要什么。
还需要成分起伏,因为先凝固的固相成分与液相成分是不同的。
09何谓平衡分配系数和有效分配系数。
在某一温度下,平衡的固相成分与液相成分之比叫平衡分配系数。
固溶体在不平衡凝固过程中,固液界面附近固相成分与远离界面的液相成分之比叫有效分配系数。
10纯金属凝固为什么需要结构起伏和能量起伏?
因为固相的结构与液相不同,所以凝固时需要结构起伏。
在凝固时,具有临界尺寸的晶胚是可以形核和长大的,但是,此时的形核功大于零,当液相中存在能量起伏时,若在较高能量的液相部分形核,就可以弥补所需的形核功。
11何谓成分过冷,说明形成成分过冷的条件。
在不平衡凝固时,由于液相中溶质分布不均匀引起的过冷,叫成分过冷。
成分过冷形成的条件:
12说明偏析产生的原因,指出消除偏析的方法。
在不平衡凝固过程中,固相中溶质浓度分布不均匀,因而凝固结束,晶体中产生成分偏析。
用扩散退火可以减轻或消除偏析。
13为了获得粗大的柱状晶,如何控制凝固条件。
为了获得细小的等轴晶,又该如何控制凝固条件。
为了获得粗大的柱状晶,可以采用定向凝固的方法。
为了获得细小的等轴晶,可以采用搅拌、快速冷却(对小铸件)、进行变质处理等。
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