课后习题(金属学)

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1、第1章习题第2章习题2-4试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。答：相同点1）形核的驱动力和阻力相同；2）临界晶核半径相等；3）形成临界晶核需要形核功；4）结构起伏和能量起伏是形核的基础；5）形核需要一个临界过冷度；6）形核率在达到极大值之前，随过冷度增大而增加。与均匀形核相比，非均匀形核的特点：1）非均匀形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加；2）非均匀形核的晶核体积小，形核功小，形核所需结构起伏和能量起伏就小；形核容易，临界过冷度小；3）非均匀形核时晶核形状和体积由临界晶核半径和接触角共同决定；临界晶核半径相同时，接触角越小，晶核体积越小，形核越容

2、易；4）非均匀形核的形核率随过冷度增大而增加，当超过极大值后下降一段然后终止；此外，非均匀形核的形核率还与固体杂质的结构和表面形貌有关。2-7为了得到发达的柱状晶区应该采取什么措施？为了得到发达的等轴晶区应该采取什么措施？其基本原理如何？答：铸锭组织控制，主要是对柱状晶区和等轴晶区的分布范围和晶粒大小的控制。变更合金成分和浇铸条件可以改变各晶区分布范围的大小。对给定合金而言，有利于柱状晶区发展的因素有：较快的冷却速度，高的熔化温度和浇注温度，定向散热等；有利于等轴晶区发展的因素有：较慢的冷却速度，低的熔化温度和浇注温度，均匀散热等。为了获得细小的等轴晶粒

3、，可采用变质处理、振动和搅拌等措施。62-8指出下列各题错误之处，并改正之。1)所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能增加时的晶胚大小。改正：临界晶核是体积自由能的减少补偿2/3表面自由能增加时的晶胚大小。2)在液态金属中，凡是涌现小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。改正：即使有足够的能量起伏供给，小于临界晶核半径的晶胚也不能成核。3)无论温度分布如何，纯金属都是以树枝状方式生长。改正：在负的温度梯度下，纯金属以树枝状方式生长。第3章习题3-4何谓成分过冷？成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式

4、和铸锭组织有何影响？答：成分过冷是指合金凝固时由于液固界面前沿溶质浓度分布不均匀，使其实际温度低于其理论熔点而造成的一种特殊过冷现象。在正的温度梯度下，若无成分过冷，晶体以平面方式生长，界面呈平直界面。成分过冷区较小时，晶体以胞状方式生长，呈现凸凹不平的胞状界面，称为胞状组织或胞状结构。成分过冷区大时，晶体可以树枝状方式生长，形成树枝晶。在两种组织形态之间还会存在过渡形态：平面胞状晶和胞状树枝晶。当成分过冷度大于形成新晶核所需要的过冷度时，就会在固液界面前沿的液相中产生大量的新晶核，从而获得等轴晶粒。3-12假定需要用wZn=30%的Cu-Zn合金和wS

5、n=10%的Cu-Sn合金制造尺寸、形状相同的铸件，参照Cu-Zn和Cu-Sn二元合金相图，回答下述问题：1)哪种合金的流动性好？2)哪种合金形成疏松的倾向达？3)哪种合金的热裂倾向大？4)哪种合金的偏析倾向大？答：合金的流动性、形成疏松的倾向、热裂的倾向、枝晶偏析倾向主要取决于相图上液相线和固相线之间的距离。液相线和固相线之间的距离越大，合金的流动性越差，形成疏松的倾向、热裂倾向、枝晶偏析倾向越大。wZn6=30%的Cu-Zn合金液相线和固相线之间的距离较小，所以流动性好；wSn=10%的Cu-Sn合金液相线和固相线之间的距离大，所以形成疏松的倾向、热

6、裂倾向和枝晶偏析倾向大。第4章习题4-1分析wC=0.2%、wC=0.6%、wC=1.2%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的转变过程，用冷却曲线和组织示意图说明各阶段的组织，并分别计算室温下的相组成物和组织组成物的含量。解：在室温下，铁碳合金的平衡相是α-Fe（碳的质量分数是0.008%）和Fe3C（碳的质量分数是6.69%），故（1）wC=0.2%的合金在室温时平衡状态下α相的相对量及Fe3C相的相对量分别为wC=0.2%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe和珠光体，其组织可近似看做和共析转变完时一样，在共析温度下α-Fe碳的成分是0.0218%，共析

7、组织的碳的成分为0.77%，故wC=0.2%的合金在室温时组织中P的相对量为（2）wC=0.6%的合金在室温时平衡状态下α相的相对量及Fe3C相的相对量分别为wC=0.6%的合金在室温下平衡态下的组织是α-Fe和珠光体，在室温时组织中P的相对量为（3）wC=1.2%的合金在室温时平衡状态下α相的相对量及Fe3C相的相对量分别为6wC=1.2%的合金在室温下平衡态下的组织是珠光体和Fe3C，在室温时组织中P的相对量为4-2分析wC=3.5%、wC=4.7%的铁碳合金从液态平衡冷却至室温的平衡结晶过程，画出冷却曲线和组织变化示意图，并计算室温下的组织组成物和

8、像组成物的含量。解：wC=3.5%的铁碳合金在室温平衡相是α-Fe（碳的质量分数