2013金属凝固研究生复习题.doc

1、传热条件对凝固方式有何影响？试分析对比定向凝固与体积凝固的热力学条件。（附传热条件对定向凝固过程影响读书报告3000字以上）课件第一章P13、如图假定铸件与铸型为理想接触，其界面温度恒为Ti，凝固界面温度恒为Tk，凝固层厚度为，边界条件为：试推导出铸型、固相及液相的温度表达式。课件第一章第34页。4、简述MS理论的基本内容, MS理论与成分过冷理论相比具有什么重要意义?M-S理论，即界面稳定性的动力学理论，是用来研究温度场和浓度场的干扰行为、干扰振幅和时间的依赖关系以及它们对界面稳定性的影响。界面上出现任何周期性的干扰都可以考虑为所有可能波长的正弦干扰，界面的稳定性取决于正弦波的振幅随时间的变化率，如果振幅随时间而增大，则界面不稳定；相反，如果振幅随时间而减小，则界面稳定。其原因是由于界面上出现的干扰影响了邻近的热量和溶质的扩散所致。“成分过冷”理论是界面稳定性动力学理论的特殊形式。严格的动力学理论与“成分过冷”理论相比扩大了平界面的稳定区，这是由于它考虑到了界面能、结晶潜热及溶质沿固一液界面扩散的影响，所有这些对平面的稳定都能做出贡献。5、均质形核必须具备哪些必要条件？各个条件在均质形核中有何作用？阐述均质形核时，临界晶核r*与过冷度T的关系。均质形核临界过冷度T*的意义。均质形核条件及作用：（1）单位体积自由能的改变值Gv0，过冷是结晶的必要条件之一。作用：为凝固过程的驱动力。（2）结构起伏（相起伏）：液态材料中出现的短程有序原子集团的时隐时现现象，是结晶的必要条件之二。作用：为形核提供结构、尺寸条件。（3）能量起伏：是结晶的必要条件之三。作用：为晶坯转变为晶核提供能量条件。r*与T的关系：r*是低于平衡结晶温度Tm的一定温度形核时的临界半径，有 可以看出，随着过冷度T增加，晶核的临界半径r*很快降低。T*的意义：把最大晶胚尺寸与过冷度的关系曲线跟r*与过冷度关系曲线叠加在一起，则可得到如图所示的两根曲线的交点。对应的过冷度称为均质形核临界过冷度T*。第三章P36、形核率受哪些因素的影响？在什么条件下可以获得合适的晶粒尺寸和晶粒数量？形核速率：在单位体积中单位时间内形成的晶核数目。取决于：由n个原子组成的临界尺寸的晶胚数Nn*；液相原于通过固/液界面向晶胚上吸附的吸附速度dn/dt。形核速率可表示为：I= Nn*dn/dt。晶粒的大小取决于形核率及长大速率，形核率越大，晶粒越多，越细小；长大速率越快，晶粒越少且越粗。通常的的控制条件：（1）控制过冷度：T增大，形核率及长大速率都增大，但是形核率的影响大于长大速率，晶粒细化。（2）进行变质处理：加入形核剂形成大量非均匀形核细化晶粒。（3）振动或搅拌等：一方面输入能量促进晶核提前形成，另一方面是长成的枝晶破碎，使晶核数目增加。7、二元合金的稳定相平衡必须满足什么条件？（课件第二章57页。8、凝固反应分为两类？什么条件下可以使凝固反应发生转变？结合凝固反应，在什么条件下才能获得非晶。两类凝固反应：（1）物质由液态变成固态时（水和液体金属或合金），流动性和其他物理性质会发生突然的变化，在凝固过程中，从液体中分离出一定固相，凝固后所得到的固体是晶体，这种凝固叫做第一类凝固反应。（2）另一类物质（玻璃、聚乙醇、沥青和松香等），当流动性发生变化时，物理性质没有显著和突然的改变，这一类物质的液体随着温度的降低而逐渐被固定下来，这种凝固叫做第二类凝固反应，得到的是玻璃质，为非晶体。当第一类凝固反应受到抑制时，则所有物质可按第二类凝固反应转变为玻璃质。抑制结晶，一般需要的冷却速度达106108K秒数量级。假设正常的凝固条件下，是稳定相，如果液相被过冷，则相的形核被抑制，按照液相自由能变化规律，如果有相或相形核，则将有相或相析出。如果液相被进一步过冷，则相或相的形核被抑制，上述固相都将成为介稳定相。如果被过冷到非晶态相变点以下的温度，将形成非晶态相。9、若金属在凝固过程中由凝固速度R1增大到R2，根据下面成分变化示意图，描述成分分布由稳定不稳定稳定的建立过程。（20）第一章P121310、试导出平衡凝固及液相完全混合条件下凝固时TL*与fs的关系表达式。胡汉起P692、 Ge-Ga锭含有Ga10ppm(质量分数)，凝固速度R为810-3cm/s。无对流现象，试绘出凝固后沿锭长度方向上的成分分布，给出最初成分以及最初、最后过渡区的长度。设DL=510-5cm2/s，k0=0.1。11、正常凝固生长的Ge-Ga晶体，采取强制对流，边界层厚0.005厘米，最初Ga成分为10ppm，设DL510-5厘米2秒，k=0.