河北工程大学材料成型理论基础练习题第4章

第 4 章 单相及多相合金的结晶 一 判断题 1 平衡凝固 条件下 凝固后零件断面的成分均匀地为 CS C0 所以 平衡凝固 开始时晶体 析出的成分即为 C0 2 对于 平衡凝固 及 液相充分混合 所假设的溶质再分配条件下 固 液界面前沿不存在溶质 富集层 即界面处及其前方的液相成分处处相同 3 在 平衡凝固 及 液相充分混合 所假设的溶质再分配条件下 固 液界面处的固相及液相成 分 CS CL 随凝固过程的进行均始终在不断升高 4 在 液相只有有限扩散 以及 液相中部分混合 有对流作用 溶质再分配条件下 固 液界 面处的固相及液相成分 CS CL 随凝固过程的进行始终不断升高 5 其他条件相同情况下 无论 K0 1 还是 K0 1 溶质平衡分配系数 K0小的合金更易于发生出现 成分过冷 6 其他条件相同情况下 原始浓度 C0高的合金更易于出现成分过冷 7 是否出现成分过冷及成分过冷的程度 既取决于合金性质因素 K0 C0 DL mL 也取决于工 艺因素 R GL 8 无论是纯金属还是合金 只有当凝固界面液相一侧形成负温度梯度时 才可能出现过冷现象 9 在满足胞状晶生长的成分过冷条件下 若增大凝固界面前方的温度梯度 GL 则可能出现柱状树 枝晶的生长方式 10 在 液相只有有限扩散 溶质再分配条件下 当达到稳定状态时 界面处及其前方液相成分随 时间变化均符合 且溶质富集层以外的成分均为 CL C0 0 t xCL 11 如果某合金的当前凝固存在成分过冷程度处于 胞状晶 生长方式的范围内 若大幅度增大液 体实际温度梯度 GL 凝固界面有向 平整界面 变化的可能 12 成分过冷较小时胞状晶生长方向垂直于固 液界面 与晶体学取向无关 13 液相部分混合 有对流作用 的溶质再分配 若液相容积很大以及容积并非很大情况下 N处的均为 C0 x xCL 14 如果某合金的当前凝固存在成分过冷程度处于 胞状晶 生长方式的范围内 若大幅度增大 R 生长方式有向 柱状树枝晶 变化的可能 15 规则共晶也可能出现胞状共晶或树枝状共晶形态 这是由于第三组员在界面前沿形成尺度达数 百个层片厚度数量级的富集层 产生成分过冷而引起的 二 填空题 1 在合金其他性质不变的情况下 若 降低降低 GL R 比值或 提高提高 合金成分 C0 合金固溶 体结晶形貌变化趋势为 平面晶 胞状晶 柱状树枝晶 内部等轴晶 自由树枝晶 2 晶体自型壁生核 然后由外向内单向延伸的生长方式 称为 外生生长外生生长 平面生长 胞状胞状 生长和 柱状树枝晶柱状树枝晶 生长皆属于此类生长 等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为 内生内生 生长 3 凝固过程枝晶间距越小 合金的成分偏析程度越 小小 凝固热裂纹形成倾向越 小小 显 微缩松及夹杂物分布的分散度越 大大 材料的性能越 好好 4 共晶两相没有共同的生长界面 两相的析出在时间上和空间上都是彼此 分离分离 的 各自以 不同的速度 独立独立 生长 因而形成的组织没有 共生共生 共晶的特征 这种非共生生 长的共晶结晶方式称为 离异生长离异生长 所形成的组织称 离异共晶离异共晶 5 规则共晶为层片状还是棒状 主要取决于两相 体积体积 的差别 当其中一相的体积分数小于 1 1 时 则该相倾向于以棒状方式生长 6 共晶组织生长中 共晶两相通过原子的 横横 向扩散不断排走界面前沿积累的溶质 且又互 相提供生长所需的组元彼此合作 并排地快速向前生长 这种共晶生长方式称为 共生共生 生长 三 选择题 1 下面哪一种说法是错误的 C A 对于溶质平衡分配系数 K0 1 K0越小 最终凝固组织的成分偏析越严重 B 固相无扩散 液相仅有有限扩散 溶质再分配进入稳定阶段的 CL 为 C0 K0 C C 固相无扩散 液相仅有有限扩散固相无扩散 液相仅有有限扩散 及及 液相部分混合 有对流 液相部分混合 有对流 的两种溶质再分配情况下 的两种溶质再分配情况下 进入稳定阶段的固相成分均为进入稳定阶段的固相成分均为 C C0 0 D 成分为 C0的合金 按照平衡相图 当温度由液态降低至 TL而开始析出单相固溶体 相时 其 液相的成分为 C0 其固相成分为 C0 K0 2 成分为 C0的长条形铸件自左向右定向凝固 对于教材上所描述的四种溶质再分配条件 凝固过 程中液固界面的固相成分 CS 始终在不断升高的情况有 A A A 平衡凝固平衡凝固 及及 固相无扩散 液相液相充分混合均匀固相无扩散 液相液相充分混合均匀 条件下的两种凝固情况 条件下的两种凝固情况 B 固相无扩散 液相仅有有限扩散 以外的其他三种 C 除 平衡凝固 以外的其他三种 D 四种溶质再分配条件 3 右图中 1 2 3 4 为自左向右定向凝固 终了的固相溶质分布曲线 属于 液相中部 分混合 的情况为 B A 曲线 1 B 曲线曲线 2 C 曲线 3 D 曲线 4 4 下面因素的改变均增加成分过冷程度的是 D A 增大 R C0 降低 GL mL B 增大 R DL 降低 GL C 降低 GL K0 K0 1 及 C0 D D 增大增大 R R C C0 0 K K0 0 K K0 0 1 1 E B 和 D 5 在共晶合金的凝固中 可能出现的现象是 D A 非共晶成分的合金也可以得到非共晶成分的合金也可以得到 100 的共晶组织 的共晶组织 B 共晶成分的合金 一定可以得到 100 的共晶组织 C 共晶成分的合金 也可能得不到共晶成分的合金 也可能得不到 100 的共晶组织 的共晶组织 D D A A 和和 C C 6 下面论述是错误的为 E A 金属 金属相共晶及金属 金属间化合物共晶 为 规则共晶 金属 非金属共晶及非金属 非金 属共晶 所得到的均属于 不规则共晶 B 第三组元 K0 1 存在时 若对层片状共晶两相前沿均形成较大成分过冷时 形成胞状共晶 成分过冷进一步增大可形成树枝状共晶组织 C 金属金属 非金属共晶非金属共晶 由于小晶面相长大具有强烈的方向性易发生弯曲和分枝 所得到的属于由于小晶面相长大具有强烈的方向性易发生弯曲和分枝 所得到的属于 不规不规 则共晶则共晶 因而不可能发生两相协同共生生长 因而不可能发生两相协同共生生长 D 在在 相 相 相两固相间界面张力各方向相同的情况下 当某一相的体积分数远大于另一相时 相两固相间界面张力各方向相同的情况下 当某一相的体积分数远大于另一相时 则该相以棒状方式生长 则该相以棒状方式生长 E E C C 和和 D D 四 简答题 1 固相无扩散 液相只有扩散情况下产身成分过冷的判据及影响成分过冷的因素 说明成分过冷 对结晶形貌的影响 答 成分过冷判据 答 成分过冷判据 影响成分过冷的因素 液相中温度梯度影响成分过冷的因素 液相中温度梯度 GLGL 越小 成分过冷越大 生长速度越小 成分过冷越大 生长速度 R R 越大 成分过冷越大 越大 成分过冷越大 液相线斜率液相线斜率 mLmL 越大 成分过冷越大 合金原始成分越大 成分过冷越大 合金原始成分 C0C0 越大 成分过冷越大 越大 成分过冷越大 扩散系数扩散系数 DLDL 越小 越小 成分过冷越大 分配系数成分过冷越大 分配系数 K0K0 越小 成分过冷越大 越小 成分过冷越大 成分过冷对结晶形貌的影响 当成分过冷对结晶形貌的影响 当 C0C0 一定时 随着一定时 随着 GLGL 减小 或减小 或 R R 增大时 晶体形貌由平面晶依次发增大时 晶体形貌由平面晶依次发 展为胞状树枝晶 柱状树枝晶 等轴树枝晶 而当展为胞状树枝晶 柱状树枝晶 等轴树枝晶 而当 GLGL R R 一定时 随一定时 随 C0C0 的增加 晶体形貌也同样的增加 晶体形貌也同样 由平面晶依次发展为胞状树枝晶 柱状树枝晶 等轴树枝晶 由平面晶依次发展为胞状树枝晶 柱状树枝晶 等轴树枝晶 2 简述晶体生长形貌随成分过冷大小变化的规律 参考 随参考 随 成分过冷成分过冷 程度的增大 固溶体生长方式由无程度的增大 固溶体生长方式由无 成分过冷成分过冷 时的时的 平面晶平面晶 依次发展依次发展 为 胞状晶为 胞状晶 柱状树枝晶柱状树枝晶 内部等轴晶 内部等轴晶 3 Al Cu 相图的主要参数为 CE 33 Cu 5 65 Tm 660 TE 548 用 Al 1 Cu 合金浇 sm C 一细长试样 使其从左至右单向凝固 冷却速度足以保持固 液界面为平界 面 当固相无 Cu 扩散 液相中 Cu 充分混合时 求 1 凝固 10 时 固液界面的 CS 和 CL 2 共晶体所占的比例 答 答 1 1 溶质分配系数 溶质分配系数 k k0 0 0 171 0 171 当当 1010 时 有 时 有 L S C C E sm C C 33 65 5 s f 0 1870 187 s C 1 00 0 1 k s fCk 1171 0 101 1171 0 1 091 09 L C 1 0 0 k L fC 0 k CS 171 0 00187 0 2 2 设共晶体所占的比例为 设共晶体所占的比例为 则 则 L f 则则 0 01470 0147 L C 1 0 0 k L fC E C L f 10 1 0 k E C C 1171 0 1 1 33 4 Al Cu 合金相图的主要参数 CE 33 Csm 5 65 Tm 660 TE 548 用 Al 1 Cu 即 Co 1 合金浇一细长圆棒试样 使其从左至右单向凝固 冷却速度足以保持固 液界面为平面 当固相中 无 Cu 扩散 液相中 Cu 有扩散而无对流 达到稳态凝固时 求 1 固 液界面的 Cs 和 CL 2 固 液界面的 Ti 忽略动力学过冷度 Tk 1 1 17 0 33 65 5 0 E sm C C k 1 0 CCS 88 5 17 0 1 0 k C C S L 2 2 22 TTTT Ki LLm CmTT 2 39 3 330 548660 L m 6409 19660 17 0 1 39 3 660 2 T 5 某二元合金相图如图所示 合金液成分为 WB 40 置于长瓷舟中并从左端开始凝固 温度梯度 大到足以使固液界面保持平面生长 1 假设固相无扩散 液相均匀混合 试求 相与液相之间的平衡分配系数 k0 凝固后共晶体的 数量占试棒长度的百分之几 画出凝固后的试棒中溶质 B 的浓度沿试棒长度的分布曲线 并注明各 特征成分及其位置 1 1 液相均匀混合时 液相均匀混合时 a a b b 共晶体所占的百分数应该是 在共晶温度共晶体所占的百分数应该是 在共晶温度5 0 60 30 0 E sm C C k 时所剩余的液相 此时应利用夏尔公式时所剩余的液相 此时应利用夏尔公式 4040 6060 4040 1 0 0 k LL fCC60 L C 0 C 44 4 44 4 所以 共晶体占试棒长度的所以 共晶体占试棒长度的 44 444 4 15 0 L f L f 6 某二元合金相图如下图所示 合金液成分为 C0 CB 10 置于长瓷舟中并从左端开始凝固 温 度梯度大到足以使固 液界面保持平面生长 假设固相无扩散 液相均匀混合 证明已凝固部分 的平均成分为 S f S C 0 11 0 K S S S f f C C 当试棒凝固时 液体成分增