金属凝固学课程考试试题(个人整理版)

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纯金属的凝固习题与答案

纯金属的凝固习题与答案1 说明下列基本概念凝固、结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核形核功、形核率、生长线速度、光滑界面、粗糙界面、动态过冷度、柱状晶、等轴晶、树枝状晶、单晶、非晶态、微晶、液晶。

2 当球状晶核在液相中形成时，系统自由能的变化为σππ23344r G r G V +∆=∆，(1)求临界晶核半径c r ；(2)证明V V c c G A G c ∆-==∆231σ(c V 为临界晶核体积)；(3)说明上式的物理意义。

3 试比较均匀形核与非均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核往往比均匀形核更容易进行。

4 何谓动态过冷度?说明动态过冷度与晶体生长的关系。

在单晶制备时控制动态过冷度的意义？5 分析在负温度梯度下，液态金属结晶出树枝晶的过程。

6 在同样的负温度梯下，为什么Pb 结晶出树枝状晶而Si 的结晶界面却是平整的?7 实际生产中怎样控制铸件的晶粒大小?试举例说明。

8 何谓非晶态金属?简述几种制备非晶态金属的方法。

非晶态金属与晶态金属的结构和性能有什么不同。

9 何谓急冷凝固技术?在急冷条件下会得到哪些不同于一般晶体的组织、结构?能获得何种新材料?. 计算当压力增加到500×105Pa 时锡的熔点的变化，已知在105Pa 下,锡的熔点为505K ，熔化热7196J/mol ，摩尔质量为118.8×10-3kg/mol ，固体锡的体积质量7.30×103kg/m 3，熔化时的体积变化为+2.7%。

2. 考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：ΔT=1，10，100和200℃，计算： (a)临界晶核尺寸；(b)半径为r*的团簇个数；(c)从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化ΔGv ； (d)从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv 。

铝的熔点T m =993K ，单位体积熔化热ΔH f =1.836×109J/m 3，固液界面自由能γsc =93J/m 2，原子体积V 0=1.66×10-29m 3。

凝固原理与铸造技术题目及答案

凝固原理与铸造技术题目及答案凝固原理与铸造技术复习题答案1、画出纯金属浇入铸型后发生的传热模型示意图，并简要说明其凝固过程的传热特点。

凝固过程的传热有如下一些特点：简单地说：一热、二迁、三传。

首先它是一个有热源的传热过程。

金属凝固时释放的潜热，可以看成是一个热源释放的热，但是金属的凝固潜热，不是在金属全域上同时释放，而只是在不断推进中的凝固前沿上释放。

即热源位置在不断地移动；另外，释放的潜热量也随着凝固进程而非线性地变化。

一热：有热源的非稳态传热过程，是第一重要的。

二迁：固相、液相间界面和金属铸型间界面，而这二个界面随着凝固进程而发生动态迁移，并使传热现象变得更加复杂。

三传：液态金属的凝固过程是一个同时包含动量传输、质量传输和热量传输的三传（导热、对流和辐射传热）耦合的三维传热物理过程。

其次，在金属凝固时存在着两个界面。

即固相、液相间界面和金属铸型间界面，而在这些界面上，通常发生极为复杂的传热现象。

2、一个直径为25cm的长圆柱形铸钢件在砂型和金属型中凝固： (l)当忽略铸件-铸型界面热阻时，它们的凝固时间各为多少？(2)当铸件-铸型的界面换热系数hi=0.0024J(cm2．s．℃)时，它们的凝固时间各为多少？计算用参数如表l -2所示，计算中假定钢水无过热度，并在一个固定的温度Tf下凝固，同时假定铸型无限厚。

3、对于单元系而言，为什么高温时稳定的同素异性结构具有比低温时稳定的同素异性结构有较高的热焓，即H(γ -Fe)>H (α-Fe)?4、推导曲率引起的平衡温度改变的计算公式。

除压力外，表面曲率亦对平衡温度产生影响。

在凝固时，表面曲率对固相来说相当于增加了一项附加压力，这项附加压力是与界面张力相平衡的。

当任一曲面体的体积增加ΔV，面积增加ΔA时，附加压力ΔP与界面张力σ的关系为：由于曲率引起的平衡温度的改变为：5、二元合金的溶质平衡分配系数，除可以用热力学数据计算外，还可以用液相线斜率mL及结晶潜热ΔHm来计算。

金属凝固原理习题与答案

金属凝固原理习题与答案金属凝固原理习题与答案金属凝固是材料科学中的重要研究领域，也是金属加工和制备过程中不可或缺的一环。

在金属凝固过程中，涉及到许多基本原理和概念。

本文将通过一些习题来探讨金属凝固的原理，并给出相应的答案。

习题一：什么是金属凝固？答案：金属凝固是指金属在高温下由液态转变为固态的过程。

当金属被加热到其熔点以上时，金属原子开始逐渐失去自由度，形成有序的晶体结构，从而形成固态金属。

习题二：金属凝固的主要原理是什么？答案：金属凝固的主要原理是原子的有序排列。

在液态金属中，原子无序排列，而在固态金属中，原子有序排列成晶体结构。

这是因为在液态金属中，原子具有较高的热运动能量，可以自由移动，而在固态金属中，原子受到周围原子的束缚，只能在晶格中振动。

习题三：金属凝固的过程中有哪些因素会影响晶体的形成？答案：金属凝固的过程中，晶体的形成受到许多因素的影响，包括温度、凝固速率、合金成分等。

温度对晶体的形成有重要影响，较高的温度会使晶体生长得更快，而较低的温度会使晶体生长得更慢。

凝固速率也是影响晶体形成的重要因素，快速凝固会导致细小的晶体形成，而慢速凝固则有利于大晶体的生长。

合金成分对晶体形成也有重要影响，不同的合金成分会导致不同的晶体结构和形态。

习题四：金属凝固过程中，晶体的生长方式有哪些？答案：金属凝固过程中，晶体的生长方式主要有三种：平面生长、柱状生长和体内生长。

平面生长是指晶体在平面上逐渐生长，形成平坦的晶界；柱状生长是指晶体在某个方向上生长，形成柱状晶界；体内生长是指晶体在整个体积内均匀生长，没有明显的晶界。

不同的金属和凝固条件下，晶体的生长方式可能不同。

习题五：金属凝固过程中，晶体的缺陷有哪些？答案：金属凝固过程中，晶体的缺陷主要有晶格缺陷和晶界缺陷。

晶格缺陷是指晶体内部原子的位置偏离理想位置，包括点缺陷（如空位、间隙原子等）和线缺陷（如位错等）。

晶界缺陷是指晶体之间的界面上存在的缺陷，包括晶界错配、晶界位错等。

凝固技术、铸件形成理论考试

铸件形成理论重要知识点5.影响粘度的因素(1)温度：温度不太高时，T升高，η值下降。

温度很高时，T升高，η值升高。

(2)化学成分：表面活性元素使液体粘度降低，非表面活性杂质的存在使粘度提高。

(3)非金属夹杂物：非金属夹杂物使粘度增加。

6.粘度对铸坯质量的影响(1)对液态金属流动状态的影响：粘度对铸件轮廓的清晰程度有影响，为降低液体的粘度应适当提高过热度或者加入表面活性物质等。

凝固收缩形成压力差而造成的自然对流直接影响到铸件的质量，如热裂、缩孔、缩松的形成倾向。

(2)对液态金属对流的影响：运动粘度越大，对流强度越小。

铸坯的宏观偏析主要受对流的影响。

(3)对液态金属净化的影响：粘度越大，夹杂物上浮速度越小，越容易滞留在铸坯中形成夹杂、气孔。

7.影响表面张力的因素1）熔点：高熔点的物质，其原子间结合力大，其表面张力也大。

2）温度：大多数金属和合金，温度升高，表面张力降低。

3）溶质：向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使表面内能和表面张力降低。

8.表面张力对铸坯质量的影响1）界面张力与润湿角：液态金属凝固时析出的固相与液相的界面能越小，形核率越高。

液态杂质与金属晶体之间的润湿性将影响杂质形态。

2）表面张力引起的附加压力：附加压力提高金属液中气体析出的阻力，易产生气孔。

影响金属液与铸型的相互作用。

附加压力为正值时（不润湿），铸坯表面光滑，但充型能力较差，必须附加一个静压头。

附加压力为负值时（润湿），金属液能很好地充满铸型型腔，但是容易与铸型粘结（粘砂），阻碍收缩，甚至产生裂纹。

9.概念能量起伏：金属晶体结构中每个原子的振动能量不是均等的，一些原子的能量超过原子的平均能量，有些原子的能量则远小于平均能量，这种能量的不均匀性称为“能量起伏”结构起伏：液态金属中的原子集团处于瞬息万变的状态，时而长大时而变小，时而产生时而消失，此起彼落，犹如在不停顿地游动。

这种结构的瞬息变化称为结构起伏。

近程有序排列：金属液体则由许多原子集团所组成，在原子集团内保持固体的排列特征，而在原子集团之间的结合处则受到很大破坏。

重庆大学材料成型原理凝固理论部分考试题

（一）凝固理论部分考试题一、填空题和名词解释（30分）1.液态金属的结构可概括为近程有序，远程无序。

实际金属液中存在能量、浓度、构（相）三种起伏。

2.纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的。

3.溶质元素对液态金属表面张力的影响分为两大类，提高表面张力的溶质元素叫非表面活性元素，使表面张力降低的溶质元素叫表面活性元素。

4.流变铸造是金属（合金）在凝固温度区间给以强烈搅拌，破碎枝晶，使其形态发生变化，由枝晶经梅花状最终变为团粒状。

5.金属及合金的结晶包括形核和长大两个过程，完成这两个过程需要热力学过冷度和动力学过冷度两种过冷度。

6.依靠液态金属（合金）内部自身的结构自发地形核，称为均质形核。

依靠外来夹杂所提供的异质界面非自发地形核，称为异质形核，或非均质形核。

7.界面前沿液体中的温度条件有正温度梯度和负温度梯度两种，对纯金属而言，晶体的宏观生长方式有平面生长和树枝状生长，而无胞状生长。

8.固-液界面的微观结构（几个原子层范围内）分为粗糙界面和光滑（平整）界面两类。

纯金属晶体的微观生长方式有晶体的连续（垂直）生长、二维生长和从缺陷处生长。

9.铸件凝固时间“折算厚度法则”公式为t=R2/K2，其中K为凝固系数，R为折算厚度（铸件模数）。

由于折算厚度法则考虑到了铸件形状这个因素，所以它更接近实际。

10.液态金属凝固过程中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流。

自然对流是由浮力流和凝固收缩引起的流动。

液体在枝晶间的流动驱动力来自三个方面，即凝固时的收缩、液体成分变化引起的密度改变和液体和固体冷却时各自收缩。

11.成分过冷：由固-液界面前方溶质的再分配引起的过冷，称为成分过冷。

热过冷：金属凝固时所需要的过冷度，若完全由热扩散控制，这样的过冷称为热过冷。

12.成分过冷的判据式是：G L/R<m L C0(1-k)/D L k，当G L/R≥m L C0(1-k)/D L k时，合金界面前沿无成分过冷，此时界面以平面方式生长；当G L/R<m L C0(1-k)/D L k时合金界面前沿有成分过冷，此时界面以胞状方式或树枝状方式生长。

金属凝固理论答案最新东北大学

≥1.67×104 ℃/cm2s 即为所求. 3.论述成分过冷与热过冷的含义以及它们之间的区别和联系？成分过冷：液固界面前沿的液相具有正的温度梯度，液相中各微区的熔点和实际温度之间产生的并且与溶质浓度相关的过冷称为成分过冷。热过冷：纯金属实际开始结晶的温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷。成分过冷与热过冷的区别 : 热过冷是由于液体具有较大的过冷度时，在界面向前推移的情况下，结晶潜热的释放而产生的负温度梯度所形成的。可出现在纯金属或合金的凝固过程中，一般都生成树枝晶。成分过冷是由溶质富集所产生，只能出现在合金的凝固过程中，其产生的晶体形貌随成分过
R K
R V1 A1
试求：（1）根据平方根定律计算不同时刻铸件凝固层厚度 s,并作出 s 曲线；（2）分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间，并分析差别。
解：(1) 代入相关已知数解得：
K 1 L c1 T10 T S 2b 2 Ti T 20
程中，ΔGV=GL-GS=-ΔHf（Tm-T）/Tm<0，此时ΔHf>0，故 T<Tm，即在形核过程中，要获得所必须的驱动力，一定要有适当的过冷度，这样才能满足结晶的热力学条件。 8．说明为什么异质形核比均质形核容易? 影响异质形核的因素? 因为均质形核过程中，需要有较大强度的能量起伏和相起伏，因此需要较大的过冷度，一般 T≈0.2Tm。对异质形核而言，液态金属中存在一些微小的固相杂质质点，并且液态金属在凝固时还和型壁相接触，于是晶核就可以优先依附于这些现成的固体表面形核，因此形核所需的过冷度大大降低，一般 T≈0.02Tm。所以异质形核比均质形核更容易。影响抑制形核的因素：（1）金属液过冷度的大小：一定范围内，过冷度越大，越促进形核；（2）结晶相的晶格与杂质基底晶格的错配度的大小：错配度越小，越促进形核；（3）杂质表面的形貌和杂质特性的影响；（4）过热度的影响：过热度很大时，固态杂质质点表面状态发生改变或发生熔化，从而阻碍了异质形核；（5）其他物理因素的影响：如震动和搅动都促进了异质形核。 9．讨论两类固-液界面结构（粗糙面和光滑面）形成的本质及其判据。 10．固-液界面结构如何影响晶体生长方式和生长速度？固-液界面的结构不同，则其接纳液相中迁移过来的原子的能力也不同，从而使晶体生长方式和生长速度产生差异。根据固-液界面结构的不同，晶体有三种不同的生长机制，每种生长机制对应的生长速度也不同。（1）二维晶核长大机制。当固液界面为光滑界面时，若液相单个原子的扩散迁移到界面上是很难形成稳定状态的，这是由于它所带来的表面能的增加，远大于其体积自由能的降低。在这种情况下，晶体的长大只能依靠所谓的二维晶核方式，即依靠液相中的结构起伏和能量起伏，使一定大小的原子集团差不多同时降落到光滑界面上，形成具有一个原子厚度并且具有一定宽度的平面原子集团。这个原子集团带来的体积自由能的降低必须大于其表面能的增加，它才能在光滑界面上形成稳定的状态。这种晶核即为二维晶核，它的形成需要较大的过冷度。二维晶核形成后，它的四周就出现了台阶，后迁移来的液相原子一个个填充到这些台阶处，这样所增加的表面能较小。直到整个界面铺满一层原子后，便又变成了光滑界面，而后又需要新的二维晶核的形成，否则成长即告中断。由于二维晶核长大机制需要较大的过冷度，而且需要新的二维晶核不断的形成才能使晶核继续长大，因此这种生产方式的长大速度十分缓慢。 2）螺型位错生长机制。对于固液界面是光滑界面的晶体来说，在晶体长大时可能形成种种缺陷，从而在缺陷处产生了台阶，液相中的原子源源不断的向台阶处迁移，晶体逐渐长大。这就是所谓的螺型位错生长机制，实质是二维生长的另一种方式，它不是由形核来形成二维台阶，而是依靠晶体缺陷产生出台阶。由于这种因缺陷而产生的台阶使液相原子容易向上堆砌，而且这些缺陷提供了永远没有穷尽的台阶，因此长大速度比二维晶核长大速度快的多。（3）连续长大机制。在粗糙界面上，几乎有一半应按晶体规律而排列的原子位置正虚位以待，从液相中扩散来的原子很容易填入这些位置，与晶体连接起来。由于这些位置接纳原子的能力是等效的，在粗糙界面上的所有位置都是生长位置，所以液相原子可以连续地向界面添加，界面的性质永远不会改变，从而使固液界面迅速地向液相推移。这种长大机制称为连续长大机制。这种长大机制的晶体长大速度很快，大部分金属晶体均以这种方式长大。

凝固技术复习题

凝固技术复习题一．名词解释1．平方根定律：即凝固层厚度与凝固时间的平方根成正比，即τξK =。

2．液体金属的流动性：液态金属本身的流动能力，与金属的成分、温度、杂质含量和物理性质等有关。

3．均质生核：由游动的原子集团自己逐渐长大而形成晶核的过程。

4．偏析：铸件凝固后所产生的化学成分不均匀现象。

5．析出性气孔：金属液在冷却和凝固过程中，因气体溶解度下降，析出气体来不及排除而在铸件中形成的气孔。

6．充型能力：液态金属能否充满铸型、得到形状完整轮廓清晰的铸件的能力，即为液态金属充填铸型的能力，简称为充型能力。

7．非均质生核：在不均匀的熔体中依靠外来杂质或型壁界面提供的衬底进行生核的过程。

8．缩孔：铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现容积大而集中的孔洞，称为集中缩孔，或简称为缩孔。

9．热裂：在凝固过程后期或凝固刚结束时，产生于高温阶段的裂纹称为热裂。

10当量温度：K=L/C,释放L 数量结晶潜热相当于释放比热C 所下降的温度数。

11．线收缩：金属在固态冷却过程中的收缩，其原因在于空穴减少；原子间间距减小。

固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化，故称尺寸收缩或线收缩。

12．相变应力：固态发生相变的合金，由于铸件各部分冷却条件不同，它们到达相变温度的时刻不同，相变程度不同，因此而产生的应力。

13．动力粘度：液体层流运动时的摩擦系数，即)//(dx dv S F ⨯=η。

14．结膜温度：液体金属表面产生一层固体薄膜的温度。

15.运动粘度：液体层流运动时的摩擦系数，即二．简答题1．能量起伏：由于原子的热运动和相互碰撞，使体系中各原子瞬间所具有的能量在平均能量上、下波动的现象。

2．表面张力：对于液体和气体界面上的质点(原子或分子)，由于液体的密度大于气体的密度，故气相对它的作用力远小于液体内部对它的作用力，使表面层质点处于不平衡的力场之中。

结果是表面层质点受到一个指向液体内部的力，使液体表面有自动缩小的趋势。

2013金属凝固试题

1、试导出平衡凝固及液相完全混合条件下凝固时T L *与f s 的关
系，
2、Ge-Ga 锭含有Ga10ppm(质量分数)，凝固速度R 为8×10-3
cm/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D L =5×10-5cm 2/s ，k 0=0.1。

3、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δ，边界条件为：
试推导出铸型、固相及液相的温度表达式。

4、描述凝固过程中，凝固速度由R1减至R2以及由R2至增至R1时，凝固界面液相成分变化的趋势，并阐述凝固速度变化时新稳定态是如何形成的？
5、M —S 理论与成分过冷理论的差异有哪些？ M —S 理论与成分过冷理论相比在稳定性方面有何区别？
6、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。

7、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？
............................................................................................................0M M K
L S L L i
M S T .....T ..............................x T T T x T T x T T T x =-∞=====+∞====δ。

金属学复习题目整理参考答案

一、判断题〔正确打“√〞、错误打“×〞。

每题1分，共10分〕1、在硬度测量方法中，布氏硬度〔HB 〕常用来测量较软的材料，而洛氏硬度〔HRC 〕常用来测量较硬的材料。

〔 X 〕2、在立方晶系中，〔111〕⊥ ]211[-。

〔 X 〕3、晶体中存在位错时将导致其强度的降低。

〔X 〕4、间隙相是溶质原子溶入溶剂晶格形成的固溶体。

〔X 〕5、物质液体结晶过程，就是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。

〔√ 〕6、在平衡状态下，碳钢的强度〔σb 〕随其含碳量的增加而增加。

〔X〕7、面心立方晶体可以沿)111(-晶面的]110[-晶向滑移。

〔√ 〕8、马氏体是一种硬而脆的组织。

〔X 〕9、除Co 外，所有溶入奥氏体的合金元素都能进步钢的淬透性。

〔√ 〕10、在1Cr18Ni9Ti 中，Ti 的作用是细化晶粒。

〔X 〕2、金属的结晶过程是晶核形成并不断长大的过程。

〔√ 〕3、体心立方晶体可以沿()101-晶面上的[111]晶向滑移。

〔√ 〕4、在铁碳合金中，只有共析成分的的合金才能发生共析反响。

〔 X 〕5、退火态铁碳合金室温下的组织均为铁素体加渗碳体。

〔 X 〕6、钢中合金元素含量越多，那么淬火后钢的硬度越高。

〔 X 〕7、所谓本质细晶粒钢，就是一种在任何加热条件下晶粒均不粗化的钢。

( X 〕8、马氏体、贝氏体、屈氏体都是铁素体和渗碳体的机械混合物。

〔X 〕9、T12钢与20CrMnTi 钢相比较，淬透性和淬硬性均较低。

〔 X 〕10、在常温下，金属的晶粒越细，那么强度越高，塑性、韧性越好。

〔√〕1、在立方晶系中，(111)⊥[110]。

〔X 〕2、间隙相是溶质原子溶入溶剂晶格形成的固溶体。

〔 X 〕3、体心立方晶体可以沿()101-晶面上的[111]晶向滑移。

〔√〕4、在铁碳合金中，只有共析成分的的合金才能发生共析反响。

〔X 〕5、退火态铁碳合金室温下的组织均为铁素体加渗碳体。

金属凝固原理复习题答案

金属凝固原理复习题答案一、填空题1. 金属凝固过程中，液态金属转变为固态金属的过程称为__凝固__。

2. 金属凝固时，晶体生长的方式主要有__逐层生长__和__非逐层生长__两种。

3. 金属凝固过程中，晶粒的大小取决于__冷却速度__和__杂质含量__。

4. 金属凝固时，晶界移动的方式主要有__扩散控制__和__界面反应控制__。

5. 金属凝固过程中，冷却速度越快，形成的晶粒越__细小__。

二、选择题1. 金属凝固时，晶粒大小与冷却速度的关系是（C）。

A. 无关B. 正比C. 反比D. 无规律2. 金属凝固过程中，晶界移动的方式中，扩散控制是指（A）。

A. 晶界移动速度取决于原子在晶界上的扩散速度B. 晶界移动速度取决于界面反应速率C. 晶界移动速度取决于冷却速度D. 晶界移动速度取决于晶粒大小3. 金属凝固时，逐层生长和非逐层生长的主要区别在于（B）。

A. 晶粒大小B. 晶体生长方式C. 冷却速度D. 晶界移动方式4. 金属凝固过程中，影响晶粒大小的因素不包括（D）。

A. 冷却速度B. 杂质含量C. 晶种数量D. 金属的熔点三、简答题1. 简述金属凝固过程中的热传导过程。

金属凝固过程中，热量主要通过热传导的方式从固态金属向液态金属传递，直到液态金属完全转变为固态金属。

在这个过程中，金属的冷却速度和热量传递效率对晶粒大小和金属的微观结构有重要影响。

2. 金属凝固时，晶界移动的两种方式有何不同？晶界移动的两种方式，扩散控制和界面反应控制，主要区别在于晶界移动的速率控制因素。

在扩散控制下，晶界移动速度取决于原子在晶界上的扩散速度；而在界面反应控制下，晶界移动速度则取决于界面反应速率。

这两种方式决定了晶体生长的形态和速度，进而影响金属的最终微观结构和性能。

金属凝固复习题2013

第一章凝固热力学1. 比较高压铸造技术与传统铸造技术的优劣如果将一个大气压条件下加热至熔点Tm 以上某一温度To 保温，然后对金属熔体快速施加高压，使金属熔点快速升高至Tp ，To<<Tp ，熔体处于过冷状态而发生凝固，如果结晶潜热并不足以改变熔体的过冷状态，金属熔体就会完全凝固——高压铸造。

优点：依靠金属熔点升高而凝固，过程无需散热，而且，液体传压均匀，理论上无论多大体积的熔体都能在施加压力后同时凝固，不存在宏观固液界面移动，从而实现无热流传递的快速凝固。

压力越高，熔点升高越多；加压速度越快，凝固时间越短，产生的过冷度越大。

高压作用下的金属凝固过程突破了常规挤压铸造的压力范围（小于几百兆帕），其压力可以高达10-100GPa ，在如此高的压力下，凝固过程的热力学参数、动力学参数都随压力而改变，从而影响了凝固过程。

高压可以促进形核、减小扩散系数及抑制晶体长大。

传统铸造工艺操作较简单，发生固液界面的偏移，有溶质偏析。

第四章单相合金的凝固1. 总结单相合金非平衡凝固溶质分配规律，分别写出单相合金稳态生长区液相溶质分配规律和固体分配规律表达式，明晰由来和推导思路A. 液相完全混合的溶质再分配（小区域液相系统内溶质快速扩散，对流充分）当α=0 即固相中无扩散时，即为Schiel 公式，（非平衡凝固杠杆定律）含义：◇冷却速度很快——快速凝固；◇适宜于固相分数很低，刚刚开始凝固，接近凝固终了时不适用当α=0.5时，为平衡凝固溶固分配公式（凝固时间充分长——相当于平衡凝固）小原子如C 、N 、O ，固相扩散系数大，平衡凝固（本规律）也适用当冷却速度很快，即t f 很大时，最后凝固液相成分C L 趋于∞当冷却速度很慢，即t f 很小时，最后凝固液相成分C 0/K 0B. 液相只有扩散，而无对流时的溶质再分配最初过渡区内，固相成分从k 0C 0增加到C 0，固液界面的液相成份从C 0增加到C 0/ k 0而达到稳定状态。

金属固态相变原理试题A卷附答案

金属固态相变原理试题A卷附答案贵州大学2014—2015学年第一学期《金属固态相变原理》考试试卷（A卷）班级姓名学号一、名词解释（每题3分，共15分）1、共格界面：2、回火脆性：3、起始晶粒度：4、淬透性：5、时效：二、填空题（每空1分，共15分）1、共析钢淬火后回火，根据回火温度可分为回火、回火、回火，分别得到、和组织。

2、调质处理的钢与正火钢相比，不仅强度较高而且、也高于正火钢，这是由于调质处理后钢中渗碳体呈，而正火后的渗碳体呈。

3、化学热处理通常可分为、、三个基本过程。

4、淬火冷却时产生的组织应力是由于工件的和发生马氏体转变的不同时性而造成的内应力。

三、判断题（每题3分，共12分）1、低碳马氏体可以在淬火状态下使用。

2、正火的冷却速度比退火稍慢，故正火钢的组织比较粗大，它的强度、硬度比退火低。

3、淬透性是钢材的固有属性，它取决于钢的淬火冷速的大小。

4、本质细晶粒钢加热后的实际晶粒一定比本质粗晶粒钢小。

四、论述题（共34分）1、试分析下贝氏体中碳化物排布规律的形成原因。

（10分）2、马氏体转变为什么需要深度过冷？（6分）3、根据奥氏体形成规律讨论细化奥氏体晶粒的途径。

（8分）4、试分析珠光体转变与贝氏体转变有哪些主要异同点？（10分）五、分析题（每题12分，共24分）1、有一批丝锥原定有T12钢制造，要求硬度为HRC60~64，但材料中混入了少量的35钢，问混入的35钢仍按T12钢的工艺进行淬火处理，这些35钢制成的丝锥能否达到性能要求？为什么？2、T8钢的过冷奥氏体等温转变C曲线如图所示，若使该钢的过冷奥氏体在620℃进行等温转变，并经不同时间的保温后，按图示1、2、3、4线的方式冷却至室温，试分析：①这四种冷却方式分别得到什么组织？②哪种冷却方式所得到的组织硬度最高？那种结果最低？为什么？贵州大学2014—2015学年第一学期《金属固态相变原理》考试试卷（A卷）答案一、名词解释（每题3分，共15分）1、共格界面：当界面上的原子所占位置恰好是两相点阵的共有位置（1分），两相在界面上的原子可以一对一相互匹配，这种界面叫做共格界面（2分）。

金属凝固原理题（可编辑）

金属凝固原理题山东理工大学2008 年硕士研究生入学考试试题（A 卷）注意事项：本试题的答案必须写在规定的答题纸上，写在试题上不给分。

考试科目：金属凝固原理A一、是非判断题（每题2分，共20分）1 金属由固态变为液态时熵值的增加远远大于金属由室温加热至熔点时熵值的增加（）2 格拉晓夫准则数大表明液态合金的对流强度较小。

（）3 其它条件相同时，凹形基底的夹杂物不如凸形基底的夹杂物对促进形核有效。

（）4 大的成分过冷及强形核能力的形核剂有利于等轴晶的形成。

（）5 大多数非小平面-小平面共晶合金的共晶共生区呈现非对称型（）6 在拉伸过程中，溶解在金属晶格中的氢原子沿位错运动方向扩散并集中于显微空腔中，形成分子氢引起空腔内压力增高，从而加速微裂纹扩展，导致金属材料变脆，这种缺陷称为白点。

（）7 当液态金属与与铸型材料润湿时，容易形成粘砂。

（）8 根据相变动力学理论，液态原子变成固态原子必须克服界面能。

（）9 平方根定律对大平板、球体和长圆柱比较准确。

（）10 具有糊状凝固方式的合金容易产生分散缩孔。

（）二、填空题（共10空，每空4分，共40分）1 在一般铸造条件下，铸锭典型的宏观组织包括①、②、③三类。

2 根据组成相的晶体学生长方式，可将共晶合金分为④和⑤两种。

3 晶体的微观长大方式（原子堆砌方式）主要取决于⑥。

4 写出判断流体流动方式的雷诺数的表达式⑦。

5 按照凝固区域的大小，液态金属有三种凝固方式⑧、、。

6 由⑨和⑩共同作用而引起的过冷称为成分过冷。

三、简答题（共6题，每题5分，共30分）1．液态金属的表面张力和界面张力有何不同？表面张力和附加压力有何关系？2．熔渣在熔炼过程中的作用？3．界面作用对人工复合材料的凝固有何影响？共2 页，第1 页4．写出气体在金属中溶解的平方根法则及其意义。

5．良好的晶粒细化剂应具备什么特征？6．简述润湿角对异质形核的影响。

四．综合分析及证明题（共5题，每题12分，共60分）1.Al-Cu 相图的主要参数为CE＝33%Cu, sm C =5.65％, Tm＝660℃,TE＝548℃。

3 材料科学基础习题库-第3章-凝固-2014-03-13

第三章纯金属的凝固(一) 填空题1．金属结晶两个密切联系的基本过程是和2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为。

3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是4．铸锭和铸件的区别是。

5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是6．金属冷却时的结晶过程是一个热过程。

7．液态金属的结构特点为。

8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的，薄铸件的晶粒比厚铸件。

9．过冷度是。

一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越。

(二) 判断题1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。

即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。

2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。

3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。

( )4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。

( )5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。

( )6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。

( )7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。

( )8．所有相变的基本过程都是形核和核长大的过程。

( )9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细( ) 10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。

( ) 11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。

( )12. 金属的理论结晶温度总是高于实际结晶温度。

( )13.在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小(<20℃)，其主要原因是由于非均匀形核的结果。

( )14.过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。

第04章纯金属的凝固重点内容与习题

纯金属均匀形核研究发现，有效形核温度约在 0.2Tm，表明均匀形核所需的过冷度很大。纯金属在实际凝固中，所需过冷度却很小，其原因是实际凝固是非均匀（异质）形核。异质基底通常可有效地降低单位体积的表面能，从而降低形核功，这种异质基底的催化作用使非均匀（异质）形核的过冷度仅为0.02Tm。

(1)形核又分为均匀形核与非均匀（异质）形核。均匀形核结晶的驱动力结晶的阻力临界半径r* 物理意义: 当半径小于r*的晶胚是不稳定的，不能自发长大，最终熔化而消失，而半径等于或大于r*的晶胚可以自发长大成为晶核。形核功:临界半径对应的自由能结晶条件:需要过冷度、结构起伏（出现半径大于r*的晶胚）和能量起伏形核率:是一个重要的参数，它涉及到凝固后的晶粒的大小，而晶粒尺寸对材料的性能有重要影响。形核率受两个因素控制，即形核功因子核和扩散几率因子。

纯晶体凝固时的生长形态：（2）取决于界面前沿液体中的温度分布情况。在正的温度梯度下，光滑界面结构的晶体，其生长形态呈现台阶状；而粗糙界面的晶体，其生长形态呈平面状。在负的温度梯度下，粗糙界面结构的晶体，其生长形态呈树枝状；光滑界面结构的晶体，其生长形态也呈现树枝状，只有当α值很大的晶体，其生长形态才呈现平面状。

重要概念与名词：凝固，结晶，近程有序，结构起伏，能量起伏，过冷度，均匀形核，非均匀形核，晶胚，晶核，临界晶粒，临界形核功，光滑界面，粗糙界面，温度梯度，平面状，树枝状，结晶度
作业

1.考虑在一个大气压下液态铝的凝固，对于不同程度的过冷度，即：ΔT=1，10，100和200℃，计算： (a)临界晶核尺寸； (b)半径为r*的晶核个数； (c) 从液态转变到固态时，单位体积的自由能变化 ΔG*（形核功）； (d)从液态转变到固态时，临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv。

纯金属的凝固答案

第三章纯金属的凝固本章主要内容:液态金属的结构；金属结晶过程：金属结晶的条件，过冷，热力学分析，结构条件晶核的形成：均匀形核：能量分析，临界晶核，形核功，形核率，非均匀形核：形核功，形核率晶体的长大：动态过冷度（晶体长大的条件），固液界面微观结构，晶体长大机制，晶体长大形态：温度梯度，平面长大，树枝状长大、结晶理论的应用实例：铸锭晶粒度的控制，单晶制备，定向凝固，非晶态金属一、填空仁在液态金属中进行均质形核时，需要结构起伏和_______ 能量起伏。

1. 金属凝固的必要条件是______________ 过冷度和能量起伏 _________________ 。

2. 细化铸锭晶粒的基本方法是：（1）—控制过冷度，（2）变质处理，（3）振动、搅拌等_______5、形成临界晶核时体积自由能的减小只能补偿新增表面能的____________ 2/3 ____ 。

6、液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括（体积自由能）和（表面自由能）两部分，其中一表面 ____-2；九r = 自由能是形核的阻力，体积—自由能是形核的动力；临界晶核半径「K与过冷度厶T呈—反比_ L m.I T _关系，临界形核功△ G K等于—3（Lm也T）表面能的1/3—。

7动态过冷度是_________ 晶核长大时固液界面（前沿）的过冷度___。

8在工厂生产条件下，过冷度增大，则临界晶核半径—减小—，金属结晶冷却速度越快，N/G比值—越大_____________________ ，晶粒越纟旺_小。

9 制备单晶的基本原理是—保证一个晶核形成并长大一—，主要方法有_尖端成核法和—垂直提拉法。

10.获得非晶合金的基本方法是___________ 快速冷却 _____________ 。

11铸锭典型的三层组织是__________ 细晶粒区___________ ,—柱状晶区_______ , 等轴晶区_____ 。

12纯金属凝固时，其临界晶核半径的大小、晶粒大小主要决定于过冷度___________________ 。

有色合金铸造中的凝固控制考核试卷

A.合金元素
B.冷却速率
C.热处理工艺
D.铸造环境
12.以下哪些是有色合金铸造中的常见合金类型？（）
A.铝合金
B.铜合金
C.镍合金
D.钢合金
13.以下哪些方法可以用来改善有色合金的凝固组织？（）
A.添加变质剂
B.调整铸造速度
C.控制冷却速率
D.优化合金成分
14.以下哪些因素可能导致有色合金铸造中的夹杂形成？（）
A.熔炼过程中的不洁
B.熔体中的气体
C.冷却速率
D.合金元素的偏析
15.以下哪些是有色合金铸造中的常见铸造方法？（）
A.压力铸造
B.砂型铸造
C.金属型铸造
D.挤压铸造
16.以下哪些元素添加到铜合金中可以提高其导电性？（）
A.锌
B.镍
C.铝
D.铅
17.以下哪些因素会影响有色合金铸造中的气孔形成？（）
A.熔炼过程中的气体
D.提高延伸率
5.在铜合金中，哪种元素常被添加以提高耐腐蚀性？（）
A.锌
B.铅
C.铝
D.镍
6.下列哪个因素不会影响合金的凝固区间？（）
A.合金成分
B.冷却速率
C.熔炼温度
D.环境温度
7.凝固过程中的温度梯度会影响什么？（）
A.晶粒大小
B.枝晶间距
C.凝固速度
D.所有以上
8.在有色合金铸造中，下列哪种方法可以用来控制凝固过程？（）
10.冷却速率的快慢会影响铸件的____和____。
四、判断题（本题共10小题，每题1分，共10分，正确的请在答题括号中画√，错误的画×）
1.有色合金的凝固过程可以分为液相区、固相区和两相共存区。（）