单元系-题库(部分答案)

判断题

1) 相图表示的是体系的热力学平衡状态。√ 2) 晶胚的临界半径r k 随着△T 的增大而减小。× 3) 液态金属的结构特点是短程有序，长程无序。 ( )

4) 液态金属只要过冷到其熔点以下就会发生结晶。[×]

5) 非均匀形核时，临界晶核（曲率）半径决定了晶核的形状和体积大小[×]

6) 无论固-液界面微观结构呈粗糙型还是光滑型，晶体生长时液相原子都是一个个地沿着固相面的垂直方向

连接上去的。[×]

7) 无论温度如何分布，纯金属都是以树枝状方式生长。[×]

8) 纯晶体结晶时的过冷度是指在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差。[×] 9) 在任何温度下，液相中出现的最大结构起伏都成为晶核。[×]

10) 所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全抵偿表面自由能的增加时的晶胚大小。[×] 11) 在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要由足够的能量起伏提供形核功，

还是可以成核的。[×]

12) 非均匀形核总是比均与均匀形核容易，因为非均匀形核一般是以外加固体杂质作为现成晶核，不需要形核

功。[×]

13) 非均匀形核，当接触角θ=0°时，非均匀形核的形核功最大。[×]

14) 固-液界面的微观结构可根据杰克逊因子α来判断：当α≤2时，固-液界面为光滑界面；当α≥5时，固-液界面为粗糙界面。[×] 15) 结晶的热力学条件是：0V G V G S σ∆=-∆+<。[×]

16) 不论晶核大小，形成晶核时都需要形核功。[×]

17) 纯金属结晶时若呈垂直方式生长，其界面时为光滑，时而粗糙，交替变化。[×]

18) 从宏观上观察，若液-固界面时平直的称为光滑界面；若液-固界面时由若干小平面组成，呈锯齿形的称为

粗糙界面。[×]

19) 一般金属结晶时，形核率随着过冷度的增加而增加，超过某一极大值后，出现反的变化。[×]

20) 由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核。

（对）

21) 由于均匀形核需要的过冷度很大，所以液态金属多为非均匀形核。 （对）

22) 38.形核过程中，表面自由能是液固相变的驱动力，而体积自由能是其阻力。 （错） 23) 39.粗糙界面的材料一般只有较小的结晶潜热，所以生长速率较高。 （对）

24)

结构起伏（Structural undulation ）：液态金属中存在着原子排列规则（有序）的小区域（原子集团），但是不稳定，存在原子重新聚集clustering ，此起彼伏。 能量起伏（Energy undulation ）：造成结构起伏的原因是液态金属中存在着能量起伏，能量低的地方形成cluster ，遇到能量高峰又散开成无序状态。 结构起伏与能量起伏是对应的。

过冷：结晶只有在T 0以下的实际结晶温度下才能进行，这种现象称为过冷 过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差DT 称过冷度 DT= T 0 –T 1

均匀形核：是指新相晶核在母相中均匀地生成，即晶核由液相中的一些cluster 直接形成，不受杂质粒子或外表面的影响 非均匀形核：是指新相优先在母相中存在的异质处形核，即依附于液相中的杂质或外来表面形核，也称异质形核。 临界形核功：形成临界晶核所需的能量ΔG *称为临界形核功。

形核率N ：是指在单位时间内，单位体积的金属液体中形成的晶核数

光滑界面：是指固相表面为基本完整的原子密排面，固液两相截然分开，从微观上看界面是光滑的，但是从宏观来看，界面呈锯齿状的折线。

粗糙界面：在微观上高低不平、粗糙，存在几个原子厚度的过渡层，但是宏观上看，界面反而是平直的。

过冷度：晶体长大也需要一定的过冷度。长大所需的界面过冷度称为动态过冷度，用∆T k 表示。

粗糙界面长大机制：连续长大，晶体沿界面的法线方向向液相中生长。这种长大方式叫做垂直长大(vertical growth)，或连续长大 粗糙界面

光滑界面晶体长大机制：二维形核 借螺型位错长大

成分起伏：材料内因原子的热运动引起微区中成分瞬间偏离溶液的平均成分，出现起伏

平衡分配系数k 0：平衡凝固时固相的溶质质量分数w S （成分）和液相溶质质量分数w L （成分）之比。

正偏析：溶质浓度由锭表面向中心逐渐增加的不均匀分布称为正偏析，它是宏观偏析的一种。这种偏析通过扩散退火也难以消除

区域熔炼：原始质量浓度为r 0，凝固前端部分的溶质浓度不断下降（k 0<1），后端部分不断富集，使前端溶质减少而得到提纯，也叫区域提纯

成分过冷：在合金凝固过程中，由于液相中溶质分布发生变化而改变了凝固温度。界面前沿液体中的实际温度低于由溶质分布所决定的凝固温度时产生的过冷，称为成分过冷

铸锭（件）的缺陷：铸造缺陷的类型较多，常见的有缩孔、气孔、疏松、偏析、夹渣、白点等

缩孔：大多数液态金属的密度比固态的小，因此结晶时发生体积收缩。金属收缩后，如果没有液态金属继续补充的话，就会出现收缩孔洞，称之为缩孔

偏析:铸锭中各部分化学成分不均匀的现象称为偏析。分为：宏观偏析和显微偏析

平衡凝固：指凝固过程中的每个阶段都能达到平衡，即在相变过程中有充分的时间进行组元间的扩散。 枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内成分不均匀的现象称做枝晶偏析

相律：确定在平衡条件下，一个系统的组成物的组元数、相数、和自由度数之间的关系规律。 F = C – P + 2

填空题

1) 液体金属形核时，当形成半径为r *的临界核心时，体系的自由能变化___大于零___ 。. 2) 金属液体在凝固时产生临界晶核半径的大小主要取决于__过冷度___。

3) 相：相是从组织角度说明合金中具有同一聚集状态、同一结构，以及成分、性质完全相同的均匀组成部分。 5） 纯金属的结晶时，形核需要 起伏和 起伏。金属结晶时的过冷度越大，则结晶驱动力越 大 ，临界晶核尺寸越 小 ，临界形核功越 小 ，形核率越 ，结晶后的晶粒尺寸越 ，金属强度越 。

6）形核功：液态金属凝固时形成临界晶核需的能量，其值为表面能的三分之一，依靠液态金属中的能量起伏提供 7）液体结构的重要特征 长程无序，短程有序 ；

8）非均匀形核模型中晶核与基底平面的接触角2/πθ=，表明形核功为均匀形核功的1/2 ，=θ 180° 表明不能促进形核； 9）相平衡时，系统内的相数可以通过系统自由度、组元和对系统平衡状态能够产生影响的外界因素数目的关系式来进行计算； 10）过冷度是指 实际凝固温度和理论凝固温度之差 ；

11）液固界面按原子尺度，可分为 光滑 界面和 粗糙 界面

12）结晶过程中晶体界面向液相推移的方式被称为 晶体长大机制 ，与液固界面的微观结构有关。

选择题

1）在同一体系和相同的过冷度下，非均匀成核速率总是_________均匀成核

大于或等于 b ．小于或等于 c ，等于 d ．不一定 2）纯金属均匀形核时，临界半径*

r 与

a ．该金属的熔点有关，熔点越高，*

r 越小

b ．与该金属的表面能有关，表面能越高，r ’越小

c ．与过冷度有关，过冷度越大，*

r 越小

d ．与过冷度有关，过冷度越大，*

r 越大

4）形成临界晶核时,体积自由能的减少只能补偿表面能的 。 【 B 】 A 、1/3 B 、2/3 C 、 3/4 D 、2/5

5）下列对液－固粗糙界面描述正确的是： 【 A 】 A 微观粗糙，宏观平整 B 微观粗糙，宏观粗糙 C 微观平整，宏观粗糙 D 微观平整，宏观平整