机械制造基础第三章 金属与合金的结晶习题解答

第三章金属与合金的结晶

习题解答

3-1 解释下列名词

结晶过冷现象过冷度变质处理晶核同素异构转变枝晶偏析共晶转变

答：结晶——是液态金属凝固为固态的过程。

过冷现象——是指实际结晶温度总是低于理论结晶温度的现象。

过冷度——理论结晶温度与实际结晶温度的差值。

变质处理——在液态金属结晶前加入变质剂，以增加可形核率或降低长大速率，从而细化晶粒的方法。

晶核——最先形成的、作为结晶核心的微小晶体称为晶核。

同素异构转变——金属在固态下随温度的改变，由一种晶格类型转变为另一种晶格类型的变化过程。

枝晶偏析——在一个晶粒内部化学成分不均匀的现象，叫枝晶偏析。

共晶转变——一定成分的液相同时结晶出两种不同固相的转变过程。

3-2 晶粒大小对金属的力学性能有何影响? 生产中有哪些细化晶粒的方法?

答：在常温下，细晶粒金属比粗晶粒金属具有较高的强度、硬度、塑性和韧性。

生产中细化晶粒的方法有：增加过冷度、变质处理、附加振动和降低浇注速度。

3-3 如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下，铸件晶粒的大小：

(1) 金属型铸造与砂型铸造；

(2) 高温浇注与低温浇注；

(3) 浇注时采用振动与不采用振动；

(4) 厚大铸件的表面部分与中心部分。

答：（1）金属型铸造晶粒较细小；（2）高温浇注晶粒较细小；（3）浇注时采用振动晶粒较细小；（4）厚大铸件表面晶粒较细小。

3-4 试分析比较纯金属、共晶体、固溶体三者在结晶过程和显微组织上的异同之处。

答：

3-5 金属的同素异构转变与液态金属结晶有何异同之处?

答：金属同素异构转变和结晶过程都有固定的温度、有结晶潜热释放、都有形核、长大过程；但同素异构转变是固相间的转变而结晶是由液相向固相转变；同素异构转变过冷度更大，会产生更大的内应

力。

3-6 根据Pb-Sn相图，分析w Sn= 40％和w Sn= 80％的两种Pb-Sn合金的结晶过程及室温下的组织。

答：w Sn = 40％的Pb-Sn合金的结晶过程如下：

题3-6图中的合金Ⅰ为w Sn = 40％的Pb-Sn合金。当合金在1点温度以上时为液相，缓慢冷却到1点温度时，开始从液相中结晶出α固溶体。温度在1 ~ 2点之间，随温度的不断降低，α固溶体的量不断增多，其成分不断沿AM线变化；剩余液相的量不断减少，其成分不断沿AE线变化。温度降到2点时，剩余液相的成分达到共晶点成分，在共晶温度(183℃) 下发生共晶转变，同时结晶出α + β共晶体，直到液相全部消失为止，此时，合金的组织由先结晶出来的α固溶体(称为先共晶相或初晶)和共晶体α+ β组成。继续冷却到2点温度以下时，α、β的溶解度分别沿MF、NG线变化，故分别要从α和β中析出βⅡ和αⅡ两种次生相，即L→L+α→（α+β）共晶+α→（α+β）共晶+α+βⅡ。

合金Ⅰ的室温组织为初晶α、次生βⅡ和共晶体α + β，即（α+β）

。

共晶+α+βⅡ

题3-6图

题3-6图中的合金Ⅱ为w Sn= 80％的Pb-Sn合金。w Sn= 80％的Pb-Sn合金的结晶过程及组织与w Sn= 40％的Pb-Sn合金的结晶过程相类似，所不同的是先结晶出来的固相是β固溶体，结晶后的显微组织为初晶β、次生αⅡ和共晶体α + β组成，即（α+β）共晶+β + αⅡ。