凝固与偏析

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：C LK =,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)//(dx dv S F ⨯⨯=ρη。

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。

凝固微观偏析一、引言凝固微观偏析是材料科学领域一个重要的研究课题，它涉及到合金在凝固过程中溶质元素的微观分布不均现象。

这种现象对于材料的性能，特别是力学性能、耐腐蚀性以及后续加工性能等具有显著影响。

因此，深入理解凝固微观偏析的形成机制、影响因素以及控制方法对于优化材料性能具有重要意义。

二、凝固微观偏析的形成机制在合金凝固过程中，由于溶质元素在固相和液相中的溶解度不同，导致在凝固前沿出现溶质再分配现象。

当凝固速度较快时，溶质元素来不及完全扩散，就会在固相中形成浓度梯度，从而产生微观偏析。

此外，固相和液相之间的密度差异、界面能以及动力学因素等也会导致凝固微观偏析的形成。

三、影响凝固微观偏析的因素1. 合金成分：合金成分是影响凝固微观偏析的主要因素之一。

不同成分的合金具有不同的凝固特性，从而导致不同程度的微观偏析。

一般来说，合金元素含量越高，凝固微观偏析越严重。

2. 冷却速度：冷却速度是影响凝固微观偏析的另一个重要因素。

当冷却速度较快时，溶质元素来不及扩散，容易在固相中形成浓度梯度，导致微观偏析加剧。

相反，当冷却速度较慢时，溶质元素有足够的时间进行扩散，微观偏析程度相对较轻。

3. 温度梯度：温度梯度也是影响凝固微观偏析的重要因素之一。

在凝固过程中，温度梯度的存在会导致热流和溶质流的耦合作用，从而影响溶质元素的分布和微观偏析的形成。

四、凝固微观偏析的控制方法为了降低凝固微观偏析对材料性能的不利影响，研究者们提出了多种控制方法。

以下是一些常用的控制策略：1. 合金成分优化：通过调整合金成分，可以改变合金的凝固特性和溶质分配系数，从而降低微观偏析程度。

例如，添加微量元素或进行合金化处理等。

2. 凝固工艺优化：优化凝固工艺参数，如降低冷却速度、减小温度梯度等，有助于减轻微观偏析程度。

此外，采用先进的凝固技术，如定向凝固、快速凝固等，也可以有效控制微观偏析。

3. 热处理：对凝固后的合金进行适当的热处理，可以促进溶质元素的扩散和均匀化，从而降低微观偏析程度。

凝固过程中的偏析嘿，咱今儿来聊聊凝固过程中的偏析这事儿哈！你说这凝固，就像是一场奇妙的旅程，而偏析呢，就像是旅途中的小插曲。

想象一下，在那凝固的过程中，各种元素就像一群小伙伴，本来应该均匀地分布在一起，快快乐乐的。

可偏不，有些元素就爱搞特殊，非要聚集在一块儿，这就出现偏析啦！就好像一群人去参加聚会，有的人就老是扎堆在一个角落，不愿意到处走走逛逛。

这偏析啊，可不是啥小打小闹的事儿。

它能对材料的性能产生大影响呢！好比说，一块材料本来应该坚固无比，可就是因为偏析，这儿弱了那儿强了，整体质量就不那么可靠啦。

这就好像盖房子，要是砖头分布不均匀，这房子能结实吗？咱再深入说说，偏析有好几种类型呢。

有宏观偏析，那家伙，一出现就是大场面，影响范围可广啦。

还有微观偏析，虽然没那么显眼，但也在偷偷搞小动作呢。

就像一个大家庭里，有那种大大咧咧很显眼的问题，也有一些细微的小摩擦。

那怎么对付这偏析呢？这可得好好琢磨琢磨。

咱可以从源头抓起呀，在材料的制备过程中就多留意，就像照顾小孩子一样，精心呵护，尽量让那些元素乖乖听话，均匀分布。

或者通过一些特殊的工艺手段，来调整它们的分布情况，这就像是给调皮的小伙伴立规矩一样。

而且啊，不同的材料在凝固过程中偏析的情况还不一样呢！有的材料可能比较容易出现偏析，有的就相对好一些。

这就跟人的性格似的，各不相同。

那咱就得根据不同的材料特点，想出不同的应对办法来。

你说这凝固过程中的偏析是不是挺有意思？它虽然有时候会给我们带来些小麻烦，但也正是因为有了它，我们才更要去深入研究，去想办法解决呀！这样才能让我们的材料变得更好，更符合我们的需求。

所以啊，可别小瞧了这小小的偏析，它背后可有大学问呢！咱可得认真对待，好好研究，让它在我们的掌控之中，为我们所用，而不是给我们捣乱哟！。

名词解释一、二章(绪论+铸造成型)：1缩孔、缩松：液态金属在凝固的过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

2顺序凝固：指采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固再向冒口方向顺序凝固的凝固方式。

3同时凝固：由顺序凝固的定义可得。

4偏析：铸件凝固后截面上不同部位晶粒内部化学成分不均匀的现象称为偏析。

5:宏观偏析：其成分不均匀现象表现在较大尺寸范围，也称为区域偏析。

6微观偏析：指微小范围内的化学成分不均匀现象。

7流动性：液态金属自身的流动能力称为“流动性”。

8充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力叫充型能力。

9正偏析：当溶质的分配系数K>1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越低，这种成分偏析称之为正偏析。

10逆偏析：当溶质的分配系数K<1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越高，这种成分偏析称之为逆偏析。

11：自由收缩：铸件在铸型中收缩仅受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力时，为自由收缩。

12：受阻收缩：如果铸件在铸型中的收缩除了受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力，还受到其他阻碍，则为受阻收缩。

13：析出性气孔：溶解于熔融金属中的气体在冷却和凝固的过程中，由于溶解度的下降而从合金中析出，当铸件表面已凝固，气泡来不及排除而保留在铸件中形成的气孔。

14：反应性气孔：浇入铸型的熔融金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间发生化学反应所产生的气体在、铸件中形成的孔洞，称为反应气孔。

15：侵入性气孔：浇注过程中熔融金属和铸型之间的热作用，使型砂和型芯中的挥发物挥发生成，以及型腔中原有的空气，在界面上超过临界值时，气体就会侵入金属液而不上浮逸出而形成的气孔。

三章（固态材料塑性成型）1金属塑性变形：是指在外力作用下，使金属材料产生预期的变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。

凝固过程中产生宏观偏析的条件一、引言凝固是指物质从液态到固态的过程。

在凝固过程中，由于温度、成分、结构等因素的影响，会产生宏观偏析现象。

本文将从原理、条件和实例三个方面详细介绍凝固过程中产生宏观偏析的条件。

二、原理1. 凝固过程凝固是指物质从液态到固态的过程。

在凝固过程中，物质由于失去热量而形成晶体结构，晶体结构的形成使得原子或分子排列有序，形成了具有一定性质和形态的晶体。

2. 宏观偏析宏观偏析是指在凝固过程中，由于温度、成分、结构等因素的影响，在晶体内部或表面出现成分不均匀现象。

它是晶体中局部组织结构和化学组成差异所造成的结果。

三、条件1. 温度梯度温度梯度是指液相和固相之间存在着明显的温差。

在凝固前期，液相温度高于其周边区域，因此会向周边区域散热，形成温度梯度。

当温度梯度达到一定程度时，就会出现宏观偏析现象。

2. 成分偏离成分偏离是指凝固过程中，由于化学组成的差异，导致晶体中某些区域的成分与整体不同。

这种偏离可以是由于溶质浓度的变化、原子半径的差异、原子电荷数目的不同等因素引起。

3. 晶体结构晶体结构是指晶体内部原子或分子的排列方式。

在凝固过程中，由于晶体结构不同区域的组织结构和化学性质不同，因此会出现宏观偏析现象。

四、实例1. 铜合金凝固过程中的宏观偏析在铜合金凝固过程中，由于铜和其他元素之间存在着化学亲和力差异，在凝固过程中会产生宏观偏析现象。

例如，在铜-镍合金凝固过程中，镍元素在晶界处富集，而铜元素则在晶内富集。

2. 钢凝固过程中的宏观偏析在钢凝固过程中，碳元素是影响钢性能的重要因素。

在凝固过程中，由于温度梯度、成分偏离等因素影响，会导致钢中碳元素的宏观偏析现象。

例如，在低碳钢凝固过程中，由于碳元素在晶界处富集，因此晶界处的硬度和脆性更高。

五、总结本文从原理、条件和实例三个方面详细介绍了凝固过程中产生宏观偏析的条件。

温度梯度、成分偏离和晶体结构是产生宏观偏析的主要条件。

在工业生产和科学研究中，我们需要认真研究这些条件，并采取相应措施来消除或利用它们，以达到优化材料性能的目的。

第四章 凝固4.1 纯晶体的凝固4.1.1 液态结构与固态物质相比，液态物质呈现的主要特征是：1、长程无序，与晶体不同，在液态下，内部的原子不再呈现长程有序结构；2、结构起伏， 原子的排列在不断的变化；液态物质的结构特征一般用径向分布函数表征，一般用X 射线可以测定。

从径向分布函数可推出原子间距和配位数。

表1中列出了部分元素在固态和液态的原子间距和配位数。

一般情况下 从固态到液态原子间距增大，配位数减小，但也有少数的元素相反。

如非密排亚金属元素B i, Sb, Ga, Ge 等。

对于液态结构的原子结构模型，学术界尚未取得一致的认识，比较典型的模型有准晶（Banker ）模型和非晶（Bernal ）模型表1 部分元素的固态和液态结构数据4.1.2结晶的热力学条件1. 单元系的自由焓液态的自由焓： G L =H L -TS L固态的自由焓： G S =H S -TS s由于热焓和熵均可以根据热力学的基本关系式求得：dH=C P dT H=⎰T C pdT 298（取2980K, 即250C 时H=0）S=⎰TdT T Cp 0)/( （取00K 时熵为0）所以可求得G 与温度的关系曲线从图1中所示的G-T 曲线可知：1） G 随温度上升而下降，但G L 下降的幅度（曲线的斜率）比G s 大，因为液态的熵大；（G=H-TS ）2） T>T m 时，G L <G S , 所以系统以液态存在， 3）T<Tm 时，G L >G S , 所以系统以固态存在，2. 凝固时的热力学条件如前所述，T ＝T m 时，G L ＝G S 凝固不会进行， 只有当T<T m 时，G S <G L ，凝固过程才得以进行。

令∆G=G S -G L令∆T=T m -T, 称之为过冷度。

只有∆T>0，才有∆G<0所以：∆T>0是凝固的热力学条件， ∆G 称之为凝固的驱动力。

∆G 的绝对值越大，凝固的驱动力也就越大。