《金属凝固理论》期末复习题一、是非判断题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。
(错）2 格拉晓夫准则数大表明液态合金的对流强度较小。
(错）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。
(错）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。
（对）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。
（对）6 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。
（对）7 具有糊状凝固方式的合金容易产生分散缩孔。
（对）8.金属熔体的黏度与金属的熔点相类似，本质都是反映质点间（原子间）结合力大小。
（对）9. 以熔体中某一参考原子作为坐标原点，径向分布函数表示距参考原子r处找到其他原子的几率。
(错）10. 液态金属中在3-4个原子直径的范围内呈一有序排列状态，但在更大范围内，原子间呈无序状态。
（对）11. 金属熔体的黏度越大，杂质留在铸件中的可能性就越大。
（对）12. 半固态金属在成型过程中遵循的流变特性，主要满足宾汉体的流变特性（对）13. 在砂型中，低碳钢的凝固方式是体积凝固。
(错）14. 铸型具有一定的发气能力，会导致型腔气体反压增大，充型能力下降。
（对）15. 晶体生长的驱动力是固液两相的体积自由能差值。
（对）16. 绝大多数金属或合金的生长是二维晶核生长机理。
(错）17. Fe-Fe3C共晶合金结晶的领先相是奥氏体。
(错）18. 铸件中的每一个晶粒都代表着一个独立的形核过程，而铸件结晶组织的形成则是这些晶核就地生长的结果。
(错）19. 型壁附近熔体内部的大量形核只是表面细晶粒区形成的必要条件，而抑制铸件形成稳定的凝固壳层则为其充分条件. （对）20.对于薄壁铸件，选择蓄热系数小的铸型有利于获得细等轴晶。
(错）21.处理温度越高，孕育衰退越快。
因此在保证孕育剂均匀溶解的前提下，应尽量降低处理温度。
（对）22. 铸铁中产生的石墨漂浮属于逆偏析。
(错）23.湿型铸造的阀体铸件件皮下形成的内表面光滑的气孔，其形成原因主要是砂型的发气量大、透气性不足。
（对）二、名词解释1.黏度：是熔体在不同层面上存在相对运动时才表现出来的一种物理性能，其本质反映的是质点间的结合力大小。
2.金属遗传性：指在结构上，由原始炉料通过熔体阶段向铸造合金的信息传递，具体表现在原始炉料通过熔体阶段对合金零件凝固组织，力学性能及凝固缺陷的影响。
3.半固态铸造：指在金属的凝固过程中，对金属施加剧烈的搅拌或扰动、或改变金属的热状态、或加入晶粒细化剂、或进行快速凝固，即改变初生固相的形核和长大过程，得到的一种液态金属熔体中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固液混合浆料，然后利用其进行成型的工艺。
4. 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5.非均质形核：指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形核的过程6. 临界形核半径：由金属学可知，只有大于临界半径的晶胚才可以作为晶核稳定存在，此时的晶胚为临界晶核，其大小为临界形核半径7.平衡分配系数：指在给定的温度T*下，平衡固相溶质浓度Cs*与液相溶质浓度C L*之比，其决定了固液界面两侧溶质成分分离的系统热力学特性8. 成分过冷：指由溶质再分配导致界面前方熔体成分及其凝固温度发生变化而引起的过冷9. 枝晶间距：指相邻同次分枝之间的垂直距离，实际上则用金相视野下测得的各相邻同次分枝之间距离的统计平均值来表示10. 领先相：指在熔体中率先析出，并且能为第二相提供有效衬底，使第二相在其表面上析出，从而确保共晶反应进行的那个相11.共生生长：指两相彼此合作地一起向前生长，是共生共晶的生长过程，形成了两相相互交迭、紧密掺和的共晶体12. 离异生长：指共晶转变中合金熔体不能进入共生区，共晶两相没有共同的生长界面，它们以不同的速度而独立生长，即两相的析出在空间和时间上都是彼此分离的，所形成的组织中没有共生共晶的组织特征，这种非共生共长的共晶结晶方式称为离异生长13. 结晶雨：指凝固初期在液面形成的晶粒或顶部凝固层脱落的分枝由于密度比液体大而下沉，并且在下沉的过程中也可能发生枝晶的熔断和增殖的现象14. 孕育处理:指向液态金属中添加少量物质以实现细化晶粒、改善组织的一种工艺方法15. 动态晶粒细化：指主要采用机械力或电磁力引起的固相发生相对运动，导致枝晶破碎或从型壁脱落，在液相中形成大量的晶核，以达到细化晶粒的目的16. 铸造应力：指铸件在凝固及冷却的过程中由于线收缩及固态相变会引起体积的收缩或膨胀，该变化往往受到外界的约束和铸件各部分之间的相互制约而不能自由的进行，而在产生变形的同时也产生的应力，这种应力即为铸造应力17.自然时效：指将具有残余应力的铸件放置在露天场地，经历较长时间，使应力慢慢的自然消失18. 形核率：指单位时间，单位体积液态金属中形成的晶核数，以N表示，其越高意味着单位体积中晶核数目越多，结晶结束后可获得更细小的凝固组织，提高力学性能19. 晕圈：指在共晶结晶过程中，第二相环绕领先相生长而形成的外围层20. 液态金属的热速处理：指在合金熔炼时将熔体过热到液相线以上一定温度（一般高于液相线250-350 ）然后迅速冷却到浇注温度进行浇注的工艺21. 模数：是铸体的体积V与表面积S的比值22.理想液态金属：指没有任何杂质及缺陷的纯金属熔体23.流动性:指液态金属本身的流动能力24.逆偏析：指铸件凝固后常常出现和正常偏析相反的溶质分布情况，当K0<1时表面或底部含溶质元素多，而中心部分或上部含溶质较少的现象25.密度偏析：即重力偏析，是熔体和固体共存或者不混合的液相之间存在着密度差时产生的化学成分不均匀现象，一般形成于金属凝固前或刚刚开始时26.变质处理：指向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的27.热过冷：指仅由熔体实际温度分布所决定的过冷状态28.界面平衡假设：为了方便研究，可以近似地认为在传热、传质和界面反应这三个基本过程中，单相合金的晶体生长仅取决于热的传输和质的传递，而原子通过界面的阻力则小到可以忽略不计，界面处固液两相始终处于局部平衡状态，根据相变动力学理论，局部平衡过程可以采用热力学方法处理，可直接利用平衡相图来确定界面处固液相在任一瞬时的成分，即为界面平衡假设29.胞状生长：在窄成分过冷区的作用下，不稳定的平坦就破裂成一种稳定的由许多近似旋转抛物面的凸出圆胞和网络状的凹陷沟槽所构成的新的界面形态，此即胞状界面，而以胞状界面向前推进的生长方式为胞状生长30.规则共晶合金:指两相性质相近，其共生区成对称性型的共晶合金三、问答题1、液态金属的结构特点液态金属在较少的范围内呈现于固态相近的有序结构，而在较大的范围内则以无规则排列的形式存在，即短程有序，长程无序。
2、说明缩孔缩松的形成原因及预防措施。
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孔洞，称为缩孔。
容积大而集中的孔洞称为集中缩孔，简称缩孔；细小而分散的孔洞成为分散性缩孔，简称为缩松。
预防措施：①在工艺方案设计方面首先根据合金凝固的特性采用顺序凝固或同时凝固的工艺原则，其次可结合冒口补铁和冷铁等工艺措施的应用②在浇注条件的控制上，一方面可以对浇注温度和浇注速度进行调整，以加强顺序凝固或同时凝固，另一方面采用诸如加压补缩等工艺，可防止显微缩松的产生3、说明共晶合金的生核生长特点，规则共晶和非规则共晶的区别。
特点：通过“搭桥“方式形核。
大多数共晶合金结晶时，后析出相依附于领先相表面而析出，形成具有两相共同生长界面的双相核心；然后依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，相互不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元而使两相彼此合作地向前生长的生长方式。
规则共晶，即非小面-非小面共晶多由金属-金属相组成，其两相的性质相似，共生区呈对称型，在结晶的过程中共晶两相均具有非小面生长的粗糙界面；非规则共晶，即非小面-小面共晶，多由金属-非金属相组成，其两相的性质差异较大，共生区往往偏向于高熔点的非金属组元一侧，在结晶过程中一个相的固液界面为非小界面生长的粗糙界面，另一相则为小面生长的平整界面。
4、说明结晶与凝固的区别及凝固组织对铸坯质量和性能的影响。
结晶时加进水分子以后形成的水合物，形成了新的物质，属于化学变化；凝固时物质由液态变为固态，没发生本质变化，是物理变化铸坯的质量和性能与其凝固组织密切相关。
就宏观组织而言，表面细晶粒区一般比较薄，并且其可变化范围很小，对铸坯的质量和性能影响相对较小。
铸坯的质量与性能主要取决于柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。
5、说明如何获得等轴细晶组织。
通过强化非均匀形核和促进晶粒游离以抑制凝固过程中柱状晶区的形成和发展，就能获得细等轴晶组织。
具体方法有：（1）合理控制浇注工艺和浇注条件，加大冷却速度，提高过冷度，降低浇铸温度、提高铸型冷却能力、减小零件壁厚、强制冷却、内外“冷铁”。
（2）孕育处理和变质处理，加入晶粒细化剂和变质剂。
（3）动力学细化，铸型振动，超声波振动，液相电磁搅拌等促使型壁晶体的游离，枝晶臂断裂与游离。
6、何为凝固动态曲线？有何意义？根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线在位置与时间的坐标图上绘制出典型温度的连线称为凝固动态曲线。
意义：根据凝固动态曲线可以判断出铸件在凝固时不同时间的凝固区宽窄，而金属凝固区的宽展决定了凝固体的凝固方式8、凝固方式分为几种？影响铸件凝固方式的因素有那些？对铸件质量有何影响？①逐层凝固方式，对铸件质量的影响：流动性能好，容易获得健全的铸件。
液体补缩好，铸件的组织致密，形成集中缩孔的倾向大，热裂倾向小，气孔倾向小，应力大，宏观偏析严重。
②体积凝固方式，对铸件质量的影响：流动性能不好，不容易获得健全的铸件。
液体补缩不好，铸件的组织不致密，热裂形成集中缩孔的倾向小。
热裂倾向大，气孔倾向大，应力小，宏观偏析不严重。
③中间凝固方式，对铸件质量的影响：可大幅改善铸件的组织和降低铸件的中心缺陷，介于前两者之间因素：有合金凝固的温度区间和铸件断面的温度梯度两方面9、解释临界晶核半径r*和形核功△G*的意义，以及为什么形核要有一定过冷度？临界晶核半径r*：只有那些略大于临界半径的晶核，才能作为稳定晶核而长大，所以金属凝固时，晶核必须要求等于或大于临界晶核。
临界晶核半径随过冷度的增加而减小。
形核功△G*：形核功△G*的大小为临界晶核表面能的1/3，它是均质形核所必须克服的能障，形核功由熔体中的提供，过冷熔体中形成的晶核是“结构起伏”及“能量起伏”的共同产物。
