金属凝固原理思考题

材料科学基础思考题（纯金属的晶体结构部分）1、解释下列名词：合金、组织、结构、金属材料、材料科学、空间点阵、晶胞、晶格常数、晶带、致密度、配位数、同素异构转变。

2、说明布拉菲点阵的立方晶系无底心立方点阵的原因。

3、在一个立方晶胞中绘出{110}所包含的晶面。

4、在一个立方晶胞中绘出下列晶面和晶向：（123）、5、说明下列晶面是否属于同一晶带，若是则指出晶带轴的方向。

6、计算面心立方点阵中（110）晶面的面间距以及原子面密度。

7、计算体心立方点阵中（111）晶面的面间距以及原子面密度。

8、在六方晶胞中绘出（1121）和 [1 1 2 3]。

9、熟记fcc 、bcc 、hcp 晶胞中的原子数、原子半径、配位数、致密度、典型元素。

10、面心立方点阵和密排六方点阵配位数和致密度相同，为什么具有不同的原子排列。

11、面心立方结构间隙的类型、大小、数量如何。

12、体心立方结构间隙的类型、大小、数量如何。

材料科学基础思考题（纯金属的结晶部分）1、试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gc 与其体积V 之间的关系式为：△Gc =V △G B /22、如果临界晶核是边长为a 的正方体，试求出其△Gc 和a 的关系。

为什么形成 [112]、[11 1]、[ 1 1 0] (112) （110） （110）、（3 11）、（13 2）立方体晶核的△Gc 比球形晶核要大?3、为什么金属结晶时一定要有过冷度?影响过冷度的因素是什么?4、试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。

5、形核需要哪些条件。

6、论述晶体长大机理；说明晶体成长与温度梯度的关系。

7、简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能。

8、为了得到发达的等轴晶区应该采取什么措施?为了得到发达的等轴晶区应采取什么措施？其基本原理如何。

9、对比说明金属与非金属结晶动力学综合曲线的区别。

10、能否说过冷度越大，形核率越大。

11、指出下列各题错误之处，并改正之。

（1）所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能增加时的晶胚大小。

《物理冶金原理》复习思考题晶体学基础、金属及合金相结构、固体金属原子扩散1、简述题及基本概念：金属键及金属的性能特点；金属晶体、金属非晶的结构及性能特点；材料分类方法及各类材料的有缺点；复合材料性能特点及存在的问题；空间点阵、晶胞及点阵常数；晶体结构符号（Pearson符号）；晶面指数及晶向指数的求法；晶面族与晶向族；晶带、晶带轴及晶带定理；配位数、致密度、原子半径; 间隙、间隙半径；合金、组元、相及合金分类；固溶体（置换、间隙及有序固溶体）；固溶强化；中间相（正常价化合物、电子化合物、间隙相、间隙化合物、拓扑密堆相[TCP相]）的结构及其性能特点；同素异构转变及意义；2、在面心立方晶胞中，ABCD四点构成一个正四面体，四点的坐标分别为A (0, 1/2, 1/2), B(1/2, 1, 1/2), C (1/2, 1/2, 0), D (0, 1, 0)，写出该四面体中四个面的晶面指数及六条边的晶向指数；3、求体心立方（BCC）、面心立方（FCC）及密排六方（HCP）晶胞的原子数、原子半径、配位数、致密度、间隙半径；4、碳在α-Fe（BCC）及γ-Fe（FCC）中的最大固溶度（原子百分数）分别为0.1%和8.9%，若碳原子均位于八面体间隙中，试分别计算α-Fe及γ-Fe中八面体间隙被碳原子占据的百分数；5、试述置换式固溶体与间隙式固溶体的形成条件、影响固溶度的主要因素及性能特点。

6、何谓固溶强化？试分析影响金属固溶强化效果的因素；7、试比较间隙固溶体与间隙相的结构特征及性能特点8、组元A具有面心立方晶体结构，组元B固溶于A中形成置换式固溶体，试问A3B还是A2B成分的固溶体更易形成有序固溶体？9、基本概念：扩散，扩散激活能，扩散驱动力，扩散系数。

10、试述固体合金中原子扩散的微观机制及影响金属原子扩散的主要因素。

纯金属的凝固、二元合金、三元合金相图及凝固1、简述液态金属的结构特点及性质；2、何谓液态金属的过冷现象？影响液态金属凝固过冷度的主要因素有哪些？3、简述通过控制合金凝固过程细化金属晶粒度的主要方法及机理；4、简述平整界面、粗糙界面晶体液－固界面结构与晶体生长特性、晶体生长形态的关系；5、分别简述影响纯金属与单相合金凝固时凝固平界面稳定性的主要因素；6、相图、相律；建立合金相图的基本方法及基本原理。

金属凝固原理金属凝固是指金属从液态到固态的过程，这一过程是金属加工和制造中至关重要的一环。

了解金属凝固原理对于提高金属制品的质量和性能具有重要意义。

首先，我们需要了解金属凝固的基本原理。

金属凝固是由于金属在液态和固态之间的相变所引起的。

当金属被加热至其熔点以上时，金属开始融化成液态，而当温度降低到熔点以下时，金属则开始凝固成固态。

在这一过程中，金属的分子结构和排列发生了改变，从而产生了不同的性质和特征。

其次，金属凝固的过程受到许多因素的影响。

首先是金属的成分，不同种类的金属具有不同的凝固特性，例如铝、铁、铜等金属的凝固温度和凝固速度都有所不同。

其次是金属的冷却速度，冷却速度快则会形成细小的晶粒，冷却速度慢则会形成大块的晶粒。

此外，金属的形状和结构也会对凝固过程产生影响，例如浇铸、锻造、挤压等不同的加工方式会导致不同的凝固结构。

最后，了解金属凝固的原理对于金属加工和制造具有重要意义。

通过控制金属的凝固过程，可以获得理想的金属结构和性能，从而提高金属制品的质量和性能。

例如，通过控制金属的冷却速度和形状，可以获得细小、均匀的晶粒结构，从而提高金属的强度和硬度。

此外，还可以通过添加合金元素和调整工艺参数，来改善金属的凝固特性，从而获得更优异的金属制品。

总之，金属凝固原理是金属加工和制造中至关重要的一环。

了解金属凝固的基本原理和影响因素，可以帮助我们更好地控制金属的凝固过程，从而提高金属制品的质量和性能。

希望本文能够为大家对金属凝固原理有所了解，同时也能够在实际生产中加以应用。

金属材料学复习思考题（2014.05）第一章钢的合金化原理1-1 名词解释1）合金元素；2）微合金元素；3）奥氏体形成元素；4）铁素体形成元素；5）原位析出；6）离位析出7）晶界偏聚（内吸附）8）二次硬化9）二次淬火10）回火脆性11）贝氏体淬透性12）微量元素1-2 合金元素中哪些是铁素体形成元素？哪些是奥氏体形成元素？哪些能在α-Fe中形成无限固溶体？哪些能在γ-Fe 中形成无限固溶体？1-3 简述合金元素对铁碳相图的影响。

1-4 简述合金元素对扩大或缩小γ相区的影响，并说明利用此原理在生产中有何意义？1-5 简述合金元素对铁碳相图（如共析碳量、相变温度等）的影响。

1-6 合金元素在钢中的存在状态有哪些形式？1-7 合金元素偏聚的影响因素有哪些？1-8 合金钢中碳化物形成元素（V，Cr，Mo，Mn等）所形成的碳化物基本类型及其相对稳定性。

1-9 为什么合金钢的淬火温度可以适当提高，且有必要提高？1-10 说明主要合金元素（V/Nb/Ti、Mo/W、Cr、Ni、Mn、Si、Al、B等）对过冷奥氏体冷却转变（主要P转变）影响的作用机制。

1-11 合金元素对马氏体转变有何影响？1-12 如何利用合金元素来消除或预防第一次、第二次回火脆性？1-13 如何理解二次硬化与二次淬火两个概念的异同之处？1-14 钢有哪些强化机制？1-15 如何提高钢的韧性？1-16 为什么要提高钢的淬透性？如何提高？第二章工程结构钢2-1 对工程结构钢的基本性能要求是什么？2-2 合金元素在低合金高强度结构钢中的主要作用是什么？为什么考虑采用低碳？2-3 什么是微合金钢？微合金元素在微合金钢中的主要作用有哪些？2-4 V、Nb、Ti这三种微合金元素在低碳（微）合金工程结构钢中，作用有何不同？2-5 针状铁素体钢的合金化、组织和性能特点？2-6 低碳贝氏体钢的合金化有何特点2-7 低碳贝氏体钢的合金化有何特点？2-8 汽车工业用的高强度低合金双相钢，其成分、组织和性能特点是什么？2-9 什么是双相钢？有何主要性能特点？2-10 了解碳素结构钢、低合金高强度钢的钢种及牌号。

⾦属材料学复习思考题及答案安徽⼯业⼤学材料学院⾦属材料学复习题⼀、必考题1、⾦属材料学的研究思路是什么？试举例说明。

答：使⽤条件→性能要求→组织结构→化学成分↑⽣产⼯艺举例略⼆、名词解释1、合⾦元素：添加到钢中为了保证获得所要求的组织结构从⽽得到⼀定的物理、化学或机械性能的含量在⼀定范围内的化学元素。

（常⽤M来表⽰）2、微合⾦元素：有些合⾦元素如V，Nb，Ti, Zr和B等，当其含量只在0.1%左右（如B 0.001%，V 0.2 %）时，会显著地影响钢的组织与性能，将这些化学元素称为微合⾦元素。

3、奥⽒体形成元素：使A3温度下降，A4温度上升，扩⼤γ相区的合⾦元素4、铁素体形成元素：使A3温度上升，A4温度下降，缩⼩γ相区的合⾦元素。

5、原位析出：回⽕时碳化物形成元素在渗碳体中富集，当浓度超过溶解度后，合⾦渗碳体在原位转变为特殊碳化物。

6、离位析出：回⽕时直接从过饱和α相中析出特殊碳化物，同时伴随有渗碳体的溶解。

7、⼆次硬化：在含有Mo、W、V等较强碳化物形成元素含量较⾼的⾼合⾦钢淬⽕后回⽕，硬度不是随回⽕温度的升⾼⽽单调降低，⽽是在500－600℃回⽕时的硬度反⽽⾼于在较低温度下回⽕硬度的现象。

8、⼆次淬⽕：在强碳化物形成元素含量较⾼的合⾦钢中淬⽕后残余奥⽒体⼗分稳定，甚⾄加热到500-600℃回⽕时仍不转变，⽽是在回⽕冷却时部分转变成马⽒体，使钢的硬度提⾼的现象。

9、液析碳化物：钢液在凝固时产⽣严重枝晶偏析，使局部地区达到共晶成分。

当共晶液量很少时，产⽣离异共晶，粗⼤的共晶碳化物从共晶组织中离异出来，经轧制后被拉成条带状。

由于是由液态共晶反应形成的，故称液析碳化物。

10、⽹状碳化物：过共析钢在热轧（锻）后缓慢冷却过程中，⼆次碳化物沿奥⽒体晶界析出呈⽹状分布，称为⽹状碳化物。

11、⽔韧处理：将⾼锰钢加热到⾼温奥⽒体区，使碳化物充分溶⼊奥⽒体中，并在此温度迅速⽔冷，得到韧性好的单相奥⽒体组织的⼯艺⽅式。

习题与思考题绪论(—)填空题1.机械设计常用和两种强度指标。

2．设计刚度好的零件，应根据指标来选择材料。

3 T K是材料从状态转变为状态时的温度。

4 冲击韧性的单位是；延伸率的单位是；屈服强度的单位是。

5 屈强比是与之比。

6．材料主要的工艺性能有、、、和。

(二)判断题1 抗氧化性就是指材料在高温下完全不被氧化的性能。

（）2．材料硬度越低，其切削加工性能就越好。

（）3．金属材料的导电导热性能远高于非金属材料。

（）4．σs和σ0.2都是材料的屈服强度。

（）5 材料的E值越大，其塑性越差。

（）6．同一材料的延伸率δ5>δ10。

（）7．材料的抗拉强度与布氏硬度之间，近似地成一直线关系。

（）8．各种硬度值之间可以互换。

（）9．用断面收缩率ψ表示塑性更接近材料的真实应变。

（）10．延伸率是试样拉断后的相对伸长量。

（）11．硬度是材料对局部变形的抗力，所以硬度是材料的塑性指标。

（）(三)选择题1 低碳钢拉伸试验时，其变形过程可简单分为几个阶段。

A．弹性变形、塑性变形、断裂B．弹性变形、断裂C 塑性变形、断裂D．弹性变形、条件变形、断裂2．低碳钢拉伸应力一应变图中，σ-E曲线上对应的最大应力值称为A．弹性极限B．屈服强度 C 抗拉强度D．断裂强度3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的A．弹性极限B．屈服强度 C 抗拉强度D．条件屈服强度4．测量淬火钢件及某些表面硬化件的硬度时，一般应用5．有利于切削加工性能的材料硬度范围为A．<160HB B．>230HB C．(160～230)HB D．(60～70)HRC 6．材料的值主要取决于其晶体结构特性，一般处理方法对它影响很小。

A σ0.2 Bσb C E(四) 改错题1 屈服就是材料开始塑变失效，所以屈服强度就是材料的断裂强度。

2 材料的断裂强度一定大于其抗拉强度。

3 强度是材料抵抗变形和破坏的能力，塑性是在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力所以两者的单位是一样的。

金属凝固原理金属凝固是指金属从液态状态转变为固态状态的过程。

在金属凝固过程中，原子或离子以一定的方式排列组合，形成具有一定结构和性能的固态金属晶体。

而金属凝固原理则是指影响金属凝固过程的各种因素和规律。

了解金属凝固原理对于控制金属凝固过程、改善金属凝固组织和性能具有重要意义。

首先，金属凝固的原理主要包括凝固过程中的晶核形成和晶体生长。

在金属液体冷却过程中，当温度下降到一定程度时，金属液体中会出现微小的固态核，这些核心在金属液体中逐渐增多并长大，最终形成完整的晶体结构。

晶核形成和晶体生长是金属凝固的基本原理，也是金属凝固组织形成的基础。

其次，金属凝固的速度对凝固组织和性能有着重要影响。

一般来说，凝固速度越快，晶体的生长速度就越快，晶粒就越细小，晶界就越多，从而提高了金属的强度和韧性。

而凝固速度越慢，晶体生长速度就越慢，晶粒就越大，晶界就越少，金属的强度和韧性就会降低。

因此，控制金属凝固速度是影响金属凝固组织和性能的重要因素之一。

另外，金属凝固还受到金属成分、凝固条件、晶核形态等多种因素的影响。

金属成分的不同会导致晶体结构和性能的差异，凝固条件的改变也会影响金属凝固组织和性能的形成，而晶核形态的不同也会对晶体生长和晶粒形貌产生影响。

因此，在实际生产中，需要根据不同金属的特性和要求，合理控制金属凝固过程中的各种因素，以获得理想的凝固组织和性能。

总的来说，金属凝固原理是一个复杂而又重要的领域，它涉及到金属物理、金属化学、热力学等多个学科的知识。

只有深入理解金属凝固原理，才能更好地控制金属凝固过程，改善金属凝固组织和性能，提高金属制品的质量和性能。

因此，对于金属凝固原理的研究和应用具有重要的理论和实践意义，也是金属材料领域的一个热点和难点问题。

希望通过对金属凝固原理的深入研究，能够为金属材料的发展和应用提供更多的理论支持和技术保障。

第三章二元合金的相结构与结晶3-1 在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状生长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？答：原因：在纯金属的凝固过程中，在正温度梯度下，固液界面呈平面状生长；当温度梯度为负时，则固液界面呈树枝状生长。

固溶体合金在正温度梯度下凝固时，固液界面能呈树枝状生长的原因是固溶体合金在凝固时，由于异分结晶现象，溶质组元必然会重新分布，导致在固液界面前沿形成溶质的浓度梯度，造成固液界面前沿一定范围内的液相其实际温度低于平衡结晶温度，出现了一个由于成分差别引起的过冷区域。

所以，对于固溶体合金，结晶除了受固液界面温度梯度影响，更主要受成分过冷的影响，从而使固溶体合金在正温度梯度下也能按树枝状生长。

3-2 何谓合金平衡相图，相图能给出任一条件下合金的显微组织吗？答：合金平衡相图是指在平衡条件下合金系中合金的状态与温度、成分间关系的图解，又称为状态图或平衡图。

由上述定义可以看出相图并不能给出任一条件下合金的显微组织，相图只能反映平衡条件下相的平衡。

3-3 有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的W Ni=90%，另一个铸件的W Ni=50%，铸后自然冷却。

问凝固后哪一个铸件的偏析严重？为什么？找出消除偏析的措施。

答：W Ni=50%铸件凝固后偏析严重。

解答此题需找到Cu-Ni合金的二元相图。

原因：固溶体合金结晶属于异分结晶，即所结晶出的固相化学成分与母相并不相同。

由Cu-Ni合金相图可以看出W Ni=50%铸件的固相线和液相线之间的距离大于W Ni=90%铸件，也就是说W Ni=50%铸件溶质Ni的k0（溶质平衡分配系数）高，而且在相图中可以发现Cu-Ni合金铸件Ni的k0是大于1，所以k0越大，则代表先结晶出的固相成分与液相成分的差值越大，也就是偏析越严重。

消除措施：可以采用均匀化退火的方法，将铸件加热至低于固相线100-200℃的温度，进行长时间保温，使偏析元素充分扩散，可达到成分均匀化的目的。

3 材料科学基础习题库第3章凝固2021年0313ampnbsp20.纯金属均匀形核时，形核率随过冷度的增加而增加。

（）21.实际金属凝固时，过冷度很小，这主要是由于非均匀形核的原因。

（） 22.临界晶核半径主要取决于过冷度，过冷度越大，临界晶核半径越小。

（） 23.非均匀形核功大小主要取决于过冷度，过冷度越大，临界形核功越小。

（） 24.纯金属凝固时，要得到枝晶组织，界面前沿液体中的温度梯度必须是正的温度梯度.( )25.在实际生产中，纯金属凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织。

（） 26.实际金属凝固时过冷度越大，形核率越大。

（）27．液态金属结构与固态金属结构比较接近，而与气态金属相差较远。

28．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大、小，都能保证结晶过程得以进行。

29．当纯金属结晶时，形核率总是随着过冷度的增大而增加。

( ) 30．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。

( ) 31．金属晶体各向异性的产生，与不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度相关。

( )32．金属的结晶过程分为两个阶段，即先形核，形核停止之后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。

(三) 选择题1 液态金属结晶的基本过程是 A．边形核边长大 B．先形核后长大C．自发形核和非自发形核 D．枝晶生长2．液态金属结晶时，越大，结晶后金属的晶粒越细小。

A．形核率N B．长大率G C．比值N／G D．比值G／N 3．过冷度越大，则 A．N增大、G减少，所以晶粒细小 B．N增大、G增大，所以晶粒细小 C N增大、G增大，所以晶粒粗大 D．N减少、G减少，所以晶粒细小 4．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将。

A．越高 B 越低 C．越接近理论结晶温度 D．没有变化5．若纯金属结晶过程处在液—固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度A．更高 B．更低 C；相等 D．高低波动6．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。

金属凝固原理
金属凝固原理是指金属从液态到固态的过程。

在金属熔化后，通过降低温度或进行其他处理，金属开始逐渐凝固。

凝固过程中，金属内部的原子或分子逐渐重新排列并结晶，形成有序的晶体结构，从而形成固态金属。

金属凝固原理基于凝固行为的研究，涉及到熔化、相变、晶体生长等多个方面。

首先，金属在熔化过程中，吸收热量使得金属内部的原子或分子运动加速，失去了原子之间的排列有序性，形成了液态金属。

当温度进一步降低时，金属开始进入凝固阶段。

在凝固的早期，金属内部出现一些微小的核心，这些核心是由一部分原子或分子聚集形成的。

这些核心吸引周围的原子或分子，从而导致晶体生长。

晶体生长过程中，较小的核心会扩大并联系在一起，形成更大的晶体。

在金属凝固过程中，晶体生长的速度取决于多种因素，包括温度、凝固速率、金属成分等。

高温下，原子或分子的运动速度较快，晶体生长速度较快；而低温下，晶体生长速度较慢。

凝固速率越快，金属内部的原子或分子越来越无序，晶体结构越复杂。

凝固过程中，金属的凝固形式也有多种，常见的有均匀凝固和偏析凝固。

均匀凝固指金属内部晶体结构均匀、成分均匀分布的凝固方式，一般适用于成分均匀的金属。

而偏析凝固则是指金属内部存在组分不均匀的现象，即某些金属元素或杂质在凝
固过程中会向其中心或表面区域富集。

综上所述，金属凝固原理是由金属熔化到固态的过程，涉及到熔化、相变、晶体生长等多个方面。

通过研究金属凝固原理，我们可以更好地理解金属的结构与性能，并可以针对不同的凝固条件来控制金属的制备过程。

课后思考题：第八章：8-2什么是合金的铸造性？试比较铸铁和铸钢的铸造性。

所谓合金的铸造性就是指在铸造生产过程中，合金铸造成形的难易程度。

铸造碳钢的力学性能比铸铁好，但其铸造性能比铸铁差，主要表现在以下几方面。

①流动性低。

钢液的流动性体现了它充填铸型的能力，流动性低易形成冷隔，它受钢液的过热程度（即浇注温度与液相线温度之差）、钢水的含碳量以及钢液净化程度的影响。

②体积收缩和缩孑L倾向大。

钢的体积收缩率较大，当钢含碳量较高时，体积收缩率较大，钢的体积收缩率较大会导致铸件中缩孑L形成并增大，集中缩孔是在钢的液态收缩过程和凝固收缩过程中形成8-4铸件为什么会产生缩孔，缩松？如何防止或减少它们的危害？由于液态收缩和凝固收缩得不到合金液体的补充，在凝固铸件的某些部位会出现孔洞，大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

缩孔和缩松的预防措施:●铸件结构设计时：避免局部金属积聚。

●工艺上：针对合金的凝固特点制定合理的铸造工艺。

常采取“顺序(定向)凝固”和“同时凝固”两种措施。

●8-6熔模铸造、金属型铸造、压力铸造和离心铸造各有何特点?应用范围如何?熔模铸造的特点和应用范围：熔模铸造属于一次成型，又无分型面，所以铸件精度高，表面质量好。

可制造形状复杂的铸件，最小壁厚可达0.7mm，最小孔径可达1.5mm。

适应各种铸造合金，尤其适于生产高熔点和难以加工的合金铸件。

铸造工序复杂，生产周期长，铸件成本较高，铸件尺寸和质量受到限制，一般不超过25kg。

熔模铸造主要用于汽轮机、燃汽轮机叶片、切削刀具、仪表元件、汽车、拖拉机及机床等零件的生产。

金属型铸造的特点和应用范围：铸件冷却速度快，组织致密，力学性能好。

铸件精度和表面质量较高。

实现了“一型多铸”，工序简单，生产率高，劳动条件好。

金属型成本高，制造周期长，铸造工艺规程要求严格。

金属型铸造主要适用于大批量生产形状简单的有色金属铸件，如铝活塞、气缸、缸盖、泵体、轴瓦、轴套等。

实用文档
一、均质形核的热力学条件 二、均质形核动力学 三、均质形核的局限性
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一、均质形核的热力学条件（过程进行的条件
）
. 晶核（为球体）形成时
，
系统自由能变化由两部分
组成，即作为相变驱动力
的液-固体积自由能之差
（负）和阻碍相变的液-固
G 界面V能（V正GSV）：ASL
0
G3 4r3V G SV4r2SL
实用文档
§3-2 均质形核
• 均质形核 ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而 从液相自身发生形核的过程，所以也称“自发形核” （实际生产中均质形核是不太可能的，即使是在区域精 炼的条件下，每1cm3的液相中也有约106个边长为103个原 子的立方体的微小杂质颗粒）。
• 异质形核：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生 核过程，亦称“非均质形核”或“非自发形核”。
● r＜ r*时，r↑→ΔG↑
● r = r*处时，ΔG达到最大 图3.4 液相中形成球形晶胚时自由能变化 值ΔG*
● r ＞r*时，r↑→ΔG↓ 实用文档
• 令： G /r|r r*0
得临界晶核半径 r*：
r 2SLVS 2SL Vs Tm
GV
Hm T
形核功：G 136S 3L V H Sm T mT2
实用文档
二、均质形核动力学（过程进行的速度）
均质形核的速度一般用形核率来描述。
形核率I （ ）：是单位体积中、单位时间内形成的晶核数目。
ICex pGAe KT
x pK GT
I*
式中，ΔGA为扩散激活能 。
ΔG*→∞（ ΔT→0时），I* → 0 ;
ΔG* 下降（ ΔT 增大），I *上升。

材料成形原理习题集 材料成形理论基础习题 第一部分 液态金属凝固学 2.1 纯金属和实际合金的液态结构有何不同？举例说明。 2.2 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？ 2.3 液态合金的流动性和冲型能力有何异同？如何提高液态金属的冲型能力/ 2.4 钢液对铸型不浸润，θ＝180°，铸型砂粒间的间隙为0.1cm，钢液在1520℃时的表面张力σ=1.5N/m,密度ρ液＝7500kg/m3。求产生机械粘砂的临界压力；欲使钢液不粘入铸 型而产生机械粘砂，所允许的压头H值是多少？ 2.5 根据Stokes公式计算钢液中非金属夹杂物MnO的上浮速度，已知钢液温度为1500℃，η＝0.0049N.s/m2, ρ液

=7500kg/m3,ρMnO=5400 kg/m3,MnO呈球行，其半径r＝0.1mm。

3.1 设想液体在凝固时形成的临界核心是边长为a*的立方体形状; (1)求均质形核时的a*和△G*的关系式。 (2)证明在相同过冷度下均质形核时，球形晶核较立方形晶核更易形成。 3.2 设Ni的最大过冷度为319℃，求△G*均和r*均，已知θm＝1453℃。L＝-1870J/mol， σLC=2.25×10-5J/cm2,摩尔体积为6.6cm3. 3.3 什么样的界面才能成为异质结晶核心的基底？ 3.4 阐述影响晶体生长的因素。 4.1 用Chvorinov公式计算凝固时间时，误差来源于哪几方面？半径相同的圆柱和球体哪个误差大？大铸型和小铸型哪个 误差大？金属型和砂型哪个误差大? 4.2 立方体、等边圆柱和球形冒口，试证明球形冒口的补缩能力最强。 4.3 焊接熔池有何特征？对凝固过程有何影响？ 4.4 何谓凝固过程的溶质再分配？它受哪些因素的影响？ 4.5 设状态图中液相线和固相线为直线，证明平衡常数k0＝Const。 4.6 Al-Cu相图的主要参数为CE＝33%Cu,smC

=5.65％, Tm＝

金属凝固原理金属凝固是指金属从熔化状态向固态转变的过程。

金属凝固是金属加工和制造中的关键工艺之一，对于金属材料的性能和结构具有重要影响。

金属凝固有两种基本模式，分别是平衡凝固和非平衡凝固。

平衡凝固是在金属熔体达到热力学平衡条件下进行的凝固过程。

在平衡凝固过程中，金属熔体的凝固速度较慢，使得晶体有足够的时间进行有序排列，形成结晶的晶格结构。

这种凝固方式下得到的晶体结构一般是均匀、致密的。

而非平衡凝固则是在金属熔体未达到热力学平衡条件下进行的凝固过程，通常是由于快速冷却或其他条件的限制。

非平衡凝固下得到的金属结构通常不具备完整的晶格结构，其中可能包含一些缺陷，如晶界、孪生晶和扩散限制。

金属凝固的主要原理包括热力学原理和动力学原理。

热力学原理研究的是金属凝固的平衡过程和热力学参数，如凝固温度、凝固速度等。

相变热是研究金属凝固的重要参数之一，它是单位质量金属从液态到固态过程中释放或吸收的热量。

相变热的大小直接影响到金属凝固过程的温度和能量交换。

动力学原理研究的是金属凝固的凝固速率和晶体生长行为。

凝固速率与温度梯度成正比，与金属的热导率和定向凝固度有关。

晶体生长通常是以晶核为起点，通过界面扩散分子在凝固过程中不断形成新的晶核，最终形成完整的晶体结构。

在金属凝固中，晶体生长过程是一个重要环节。

晶体生长可以分为表面扩散和体内扩散两种方式。

表面扩散是指晶体表面上的原子或离子通过空间的跳跃来进行扩散，而体内扩散则是指晶体内部的原子或离子通过晶面间的空隙进行扩散。

晶体生长的速度与扩散速率和扩散路径有关，因此扩散是影响金属凝固过程的重要因素之一温度梯度和凝固界面形貌也是金属凝固的关键因素。

温度梯度会导致凝固界面的变形和变动，从而影响到晶体生长和凝固速率。

凝固界面的形貌也对凝固过程有重要影响。

对于非平衡凝固，凝固界面通常是不规则的，形成了一些晶界、孪生晶和其他缺陷。

这些缺陷会影响金属的性能和结构。

除了热力学和动力学原理外，还有其他一些因素也会影响金属凝固的过程。

百度文库- 让每个人平等地提升自我！《金属材料热处理》1-3章思考题（成型10级）第1章绪论第2章固态相变概论1. 金属固态相变的主要类型、特点2. 金属固态相变按（1）相变前后热力学函数、（2）原子迁移情况、（3）相变方式分为哪几类？3. 金属固态相变主要有哪些变化？4. 金属固态相变有哪些特点？5. 固态相变的驱动力和阻力包括什么？加以说明。

6. 固态相变的过程中形核和长大的方式是什么？加以说明。

7. 何谓热处理？热处理的目的是什么？热处理在机械加工过程中作用有那些？热处理与合金相图有何关系？8. 说明下列符号的物理意义及加热速度和冷却速度对他们的影响？Ａc1、Ａr1、Ａc3、Ａr3、Ａccm、Ａrcm。

9. 一些概念：固态相变、热处理、平衡转变、不平衡转变、同素异构转变、多形性转变、共析转变、包析转变、平衡脱溶沉淀、调幅分解、有序化转变、伪共析转变、马氏体转变、贝氏体转变、块状转变、不平衡脱溶沉淀、一级相变、二级相变、扩散型相变、非扩散型相变、半扩散型相变、共格界面、半共格界面、非共格界面、惯习面、位向关系、应变能、界面能、过渡相、均匀形核、非均匀形核、晶界形核、位错形核、空位形核、界面过程、传质过程、协同型方式长大、非协同型方式长大、切变机制、台阶机制第3章钢的热处理原理与工艺第1节1、奥氏体的组织、结构和性能特点。

2、从成分和工艺角度说明如何细化奥氏体晶粒?3．以碳扩散的观点说明奥氏体的长大机理。

4、共析钢的奥氏体的形成包括哪几个过程？为什么说奥氏体形成是受碳扩散控制的？非共析钢的奥氏体的形成与共析钢的奥氏体的形成有何异同？5、影响奥氏体转变速度的因素有哪些？如何影响？6、影响奥氏体晶粒度的因素有哪些？如何影响？第2节1．试设计一种采用金相硬度法测定共析钢TTT图的方法。

（测定TTT图的原理和方法。

）2.请绘制含碳量为0.77%的钢的过冷奥氏体等温转变图，并回答下列问题：（1）说明图中各线、区的意义。