结晶、过冷、过冷度、结构起伏、能量起伏、均匀形核、非均匀形核、临界晶核半径、临界晶核

形核功、形核率、变质处理、光滑界面、粗糙界面、树枝晶、柱状晶、等轴晶、单晶、非晶、微晶、准晶、多晶体。 二、填空题

1、金属结晶一般发生在理论结晶温度以下，这种现象称为（ ），理论结晶温度与实

际结晶温度的差值叫做（ ），冷却速度越大，则（ ）越大。 2、金属结晶过程是一个不断（ ）和（ ）的过程，直至液体耗尽为止。

若由一个晶核长成的晶体叫做（ ），多个晶核长成的晶体叫做（ ）。 3、要获得结晶过程所必须的驱动力，一定要有（ ），过冷度（ ），

液固两相自由能差值（ ），驱动力（ ），临界晶核半径（ ），临界晶核形核功（ ），形核率（ ），结晶后（ ）越细小。 4、在过冷液体中，会出现许多尺寸不同的原子小集团称为（ ），只有当原子小集团的

半径大于（ ）时，才可作为晶核而长大。

5、在形核时，系统总自由能变化是（ ）降低和（ ）增加的代数和，前者

是形核的（ ），后者是形核的（ ）。

6、均匀形核时，临界晶核形核功与过冷度的关系可表达成（ ），它表明当形成临界

尺寸晶核时，体积自由能补偿表面能的（ ），尚有（ ）表面能没有得到补偿，需依靠（ ）。

7、非均匀形核时，其形核功大小与润湿角q有关，当q=00时，ΔG非=（ ），当q=900

时，ΔG非=（ ），当q=1800时，ΔG非=（ ）。说明润湿角q越小，对形核越（ ）。

8、晶核长大与液固界面结构有关，一般粗糙界面以（ ）方式长大，而光滑界面以

（ ）方式长大。

9、为获得细晶粒，在金属结晶时通常采用（ ），（ ）和（ ）

等方法。

10、金属铸锭一般由三个晶区组成，表面为（ ），中间为（ ），心部为

（ ）。

11、非均匀形核时临界球冠半径与均匀形核临界晶核半径（ ），但非均匀形核的晶核

体积比均匀形核时（ ），当过冷度相同时，形核率（ ），结晶后晶粒（ ）。

12、金属结晶时形核方式有（ ）和（ ），在实际铸造生产中常已（ ）

方式形核。

三、 a）设为球形晶核，试证明均匀形核时，形成临界晶粒的ΔGK与其体积VK之间的关系式为

。

b）当非均匀形核形成球冠形晶核时，其ΔGK与V之间的关系如何？

四、如果临界晶核是边长为aK的正方体，试求出其ΔGK与aK的关系。为什么形成立方体晶核的

ΔGK比球形晶核要大？

五、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？固态金属熔化时是否会出现

过热？为什么？

六、试比较均匀形核与非均匀形核的异同点，说明为什么非均匀形核往往比均匀形核更容易进行。 七、在其它条件相同时，试比较下列铸造条件下金属晶粒尺寸大小，并说明为什么？ 1、砂型铸造与金属型铸造 2、铸薄壁件与铸厚壁件 3、高温浇注与低温浇注

八、说明晶体成长形状与温度梯度的关系，分析在负温度梯度下，金属结晶出树枝晶的过程。 九、简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点。

十、为了得到发达的柱状晶区应该采取什么措施？为了得到发达的等轴晶区应该采取什么措施？

其基本原理如何？

十一、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能增加时的晶胚大小。 （2）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，但是只要有足够的能

量起伏提供形核功，还是可以形核。

（3）无论温度分布如何，常用纯金属都是以树枝状方式生长。

十二、何谓非晶态金属？简述几种制备非晶态金属的方法。非晶态金属与晶态金属的结构和性

能有什么不同？

第四章 二元相图

一、解释以下基本概念

组元、相、化学位、成分过冷、平衡分配系数、自由度、相律、同素异晶转变、匀晶转变、共晶转变、包晶转变、共析转变、包析转变、熔晶转变、偏晶转变、合晶转变、组织、伪共晶、离异共晶、枝晶偏析、比重偏析、正偏析、反偏析、区域偏析、区域提纯、铁素体、奥氏体、珠光体、莱氏体、变态莱氏体、一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体。

二、填空题

1、相律是表示平衡条件下，系统的自由度数、（ ）数和（ ）之间的关系，根据相律可知二元系最大的平衡相数是（ ）。

2、在二元合金相图中，根据相律，两个单相区必然交于（ ）点，两个单相区之间必然存在一个（ ）相区，三相平衡时，系统的自由度等于（ ），说明转变（ ）和三个相的（ ）都是恒定的。

3、二元合金相图杠杆定律只适用于（ ）区，当二元系处于两相平衡时，可根据杠杆定律确定两平衡相的（ ）和计算两平衡相的（ ）。

4、固溶体合金在结晶时也遵循形核长大规律，形核时也需要（ ）起伏、（ ）起伏，还需（ ）起伏。

5、同纯金属相比，固溶体合金结晶的特点是（ ）结晶，其结晶常发生在一定的（ ）区间内，始终进行着溶质原子和溶剂原子的（ ）过程。

6、枝晶偏析的大小与液相线与固相线间的（ ）有关，与溶质原子的（ ）有关，与结晶时的（ ）有关。

7、固溶体合金在凝固时会产生成分过冷，成分过冷区的大小与结晶速度R有关，与界面前沿实际温度分布G有关，与溶质浓度C0大小有关，一般G( ),R( ),C0( )越容易产生成分过冷。 8、固溶体合金在正的温度梯度下，因成分过冷区的大小不同，晶体形态可能出现（ ），（ ）和（ ）。

9、发生共晶反应时，因三相平衡，f=( )，此时这一转变是在（ ）温度下进行，三个平衡相的成分均（ ）。

10、固溶体合金因选择结晶会产生（ ）偏析，亚共晶合金或过共晶合金因先析出相与液相间密度不同，会产生（ ）偏析，前者可通过（ ）退火消除，后者可通过依靠凝固过程中（ ）防止或减轻。

11、合金的铸造性能取决于液相线与固相线之间（ ），其值越小，铸造性能（ ），二元系具有（ ）成分的合金铸造性能最好。

12、在二元系中，由一相分解为二相的三相平衡转变有（ ），（ ），（ ）和（ ）。

13、在二元系中，由二相转变为一相的三相平衡转变有（ ），（ ）和（ ）。 14、原合金成分不是共晶成分，经快速冷却形成的全部共晶组织，称为（ ）。

15、铁素体是碳溶入（ ）中的（ ）固溶体，奥氏体是碳溶入（ ）中的（ ）固溶体，渗碳体是（ ）。

16、奥氏体在1148℃时最大溶碳量可达（ ），在727℃时奥氏体的溶碳量为（ ）。 17、珠光体是（ ）反应的产物，它是由（ ）和（ ）组成的机械混合物。

18、工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢的含碳量分别为（ ），（ ），（ ），（ ）。 19、亚共析钢、共析钢、过共析钢在室温下的平衡组织分别是（ ），（ ），（ ）。 20、在Fe-Fe3C相图中HJB线、ECF线、PSK线分别称为（ ），（ ）和（ ）。 22、根据含碳量和组织特点，可将铁碳合金分为三大类，分别是（ ），（ ）和（ ）。 23、根据Fe-Fe3C相图计算的一次渗碳体、二次渗碳体、三次渗碳体最大可能含量分别为（ ），（ ）和（ ）。

24、变态莱氏体是（ ）和（ ）的机械混合物，由于含有大量的渗碳体，所以塑性（ ），脆性（ ），但是（ ）好。

25、钢中的硫是有害元素，易造成钢的（ ）性，这是因为FeS能与（ ）形成低熔点的（ ）之故。

26、在平衡冷却后，随含碳量的增加，钢的硬度（ ），塑性和韧性（ ）。 三、在正温度梯度下，为什么纯金属凝固时不能呈树枝状成长，而固溶体合金却能呈树枝状成长？ 四、何为合金平衡相图，相图能给出任一条件下合金的显微组织吗？

五、有两个形状、尺寸均相同的Cu-Ni合金铸件，其中一个铸件的含镍量ωNi=90%，另一铸件ω

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。

六、何为成分过冷？成分过冷对固溶体结晶时晶体长大方式和铸锭组织有何影响？ 七、共晶点和共晶线有什么关系？共晶组织一般是什么形态？如何形成？

八、铋（熔点为271.5℃）和锑(熔点为630.7℃)在液态和固态时均能彼此无限互溶，ωBi=50%的合金在520℃时开始凝固出成分为ωSb=87%的固相。ωBi=80%的合金在400℃时开始凝固处成分为ωSb=64%的固相。根据上述条件，要求：

（1）绘出Bi-Sb相图，并标出各线和各相区的名称。