材料科学基础习题集(新)

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。

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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、考虑在一个大气压下液态铝的凝固,对于不同程度的过冷度,即:ΔT=1,10,100和200℃,计算: (a)临界晶核尺寸;

(b)从液态转变到固态时,单位体积的自由能变化ΔGv; (c)从液态转变到固态时,临界尺寸r*处的自由能的变化 ΔGv。 (铝的熔点Tm=993K,单位体积熔化热ΔHf=1.836×109J/m3,固液界面自由能γsc=93J/m2,原子体积V0=1.66×10-29m3。)

十二、已知液态纯镍在1.1013×105Pa(1个大气压),过冷度为319℃时发生均匀形核。设临界晶核半径为1nm,纯镍的熔点为1726K,熔化热ΔHm=18075J/mol,摩尔体积Vx=6.6cm3/mol,计算纯镍的液-固界面能和临界形核功。

十三、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。 十四、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?

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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。

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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( ),

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