材料科學(xué)基礎(chǔ)1-8章例題、作業(yè)題及其解答-資料下載頁
2025-01-14 15:29本頁面
【正文】 －30）/(85－30)100％＝％若α，β相具有相同密度，％大鑄件中β相所占體積百分?jǐn)?shù)為：％％=％：若有１０％B合金按正常凝固，用 g表示固相已凝固的體積分?jǐn)?shù)（Ｚ／Ｌ）。①試證明：固相平均成分(重量百分?jǐn)?shù))的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： ②試證明液相的凝固溫度TL和合金已凝因的體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系為： C0和CS都是重量百分?jǐn)?shù)。①證明：如下圖 ②如圖，液相線斜率為m在Ｔ１溫度時，固相濃度為ＸＳ液相濃度為ＸＬ４、試從成分過冷出發(fā)，分析相圖和合金流動性，收縮情況間的關(guān)系。 答：凝固過程中，若成分過冷嚴(yán)重，界面以樹枝狀生長，樹枝狀形態(tài)將影響液體流動性，使流動性下降，收縮多呈分散收縮形式，形成顯微縮孔，即疏松。５、試說明Ｋ０和成分過冷程度及鑄錠三區(qū)比例的關(guān)系？ 答：由出現(xiàn)成分過冷臨界條件公式可知當(dāng)時發(fā)生成分過冷當(dāng)Ｋ０＜１時，Ｋ０越小，越易發(fā)生成分過冷。成分過冷越嚴(yán)重，鑄錠中心等軸晶區(qū)越大，形核率越大，等軸晶粒尺寸也越小。６、試指出研究合金凝固的溶質(zhì)分布和成分過冷時所作的一些假論條件，說明其作用和意義。答：首先假設(shè)固相線和液相線為直線，這樣在接近實際相圖情況前提下，便于計算和理論推導(dǎo)（如計算Ｋ０值，推導(dǎo)成分過冷條件公式）也便于取斜率值，這樣使公式更具有普便指導(dǎo)意義。再有忽略了固相中溶液質(zhì)擴散。因為固相和液相當(dāng)中原子擴散能力不一樣，所以研究實際凝固時受凝固速度的影響，必忽略去固相中原子擴散，以使問題簡單。７、試證明Ｃ０合金(Ｋ０＜１ 試棒經(jīng)第一次區(qū)域熔煉后的溶液質(zhì)分布方程： 證明：設(shè)熔區(qū)前進(jìn)dx時，液體中應(yīng)當(dāng)加的溶液質(zhì)量為CXdx由dx體積的凝固，使液體中溶質(zhì)減少ＣＳds(ＣＳ為凝固時固體的濃度)，液體中溶質(zhì)的變化為： 對此式進(jìn)行積分，當(dāng)８、試說明在正溫度梯度下為什么固溶體合金凝固時可以呈現(xiàn)樹枝狀方式生長？而純金屬則得不到樹枝狀晶體？ 答：固溶體合金凝固時，液相中不只存在一種組元（金屬）,另一組元含量少可作為溶質(zhì)，因此能發(fā)生溶質(zhì)再分布。溶質(zhì)富集到一定程度可以產(chǎn)生成分過冷，（由可知Ｃ０增加易產(chǎn)生成分過冷）。產(chǎn)生成分過冷后即使宏觀上是正的溫度梯度，但在成分過冷區(qū)也以樹枝狀生長。而純金屬凝固時，困為沒有溶質(zhì)存在，因而也不存在溶質(zhì)再分布問題，所以不會產(chǎn)生成分過冷。在正溫度梯度下只能以平面狀生長，不會得到樹枝晶。９、試指出二元共晶合金中雜質(zhì)等第三組元對共晶組織形態(tài)的影響。 答：當(dāng)共晶合金中含有少量固溶于兩組成相的第三組元（雜質(zhì)）時，則在共晶凝固過程中雜質(zhì)從α和β相分別排入到界面前沿的液相中，并建立成分過冷區(qū)。在一適當(dāng)?shù)臈l件下平直界面開始彎曲，隨后呈現(xiàn)胞狀生長。結(jié)合ＣuZn和CuSn二元合金相圖，分析Cu30％Zn黃銅和Cu10％Sn青銅單相合金凝固后的組織，試指出：①哪種合金的疏松傾向較嚴(yán)重？②哪種合金可能會有第二相？③哪種合金反偏析傾向大？答：①疏松主要是由于枝晶間的液體在凝固收縮時得不到補充液體而產(chǎn)生的。給定的兩種合金都是銅基合金，凝固時的體積收縮差別不大，但凝固溫度范圍卻相差很大。Cu30％Zn只有30℃而Cu10％Sn卻達(dá)成175℃，由于凝固時的枝晶長度主要取決于凝固溫度范圍，因此Cu10％Sn的枝晶要長的多，枝晶越長，則補縮液體要通過的通道越長，曲折程度也越大，液體流動性越差，因此補縮困難，所以Cu10％Sn合金的疏松傾向大。②如果合金在平衡凝固時不存在第二相，則第二相的出現(xiàn)主要是由顯微偏析引起的。而顯微偏析主要取決于平衡分配系數(shù)Ko,Ko越小，則顯微偏析傾向越大。出現(xiàn)第二相的可能性也越大Cu10％Sn的Ko值（）遠(yuǎn)小于Cu30％Znr的Ko值（）因此Cu10％Sn中出現(xiàn)第二相的可能性較大。③形成反偏析原因是凝固時合金中產(chǎn)生的體積收縮，迫使固相前沿富集有溶質(zhì)的液相倒流回表層所致。由于Cu10％Sn在凝固時的枝晶較長，液相倒流回表層的通道長，因此反偏析的傾向大。1試分析兩相合金鑄錠是否存在宏觀晶區(qū)組織？ 答：例如α、β兩相且能形成共晶的合金①若合金成分為共晶成分或接近共晶成分，液固界面前沿基本上不發(fā)生溶質(zhì)的聚集。若對兩相分別考慮兩相前沿液相中的溶液質(zhì)可能稍有富化或貧化，但這微小變化不可能產(chǎn)生明顯的成分過冷，因而能以共晶體形成析出。②若是遠(yuǎn)離共晶點，例如亞共晶成份。如果液固界面為平面狀，則凝固過程為先析出先共晶相，然后發(fā)生共晶，析出共晶組織。如果液固界面為樹枝狀時，樹枝狀偏析會使枝晶間形成共晶組織。因此不會出現(xiàn)單一共晶區(qū)，或減少。1對相圖中Ｋ＞１的一側(cè)的金屬實際上能否應(yīng)用區(qū)域提純？為什么？答：Ｋ＞１的成分不能應(yīng)區(qū)域提純。因為雜質(zhì)聚集在先凝固一側(cè)，不能逐漸富集在一端，因而也就不能起到提純作用。1細(xì)化鑄件晶粒的方法有那些？依據(jù)是什么？答：①機械振動，從而改善液體金屬和模壁的接觸，加劇液體和模壁之間的熱傳遞。其次可以促使依附在模壁上的細(xì)晶脫落，使枝晶局部折斷，進(jìn)入液體中起到增加結(jié)晶核心作用，對細(xì)化鑄錠中心的等軸晶粒有促進(jìn)作用加強液面的波動及攪拌，能促進(jìn)細(xì)晶脫落，可使晶粒細(xì)化。②較小的錠模冷卻能力當(dāng)錠模冷卻能力較小時，激冷層過冷度較小，形核率較低，晶核間距較大。生長中的細(xì)晶易被流動中的金屬液體沖刷脫落，從而可使中心等軸晶區(qū)晶粒細(xì)化。③孕育處理加入孕育劑，不僅可以促進(jìn)非均勻形核，而且可以加劇成分過冷，使柱狀晶易于熔斷。懸浮的細(xì)晶增多，這些都可以使中心等軸晶區(qū)擴大并細(xì)化。（順便指出，采用增加冷卻速度，增大過冷度，從而使形核率增加的方法。在實際生產(chǎn)中由于鑄錠較大，很難奏效。）1試證明在固溶體合金平衡凝固時，若Ｋo＜1，則固體中的高熔點組元和低熔點組元之比大于在液體中兩者之比。證明：設(shè)Ａ為高熔點組元，Ｂ為低熔點組元，則①② 將②式除以①式得 將不等式左邊分母減去右邊分母減去不等式仍成立，即：1AlCu合金相圖如圖所示。設(shè)分配系數(shù)Ko及液相線斜率均為常數(shù)，試求：①含10%Cu固溶體進(jìn)行緩慢地正常凝固，當(dāng)凝固分?jǐn)?shù)為50%時所凝固出的固溶體成分？②經(jīng)過一次區(qū)域提純后，在Ｘ＝５處的固體成分， ?。?③測得鑄件的凝固速率Ｒ＝，溫度梯度G＝30℃/cm，擴散系數(shù)Ｄ＝，合金凝固時能保持平面界面的最大含銅量？解：據(jù)已知條件，由相圖 解得： 顯微組織中出現(xiàn)輕微胞狀，可視為發(fā)生成分過冷的臨界條件，即：1利用上題數(shù)據(jù)，％Cu，液體無對流，計算：①開始凝固時的界面溫度？②保持液固界面為平面界面的溫度梯度？解：①℃②保持平直界面的臨界條件為：（℃／c
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