【正文】 0＝Const.2固相無擴散，液相均勻混合。假設(shè)圖PQ線是(時固相成分）與界面處固相成分的算數(shù)平均值。試證： 證明： 其它，液相均勻混合——Scheil公式，液相只有有限擴散：初期過渡階段：在結(jié)晶初期，生長的結(jié)果導(dǎo)致溶質(zhì)原子在界面前沿進一步富集。溶質(zhì)的富集降低了界面處的液相線溫度，只有溫度進一步降低時界面才能繼續(xù)生長。這一時期的結(jié)晶特點為：隨著固液界面向前推進，固、液兩相平衡濃度C*S與C*L持續(xù)上升，界面溫度不斷下降。穩(wěn)定生長階段：界面上排出的溶質(zhì)量與擴散走的溶質(zhì)量相等，晶體便進入穩(wěn)定生長階段。Cs*=C0，界面前方。后過渡階段：到生長臨近結(jié)束，富集的溶質(zhì)集中在殘余液相中無法向外擴散，于是界面前沿溶質(zhì)富集又進一步加劇，界面處固、液兩相的平衡濃度復(fù)又進一步上升，形成了晶體生長的最后過渡階段。：兩相自由能的差值ΔGV為結(jié)晶的驅(qū)動力。，對于給定金屬，L與T0均為定值，△GV僅與△T有關(guān)。因此，液態(tài)金屬結(jié)晶的驅(qū)動力是由過冷度提供的。過冷度越大，結(jié)晶的驅(qū)動力也就越大，過冷度為零時，驅(qū)動力就不復(fù)存在。所以液態(tài)金屬在沒有過冷度的情況下不會結(jié)晶。4. 液態(tài)金屬結(jié)晶過程：首先，系統(tǒng)通過起伏作用在某些微觀小區(qū)域內(nèi)克服能量障礙而形成穩(wěn)定的新相晶核；新相一旦形成，系統(tǒng)內(nèi)將出現(xiàn)自由能較高的新舊兩相之間的過渡區(qū)。為使系統(tǒng)自由能盡可能地降低，過渡區(qū)必須減薄到最小原子尺度，這樣就形成了新舊兩相的界面；然后，依靠界面逐漸向液相內(nèi)推移而使晶核長大。直到所有的液態(tài)金屬都全部轉(zhuǎn)變成金屬晶體，整個結(jié)晶過程也就在出現(xiàn)最少量的中間過渡結(jié)構(gòu)中完成。由此可見，為了克服能量障礙以避免系統(tǒng)自由能過度增大，液態(tài)金屬的結(jié)晶過程是通過形核和生長的方式進行的。在存在相變驅(qū)動力的前提下，液態(tài)金屬的結(jié)晶過程需要通過起伏（熱激活）作用來克服兩種性質(zhì)不同的能量障礙（簡稱能障），兩者皆與界面狀態(tài)密切相關(guān)。一種是熱力學(xué)能障，它由被迫處于高自由能過渡狀態(tài)下的界面原子所產(chǎn)生，能直接影響到系統(tǒng)自由能的大小，界面自由能即屬于這種情況；另一種是動力學(xué)能障，它由金屬原子穿越界面過程所引起，原則上與驅(qū)動力的大小無關(guān)而僅取決于界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，激活自由能即屬于這種情況。前者對形核過程影響頗大，后者在晶體生長過程中則具有更重要的作用。而整個液態(tài)金屬的結(jié)晶過程就是金屬原子在相變驅(qū)動力的驅(qū)使下，不斷借助于起伏作用來克服能量障礙，并通過形核和生長方式而實現(xiàn)轉(zhuǎn)變的過程。減少和消除鑄造應(yīng)力有哪些方法？答：減少：合金方面，選擇彈性模量和收縮系數(shù)小的合金材料鑄型方面，盡量使鑄件在冷卻過程中溫度分布均勻澆鑄條件，內(nèi)澆口和冒口的位置應(yīng)有利于鑄件各部分溫度的均勻分布改進鑄件結(jié)構(gòu)，避免產(chǎn)生較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中。消除：人工時效，去除殘余應(yīng)力的熱處理溫度和保溫時間應(yīng)根據(jù)合金的性質(zhì)鑄件的結(jié)構(gòu)以及冷卻條件不同而做不同的規(guī)定自然時效，將具有殘余應(yīng)力的鑄件至于露天場地經(jīng)數(shù)月至半年以上自然消除應(yīng)力共振時效，調(diào)整震動頻率使鑄件在震動過程中交變應(yīng)力和殘余應(yīng)力疊加，使應(yīng)力消失。測試流動性式樣的方法有哪些？答：液態(tài)金屬的流動性是用澆注“流動性試樣”的方法衡量的，流動性試樣的類型比如：螺旋形、球形、U形、楔形。豎琴形、真空試樣等等。試分析影響鑄件宏觀凝固組織的因素，列舉獲得細等軸的常用方法。影響鑄件宏觀凝固組織的因素：液態(tài)金屬的成分、鑄型的性質(zhì)、澆注條件、冷卻條件。獲得細等軸晶的常用方法：（1）向熔體中加入強生核劑。（2）控制澆注條件：a、采用較低的澆注溫度；b、采用合適的澆注（3）鑄型性質(zhì)和鑄件結(jié)構(gòu)：a、采用金屬型鑄造；b、減小液態(tài)金屬與鑄型表面的潤濕角；c、提高鑄型表面粗糙度。（4）動態(tài)下結(jié)晶細化等軸晶：振動、攪拌、鑄型旋轉(zhuǎn)等方法。何謂“孕育衰退”，如何防止？孕育衰退：大多數(shù)孕育劑有效性均與其在液態(tài)金屬中的存在時間有關(guān)，即存在著隨著時間的延長，孕育效果減弱甚至消失。解決辦法：在保證孕育劑均勻溶解的前提下，應(yīng)采用較低的孕育處理溫度。影響鑄件的縮孔和縮松的因素有哪些？請敘述集中防止鑄件縮孔和縮松的方法。影響縮孔和縮松的因素：（1）影響縮松縮孔大小的因素：金屬的性質(zhì)、鑄型條件、澆注條件、鑄件尺寸、補縮壓力（2）影響灰鑄鐵和球墨鑄鐵縮孔和縮松的因素：鑄鐵成分、鑄型剛度防止縮松、縮孔的方法：順序凝固、同時凝固控制縮孔和縮松的工藝措施：使用冒口、補貼、冷鐵是防止縮松縮孔的最有效的工藝措施。加壓補縮法是防止產(chǎn)生顯微縮松的有效方法。闡述影響晶體生長的因素。晶核生長的方式由固液界面前方的溫度剃度GL決定，當(dāng)GL0時，晶體生長以平面方式生長；如果GL0，晶體以樹枝晶方式生長。1影響枝晶間距的主要因素是什么？枝晶間距與材料的力學(xué)性能有什么關(guān)系？純金屬的枝莖間距決定于界面處結(jié)晶潛熱的散失條件而一般單相合金與潛熱的擴散和溶質(zhì)元素在枝晶間的行為有關(guān)枝晶間距越小，材質(zhì)的質(zhì)量越好，因為這樣做可以減少枝晶偏析。1什么叫做界面的不穩(wěn)定性？它是什么原因引起的？當(dāng)界面處于平衡狀態(tài)時，如果受到外界作用的影響，系統(tǒng)經(jīng)過一個過渡過程仍然能夠回到原來的平衡狀態(tài)，說明界面是穩(wěn)定的。，否則界面是不穩(wěn)定的。原因：生長速率，成份過冷1宏觀縮松和顯微縮松在形態(tài)、分布特征和形成過程上有何區(qū)別？與氣體析出相伴生成的顯微縮松的形成條件是什么？對鑄件質(zhì)量有和影響？如何防止和消除顯微縮松？ 答：宏觀縮松： 形態(tài)： 鑄件內(nèi)部比較密集的小孔洞，可見到枝晶末梢。 分布：冒口下、澆口根部、厚大熱節(jié)中心、鑄件軸線處。形成過程：凝固區(qū)域較寬，傾向于糊狀凝固方式時，固液態(tài)收縮和凝固收縮到形成的細小孔洞分散且得不到外部金屬液的補充而造成的（枝晶分隔后的熔池）。 顯微縮松： 形態(tài)：與微觀氣孔很難區(qū)分，且經(jīng)常同時發(fā)生的，顯微鏡下才能觀察到。 分布：晶間和分枝之間，各種金屬鑄件或多或少都存在。 形成過程：枝間或分枝間液體收縮得不到補充。 與氣體伴生的條件： 對鑄件質(zhì)量影響：1）降低鑄件力學(xué)性能，尤其沖擊韌性、延伸率↓↓ 2） 降低鑄件的氣密性和物理化學(xué)性能 3）一般鑄件常常不作為缺陷 防止和消除：在高壓下澆注和凝固，機械振動、電磁場離心力、減少氣體、控制晶粒大小。1四類因素中，在一般條件下，哪些是可以控制的？哪些是不可控的？提高澆鑄溫度會帶來什么副作用？答：一般條件下：合金與鑄件結(jié)構(gòu)不可控制，而鑄型和澆鑄條件可以控制，澆鑄溫度太15. 減小鑄造應(yīng)力的途徑減小鑄造應(yīng)力的主要途徑是針對鑄件的結(jié)構(gòu)特點在制定鑄造工藝時，盡可能地減小鑄件在冷卻過程中各部分的溫差，提高鑄型和型芯的退讓性，減小機械阻礙。可采用以下具體措施：合金方面 在零件能滿足工作條件的前提下，選擇彈性模量和收縮系數(shù)小的合金材料。鑄型方面為了使鑄件在冷卻過程中溫度分布均勻，可在鑄件厚實部分放置冷鐵，或采用蓄熱系數(shù)大的型砂，也可對鑄件特別厚大部分進行強制冷卻，即在鑄件冷卻過程中，向事先埋沒在鑄型內(nèi)的冷卻器吹入壓縮空氣或水氣混合物，加快厚大部位的冷卻速度。也可在鑄件冷卻過程中，將鑄件厚壁部位的砂層減薄。預(yù)熱鑄型可減小鑄件各部分的溫差。在熔模鑄造中，為了減小鑄造應(yīng)力和裂紋等缺陷，型殼在澆注前被預(yù)熱到600～900℃。為了提高鑄型和型芯的退讓性，應(yīng)減小砂型的緊實度，或在型砂中加入適量的木屑、焦炭等，采用殼型或樹脂砂型，效果尤為顯著。采用細面砂和涂料，可以減小鑄型表面的摩擦力。澆注條件內(nèi)澆口和冒口的位置應(yīng)有利鑄件各部分溫度的均勻分布，內(nèi)澆口布置要同時考慮溫度分布均勻和阻力最小的要求。鑄件在鑄型內(nèi)要有足夠的冷卻時間，尤其是采用水爆清砂時，不能打箱過早，水爆溫度不能過高。但對一些形狀復(fù)雜的鑄件，為了減小鑄型和型芯的阻力，又不能打箱過遲。改進鑄件結(jié)構(gòu)避免產(chǎn)生較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中，鑄件壁厚差要盡可能地小，厚薄壁連結(jié)處要合理地過渡，熱節(jié)要小而分散。1.消除殘余應(yīng)力的方法：人工時效、自然時效、振動時效：① 界面生長動力學(xué)過程；② 傳熱過程；③ 傳質(zhì)過程。連續(xù)生長機制——粗糙界面的生長。較高的生長速度。二維生核生長機制——完整平整界面的生長。生長速度也比連續(xù)生長低。從缺陷處生長機制——非完整界面的生長。(1) 螺旋位錯生長；(2) 旋轉(zhuǎn)孿晶生長；反射孿晶生長。生長速度比二維形核生長快，仍比連續(xù)生長慢。1說明縮孔縮松的形成原因及預(yù)防措施。答：鑄件在凝固過程中，由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞，稱為縮孔。容積大而集中的孔洞稱為集中縮孔，簡稱縮孔；細小而分散的孔洞成為分散性縮孔，簡稱為縮松。預(yù)防措施：防止鑄件中產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原則使鑄件在凝固過程中建立良好的補縮條件，盡可能地使縮松轉(zhuǎn)化為縮孔，并使縮孔出現(xiàn)在鑄件最后凝固的地方。這樣在鑄件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口，使縮孔集中于冒口中，或者把澆口開在最后凝固的地方直接補縮，既可獲得健全的鑄件。1等軸晶組織的獲得和細化：等軸晶細化能使雜質(zhì)和缺陷分布更加分散，從而在一定程度上提高各項性能。一般說來，晶粒越細，其綜合性能就越好，抗疲勞性能也越高。細化原理：通過強化非均質(zhì)生核和促進晶粒游離以抑制凝固過程中柱狀晶區(qū)的形成和發(fā)展。就能獲得等軸晶組織。非均質(zhì)晶核數(shù)量越多，晶粒游離的作用越強，熔體內(nèi)部越有利于游離晶的殘存，則形成的等軸晶粒就越細。具體措施：（1）合理控制熱學(xué)條件1）低溫澆注和采用合理的澆注工藝2)合理控制冷卻條件；（2）孕育處理1)合理選用孕育劑①生核劑②強成分過冷元素孕育劑2）合理確定孕育工藝（3）動態(tài)晶粒細化1）振動2）攪拌3）旋轉(zhuǎn)振蕩（4）等軸晶枝晶間距的控制從原子尺度看，決定固—液面微觀結(jié)構(gòu)的條件是什么？各種界面結(jié)構(gòu)與其生長機理和生長速度之間有何聯(lián)系？它們的生長表面和生長防線各有什么特點？2試分析常見氣體以不同形態(tài)存在時，對鑄件質(zhì)量的影響。 鑄造合金從液態(tài)冷卻到室溫的過程中，其體積和尺寸縮減的現(xiàn)象稱為收縮。它主要包括以下三個階段： 金屬液態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。 熔融金屬在凝固階段的體積收縮。液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因。 金屬在固態(tài)時由于溫度降低而發(fā)生的體積收縮。固態(tài)收縮對鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是鑄造應(yīng)力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。