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（一）凝固理论部分考试题一、填空题和名词解释（30分）1.液态金属的结构可概括为近程有序，远程无序。实际金属液中存在能量、浓度、构（相）三种起伏。2.纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的。3.溶质元素对液态金属表面张力的影响分为两大类，提高表面张力的溶质元素叫非表面活性元素，使表面张力降低的溶质元素叫表面活性元素。4.流变铸造是金属（合金）在凝固温度区间给以强烈搅拌，破碎枝晶，使其形态发生变化，由枝晶经梅花状最终变为团粒状。5.金属及合金的结晶包括形核和长大两个过程，完成这两个过程需要热力学过冷度和动力学过冷度两种过冷度。6.依靠液态金属（合金）内部自身的结构自发地形核，称为均质形核。依靠外来夹杂所提供的异质界面非自发地形核，称为异质形核，或非均质形核。7.界面前沿液体中的温度条件有正温度梯度和负温度梯度两种，对纯金属而言，晶体的宏观生长方式有平面生长和树枝状生长，而无胞状生长。8.固-液界面的微观结构（几个原子层范围内）分为粗糙界面和光滑（平整）界面两类。纯金属晶体的微观生长方式有晶体的连续（垂直）生长、二维生长和从缺陷处生长。9.铸件凝固时间“折算厚度法则”公式为t=R2/K2，其中K为凝固系数，R为折算厚度（铸件模数）。由于折算厚度法则考虑到了铸件形状这个因素，所以它更接近实际。10.液态金属凝固过程中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流。自然对流是由浮力流和凝固收缩引起的流动。液体在枝晶间的流动驱动力来自三个方面，即凝固时的收缩、液体成分变化引起的密度改变和液体和固体冷却时各自收缩。11.成分过冷：由固-液界面前方溶质的再分配引起的过冷，称为成分过冷。热过冷：金属凝固时所需要的过冷度，若完全由热扩散控制，这样的过冷称为热过冷。12.成分过冷的判据式是：GL/RmLC0(1-k)/DLk，当GL/R≥mLC0(1-k)/DLk时，合金界面前沿无成分过冷，此时界面以平面方式生长；当GL/RmLC0(1-k)/DLk时合金界面前沿有成分过冷，此时界面以胞状方式或树枝状方式生长。13.变质处理：通过变质元素的选择性分布实现改变晶体的生长形貌，从而改变晶体的生长过程的方法。孕育处理：向液体金属中添加生核剂，通过增加晶核数影响生核过程，实现细化晶粒的方法。14.应力按其产生原因可分为：热应力、相变应力和机械（阻碍）应力15.在应力与致脆因素的共同作用下，使材料的原子结合遭到破坏，在形成新界而时产生的缝隙被称为裂纹。16.宏观可见的热烈纹，其断口均有较明显的氧化色彩；冷裂纹的断口则具有发亮的金属光泽。17.热裂纹是焊接或液态成形过程中，在高温阶段产生的开裂现象。冷裂纹是焊件或铸件在室温附近出现的裂纹。18.金属中的气孔分为析出性气孔、反应性气孔和侵入性气孔。19.常见的非金属夹杂物有氧化物、硫化物和硅酸盐。它会降低铸件的塑性、韧性和疲劳性能。试验证明，疲劳裂纹源主要发生在非金属夹杂物处。20.对具有一定凝固温度范围的合金，从浇注温度冷却到室温，都要经历液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个收缩阶段，其中液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔的基本原因。形成缩松和形成缩孔的基本原因是相同的，即合金的液态收缩值和凝固收缩值大于固态收缩值。21.微观偏析分为晶内偏析和晶界偏析两类，它们可通过扩散（均匀化）退火热处理工艺得到基本消除，但当晶界上存在稳定化合物时，偏析不能消除。二、作图题(10分)作出k01的合金相图（固、液相线近似为直线），并作出成分为C0的该合金在近（准）平衡凝固过程中（固相无扩散，液相中均匀混合），（1）凝固进行至液、固相线间溶质再分配物理模型图；（2）凝固终了时溶质再分配物理模型图。(1)(2)四、计算题（10分）（精确到小数点后2位）已知Ni的Tm=1453℃，L=1870J/mol，CL=2.25×10-5J/cm2，摩尔体积为6.6cm3,求：（1）过冷度为100K，均质生核时的r均。（2）当过冷度为100K，=10°时，异质生核时的r异和G异。解：(注意：Tm=1453℃=1726K，L=1870J/mol=1870÷6.6J/cm3=283.33J/cm3)（1）r均=（2σCL×Tm）/(L×△T)=2.74×10-6（cm）（2）r异=2.74×10-6（cm）A﹡=4π(r异)2=9.43×10-11（cm2）f(θ)=（2+cosθ）(1－cosθ)2/4=1.72×10-4△G异﹡=A﹡CLf(θ)/3=3.65×10-19(J)