金属凝固理论第四章作业

第四章.单相及多相合金的凝固1.何谓结晶过程中的溶质再分配？平衡分配系数OK定义？解：除纯金属这一特例外，单相合金的结晶过程一般是在一个固液两相共存的温度区间内完成的。在区间内的任一点，共存两相都具有不同的成分。因此结晶过程必然要导致界面处固、液两相成分的分离。同时，由于界面处两相成分随着温度的降低而变化，故晶体生长与传质过程必然相伴而生。这样，从生核开始直到凝固结束，在整个结晶过程中，固、液两相内部将不断进行着溶质元素重新分布的过程。我们称此为合金结晶过程中溶质再分配。含溶质元素Co的合金，在T*时，其平衡固相中溶质浓度与平衡液相溶质浓度的比值称为平衡分配系数k0：平衡液相溶质浓度平衡固相溶质浓度CCkLS**0。2.A-B二元合金原始成分为%5.20CC，2.0Ko，5Lm，自左向右单向凝固，固相无扩散而液相仅有扩散（scmDL/10325)。达到稳定态凝固时，求：（1）S-L界面的SC和LC；（2）S-L界面保持平整界面的条件。解：（1）达到稳定态凝固是刚好是初期过渡阶段的最后时刻，此时%5.2*CCOS,%5.12*KCCOOL（2）在固相无扩散而液相仅有扩散的条件下，要使固液界面保持平整界面，则必须满足①液相温度梯度为正,即0LG；②液相中不能产生成分过冷，即0001kkCmRGLL，带入数值24/1067.1cmsRGL。3.成分过冷与热过冷的涵义以及它们之间的区别和联系。解：成分过冷的定义：在固液界面前沿由液相成分变化与实际温度分布所决定的特殊过冷现象。热过冷：金属的实际结晶温度偏离理论结晶温度的现象称为热过冷。联系：都是金属结晶过程中的特殊现象。区别：热过冷是金属凝固时所需的过冷度，完全由热扩散控制的过冷，是纯金属凝固时的过冷；成分过冷发生在界面实际温度梯度小于液相线斜率时，他将引起溶质在液相一侧形成溶质富集，液相浓度发生变化，对界面前沿凝固方式有重要影响。4.成分过冷判据？成分过冷大小受哪些因素的影响？解：当界面前沿液相实际温度梯度小于液相线斜率时0|)('''xxxTGLL，则出现成分过冷。成分过冷影响因素：液相中温度梯度，晶体的生长速度，液相线斜率，原始成分浓度，液相中溶质扩散系数DL,KO.5.“成分过冷”对固溶体合金凝固时生长组织形貌有何影响？解：在负温度梯度下，合金的情况与纯金属相似，合金固溶体结晶易出现树枝晶形貌；在正温度梯度下，若KKDCMGOOLOLlR1*,则出现成分过冷，随成分过冷程度的增大，固溶体的生长方式为：平面晶胞状晶胞状树枝晶及柱状树枝晶内部等轴晶（自由树枝晶）。6.用图解说明出现成分过冷的临界条件，并解释如果是正常凝固会不会出现成分过冷。解：当界面前沿液相实际温度梯度小于液相线斜率时0|)('''xxxTGLL，则出现成分过冷。成分过冷是固溶体合金在凝固过程中不同熔点物质在固相及液相中成分不同的一种过冷现象，只要是固溶体合金凝固，他就会有可能出现。7.如何认识“外生生长”与“内生生长”？由前者向后者转变的前提是什么？仅仅由成分过冷因素决定吗？解：从合金的宏观结晶状态，平面生长，胞状生长，柱状枝晶生长属于一种晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式称为外生生长；等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式称为内生生长。固液界面前沿出现大范围宽的成分过冷时，界面前沿成分过冷的极大值大于异T，在柱状晶生长的同时界面前沿这部分熔体也发生生核过程，导致晶体在过冷熔体中自由生长。由前者向后者转变的前提是有一定大小的成分过冷，并且成分过冷区扩大到一定范围。外生生长向内生生长的是由成分过冷的大小和外来质点非均质生核的能力两个因素所决定的。因此成分过冷不是决定“外生生长”是否能向“内生生长”转变的唯一因素。T界面TixTi实际TL(x’)成分过冷区