3 材料科学基础习题库-第3章-凝固-2014-03-13 

20.纯金属均匀形核时，形核率随过冷度的增加而增加。（ ）

21.实际金属凝固时，过冷度很小，这主要是由于非均匀形核的原因。（ ） 22.临界晶核半径主要取决于过冷度，过冷度越大，临界晶核半径越小。（ ） 23.非均匀形核功大小主要取决于过冷度，过冷度越大，临界形核功越小。（ ） 24.纯金属凝固时，要得到枝晶组织，界面前沿液体中的温度梯度必须是正的温度梯度.( )

25.在实际生产中，纯金属凝固后形成具有三个晶区的铸锭组织。（ ） 26.实际金属凝固时过冷度越大，形核率越大。（ ）

27．液态金属结构与固态金属结构比较接近，而与气态金属相差较远。

28．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大、小，都能保证结晶过程得以进行。 29．当纯金属结晶时，形核率总是随着过冷度的增大而增加。 ( ) 30．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。 ( ) 31．金属晶体各向异性的产生，与不同晶面和晶向上原子排列的方式和密度相关。 ( )

32．金属的结晶过程分为两个阶段，即先形核，形核停止之后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。 (三) 选择题

1 液态金属结晶的基本过程是

A．边形核边长大 B．先形核后长大 C．自发形核和非自发形核 D．枝晶生长

2．液态金属结晶时， 越大，结晶后金属的晶粒越细小。 A．形核率N B．长大率G C．比值N／G D．比值G／N 3．过冷度越大，则

A．N增大、G减少，所以晶粒细小 B．N增大、G增大，所以晶粒细小 C N增大、G增大，所以晶粒粗大 D．N减少、G减少，所以晶粒细小 4．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将 。 A．越高 B 越低 C．越接近理论结晶温度 D．没有变化

5．若纯金属结晶过程处在液—固两相平衡共存状态下，此时的温度将比理论结晶温度

A．更高 B．更低 C；相等 D．高低波动

6．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。在下列情况下将获得粗大晶粒 。 ·

A．N／G很大 B．N／C很小 C．N／G居中 D．N／G＝1 7．晶体中的晶界属于 。

A．点缺陷 且线缺陷 C面缺陷 0．体缺陷 8．材料的刚度与 有关。

A．弹性模量 B．屈服强度 C抗拉强度 D．延伸率

9．纯金属结晶的冷却曲线中，由于结晶潜热而出现结晶平台现象。这个结晶平台对应的横坐标和纵坐标表示 。

A理论结晶温度和时间 B 时间和理论结晶温度

C自由能和温度 D．温度和自由能

10、形成临界晶核时体积自由能的减少只能补偿表面能的 _____。 A、1/3 B、2/3 C、3/4 11、金属结晶过程中（ ）：

T3

a、临界晶核半径越大，形核越易；b、临界晶核形成功越大，形核越易； c、过冷度越大，形核越易； d、均质形核比非均质形核容易。

12、在晶体中形成空位的同时又产生间隙原子，这样的缺陷称为 _____。 A、肖脱基缺陷 B、弗兰克尔缺陷 C、线缺陷

(四) 改错题

1．过冷度就实际结晶温度。

2．变质处理就是浇注时改变材料成分和质量的处理。 3．理论结晶温度低于金属的实际结晶温度。

4．凝固和结晶都是物质从液态变成固态的过程，所以凝固过程就是结晶过程。 5．冷却速度越大，理论结晶温度就越低。 (五) 问答题

1．试述结晶过程的一般规律，研究这些规律有何价值与实际意义? 2．什么叫过冷度?为什么金属结晶时必须过冷?

3．试从过冷度对金属结晶时基本过程的影响，分析细化晶粒，提高金属材料常温机械性能的措施。

4．为什么实际生产条件下，纯金属晶体常以树枝状方式进行长大?

5．为获得非晶态金属，经常将金属液滴到高速旋转的铜盘上，而玻璃则不需要采取这种措施，说明其原因。

6．当对液态金属进行变质处理时，变质剂的作用是什么? 7 晶粒大小对金属性能有何影响?如何细化晶粒? 8．在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小?

9．综述金属结晶的热力学条件、能量条件、结构条件和动力学条件。 10根据凝固理论，试述工业中细化晶粒的基本措施及其机理。 11简述纯金属枝晶的形成条件和长大过程。

12．阐述液态金属结构特点并说明它为什么接近固态而与气态相差较远? 13．如果其它条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小，为什么? ①金属模浇注与砂模浇注；②高温浇注与低温浇注； ③铸成薄件与铸成厚件；④浇注时振动与不振动。 (四)作图题

1．分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。 2．细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？

3．液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热？ 4.比较说明过冷度、临界过冷度、动态过冷度等概念的区别。 6. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 7. 为什么在有过冷度下才能凝固？

8. 按经典形核理论，临界核心半径和临界核心形成功与过冷度有什么关系？为什么一般凝固过程很难获得较大的过冷度？

9. 非均匀形核与均匀形核的临界核心半径哪个大？为什么？ 10. 固相/液相间的界面的结构是怎样影响晶体长大机制的？ 11、为什么晶粒细化既能提高强度，也能改善塑性和韧性？

12. 为什么纯金属小液滴结晶时过冷度较大？为什么铸件厚处比薄处晶粒较粗大？

13. 比较在相同结晶条件下均匀形核与非均匀形核的过冷度，指出出现这种差异的原因。

14. 试比较过冷度、动态过冷度及临界过冷度的区别。

15. 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 16. 试分析单晶体形成的基本条件。

17. 简述纯金属晶体长大的机制及其与固/液界面微观结构的关系。 18. 今欲获得全部为细等轴晶粒的铸件，有哪些方法？并请说出各种方法的基本原理。

五．计算题

1. 已知铜的熔点为1083℃，结晶潜热为1.88×109J/m3，液固界面的界面能σ为0.144 J/m2。试计算铜在853℃凝固时（均匀形核）的临界晶核半径？并计算临界晶核中有多少个铜原子？

2. 如果纯镍凝固时的最大过冷度与其熔点（t＝1453℃）的比值为0.18，试求其

m

凝固驱动力。（ΔH＝-18075J/mol）

3． 形成单晶体的基本条件是使液体金属结晶时只产生一个核心(或只有一个核心能够长大)并长大成单晶体。

六． 综合题

1．若液态金属中形成一球形晶核，试证明临界晶核形成功△Gc与临界晶核体积

1Vc?GV2Vc的关系为△Gc=－。

2．分析纯金属生长形态与温度梯度的关系。

3．细化铸件晶粒的途径有那些？为什么？

4．液态金属结晶时需要过冷，那么固态金属熔化时是否会出现过热

5．简述铸锭三区的形成机理，采用什么方法可使柱状晶更发达？采用什么方法可使中心等轴晶更发达？ 6. 解释下列基本概念及术语

结晶与凝固，非晶态金属；

近程有序，远程有序，结构起伏，能量起伏；

过冷现象，过冷度，理论结晶温度，实际结晶清晰度； 均匀形核，非均匀形核；

晶胚，晶核，临界晶核，临界形核功； 形核率，生长速率；光滑界面，粗糙界面； 温度梯度，正温度梯度，负温度梯度；

平面状长大，树枝状长大； 活性质点，变质处理，晶粒度；

细晶区，柱状晶区，(粗)等轴晶区。

7 什么叫临界晶核？它的物理意义及与过冷度的定量关系如何？ 8 比较说明过冷度，临界过冷度，动态过冷度等概念的区别。 9 试述结晶相变的热力学条件，动力学条件，能量及结构条件。

10 试证明：在同样过冷度下均匀形核时，球形晶核较立方晶核更易形成。 11 分析纯金属生长形态与温度梯度的关系？

12 在同样的负温度梯度下，为什么Pb结晶出树枝状晶，而Si的结晶界面却是平整的

13 液态金属凝固时都需要过冷，那么固态金属熔化是否会出现过热？为什么？ 14 简述晶体长大的机制。

15 试分析单晶体形成的基本条件。 16 铸锭组织有何特点？

17根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。

18 欲获得金属玻璃，为什么一般是选用液相线很陡，从而有较低共晶温度的二元系

19 指出下列概念的错误之处，并更正。

(1)所谓过冷度是指结晶时，在冷却曲线上出现平台的温度与熔点之差；而动态过冷度是指结晶过程中，实际液相的温度与熔点之差。

(2)金属结晶时，原子从液相地序排列到固上有排列，使体系熵值减小，因此是一个自发过程。

(3)在任何温度下，液态金属中出现的最大结构起伏都是晶胚。 (4)在任何温度下，液相中出现的最大结构起伏都是晶核。

(5)所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能的增加时的晶胚大小。

(6)在液态金属中，凡是涌现出小于临界晶核半径的昌胚都是能成核，但是只要

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