发布时间 : 星期四 文章《材料成形原理》重点及作业答案更新完毕开始阅读44e9a24b804d2b160b4ec0d0
10．共晶凝固过程中的共生生长与离异生长（4分） 答：共生生长：共晶结晶时，后析出的相依附于领先析出的相表面析出，两相具有共同的生长界面，依靠溶质原子在界面前沿的横向扩散，彼此偶合地共同向前生长。 离异生长：共晶两相的析出在时间上和空间上是彼此分离的，没有共生共晶的特征。
11、影响灰铸铁和球墨铸铁缩孔和缩松的因素：
（1）铸铁成分 对于灰铸铁，随碳当量增加，共晶石墨的析出量增加，石墨化膨胀量增加，有利于消除缩孔和缩松。
（2）凝固方式 共晶成分灰铸铁以逐层方式凝固，倾向于形成集中缩孔。但是，共晶转变的石墨化膨胀作用，能抵消甚至超过共晶液体的收缩，使铸件不产生缩孔。 （3）孕育处理 球墨铸铁的碳当量大于 3.9％时，经过充分孕育，在铸型刚度足够时，利用共晶石墨化膨胀作用，产生自补缩效果，可以获得致密的铸件。
（4）铸型刚度 铸铁在共晶转变发生石墨化膨胀时，型壁是否迁移，是影响缩孔容积的重要因素。铸型刚度大，缩前膨胀就小，缩孔容积也相应减小，甚至不产生缩孔。
铸型刚度依下列次序逐级降低：金属型—覆砂金属型—水泥型—水玻璃砂型—干型—湿型。
12、试述非小晶面-非小晶面共生共晶组织的生核机理及生长机理。 答：非小晶面-非小晶面共生共晶组织的生核机理如下 ：
如下图（示意图可不画出）所示，晶转变开始时，熔体首先析出富A组元的α固溶体小球。α相的析出促使界面前沿B组元原子的不断富集，且为β相的析出提供了有效的衬底，从而导致β相固溶体在 α相球面上的析出。在β相析出过程中，向前方的熔体中排出A组元原子，也向与小球相邻的侧面方向(球面方向)排出A原子。由于两相性质相近，从而促使α相依附于β相的侧面长出分枝。α相分枝生长又反过来促使β相沿着α相的球面与分枝的侧面迅速铺展，并进一步导致α相产生更多的分枝。交替进行，形成了具有两相沿着径向并排生长的球形共生界面双相核心。这就是共生共晶的生核过程。所以片状共晶结晶是通过搭桥方式(即领先相表面一旦出现第二相，则可通过这种彼此依附、交替生长的方式产生新的层片来构成所需的共生界面，而不需要每个层片
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重新生核的方式)来完成
13、简述析出性气体的特征、形成机理及主要防止措施。答：?.液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气孔称为析出性气孔。这类气孔主要是氢气孔和氮气孔。?析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、热节等温度较高的区域。当金属含气量较少时，呈裂纹多角形状；而含气量较多时，气孔较大，呈团球形。?析出性气体的形成机理是：结晶前沿，特别是枝晶间的气体溶质聚集区中，气体的含量将超过其饱和量，被枝晶封闭的液相内则具有更大的过饱和含量和析出压力，而液-固界面处气体的含量最高，并且存在其他溶质的偏析及非金属夹杂物，当枝晶间产生收缩时，该处极易析出气泡，且气泡很难排除，从而保留下来形成气孔。 13、简述凝固裂纹的形成机理及防止措施。 答：（1）凝固裂纹的形成机理
金属在凝固过程中要经历液-固状态和固-液状态两个阶段，在温度较高的液-固阶段，晶体数量较少，相邻晶体间不发生接触，液态金属可在晶体间自由流动，此时金属的变形主要由液体承担，已凝固的晶体只作少量的相互位移，其形状基本不变。随着温度的降低，晶体不断增多且不断长大。进入固-液阶段后，多数液态金属已凝固成晶体，此时塑性变形的基本特点是晶体间的相互移动，晶体本身也会发生一些变形。当晶体交替长合构成枝晶骨架时，残留的少量液体尤其是低熔共晶，便以薄膜形式存在于晶体之间，且难以自由流动。由于液态薄膜抗变形阻力小，形变将集中于液膜所在的晶间，使之成为薄弱环节。此时若存在足够大的拉伸应力，则在晶体发生塑性变形之前，液膜所在晶界就会优先开裂，最终形成凝固裂纹。
（2）凝固裂纹的防止措施 A 冶金措施： 1）限制有害杂质 2）微合金化和变质处理 3）改进铸钢的脱氧工艺 4）改善金属组织 5）利用“愈合”作用
三、计算题
1、过共析钢液η=0.0049Pa﹒S，钢液的密度为7000kg/m3，表面张力为1500mN/m，加铝脱氧，生成密度为5400 kg/m3的Al2O3 ，
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如能使Al2O3颗粒上浮到钢液表面就能获得质量较好的钢。假如脱氧产物在1524mm深处生成，试确定钢液脱氧后2min上浮到钢液表面的Al2O3最小颗粒的尺寸。
2g(?m??B)r2???9?答： 根据流体力学的斯托克斯公式：，式中：?为夹杂物和气泡的上浮速度，r为气泡或夹杂的半径，ρm为液体合金密度，ρB为夹杂或气泡密度，g为重力加速度。
r?
9????1.34?10?42g(?m??B)m
2、某二元合金相图如右所示。合金液成分为CB=40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固-液界面保持平
面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：①α相与液相之间的平衡分配系数K0；②凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几?③凝固后的试棒中溶质B的浓度沿试棒长度的分布曲线。 解：（1）平衡分配系数K0 的求解： 由于液相线及固相线均为直线不同温度
和浓度下K0为 定值，所以：如右图， 当T=500℃时，
?C?30%?C K0 =L=60%=0.5 K0即为所求 α
图 4-43 二元合金相图 相与液相之间的平衡分配系数.
（2）凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数的计算:
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由固相无扩散液相均匀混合下溶质再分配的正常偏析方程
?C?C0fL L(K0?1)*CL 代入已知的= 60％ , K0 = 0.5, C0= CB=40%
可求出此时的
fL= 44.4％
由于T=500℃为共晶转变温度,所以此时残留的液相最终都将转变为共晶组织,所以凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分数也即
为44.4％.
（3）凝固后的试棒中溶质B的浓度沿试棒长度的分布曲线 (并注明各特征成分及其位置)如下:
60% 2030% 56
m3、A-B二元合金原始成分为C0=CB=2.5%，K0=0.2，L=5，自左向右单向凝固， 固相无扩散而液相仅有扩散（DL=3×10-5cm2/s）。
达到稳定态凝固时，求 (1)固-液界面的
**CS和CL；(2)固-液界面保持平整界面的条件。
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解：（1）求固-液界面的
**CS和CL ：
C*L?由于固相中无扩散而液相中仅有限扩散的情况下达到稳定状态时，满足： 代入C0=CB=2.5%，K0=0.2 即可得出：
C0K0 ，C*= C
S0
C*L?
C02.5%
K0=0.2=12.5％ C*= C= 2.5％
S0
(2)固-液界面保持平整界面的条件 ：
当存在“成分过冷”时，随着的“成分过冷”的增大，固溶体生长方式 将 经历：胞状晶→柱状树枝晶→内部等轴晶（自由
树枝晶） 的转变过程，所以只有当不发生成分过冷时，固-液界面才可保持平整界面，即需满足
mLC0(1?K0)GLDLK0 代入mL=5，C=C=2.5% ，D=3×10-5cm2/s ， K=0.2
R ≥0BL0
GL可得出：R ≥1.67×104 ℃/cm2s即为所求.
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