材料加工基本原理第五版1至11章课后答案(12)

不出现负的温度梯度，由于溶质再分配引起界面前沿的溶质富集，从而导致平衡结晶温度的变化。在负温梯下，合金的情况与纯金属相似，合金固溶体结晶易于出现树枝晶形貌。

何为成分过冷判据?成分过冷的大小受哪些因素的影响? 答: “成分过冷”判据为:

mLCL

GLR＜

1K01 K0

RDL

DL

N

e

当“液相只有有限扩散”时，δN=∞，

GLR＜

mLC0(1 K0)DL

K0

C

L

C0

，代入上式后得

( 其中: GL — 液相中温度梯度 R — 晶体生长速度 mL — 液相线斜率 C0 — 原始成分浓度

DL — 液相中溶质扩散系数 K0 — 平衡分配系数K )

成分过冷的大小主要受下列因素的影响:

1）液相中温度梯度GL , GL越小,越有利于成分过冷 2）晶体生长速度R , R越大,越有利于成分过冷 3）液相线斜率mL ,mL越大,越有利于成分过冷 4）原始成分浓度C0, C0越高,越有利于成分过冷

5）液相中溶质扩散系数DL, DL越底,越有利于成分过冷

6）平衡分配系数K0 ,K0＜1时，K0 越 小,越有利于成分过冷；K0＞1时，K0越大,越有利于成分过冷。 (注:其中的GL和 R 为工艺因素,相对较易加以控制; mL , C0 , DL , K0 ,为材料因素,较难控制 )

10.分别讨论“成分过冷”对单相固溶体及共晶凝固组织形貌的影响？ 答 :“成分过冷”对单相固溶体组织形貌的影响:

随着“成分过冷”程度的增大，固溶体生长方式由无“成分过冷”时的“平面晶”依次发展为：胞状晶→柱状树枝

晶→内部等轴晶（自由树枝晶）。

“成分过冷”对共晶凝固组织形貌的影响:

1)共晶成分的合金，在冷速较快时，不一定能得到100％的共晶组织，而是得到亚共晶或过共晶组织，甚至完全得不

到共晶组织；

2）有些非共晶成分的合金在冷速较快时反而得到100％的共晶组织； 3）有些非共晶成分的合金，在一定的冷速下，既不出现100％的共晶组织，也不出现初晶+共晶的情况，而是出现“离

异共晶”。

11. 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？ 答:“外生生长”: 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”。 平面生长、胞状生

长和柱状树枝晶生长都属于外生生长 .

“内生生长”: 等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为“内生生长”。 如果 “成分过冷”在远离界面处大于异质形核所需过冷度（ΔT异），就会在内部熔体中产生新的晶核，造成“内生

生长”，使得自由树枝晶在固-液界面前方的熔体中出现。

外生生长向内生生长的转变的前提是:成分过冷区的进一步加大 。

决定因素 : 外生生长向内生生长的转变是由成分过冷的大小和外来质点非均质生核的能力这两个因素所决定的。大

的成分过冷和强生核能力的外来质点都有利于内生生长并促进内部等轴晶的形成。

12. 影响枝晶间距的主要因素是什么？枝晶间距与材料的机械性能有什么关系？ 答: 影响枝晶间距的主要因素:

纯金属的枝晶间距主要决定于晶面处结晶潜热散失条件，而一般单相合金的枝晶间距则还受控于溶质元素在枝晶间

的扩散行为。通常采用的有一次枝晶（柱状晶主干）间距d1、和二次分枝间距d2两种。前者是胞状晶和柱状树枝晶的重要参数，后者对柱状树枝晶和等轴枝晶均有重要意义。