材料加工基本原理第五版1至11章课后答案(14)

非小晶面-非小晶面共生共晶组织的生长机理如下：

在共生生长过程中，两相各自向其界面前沿排出另一组元的原子，如b）图所

示，若不考虑扩散，α相前沿液相成分为L 高于E，β相前沿液相成分为L 低于E。只有将这些原子及时扩

散开，界面才能不断生长。扩散速度正比于溶质的浓度梯度，由于α相前沿富B，而β相前沿富A，因此，横向扩散速度要比纵向大的多，纵向扩散一般可忽略不计（a图）。c)图为考虑扩散时成分分布示意图，实际上，α-β

相交界处的液相成分不太可能正好为E，而是高于或低于E（取决于A、B组元的扩散特性）。于是，共晶两相通过横向扩散不断排走界面前沿积累的溶质，且又互相提供生长所需的组元，彼此合作，并排地快速向前生长。

当体积含量两相相近时，则倾向于层片状生长。更确切地说，如果一相的体积分数小于1／π时，该相将以棒状结构出现；如果体积分数在1／π~1／2之间时，两相均则以片状结构出现。

16.以灰铸铁共晶生长为例，试描述“非小晶面-小晶面”共晶生长方式以及生长动力学因素对其影响。

答：非小晶面-小晶面共晶合金结晶的热力学和动力学原理与非小晶面-非小晶面共晶合金基本相同，其根本区别在于

由共晶两相在结晶特性上的巨大差异所引起的结构形态上的变化。

在灰铸铁Fe-C（石墨）共晶共生生长中，领先相石墨垂直于棱柱面以[100]方向呈片状生长，而奥氏体则以非封闭

晕圈形式包围着石墨片（0001）基面跟随着石墨片一起长大。石墨片并非单晶体，而是由许多亚组织单元聚合而成，每一个亚组织单元是一个单晶体，它们之间是通过孪晶界或亚晶界相互连接起来的。 X-射线研究表明，石墨的基面内常含有旋转孪晶。这些孪晶为伸入液相的石墨片前端不断改变生长方向而创造了条件，也使石墨片不断分出新枝。奥氏体则依靠石墨片[1010]方向生长过程中在其周围形成的富Fe液层而迅速生长，并不断将石墨片的侧面（石墨晶体的基面）包围起来。最终形成的共生共晶组织是在奥氏体的连续基体中生长着一簇方向与其热流方向大致相近、但分布却是高度紊乱的石墨片的两相混合体。

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第五章 铸件与焊缝宏观组织及其控制

1.铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的，它们的形成机理如何? 答：铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。

表面激冷区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过

冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。

柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也

可能直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中，发展成柱状晶组织。

内部等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。随着柱状晶的发展，熔体温度降到