第二章纯金属的结晶(一) 填空题1．金属结晶两个密切联系的基本过程是形核和长大2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为凝固，通常把金属从一种结构的固态向另一种结构的固态的转变称为固态相变。
3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是变质剂的作用在于增加晶核的数量或者阻碍晶核长大。
钢中常用的变质剂为V,Ti,Al。
变质处理常用于大铸件，实际效果较好。
4．铸锭和铸件的区别是。
铸锭是将熔化的金属倒入永久的或可以重复使用的铸模中制造出来的。
凝固之后，这些锭（或棒料、板坯或方坯，根据容器而定）被进一步机械加工成多种新的形状。
用铸造方法获得的金属物件，即把熔炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其他方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。
5．液态金属结晶时，获得细晶粒组织的主要方法是控制过冷度、变质处理、振动、搅动6．金属冷却时的结晶过程是一个放热过程。
7．液态金属的结构特点为短程有序。
8．如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的细，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的粗，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的细，薄铸件的晶粒比厚铸件细。
9．过冷度是金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差。
一般金属结晶时，过冷度越大，则晶粒越细。
(二) 判断题1 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。
即先形核，形核停止以后，便发生长大，使晶粒充满整个容积。
N2．凡是由液体凝固成固体的过程都是结晶过程。
N3．近代研究表明：液态金属的结构与固态金属比较接近，而与气态相差较远。
( Y ) 4．金属由液态转变成固态的过程，是由近程有序排列向远程有序排列转变的过程。
( N ) 金属玻璃---如果液体金属急速地降温，获得极大过冷度，以至没有形核就将温到原子扩散难以进行的温度，得到固体金属，它的原子排列状况与液态金属相似，这种材料称为非晶态金属，又称金属玻璃。
5．当纯金属结晶时，形核率随过冷度的增加而不断增加。
( N)过冷度过大会降低原子的扩散能力，给形核造成困难，使形核率降低。
6．在结晶过程中，当晶核成长时，晶核的长大速度随过冷度的增大而增大，但当过冷度很大时，晶核的长大速度则很快减小。
7．金属结晶时，冷却速度愈大，则其结晶后的晶粒愈细。
Y9．在其它条件相同时，金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的铸件晶粒更细Y10．在其它条件相同时，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的铸件晶粒更细。
N11．在其它条件相同时，铸成薄件的晶粒比铸成厚件的晶粒更细。
Y14．在实际生产条件下，金属凝固时的过冷度都很小(<20℃)，其主要原因是由于非均匀形核的结果。
( Y)15．过冷是结晶的必要条件，无论过冷度大小，均能保证结晶过程得以进行。
( )(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， C 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／N3．过冷度越大，则BA．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 B 。
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C A．更高B．更低C；相等D．高低波动T0为金属的晶体与液体平衡共存的温度，称为理论结晶温度。
显然，在这一温度时，金属的结晶速度与熔化速度相等，所以只有进一步冷却，使金属的实际结晶温度Tn低于，T。
时，结晶才能进行。
结晶时Tn低于T0的现象称为过冷。
纯金属的冷却曲线出现一个水平线段，说明其结晶过程是一个恒温过程。
这是由于放出的结晶潜热与散热损失相抵消的缘故。
直到结晶完了温度才继续下降。
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 B 。
A．N／G很大B．N／C很小C．N／G居中D．N／G＝1(四) 改错题1．过冷度就实际结晶温度。
金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度。
2．变质处理就是浇注时改变材料成分和质量的处理。
变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。
从这定义中可知，是作为晶核，就像水结冰时，岸边易结冰，因为岸边有结晶核心。
3．理论结晶温度低于金属的实际结晶温度。
理论结晶温度高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。
凝固：物质从液态到固态的转变过程。
结晶：凝固后的物质为晶体的过程。
属于化学变化。
5．冷却速度越大，理论结晶温度就越低。
实际结晶温度越低。
(五) 问答题2．什么叫过冷度?为什么金属结晶时必须过冷?由热力学可知，在某种条件下，结晶能否发生，取决于固相的自由度是否低于液相的自由能，即△G =GS-GL<0；只有当温度低于理论结晶温度T m时，固态金属的自由能才低于液态金属的自由能，液态金属才能自发地转变为固态金属，因此金属结晶时一定要有过冷度。
影响过冷度的因素：影响过冷度的因素：1）金属的本性，金属不同，过冷度大小不同；2）金属的纯度，金属的纯度越高，过冷度越大；3）冷却速度，冷却速度越大，过冷度越大固体金属熔化时是否会出现过热? 为什么?固态金属熔化时会出现过热度。
原因：由热力学可知，在某种条件下，熔化能否发生，取决于液相自固态金属熔化时会出现过热度。
原因：由度是否低于固相的自由度，即?G = GL-GS<0；只有当温度高于理论结晶温度Tm 时，液态金属的自由能才低于固态金属的自由能，固态金属才能自发转变为液态金属，因此金属熔化时一定要有过热度。
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。
主要措施：（1）采用金属型或石墨型代替砂型，增加金属型的厚度，降低金属型的温度，采用蓄热多散热快的金属型，局部加冷铁，以及采用水冷铸型等。
（2）降低浇注温度和浇注速度。
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?变质处理就是向金属液体中加入一些细小的形核剂（又称为孕育剂或变质剂），使它在金属液中形成大量分散的人工制造的非自发晶核，从而获得细小的铸造晶粒，达到提高材料性能的目的。
从这定义中可知，是作为晶核，就像水结冰时，岸边易结冰，因为岸边有结晶核心。
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?（1）控制过冷度可以采用金属型或石墨型代替砂型，增加金属型的厚度，降低金属型的温度，采用蓄热多散热快金属型，局部加冷铁，以及采用水冷铸型等。
降低浇注温度和浇注温度。
（2）变质处理在浇注前往液态金属中加入形核剂（又称变质剂），促进形成大量的非均匀晶核来细化晶粒。
（3）振动、搅动用机械的方法使铸型振动或变速转动；使液态金属流经振动的浇铸槽；进行超声波处理。
三、复习自测题(一)判断题1．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。
Y2．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。
N3．当纯金属结晶时，形核率总是随着过冷度的增大而增加。
( N )先增后减4．金属面心立方晶格的致密度比体心立方晶格的致密度高。
( Y)5．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。
( Y) 6．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。
N(二)选择题1．纯金属结晶时，冷却速度越快，则实际结晶温度将B。
A．越高B越低C越接近理论结晶温度D．高低波动越大2．在实际金属结晶时，往往通过控制N／G比值来控制晶粒度。
当B时，将获得粗大晶粒。
A．N／G很大B．N／G很小C．N／G居中，0．N／G＝13．晶体中的晶界属于C 。
A．点缺陷且线缺陷C面缺陷0．体缺陷5．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B。
A理论结晶温度和时间 B 时间和实际结晶温度C自由能和温度D．温度和自由能（三)问答题1．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?2．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。
4) 如果其他条件相同，试比较下列铸造条件下铸件晶粒的大小：(1) 金属型与砂型浇注（＜）(2) 变质处理与不变质处理（＜）(3) 铸成薄件与厚件（＜）(4) 浇注时振动与不振动（＜）(四)作图题1．绘图说明过冷度对金属结晶时形核率和长大率的影响规律，并讨论之答：见P53图2-33。
复习重点：1.概念结晶过冷度结晶潜热结构起伏能量起伏：均质形核非均质形核临界晶核形核率粗糙界面光滑界面正温度梯度负温度梯度细晶强化变质处理铸造织构2.要点33页过冷度与冷却速度的关系35页结晶过程的总结金属结晶的动力学条件–过冷度金属结晶的结构条件相起伏均质形核与非均质形核的异同点1形核功2形核半径3形核率4概念非均质形核的固体杂质形貌对形核率的影响金属形核要点晶体长大机制及长大形态晶粒大小的控制铸锭三晶区名称及形成过程（柱状晶为重点）影响柱状晶生长的因素铸锭缺陷类型。