9、 小平面-非小平面共晶生长的最大特点是什么？它与变质处理原理之间有什么关系？
答：由于结晶两相在结晶特性上的巨大差异导致的复杂组织形态变化，小面生长的高熔点非金属相作为领先相析出后，第二相的析出不能立即引起两相交替搭桥生长，而是第二相以镶边的形式将领先相包围起来形成晕圈状的双相结构，并且领先相的生长机理及形态决定着共生两相的结构形态。
变质处理是通过向金属液加入某些微量物质以影响晶体的生长机理，从而达到改变结构、提高机械性能的目的。由于共晶两相的结构特征是由小面相的各向异性生长行为，即界面生长动力学过程所决定的，而微量第三相组元的存在将极大地影响小面相的生长动力学过程从而支配着两相组织结构的变化。 10、 规则共晶生长时可为棒状或片状，试证明当某一相的体积分数小于1/π时容易出现棒状结构。
解：详见《材料科学基础》一书P303
11、 Mg、S、O等元素如何影响铸铁中石墨的生长？
解：在一般工业铸铁中，由于O、S等第三组元杂质的影响，共晶石墨将以旋转孪晶生长机理沿<10-10>方向生长，从而形成片状石墨结构的共生共晶组织；在该铁液中加入微量Mg等球化元素，可得到球状石墨的离异共晶组织。 12、 界面作用对人工复合材料的凝固有何影响？
解：详见教材P145（课上未讲内容） 凝固组织的形成与控制：
1、 铸件典型宏观凝固是由哪几部分构成的？它们的形成机理如何？
答：铸件的宏观结晶组织可能包含有三个不同的晶区：表面细晶区、柱状晶区以及内部等轴晶区。表面细晶区的形成是由于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而大量形核。这些晶核在过冷熔体中迅速生长并互相抑制，从而形成无方向性的表面细等轴晶组织。稳定的凝固壳层一旦形成，在垂直于型壁的单向热流的作用下，主干与热流方向相平行的支晶优先向内生长并抑制相邻支晶的生长，在此过程中发展成柱状晶组织。而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。 2、 试分析溶质再分配对游离晶粒的形成及晶粒细化的影响。
答：溶质再分配引起界面前沿液体成分和密度的变化，导致自然对流的产生，使得游离晶粒漂移和堆积。游离晶粒是内部等轴晶晶核的来源，因此对于晶粒细化有着重要影响。
3、 液态金属中的流动是如何产生的？流动对内部等轴晶的形成及细化有何影响？
答：液态金属中的流动分为浇注过程中的流动以及凝固期间的对流。后者分为自然对流和强迫对流。自然对流主要指铸型附近液体温度低、密度大而下沉，中心部分液体温度高、密度小而上浮所形成的一种对流。强迫对流是由外加电磁搅拌或机械搅拌作用形成。液态金属对流导致游离晶粒的漂移和堆积，使各种晶粒游离得以不断进行，而内部等轴晶核来源于浇注及凝固初期的游离晶，因此加强对流能够细化晶粒。 4、 常用生核剂有哪些种类？其作用条件和机理如何？
答：常用的形核剂有两类。第一类是直接作为外加晶核的形核剂，这是一些与熔体具有界面共格对应的高熔点物质或同类金属碎粒，它们在液态金属中可以作为有效衬底而促进非均匀形核。第二类是通过与液态金属相互作用而产生非均匀晶核的形核剂，例如形核剂能与液相中元素组成较稳定的化合物，此化合物与欲细化相具有界面共格对应关系而能促进非均匀形核。 5、 试分析影响铸件宏观凝固组织的因素，列举获得细等轴晶的常用方法。
答：（1）强形核剂在熔体中的存在，凝固过程中长时间、激烈的对流，能够促进形核。（2）宽结晶温度范围的合金和小的温度梯度，保证熔体有较宽的形核区域以及促使较长脆弱支晶的形成。（3）合金溶质元素含量高、平衡分配系数离1较远，导致凝固过程中树枝晶发达，及严重的颈缩现象。（4）低的浇注温度，使得熔体与内壁接触就能产生大量的游离晶粒，并有助于已形成的游离晶粒的残存，对等轴晶的形成和细化有利。（5）凡能强化液流对型壁冲刷作用的浇注工艺均能扩大并细化等轴晶区。（6）对薄壁铸件而言，激冷能使整个断面同时产生较大的过冷，容易获得细等轴晶。
常用获得细等轴晶的方法：低温浇注及合理的浇注工艺、合理控制冷却条件（小的温度梯度及高的冷却速度）、加入形核剂及强成分过冷元素、振动搅拌或旋转震荡。
6、 何谓“孕育衰退”？如何防止？
7、 简述析出性气孔的特征、形成机理及主要防止措施。
答：析出性气孔的特征：（1）形状特征：多为分散小圆孔，直径0.5～2mm，或者更大，肉眼能观察到麻点状小孔，表面光亮。（2）位置分布：在铸坯断面上呈大面积、均匀分布，而在最后凝固的部位较多。（3）气体成分：氢气、氮气。（4）出现规律：往往一炉金属液中全部或多数出现这种气孔。（5）敏感合金：铝合金和钢比较容易出现这种气孔。（6）伴生现象：冒口中缩孔减小，并有不同程度的冒口上涨现象。
形成机理：（1）溶解气体的析出：随温度降低，气体溶解度降低，当开始凝固温度时，一般溶解度骤降。上述原因导致溶解在金属液中的气体析出，并形成气胞核。（2）气泡核的长大： 气胞核能否长大取决于气泡内的压力是否大于外部压力之和。（3）气孔的形成：气泡形成后来不及排除，金属液已经开始凝固，留在金属内成为气孔。
主要防止措施：（1）减少原料含气量（2）除气处理（3）阻止气体析出
8、 分析初生夹杂物、次生夹杂物及二次氧化夹杂物是如何形成的？主要防止措施有哪些？
9、 某厂生产的球墨铸铁曲轴，经机加工和抛丸清理后，发现大量直径1~3mm的球状、椭圆状或针孔状、内壁光滑的孔洞，有的均匀分布，有的呈蜂窝状分布，
试对此缺陷产生的原因进行分析，并提出防止措施。
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10、 何谓体收缩、线收缩、液态收缩、凝固收缩、固态收缩、收缩率、顺序凝固和同时凝固？ 11、 试分析缩孔、缩松形成条件及形成原因的异同点。
12、 试分析灰铸铁及球墨铸铁间生缩孔及缩松的倾向性及影响因素。 13、 简述顺序凝固原则及同时凝固原则分别适用于哪些情况？
14、 何谓晶内偏析、晶界偏析、正偏析、逆偏析、V形偏析、逆V形偏析、带状偏析？ 15、 分析偏析对铸件质量的影响。
16、 分析影响铸件中产生正偏析和逆偏析的因素。如何防止它们的产生及消除措施如何？ 17、 生产中如何防止重力偏析的形成？
18、 为什么铸铁易形成冷裂纹？防止措施有哪些？ 19、 试分析T形梁铸件在冷却过程中的应力和变形。 特殊条件下的凝固：
1、 何为快速凝固？其基本原理是什么？
快速凝固是指液态金属以10～10 K/s的冷速进行凝固的液态急冷技术。
由液相到固相的相变过程非常快，从而获得普通铸件或铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的过程。
快速凝固过程抑制了各种传输现象，凝固偏离平衡，经典凝固理论中假设的许多平衡条件不再适应，成为材料凝固学研究的一个特殊领域。 2、 快速凝固晶态合金的组织与性能有何特点？
扩大的固溶极限，超细的晶粒度，极少偏析或无偏析，形成亚稳相，高的点缺陷密度，因而在机械性能方面表现出高强度及高韧性，超塑性，改善了耐蚀性能，提高了蠕变抗力，良好的抗辐照性及不易膨胀等等。 3、 快速凝固技术有哪些方法？各有何特点？ （1） 激冷法
凝固速率是由凝固潜热及物理热的导出速率控制的。通过提高铸型的导热能力，增大热流的导出速率可使凝固界面快速推进，实现快速凝固。 （2）深过冷法
通过抑制凝固过程的形核，使合金液获得很大的过冷度，使凝固过程释放的潜热Δh被过冷熔体吸收，可以获得很大的凝固速率。 4、 何为微重力？微重力环境有何特点？
微重力（Microgravity）并不表示重力加速度显著降低，而是重力作用于物体的效应降低，即物体表观重量为地面静止状态表观重量的10-3水平，因此采用微重量（Microweight）可能更加合适。 5、 微重力对凝固组织有何影响？
微重力下的晶体生长，由于重力加速度减小而有效的抑制了重力造成的无规则热质对流，从而获得溶质分布高度均匀的晶体； 6、 如何获得微重力环境？ 可由航天飞机搭载至太空中获得。 7、 何为超重力？超重力场如何获得？
所谓超重力是指物体的合成加速度大于重力加速度（1g＝9．8m／s2）的状态.可有离心机获得。 8、 超重力场对合金凝固组织有何影响？
超重力下的晶体生长，通过增大重力加速度而加强浮力对流，当浮力对流增强到一定程度时，就转化为层流状态，即重新层流化，同样抑制了无规则的热质对流。 9、 定向凝固技术有哪些应用？
包括高梯度定向及单晶叶片，晶向择优控制定向凝固——金属间化合物定向，熔体织构定向凝固——高温氧化物超导材料，超精细控制定向凝固——高温结构陶瓷定向，晶体连续生长定向凝固——单晶连铸等等。 10、 定向凝固方法有哪些？
包括激光超高温度梯度快速定向凝固，深过冷定向凝固技术，电磁约束成形定向凝固技术，对流下的定向凝固技术等等。
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填空题： 1. 液态金属的结构为 短程有序 ，长程无序 ，并且存在着 结构(相) 起伏和 能量 起伏。其凝固形核的驱动力为 体积自由能
的降低，形核的阻力为 表面自由能 的增加，产生临界晶核半径的大小主要取决于 过冷度 。 2.
表面张力与界面张力都是由于 表面或界面处于不平衡的力场 所引起的。加入某些溶质之所以能改变金属的表面张力，是因为加入溶质后改变了 溶液表面质点力场的不对称程度 。 3.
接触角θ=0°时，称液体 完全润湿 固体；0<θ<90°称液体 能润湿 固体；180>θ>90°时，称液体 不能润湿 固体；θ=180°称液体 完全不润湿 固体。 4.
使液体表面张力降低的溶质，称为该液体的 表面活性剂 ，具有 正吸附 作用；反之，使液体金属表面张力增加的溶质，称为该液
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态金属的 表面非活性剂 ，具有 负吸附 作用。 5. 6.
根据理想流体的伯努利方程，流体的 位 能 、 压力 能与 动 能之和为常数。
微观上看，结晶时的液固界面有 粗糙 界面和 光滑 界面，典型金属的液固界面属于 粗糙 界面，生长出的晶体呈 光滑 外表面 ；非金属的液固界面属于 光滑 界面，生长出的晶体呈 粗糙 外表面。 7.
成分过冷区从小到大，其固溶体的晶体生长形态分别为 平面晶 、 胞状晶 和 树枝晶 晶体长大的方式根据生长速度从小到大依次为： 二维平面生长，螺位错生长，连续生长
1 .液态金属或合金中一般存在 结构 起伏、 能量 起伏和 成分 起伏，其中在一定过冷度下，临界核心由 结构 起伏提供，临界
生核功由 能量 起伏提供。
2、 影响液态金属界面张力的因素主要有 温度 、 非金属夹杂物 和 化学成分 。
3、 纯金属凝固过程中晶体的宏观长大方式可分为 粗糙界面生长 和 平整界面生长 两种，其主要取决于界面前沿液相中的 过冷
度 。
4、 金属（合金）凝固过程中由热扩散控制的过冷被称为 热过冷 。
5、 铸件的宏观凝固组织主要是指 铸态晶粒形态，大小，取向和分布 ，其通常包括 表层细晶区 、
柱状晶 和 内部等轴晶 三个典型晶区。
6、 孕育和变质处理是控制金属（合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响 形核过程 ，而变质则主要改变 晶体生长
机理 。
7、 液态金属成形过程中在 高温 附近产生的裂纹称为热裂纹，而在 低温 附近产生的裂纹称为冷裂纹。 8、 铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历 液态收缩 、凝固收缩 和 固态收缩 三个收缩阶段。
9、 铸件凝固组织中的微观偏析可分为 枝晶偏析 、 包晶偏析 和 晶界偏析 等，其均可通过 退火 方法消除。 10、 铸件中的成分偏析按范围大小可分为 微观偏析 和 宏观偏析 两大类。
选择题：
1、金属?金属型共晶具有粗糙-粗糙型界面，它多为（ C ）形态。
A． 层片状； B． 针状； C． 树枝状； D． 螺旋状。 2、自发形核的形核率与过冷度的关系是（ C ）：
A．过冷度越大，形核率越大； B．过冷度越小，形核率越大； C．过冷度过大或过小时，形核率都小。 D．形核率与过冷度大小无关。 3. 一般凝固过程中的过冷有（ D？ ）：
A．温度（热）过冷；B．成分过冷；C．动力学过冷；D．以上三种都有。 4． 单相合金非平衡定向凝固，下列哪一种情况能够获得有成分均匀的区域（B）：
A．液相内有对流、混合均匀； B．液相内无对流、仅有限扩散； C．液相部分对流、部分扩散。
5．下列冶金缺陷中，哪种是铝合金中最容易出现的（ C ）。 A． 热裂纹； B． 冷裂纹； C．气孔； D、氢白点。
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