2014级硕士研究生课程考试试题

考试科目名称：金属凝固原理 一、名词解释（每个3分，共30分）

河南科技大学

(1)共晶团；（2)小晶面相；（3)均质形核；（4)生长过冷度；（5)溶质平衡分配系数；

(6)临界晶核；（7)等轴枝晶；（8)成分过冷；（9)溶质再分配；（10)形核速率

二、问答题（每题5分，共10分）

1. 铸造铝硅合金变质处理，可以使共晶硅相细化和钝化，但只能使初生硅相细化，而不能改变其形态，

为什么？

2. 凝固过程中晶体的生长方式有哪些？不同生长方式的长大速度与生长过冷度的关系是怎

样的？

三、计算分析题（每题10分，共20分）

1. 在成分为含GalOppm的Ge-Ga熔液中生长Ge-Ga晶体，对流边界层厚δ=0.005厘米，设 液相扩散系

数DL=5×10厘米/秒,溶质分配系数k=0.1，凝固速度为8×10厘米/秒。 问凝固到50%时形成的固相成分为多少？试绘制出凝固后沿锭子轴向的成分分布图。

-5

2

-3

2. 通过热分析实验测得某共晶Zn-Al合金试样从开始结晶到结晶结束的时间为2s,对该试样 进行定量

金相统计，得到共晶团最大直径为0.22mm，层片间距为0.0023mm。另有一共晶 Zn-Al合金试样，由于冷却速度太快，在热分析实验所得的冷却曲线上分辨不出试样开始 结晶和结晶结束的时刻，但对该试样进行定量金相统计，得到共晶团最大直径为0.05mm, 层片间距为0.0005mm，试推算该试样从开始结晶到结晶结束的时间（Zn-Al合金中的共晶组织为“非小晶面相一非小晶面相”共晶 四、综述题（每人选做一题，不能同题，40分）

1. 查阅文献资料，综述有关液态金属结构的理论与实验结果。 2. 查阅文献资料，综述有关金属液固相变物理机制的研究成果。 3. 论述形核的热力学原理，以此为基础阐述孕育剂的作用。 4. 解析形核的动力学规律，以此为基础阐述孕育剂的作用。

5. 论述决定小晶面与非小晶面两种生长方式的热力学原理，以此为基础阐述变质剂改变晶体生长方式的

机理。

6. 论述影响小晶面与非小晶面两种生长方式的动力学因素，以此为基础阐述变质剂改变晶体生长方式的

机理。

7. 论述晶体生长方式及其长大速度，对二维形核生长方式的长大速度进行物理数学解析。 8. 论述铸铁中石墨相的生长方式，以及变质处理改变石墨相形态的物理机制。 9. 论述铸造铝硅合金中硅相的生长方式，以及变质处理改变硅相形态的物理机制。 10. 试推导固相无扩散，液相均匀混合情况下球形晶生长的溶质再分配解析式。

第1页（共2页）

11. 试推导固相无扩散，液相中有限扩散而无对流情况下，球形晶生长的溶质再分配解析式。 12. 试推导固相无扩散，液相中有限对流情况下，球形晶生长的溶质再分配解析式。 13. 试推导固相有限扩散，液相均匀混合情况下，球形晶生长的溶质再分配解析式。 14. 论述固液界面稳定性的成分过冷理论，给出相应的界面形态判据的解析分析。 15. 论述固液界面稳定性的微扰理论，给出相应的界面形态判据的解析分析。

16. 论述晶体生长方式及其长大速度，对螺旋位错生长方式的长大速度进行物理数学解析。 17. 论述非小晶面相树枝晶生长的尖端演化过程，分析枝晶尖端稳态生长速度。

18. 对金属凝固过程中枝晶间渗流进行理论解析，给出枝晶间渗透率表达式，在此基础上阐述 影

响枝晶间补缩的因素。

19. 综述金属凝固过程中枝晶间渗透率的现有成果，对宽结晶温度范围合金的在半无限大铸型 中

的凝固传热进行分析，在此基础上阐述枝晶间补缩的工艺因素。

20. 查阅文献，综述铸锭凝固过程中固液两相流理论的研究成果（包括两相流方程、定解条件 及

参数、获得的重要结果、适用的场合等)。

21. 运用凝固过程中固液两相流理论对大型圆柱形直立铸锭的宏观偏析进行解析（给出两相流 方

程、定解条件及参数、求解的结果等），据此分析改善铸锭均匀性的工艺措施。

22. 对非小晶面-非小晶面共晶单向生长过程进行理论解析，解出曾片间距表达式，据此分析 影响

共晶组织层片间距的因素。

23. 对非小晶面-非小晶面共晶球状生长过程进行理论解析，解出曾片间距表达式，据此分析影响共

'? 晶组织层片间距的因素。

24. 对包晶反应单向生长进行理论解析，解出晶体间距表达式，据此分析影响包晶组织粗细的因素。 25. 对包晶反应球状生长进行理论解析，解出单位体积晶粒数表达式，据此分析包晶细化晶粒的影响

因素。

26. 对球墨铸铁离异共晶生长进行理论解析，解出单位体积石墨球数表达式，据此分析改善球化质量

的途径。

27. 对选区凝固过程的溶质再分配进行理论解析，解出铸锭轴向溶质分布表达式，据此分析提 高铸锭

提纯程度的措施，列举现有的选区凝固技术及其优缺点。

28. 对纯金属热型连铸过程进行传热分析，解出固液界面两侧铸锭轴向温度分布表达式，分析铸型温

度、拉铸速度、温度梯度等工艺参数之间的关系。

29. 综述快速凝固技术的发展与应用，并通过样品的集总传热分析讨论快速凝固的冷却速度极限。

第2页（共2页）