材料成型原理第三章答案

1 第三章 1． 试述等压时物质自由能G随温度上升而下降以及液相自由能GL随温度上升而下降的斜率大于固相GS 的斜率的理由。并结合图3-1及式（3-6）说明过冷度Δ T 是影响凝固相变驱动力Δ G 的决定因素。 答：(1)等压时物质自由能G 随温度上升而下降的理由如下： 由麦克斯韦尔关系式： V d PSdTdG （1） 并根据数学上的全微分关系：dyyFdxxFyxdFxy),( 得： dPPGdTTGdGTP （2） 比较（1）式和（2）式得： VPGSTGTP, 等压时dP =0 ，此时 dTTGSdTdGP （3） 由于熵恒为正值，故物质自由能G 随温度上升而下降。 (2)液相自由能GL随温度上升而下降的斜率大于固相GS 的斜率的理由如下： 因为液态熵大于固态熵，即： SL ＞ SS 所以： ＞ 即液相自由能GL随温度上升而下降 的斜率大于固相GS 的斜率 。 (3)过冷度Δ T是影响凝固相变驱动 力Δ G 的决定因素的理由如下： 右图即为图3-1 其中：VG表示液－固体积自由能之差 Tm 表示液-固平衡凝固点 从图中可以看出： T > Tm 时，Δ G=Gs-GL﹥0，此时 固相→液相 T = Tm 时，Δ G=Gs-GL =0，此时 液固平衡 T < Tm 时，Δ G=Gs-GL＜0，此时 液相→固相 所以Δ G 即为相变驱动力。 再结合（3-6）式来看， mmVTTHG （其中：Δ Hm —熔化潜热， Δ T )(TTm —过冷度） LPTGSPTG 2 由于对某一特定金属或合金而言，Tm 及ΔHm 均为定值， 所以过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动力ΔG 的决定因素 。 2． 怎样理解溶质平衡分配系数K0的物理意义及热力学意义？ 答：（1）K0 的物理意义如下： 溶质平衡分配系数K0 定义为：特定温度T*下固相合金成分浓度C S 与液相合金成分浓度CL 达到平衡时的比值： K0 = LSCC K0＜1时，固相线、液相线构成的张角朝下，K0越小，固相线、液相线张开程度越大，开始结晶时与终了结晶时的固相成分差别越大，最终凝固组织的成分偏析越严重。 K0＞1时，固相线、液相线构成的张角朝上，K0越大，固相线、液相线张开程度越大，开始结晶时与终了结晶时的固相成分差别越大，最终凝固组织的成分偏析越严重。 （2）K0 的热力学意义如下： 根据相平衡热力学条件，平衡时溶质在固相及液...