的反方向生长，而其他方向的生长则受到抑制。
(2) 树枝状平面。当液体具有负温度梯度时，在界面上若形成偶然的凸起伸入前沿液体时，由于前方液体有更大的过冷度，有利于晶体长大和凝固潜热的散失，从而形成枝晶的一次轴。一个枝晶的形成，其潜热使邻近液体温度升高，过冷度降低，因此，类似的枝晶只在相邻一定间距的界面上形成，相互平行分布。在一次枝晶处的温度比枝晶间温度要高，如图(a)中所示的bb断面上TA>TB，这种负温度梯度使一次轴上又长出二次轴分枝，如图(b)所示。同样，还会产生多次分枝的枝晶生长的最后阶段，由于凝固潜热放出，使枝晶周围的液体温度升高至熔点以上，液体中出现正温度梯度，此时晶体长大依靠平界面方式推进，直至枝晶间隙全部被填满为止。
2-6 简述三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点。 答：铸锭三晶区的形成原因：
最外层为细小等晶区。其形成是由于模壁的温度较低，液体的过冷度较大，因而形核率较高所致。
中间为柱状晶区。其形成主要是模壁的温度升高，晶核的成长率大于晶核的形成率，且沿垂直于模壁方向的散热较为有利。在细晶区中取向有利的晶粒优先生长为柱状晶。
中心为等轴晶区。其形成是由于模壁温度进一步升高，液体过冷度进一步降低，剩余液体的散热方向性已不明显，处于均匀冷却状态；同时，未熔杂质、破断枝晶等易集中于剩余液体中，这些都促使等轴晶的形成。
铸锭三晶区的性能特点：外表层的细晶区：晶粒细小、组织致密、力学性能良好；中间的柱状晶区：晶粒取向、组织致密、缺陷聚集、塑性较差；心部的等轴晶区：晶粒无方向性、树枝状晶体、组织不够致密、性能一般。
2-7 为了得到发达的柱状晶区应该采取什么措施为了得到发达的等轴晶区应该采取什么措施其基本原理如何
答：铸锭组织控制，主要是对柱状晶区和等轴晶区的分布范围和晶粒大小的控制。变更合金成分和浇铸条件可以改变各晶区分布范围的大小。对给定合金而言，有利于柱状晶区发展的因素有：较快的冷却速度，高的熔化温度和浇注温度，定向散热等；有利于等轴晶区发展的
因素有：较慢的冷却速度，低的熔化温度和浇注温度，均匀散热等。为了获得细小的等轴晶粒，可采用变质处理、振动和搅拌等措施。
2-8 指出下列各题错误之处，并改正之。
1) 所谓临界晶核，就是体系自由能的减少完全补偿表面自由能增加时的晶胚大小。
改正：临界晶核是体积自由能的减少补偿2/3表面自由能增加时的晶胚大小。
2) 在液态金属中，凡是涌现小于临界晶核半径的晶胚都不能成核，但是只要有足够的能量起伏提供形核功，还是可以成核的。
改正：即使有足够的能量起伏供给，小于临界晶核半径的晶胚也不能成核。
3) 无论温度分布如何，纯金属都是以树枝状方式生长。 改正：在负的温度梯度下，纯金属以树枝状方式生长。
材料科学基础课后习题答案第二章
