材料成形原理 部分答案.doc

材料成形理论基础习题 纯金属和实际合金的液态结构有何不同？举例说明 答：纯金属的液态结构式由原子集团、游离原子和空穴组成的，液态金属的结构是不稳定的，而是出于瞬息万变是的状态，即原子集团、空穴等的大小、形态、分布及热运动都出于无时无刻不在变化的状态，这种现象叫做“结构起伏”。而实际合金的液态结构是极其复杂的，其中包含各种化学成分的原子集团、游离原子、空穴、夹杂物及气泡等，是一种“混浊”的液体。实验实际液态金属中还存在成分起伏。例如Al和Al-Si合金相比较，Al-Si合金中由于成分起伏Al与Si的浓度也是出于不断变化中的。 液态金属表面张力和界面张力有何不同？表面张力和附加压力有何关系？ 答：液体金属的表面张力是质点（分子、原子）间作用力不平衡引起的。而任意两相（固-固、固-液、固-气）的交界面称为界面，由界面间相互作用而产生的力叫界面张力，表面张力可说是界面张力的一个特例。界面张力与两个表面张力之间的关系为： σAB=σA+σB –wAB，其中σA、σB分别是A、B两物体的表面张力，wAB为两个单位面积界面向外做的功。表面张力与附加压力的关系有拉普拉斯方程描述：，其中R1、R2为曲面的曲率半径。 液态合金的流动性和充型能力有何不同？如何提高液态金属的充型能力？ 答：液态金属本身的流动能力称为“流动性”，是由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界因素无关。液态金属的充型性能是一种基本性能。充型能力好，零件的形状就完整，轮廓清晰，否则就会产生“浇不足”的缺陷。液态金属的充型能力首先取决于其金属本身的流动能力，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关，是各种因素的综合反映。 提高金属的充型能力措施：（1）金属性质方面：改善合金成分；结晶潜热L要大；比热、密度大，导热率小；粘度、表面张力小。（2）铸型性质方面：蓄热系数小；适当提高铸型温度；提高透气性。（3）浇注条件方面：适当提高浇注温度；提高浇注压力。（4）铸件结构方面：在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度；降低结构复杂程度。 钢液对铸型不浸润，，铸型砂粒间的间隙为0.1cm，钢液在1520℃时的表面张力σ=1.5N/m,密度ρ液=7500㎏/m3。求产生绩效粘砂的临界压力；欲使钢液不粘入铸型而产生机械粘砂，所允许的压头H值是多少？ 0.082m 根据Stokes公式计算钢液中非金属夹杂物MnO的上浮速度，已知钢液温度为1500℃， MnO呈球形，其半径r=0.1mm。 0.0071m/s 设想液体在凝固时形成的临界核心是边长为a﹡的立方体形状；①求均质形核是的a﹡和△G的关系式。②证明在相同过冷度下均质形核时，球形晶核较立方形晶核更易形成。 解：（1）对于立方形晶核 △G方＝－a3△Gv+6a2σ① 令d△G方/da＝0 即 －3a2△Gv+12aσ＝0，则 临界晶核尺寸a*＝4σ/△Gv，得σ＝△Gv，代入① △G方*＝－a*3△Gv＋6 a*2△Gv＝ a*2△Gv 均质形核时a*和△G方*关系式为：△G方*＝ a*3△Gv （2）对于球形晶核△G球*＝－πr*3△Gv+4πr*2σ 临界晶核半径r*＝2σ/△Gv，则△G球*＝πr*3△Gv 所以△G球*/△G方*＝πr*3△Gv/( a*3△Gv) 将r*＝2σ/△Gv，a*＝4σ/△Gv代入上式，得 △G球*/△G方*＝π/61，即△G球*△G方* 所以球形晶核较立方形晶核更易形成 设Ni的最大过冷度为319℃，求△G﹡均和r﹡均，已知，Tm=1453℃，L=-1870J／mol，σLC=2.25×10ˉ5J／cm 2，摩尔体积为6.6cm 2。 r均*＝(2σLC/L)*(Tm/△T)＝cm＝8.59*10－9m △G均*＝πσLC3*Tm/（L2*△T2） ＝π*＝6.95*10－17J 什么样的界面才能成为异质结晶核心的基底？ 从理论上来说，如果界面与金属液是润湿得，则这样的界面就可以成为异质形核的基底，否则就不行。但润湿角难于测定，可根据夹杂物的晶体结构来确定。当界面两侧夹杂和晶核的原子排列方式相似，原子间距离相近，或在一定范围内成比例，就可以实现界面共格相应。安全共格或部分共格的界面就可以成为异质形核的基底，完全不共格的界面就不能成为异质形核的基底。 阐述影响晶体生长的因素。 晶核生长的方式由固液界面前方的温度剃度GL决定，当GL0时，晶体生长以平面方式生长；如果GL0，晶体以树枝晶方式生长。 10、用Chvorinov公式计算凝固时间时，误差来源于哪几个方面？半径相同的圆柱和球体哪个误差大？大铸型和小铸型哪个误差大？金属型和砂型哪个误差大？ 用Chvorinov公式计算凝固时间时，误差来源于铸件的形状、铸件结构、热物理参数浇注条件等方面。 半径相同的圆柱和球体比较，前者的误差大