凝固原理与铸造技术题目及答案 .pdfVIP

凝固原理与铸造技术题目及答案--第1页

凝固原理与铸造技术题目及答案

凝固原理与铸造技术复习题答案

1、画出纯金属浇入铸型后发生的传热模型示意图，并简要说明其凝固过程的传热特

点。

凝固过程的传热有如下一些特点：简单地说：一热、二迁、三传。首先它

是一个有热源的传热过程。金属凝固时释放的潜热，可以看成是一个热源释放的热，但是

金属的凝固潜热，不是在金属全域上同时释放，而只是在不断推进中的凝固前沿上释放。

即热源位置在不断地移动；另外，释放的潜热量也随着凝固进程而非线性地变化。一热：

有热源的非稳态传热过程，是第一重要的。

二迁：固相、液相间界面和金属铸型间界面，而这二个界面随着凝固进程而发生动态

迁移，并使传热现象变得更加复杂。

三传：液态金属的凝固过程是一个同时包含动量传输、质量传输和热量传输的三传

（导热、对流和辐射传热）耦合的三维传热物理过程。

其次，在金属凝固时存在着两个界面。即固相、液相间界面和金属铸型间界面，而在

这些界面上，通常发生极为复杂的传热现象。

2、一个直径为25cm的长圆柱形铸钢件在砂型和金属型中凝固：(l)当忽略铸件-铸

型界面热阻时，它们的凝固时间各为多少？

(2)当铸件-铸型的界面换热系数hi=0.0024J(cm2．s．℃)时，它们的凝固时间各为多

少？

计算用参数如表l-2所示，计算中假定钢水无过热度，并在一个固定的温度Tf下凝

固，同时假定铸型无限厚。

3、对于单元系而言，为什么高温时稳定的同素异性结构具有比低温时稳定的同素异

性结构有较高的热焓，即H(γ-Fe)H(α-Fe)?

凝固原理与铸造技术题目及答案--第1页

凝固原理与铸造技术题目及答案--第2页

4、推导曲率引起的平衡温度改变的计算公式。

除压力外，表面曲率亦对平衡温度产生影响。在凝固时，表面曲率对固相来说相当于

增加了一项附加压力，这项附加压力是与界面张力相平衡的。当任一曲面体的体积增加

ΔV，面积增加ΔA时，附加压力ΔP与界面张力σ的关系为：

由于曲率引起的平衡温度的改变为：

5、二元合金的溶质平衡分配系数，除可以用热力学数据计算外，还可以用液相线斜

率mL及结晶潜热ΔHm来计算。试推导其计算公式。

溶质平衡分配系数k0为恒温下固相溶质浓度CS与液相溶质浓度CL达到平衡时的比

值

(即k0=Cs/CL)。二元合金的溶质平衡分配系数，除可以用热力学数据计算外，还可

以用液相线斜率mL及结晶潜热ΔHm来计算。在二元合金中，设mL和mS为常数，则有：

6、已知纯铜的熔点为1085℃，液态时铜的摩尔体积为8.0×10-6m3，固态时为

7.1×10-6m3，当压力的变化为103MPa时，试确定纯铜熔点温度的变化。

Clausius-Claceyron方程式：

=(1085+273)*(8.0-7.1)*10(-6)/(13.05*10(3))*10(3)*10(6)=93.66K

7、从最大形核功的角度，解释dAG/dr=0的意义。

当液体中出现晶核时，系统自由能的变化由两部分组成，一部分是液相和固相体积自

由能差ΔGv，它是相变的驱动力,另一部分是由于出现了固-液界面，使系统增加了界面能

ΔGe，它是相变的阻力。这样，系统总的自由能变化为：

凝固原理与铸造技术题目及答案--第2页

凝固原理与铸造技术题目及答案--第3页

因此，总的自由能将随r的变大而由小变大再变小，在晶核临界半径r*时，为极大值，

与其相对应的