金属凝固原理试题文档格式.docx

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ty ，tⅠ<

杆Ⅱ要比杆I多收缩，但两杆彼此相连，始终具有相同长度，故杆Ⅱ被拉长，杆I被压缩。

这样，在杆Ⅱ内产生拉应力，在杆I内则产生压应力。

 到τ2

时两杆温差最大，应力达到极大值，该阶段为应力增长阶段。

第三阶段（τ2～τ3）：

两杆中的应力逐渐减小，到τ3时，铸件处于完全卸载状态。

第四阶段（τ3～τ4）：

杆I的冷却速度仍然比杆Ⅱ快，即杆I 的自由线收缩速度大于杆Ⅱ。

在此阶段，杆I 被拉长，故产生拉应力，杆Ⅱ则相反，产生压应力。

[单项选择题]

3、对一般金属而言，晶体长大速度与界面过冷度成（）关系。

①直线②指数③抛物线

A.①

B.②

C.③

A

4说明结晶与凝固的区别及凝固组织对铸坯质量和性能的影响。

结晶是一种原子排列短程有序，长程无序状态过渡到另一种原子排列状态长程有序的转变过程。

结晶是从物理化学观点出发，研究液态金属的生核，长大，结晶组织的形成规律。

凝固是物质聚集状态的变化，由液态转变为固态的过程，其中，固态也可以为晶态，也可以为非晶态。

凝固是从传热学观点出发，研究铸件和铸型的传热过程，铸件断面上凝固区域的变化规律，凝固方式与铸件质量的关系等。

凝固组织对铸坯的性能和质量有很大的影响，就宏观组织而言，表面细晶区一般比较薄，对铸件的质量和性能影响不大。

铸件的质量与性能主要取决与柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。

柱状晶的力学性能有明显的方向性，纵向好，横向差，铸坯在凝固或冷却过程中容易沿晶界产生裂纹。

等轴晶的晶界面积较大，杂质和缺陷分布比较分散，且晶粒的晶体取向不同，故性能的方向性较小，比较稳定。

晶粒越细，其综合性能越好，且抗疲劳性能也越高。

所以通常情况下，希望获得细密的等轴晶组织。

5普通铸件中不可避免的存在着微观偏析和宏观偏析，试述如何减少或者消除这种偏析。

对于微观偏析，采用长时间的扩散退火，可以予以消除或减轻。

消除宏观偏析，可以采取的工艺措施有：

（1）保证合金成分，使凝固过程中液体的密度差别减到最小。

因为液体的密度差是促使液体流动的因素之一

（2）适当的铸件或铸锭高度，因为液体的静压头愈大，流动愈会加剧。

（3）加入孕育剂细化枝晶组织，使流动阻力增加，从而减小流动速度。

（4）在凝固开始阶段，用加速液体对流的办法，可以细化晶粒，但在凝固过程中，应该使液体的对流运动停止，如果自然对流速度较大，应该外加磁场使对流运动停止。

（5）加大冷却速度，缩短固液两相区的凝固时间。

6简述实际金属的液态结构。

存在着大量杂质原子，不会很均匀地分布。

游动集团之间存在着成分不均匀性，称为"

浓度起伏"

。

因此，实际金属和合金的液体结构中存在着两种起伏，一种是能量起伏，表现为各个原子间能量的不同和各个原子集团间尺寸的不同；

另一种是浓度起伏，表现为各个原子集团之间成分的不同。

原因：

1）工业多元合金

2）原材料杂质

3）熔化过程中金属与炉气、熔剂，炉衬的相互作用还会吸收气体带进杂质，甚至带入许多固、液体质点。

实际金属在微观上是由成分和结构不同的游动原子集团、空穴和许多固态、气态或液态的化合物组成，它是一种"

混浊"

的液体；

而从化学键上看，除了基体金属与其合金元素组成的金属键之外，还存在其它多种类型的化学键。

7简述亚共晶和过共晶铝硅合金的流动性。

在相同的过热度下Al-Si合金的流动性，在共晶成分处并非最大值，而在过共晶区里继续增加。

原因初生β相潜热大。

和亚共晶合金对比，析出相同数量的固相量时，过共晶合金具有较高的实际过热度。

8简述细化枝晶间距。

枝晶间距越小，组织就越细密，分布于其间的元素偏析范围也就越小，故铸件越容易通过热处理而均匀化；

这时的显微缩松和非金属夹杂物也更加细小分散，因而也就越有利于性能的提高。

9简述夹杂物的分布。

1）能作为金属非自发结晶核心的非金属夹杂物分布在晶内。

2）能上浮到铸件表面的夹杂物、不溶解于金属液中的液态夹杂物及固态夹杂物在金属液中运动、碰撞、聚合，尺寸不断加大。

若夹杂物的密度小于金属液的密度，可能集中到冒口中被排除，或保留在铸件上部、上表面层和铸件的拐角处。

 处在金属凝固区内的高熔点固态微小夹杂物，可能被枝晶粘附，分布于晶内；

否则分布于晶界。

10减少和消除铸造应力有哪些方法？

减少：

1合金方面，选择弹性模量和收缩系数小的合金材料

2铸型方面，尽量使铸件在冷却过程中温度分布均匀

3浇铸条件，内浇口和冒口的位置应有利于铸件各部分温度的均匀分布

4改进铸件结构，避免产生较大的应力和应力集中。

消除：

1人工时效，去除残余应力的热处理温度和保温时间应根据合金的性质铸件的结构以及冷却条件不同而做不同的规定

2自然时效，将具有残余应力的铸件至于露天场地经数月至半年以上自然消除应力

3共振时效，调整震动频率使铸件在震动过程中交变应力和残余应力叠加，使应力消失。

11微观偏析

微观偏析是指微小范围（约一个晶粒范围）内的化学成分不均匀现象，按位置不同可分为晶内偏析（枝晶偏析）和晶界偏析。

12带状偏析

它总是和凝固的固-液界面相平行。

13负吸附

当表面张力随溶液浓度升高而增加时，表面吸附量为负值，即为负吸附。

14析出性气孔

金属液在凝固过程中，因气体溶解度下降而析出气体，形成气泡未能排除而产生的气孔。

15近程有序排列

金属液体则由许多原子集团所组成，在原子集团内保持固体的排列特征，而在原子集团之间的结合处则受到很大破坏。

这种仅在原子集团内的有序排列称为近程有序排列。

[判断题]

16、格拉晓夫准则数大表明液态合金的对流强度较小。

错

17、金属熔体的黏度与金属的熔点相类似，本质都是反映质点间（原子间）结合力大小。

对

18、铸型具有一定的发气能力，会导致型腔气体反压增大，充型能力下降。

19、处理温度越高，孕育衰退越快。

因此在保证孕育剂均匀溶解的前提下，应尽量降低处理温度。

20非均质形核

指在不均匀的熔体中依靠外来杂质或型壁界面提供的衬底进行形核的过程

21共生生长

指两相彼此合作地一起向前生长，是共生共晶的生长过程，形成了两相相互交迭、紧密掺和的共晶体。

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22晕圈

指在共晶结晶过程中，第二相环绕领先相生长而形成的外围层。

23热过冷

指仅由熔体实际温度分布所决定的过冷状态。

24何为凝固动态曲线？

有何意义？

根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线在位置与时间的坐标图上绘制出典型温度的连线称为凝固动态曲线。

意义：

根据凝固动态曲线可以判断出铸件在凝固时不同时间的凝固区宽窄，而金属凝固区的宽展决定了凝固体的凝固方式。

25简述成分过冷与热过冷的涵义以及它们之间的区别和联系。

成分过冷的涵义：

合金在不平衡凝固时，使液固界面前沿的液相中形成溶质富集层，因富集层中各处的合金成分不同，具有不同的熔点，造成液固前沿的液相处于不同的过冷状态，这种由于液固界面前沿合金成分不同造成的过冷。

热过冷的涵义：

 界面液相侧形成的负温度剃度，使得界面前方获得大于kT的过冷度。

 成分过冷与热过冷的区别 ：

热过冷是由于液体具有较大的过冷度时，在界面向前推移的情况下，结晶潜热的释放而产生的负温度梯度所形成的。

可出现在纯金属或合金的凝固过程中，一般都生成树枝晶。

成分过冷是由溶质富集所产生，只能出现在合金的凝固过程中，其产生的晶体形貌随成分过冷程度的不同而不同，当过冷程度增大时，固溶体生长方式由无成分过冷时的“平面晶”依次发展为：

胞状晶→柱状树枝晶→内部等轴晶（自由树枝晶）。

 成分过冷与热过冷的联系：

对于合金凝固，当出现“热过冷”的影响时，必然受“成分过冷”的影响，而且后者往往更为重要。

即使液相一侧不出现负的温度梯度，由于溶质再分配引起界面前沿的溶质富集，从而导致平衡结晶温度的变化。

在负温梯下，合金的情况与纯金属相似，合金固溶体结晶易于出现树枝晶形貌。

26简述析出性气孔的防止措施。

①消除气体来源

②金属熔断时，应严格控制熔断温度

③对液态金属进行除气处理

④防止液态金属内气体的析出。

27某二元合金相图如下所示。

合金液成分为CB=40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。

温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。

假设固相无扩散，液相均匀混合。

试求：

α相与液相之间的平衡分配系数KO

平衡分配系数KO的求解：

由于液相线及固相线均为直线不同温度和浓度下KO为定值，

所以：

当T=500℃时，

28单晶体

在晶体中所有原子排列位向相同者称为单晶体

29化学势

某一组元的化学势为1mol该组元物质的吉布斯自由能，是1mol的恒温等压势。

30形核相变的驱动力有哪些？

固液相体积自由能差；

阻力：

界面能。

31简述界面共格对应原则。

固相杂质表面的原子排列规律和原子（晶粒细化剂的选择原则）间距与新相晶核相近。

（晶粒细化剂选择原则）

32成分过冷的过冷度在生长着的固-液界面处最小，离开界面逐渐（），因此界面很不稳定。

增大

33简述平面生长→胞状生长→树枝晶生长演变过程。

由大逐渐减小，即随“成分过冷”程度增大，固溶体生长方式变化为：

平面晶→胞状晶→胞状树枝晶（柱状树枝晶）→内部等轴晶（自由树枝晶）

34简述浇注及凝固过程中液体的三种流动形式。

①浇注时存在液流的冲刷——强制对流。

②浇注时及浇注完毕后液体存在自然对流。

③存在着枝晶间及分枝间的液体流动——微观流动。

35固液界面在结构上有哪两种类型？

他们在微观和宏观上的特点是什么？

光滑界面（小平面）和粗糙界面（非小平面）。

粗糙界面：

微观粗糙，宏观光滑；

光滑界面：

微观光滑，宏观粗糙。

36为什么说异质形核比均质形核容易？

影响异质形核的基本因素和其他条件是什么？

（1）因为均质形核在其形核过程中为克服过程中的能障，所需要的过冷度是很大的，而实际