液态成型作业答案完结版.docx

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液态成型作业答案完结版

第二讲

1、哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？

答：

以下现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏：

（1）物质熔化时体积变化、爛变（及焰变）一般均不大。

［注意：

简答题此部分可略:

如金属熔化时典型的体积变化厶Vm/V（多为增大）为3〜5%左右，表明液体原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。

］

（2）金属熔化潜热比其汽化潜热小得多（1/15〜1/30）,表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。

2、实际液态金属的结构是怎样的？

实际液态金属和合金由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子集团、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能捲、结构及浓度三种起伏特征,其结构十分复杂。

3、名词解释：

能量起伏、结构起伏、浓度起伏、粘度、运动粘度、雷诺数、层流、素流、表面张力和表面能。

答：

能量起伏：

液态金属中的原子热运动强烈，原子所具有的能量各不相同，且瞬息万变，这种原子间能量的不均匀性，称为能量起伏

结构起伏：

由于液态原子处于能量起伏之中，原子团是时聚时散，时大时小，此起彼伏的，称为结构起伏

浓度起伏：

对于多元素液态金属而言，同一种元素在不同原子团中的分布虽不同，也随着原子的热运动瞬息万变，这种现象称为成分起伏

粘度：

流体在层流流动状态下，流体中的所有液层按平行方向运动。

在层界而上的质点相对另一层界而上的质点作相对运动时，会产生摩擦阻力。

当相距lcm的两个平行液层间产生lcm/s的相对速度时，在界面lcm2而积上产生的摩擦力，称为粘滞系数或粘度

运动粘度:

液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，数值等于Y=n/Po

表而张力:

产生新的单位面积表而时系统自由能的增量。

与表而能大小、单位一致，从不同角度描述同一现彖。

表而能:

表而自由能（简称表面能）为产生新的单位而积表而时系统自由能的增量。

雷诺数：

流体流动时的惯性力Fg和粘性力（内摩擦力）Fm之比称为雷诺数。

用符号R亡表示。

Re是一个无因次量。

层流：

流体流动时，如果流体质点的轨迹（一般说随初始空间坐标x、y、z和时间t而变）是有规则的光滑曲线（最简单的情形是直线），这种流动叫层流。

紊流：

在一泄'雷诺数下，流体表现在时间和空间上的随机脉动运动，流体中含有大量不同尺度的涡旋（eddy）。

4、分析粘度的影响因素及其对粘度的影响规律。

1温度一般情况下温度提高，液体金属的粘度减小。

2化学成分

杂质的数量、状态和分布情况都能在不同程度上影响到液态金属的粘度。

在液态金属中呈固态杂质常使苴粘度增加。

但有些熔点低的杂质在液态属中呈熔融状态，反而会使该液态金属的粘度降低。

酸性钢较碱性钢的粘度小就是因为酸性钢的杂质多是液态的，而碱性钢的杂质常呈粒状固体；共晶成分的合金粘度小；液体金属和合金的粘度与其过热度有关，过热度越大，粘度越小。

5、分析表面张力的影响因素及其对表面张力的影响规律。

（1）表面张力与熔点的关系

熔点越高，或摩尔表而积越大，表而张力越大。

因为熔点越高说明金属原子之间的作用力越大，所以表而张力也越大。

（2）表面张力与温度的关系在高温及低温区，表而张力均随温度的增加而减小，二者几乎成直线关系；对大多数液体金属来说，表面张力与温度呈线性关系。

这是因为随着液体金属温度的升高，原子热振动加剧，振幅变大，原子间的距离增加，相互作用减弱，因此表而张力下降。

但也有反常情况，例如铜，随着铜熔体温度的升髙，表而张力也随着增加

（3）表面张力与化学成分的关系

化学成分对表而张力的影响有两种情况，一种是合金元素的加入使液体金属表而张力降低，这种元素对该种金属来说称为液体金属的表面活性物质，具有正吸附作用；另一种是合金元素的加入使液体金属表而张力增加，这种元素对该种金属来说称为液体金属的表而非活性物质，具有负吸附作用。

通常正吸附时溶质元素在表面的浓度大于苴在内部的浓度，而负吸附时溶质元素在表面的浓度小于其在内部的浓度。

第三讲

1、流动性与充型能力的联系和区别。

答：

区别：

①二者概念不同。

铸造工艺学中的流动性指液态金属本身的流动能力，常用规定的铸型条件和浇注条件下的试样的长度或薄厚尺寸来衡量:

而充型能力是指液态金属充满铸型型腔，并使铸件形状完整、轮魔清晰的能力。

②影响因素有区别。

流动性是液态金属本身的流动能力，与金属的成分、温度、杂质含量，及其物理性质有关：

而充型能力除了取决于金属本身的流动能力外，还受外界条件，如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响。

联系：

都是影响成形产品质量的因素。

①流动性好的合金充型能力强：

流动性差的合金充型能力亦差，但是，可以通过改善外界条件提高其充型能力。

②可认为合金的流动性是在确定条件（试样结构、铸型性质、浇注条件）下的充型能力。

2、用同一种合金浇注同一批、同一种铸件，其中有一两件出现“浇不足”缺陷，可能是什么原因造成的？

答：

因为是用同一种合金浇注同一批、同一种铸件，所以合金性质、铸件结构相同，但可能由于一两件的铸型温度、浇注温度偏低（后浇的因为温降而温度略低）、或者浇注速度偏高、充型压头小等原因，都会造成'‘浇不足”缺陷。

3、用螺旋形试样测定合金的流动性时，为了使测得数据稳定和亟复性好，应控制那些因素？

答：

应控制的因素包括：

铸型条件、浇注条件恒左，如铸型温度保持不变，浇注温度、速度、充型压头保持恒定。

4、四类影响充型能力的因素中，哪些是可以控制的，哪些是不可控的，提高浇注温度会带来什么负作用？

一般条件下：

合金与铸件结构不可控制，而铸型和浇铸条件可以控制，浇铸温度太高,容易使金属吸气，氧化严重达不到预期效果。

第四讲

1、什么是温度场？

空间中一切点的瞬时温度值的集合

2、温度场的研究方法有哪些？

实测法，数学解析法，数值模拟法。

第五讲

1、铸件温度场的影响因素有哪些、各是如何影响的？

金属性质的影响：

（1）金属的热扩散率a

热扩散率大一铸件内部的温度均匀化能力髙一温度梯度小，断而温度分布曲线平坦

例：

a铝合金＞a铁碳合金一铝合金断而温度分布曲线相对平坦

a普碳钢＞a高合金钢一普碳钢断而温度分布曲线相对平坦

（2）结晶潜热

（3）金属的凝固温度

结晶潜热大一向铸型传热时间长一铸型内表面被加热温度高一温度梯度小一温度场平坦

凝固温度髙一铸件表而与中心温差大一温度场梯度高，如：

有色合金铸件比铸钢件和铸铁件的温度场平坦

铸型性质的影响：

铸型吸热速度越大一铸件凝固速度越大一温度梯度

（1）铸型蓄热系数b2

b2越大一对铸件冷却能力越强一温度梯度越大

（2）铸型预热温度T型

T型越高一对铸件冷却作用越小一温度梯度越小

熔模铸造，T型=600〜900°C

金属铸造，丁型=200〜400°C

浇注条件的影响：

（1）金属过热量远远小于结晶潜热。

（2）砂型铸造中，增加过热度，相当于提髙铸型温度，从而减小铸件温度梯度。

（3）金属型铸造中，因铸型导热能力强，而过热量比重很小，能迅速传导出去，故浇注温度影响不很明显。

铸件结构的影响：

（1）铸件壁厚

厚壁铸件比薄壁件含有更多热量，会把铸型加热到更高的温度。

铸件越厚，温度梯度越小。

（2）铸件形状

铸型中被液态金属几而包羽的突岀部分，型芯以及靠近内浇道附近的铸型部分，由于有大量金属液通过，被加热到很高温度，相对应的铸件的温度场较平坦。

2、名词解释：

等温面、倾出边界、补缩边界。

等温而：

瞬时温度场中温度相同的各点相连构成的而

倾出边界：

液固部分与固液部分的边界

称为倾出边界。

补缩边界：

固液部分分为两个带，其中，一个带里，晶体虽已连成丹架，但是液体还能在其间移动。

另一个带中，晶体连接成牢固的件架，竹架中的液体（小熔池"）不能互相沟通，凝固体积收缩时，熔池得不到液体的补充。

上述两带的边界称为补缩边界。

3、根据凝固区域的宽度不同，凝固方式如何分类？

试述各凝固方式的概念、特点。

根据合金固液相区宽度，可将凝固过程分为三种方式：

逐层凝固：

合金结晶温度范用很小或断面温度梯度很大时，铸件断面的凝固区域很窄，固液体几乎由一条界线分开，随温度下降，固体层不断加厚，逐步到达铸件中心。

体积/糊状凝固：

合金结晶温度范围很宽或断而温度梯度很小时，铸件断而的凝固区域很宽，在凝固的某一段时间内，凝固区域在某时刻贯穿整个铸件断而时，在凝固区域里既有已结晶的晶体也有未凝固的液体。

中间凝固：

合金结晶温度范弗I较窄或断面温度梯度较大时，铸件断而上的凝固区域界于前二者之间。

4、凝固方式如何影响铸件的质量？

凝固方式分为三种：

1逐层凝固方式对铸件质量的影响：

流动性好，容易获得健全凝固体，液体补缩

好，铸件组织致密，形成集中缩孔的倾向大；热裂倾向小，气孔倾向小，应力大，偏析严重。

2体积凝固方式对铸件质量的影响：

流动性差，不容易获得健全的凝固体，液体补缩差，铸件组织不致密，形成集中缩孔的倾向小，热烈倾向大，气孔倾向大，缩松倾向大，应力小，宏观偏析不严重。

3中间凝固方式对铸件质量的影响介于上述二者之间。

第六讲

1、何谓平方根定律和折算厚度法则？

试述二者的区别与联系。

平方根定律：

凝固层厚度与凝固时间的平方根成正比。

歹=k4it=£

“折算厚度”法则:

体积为VI和表而积为S1的铸件，其完全凝固时间t,已由公式给出，将厚度的表达式代入，得

R—铸件的折算厚度。

铸件凝固时间与铸件形状无关，与当量厚度平方成正比。

凝固金属和铸型材料影响凝固时间和凝固速率。

区别：

平方根左律是指凝固层厚度与凝固时间的平方根成正比。

主要适用于大型平板类、结晶间隔小的合金铸件。

折算厚度法则指铸件的凝固时间与北折算厚度的平方成正比。

适用于大平板、球和长的圆柱体。

联系：

二者均可以计算铸件的凝固时间，且折算厚度法则可以直接从平方根左律导出。

由于折算厚度法则考虑了铸件形状这个主要影响因素，所以更加接近实际，是对平方根定律的一个发展。

（补充）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而。

半径相同的圆柱和球体比较，前者的误差大；大铸件和小铸件比较,后者误差大：

金属型和砂型比较，后者误差大，因为后者的热物性参数随温度变化较快。

第七讲

1、试述均质形核与异质形核之间的联系和区别。

均质形核与异质形核是晶体两种不同的形核方式。

前者是依靠过冷液相中的结构起伏进行形核的方式，而后者则依靠外来质点进行形核。

均质形核需要很大的过冷度和更髙的形核功，所以实际金属和合金中很难发生均质形核，而多是异质形核。

二者的临界形核半径相同,异质形核形核功AGhc*与均质形核形核功AGho*之间有如下关系：

△Ghc*=f（0）△Gho*,其中，0为新生固相与基底的夹角。

0<180°时，为异质形核；0=180°时，为均质形核。

2、试推导均质形核临界晶核半径。

懒得打公式。

。

。

书上或者课件上找。

3、影响异质形核的因素都有哪些？

形核温度T、形核时间、形核基底的数量、接触角0、形核基底的形状

4、粗糙界面与光滑界面的生长方式各是怎样的？

粗糙界面：

连续长大

光滑界面：

侧而长大，分为二维晶核台阶和晶体缺陷台阶

第八讲

1、何谓结晶过程中的溶质再分配？

何谓平衡结晶？

结晶过程中的溶质再分配：

是指在结晶过程中溶质在液、固两相重新分布的现象。

平衡结晶：

在结晶的每个阶段，固、液两相中的成分均能及时、充分扩散均匀，液、固相溶质成分完全达到平衡状态图对应温度的平衡成分。

2、试推导平衡结晶时的溶质再分配公式。

以下为等截而水平圆棒自左向右单向结晶过程分析。

假设：

合金原始成分为CO,界而前方为正温度梯度，界而以宏观