凝固技术复习题

凝固技术复习题一．名词解释1．平方根定律：即凝固层厚度与凝固时间的平方根成正比，即τξK =。

2．液体金属的流动性：液态金属本身的流动能力，与金属的成分、温度、杂质含量和物理性质等有关。

3．均质生核：由游动的原子集团自己逐渐长大而形成晶核的过程。

4．偏析：铸件凝固后所产生的化学成分不均匀现象。

5．析出性气孔：金属液在冷却和凝固过程中，因气体溶解度下降，析出气体来不及排除而在铸件中形成的气孔。

6．充型能力：液态金属能否充满铸型、得到形状完整轮廓清晰的铸件的能力，即为液态金属充填铸型的能力，简称为充型能力。

7．非均质生核：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生核的过程。

8．缩孔：铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现容积大而集中的孔洞，称为集中缩孔，或简称为缩孔。

9．热裂：在凝固过程后期或凝固刚结束时，产生于高温阶段的裂纹称为热裂。

10当量温度：C LK =,释放L 数量结晶潜热相当于释放比热C 所下降的温度数。

11．线收缩：金属在固态冷却过程中的收缩，其原因在于空穴减少；原子间间距减小。

固态收缩还引起铸件外部尺寸的变化，故称尺寸收缩或线收缩。

12．相变应力：固态发生相变的合金，由于铸件各部分冷却条件不同，它们到达相变温度的时刻不同，相变程度不同，因此而产生的应力。

13．动力粘度：液体层流运动时的摩擦系数，即)//(dx dv S F ⨯=η。

14．结膜温度：液体金属表面产生一层固体薄膜的温度。

15．运动粘度：液体层流运动时的摩擦系数，即)//(dx dv S F ⨯⨯=ρη。

二．简答题1．能量起伏：由于原子的热运动和相互碰撞，使体系中各原子瞬间所具有的能量在平均能量上、下波动的现象。

2．表面张力：对于液体和气体界面上的质点(原子或分子)，由于液体的密度大于气体的密度，故气相对它的作用力远小于液体内部对它的作用力，使表面层质点处于不平衡的力场之中。

结果是表面层质点受到一个指向液体内部的力，使液体表面有自动缩小的趋势。

这相当于在表面上存在一个平行于表面且各向大小相等的张力，称之为表面张力。

3．平衡结晶时的溶质再分配规律：平衡结晶时的溶质再分配规律由其杠杆定律所决定：0****C f C f C L L s s =+ 由上式可以推出：)1(10*00*k f k C C s s --= 和 )1(0*00*k f k C C L L --=4．伪共晶：靠近共晶成分的非共晶合金，在过冷情况下，有可能形成单一共晶微观组织的现象。

（可附示意图）5．获得柱壮晶的条件：固/液界面前温度梯度较大、成分过冷较小、合金有效结晶温度范围较窄、合金中杂质含量较低、浇注温度较高、液态合金导热系数较小、抑制液态金属流动等。

6．顺序凝固和逐层凝固的区别：顺序凝固是采用各种措施保证铸件结构上远离冒口的部分先凝固，然后固/液界面逐渐向着冒口推进，冒口部分最后凝固。

逐层凝固是指铸件某一断面上，先在铸件表面形成硬壳，然后它逐渐向铸件中心长厚，铸件中心最后凝固。

因此，顺序凝固和逐层凝固是两个不同的概念。

7．铸造应力的产生原因：铸造应力按其产生原因分为三种：热应力、相变应力和机械阻碍应力。

铸件在凝固和其后的冷却过程中，由于铸件各部分冷却速度不同，造成同一时刻收缩量的不一致，铸件各部分彼此相互制约，则会产生热应力。

固态发生相变的合金，由于铸件各部分冷却速度不同，它们到达相变温度的时刻不同，且相变的程度也不同，则会产生相变应力。

铸件的收缩受到诸如铸型和型芯等的阻碍而会产生机械阻碍应力。

8．浓度起伏：当金属中存在第二种原子A 和B 时(如合金)，由于同类原子与不同原子之间的结合力是不同的，结合力较强的原子容易聚集在—起，把别的原子排挤到别处。

在游动集团中有的A 种原子多，有的B 原子多，即游动集团之间存在着成分不均匀性，称为浓度起伏。

9．共晶生核与生长的特点：通过“搭桥“方式形核。

大多数共晶合金结晶时，后析出相依附于领先相表面而析出，形成具有两相共同生长界面的双相核心；然后依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，相互不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元而使两相彼此合作地向前生长的生长方式。

10．获得细等轴晶的措施：采用低温浇注，控制冷却，合理浇注，合理孕育，强迫流动，等等。

（添加适度解释）11．顺序凝固及其优缺点：它是采用各种措施保证铸件远离冒口部分最先凝固，然后逐渐向着冒口方向逐层凝固，冒口部分最后凝固的凝固方法。

其优点是：冒口补缩作用好，可以有效消除缩孔和缩松，铸件组织致密，力学性能好。

其缺点是：由于铸件各部分有温差，容易产生热裂、应力和变形，铸件收得率低，切割冒口费工。

12．固相中无扩散，液相均匀混合的溶质再分配规律：固相中无扩散，液相均匀混合的溶质再分配规律由非平衡杠杆定律所决定：0''C f C f C L L s s =+ 由上式可以推出：)1(0)1(--=k s s f kC C 和 )1(0-=k L L f C C13．一次非金属夹杂物的形成条件？其对铸件机械性能和铸造性能有何影响？金属熔炼和炉前处理所形成的杂质为一次非金属夹杂物。

形成的热力学条件：K RT F ln 0-=∆，标准自由能0F ∆越小的化合物越易形成；其形成的动力学条件：形成夹杂物元素的浓度越高越容易形成夹杂物。

对铸件机械性能的影响：降低铸件的强度、塑性、冲击韧性和抗疲劳性。

有时能增加硬度和改善耐磨性。

对铸造性能的影响：降低液体金属的流动性，增加变形、热裂和气孔的形成。

14．热应力、相变应力和机械阻碍应力的产生原因：铸件在凝固和其后的冷却过程中，由于铸件各部分冷却速度不同，造成同一时刻收缩量的不一致，铸件各部分彼此相互制约，则会产生热应力。

固态发生相变的合金，由于铸件各部分冷却速度不同，它们到达相变温度的时刻不同，且相变的程度也不同，则会产生相变应力。

铸件的收缩受到诸如铸型和型芯等的阻碍而会产生机械阻碍应力。

15．界面张力：对于液体/液体、液体/固体或固体/固体界面上的质点(原子或分子)，由于界面两侧原子作用于质点上的力的不同而引起的界面能。

16．固相中无扩散，液相中有有限扩散的溶质再分配规律：稳定生长阶段的溶质再分配规律：)11(/0D Rx x e k k C C --+=17．共晶生核与生长的特点：通过“搭桥“方式形核。

大多数共晶合金结晶时，后析出相依附于领先相表面而析出，形成具有两相共同生长界面的双相核心；然后依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，相互不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元而使两相彼此合作地向前生长的生长方式。

18．细化晶粒的措施有哪些？采用低温浇注，控制冷却，合理浇注，合理孕育，强迫流动，等等。

（添加适度解释）19．二次非金属夹杂物的形成条件？其对铸件机械性能和铸造性能有何影响？金属熔炼和炉前处理所形成的杂质为一次非金属夹杂物。

形成的热力学条件：K RT F ln 0-=∆，标准自由能0F ∆越小的化合物越易形成；其形成的动力学条件：形成夹杂物元素的浓度越高越容易形成夹杂物。

对铸件机械性能的影响：降低铸件的强度、塑性、冲击韧性和抗疲劳性。

有时能增加硬度和改善耐磨性。

对铸造性能的影响：降低液体金属的流动性，增加变形、热裂和气孔的形成。

20．缩孔和缩松的原因？铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

缩孔常产生在铸件的厚大部位或上部最后凝固部位，常呈倒锥状，内表面粗糙。

液态合金充满铸型型腔后，由于铸型的吸热，液态合金温度下降，靠近型腔表面的金属凝固成一层外壳，此时内浇道以凝固，壳中金属液的收缩因被外壳阻碍，不能得到补缩，故其液面开始下降。

温度继续下降，外壳加厚，内部剩余的液体由于液态收缩和补充凝固层的收缩，使体积缩减，液面继续下降。

此过程一直延续到凝固终了，在铸件上部形成了缩孔。

纯金属和共晶成分的合金，易形成集中的缩孔。

结晶温度范围宽的合金易形成缩松，其形成的基本原因与缩孔相同，也是由于铸件最后凝固区域得不到补充而形成的。

21．有效结晶温度范围：热裂纹是在凝固温度范围内，临近固相线时形成的，或者说是在有效结晶温度范围形成的。

有效结晶温度范围:其上限指合金形成枝晶骨架，线收缩开始温度，其下限指合金凝固终了的温度。

三．液态纯金属和液态实际金属在结构上有何异同？纯金属在溶化后，在其熔点以上不高的温度范围内，液体状态的结构有以下特点：1）原子间仍保持较强的结合能，因此原子的排列在较小距离内仍具有一定规律性，且其平均原子间距增加。

2)在熔化时这种结合已受到部分破坏，因此其排列的规律性仅保持在较小的范围内，这个范围是由几十个到几百个原子组成的集团。

故固体是由许多晶粒组成的，而液体则是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”。

3)由于液体中原于热运动的能量较大，其能量起伏也大，每个原子集团内具有较大动能的原子则能克服邻近原子的束缚，除了在集团内产生很强的热运动外，还能成族地脱离原有集团而加入到别的原子集团中，或组成新的原子集团。

因此所有原子集团都处于瞬息万变状态，时而长大，时而变小，时而产生，时而消失，此起彼落，犹如在不停顿地游动。

4)原子集团之间距离较大，比较松散，犹如存在“空穴”。

原子集团和空穴在不停地“游动”。

这种“游动”不是原有的原子集团和原有的空穴在液体中各处移动，而是此处的原子集团和空穴在消失的同时，在另一地区又形成新的原子集团和空穴。

空穴的存在使液体中公有电于的运动产生变化。

在原子集团内，原子间的结合靠金属键，一些自由电子归此原子集团中所有原子所公有，故仍具有金属导电特征。

在原子集团间，自由电子难以自己飞跃空穴，只能伴随着集团间原子的交换而跟着正离子一同运动，从某种意义上说，空穴间的导电具有离子导电特征。

5)原子集团的平均尺寸、游动速度都与温度有关。

温度越高，原子集团的平均尺寸越小，游动速度越快。

由于能量起伏，原子集团的尺寸是不同的。

实际金属中，即使非常纯的实际金属中总存在着大量杂质原子。

实际金属的液态结构是非常复杂的。

它也存在着游动原子集团、空穴以及能量起伏；在原子集团和空穴中溶有各种各样的合金元素及杂质元素，还存在着浓度起伏以至成分和结构不同的游动原子集团，在—些化学亲合力较强的元素的原子之间还可能形成稳定的或不稳定的化合物。

所以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。

四．一般将铸件的凝固方式分为哪三种？凝固方式主要受哪些因素影响？对铸件质量有何影响？（本题满分15分）一般将铸件的凝固方式分为三种类型：逐层凝固方式、体积凝固方式(或称糊状凝固方式)和中间凝固方式。