材料成型原理(上)考试重点复习题

《材料成形原理》阶段测验

（第一章） 班级： 姓名： 学号 成绩：

1、下图中偶分布函数g(r)，液体g(r)为 c 图，晶态固体g(r)为 a 图，气体g(r)为 b 图。

（a ） （b ） （c ） 2、液态金属是由大量不停“游动”着的原子团簇组成，团簇内为某种有序结构，团簇周围是一些散乱无序的原子。由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随 时间和空间发生着改变，这种现象称为 结构 起伏。

3、对于液态合金，若同种元素的原子间结合力F (A-A 、B-B) 大于 异类元素的原子间结合力F (A-B)，则形成富A 及富B 的原子 团簇 ，具有这样的原子团簇的液体仅有“拓扑短程序”；若熔体的异类组元具有负的 混合热 ，往往F (A -B)＞F (A-A 、B-B)，则在液体中形成具有A-B 化学键的原子团簇，具有这样的原子团簇的液体同时还有“ 化学 短程序”。

4、液体的原子之间结合力（或原子间结合能U ） 越大 ，则内摩擦阻力越大，粘度也就 越大 。液体粘度η随原子间结合能U 按指数关系增加，即（公式）：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=T U T

B B k exp k 203τδη。 5、加入 价电子 多的溶质元素，由于造成合金表面双电层的电荷密度大，从而造成对表面压力大，而使整个系统的表面张力 增大 。

6、铸件的浇注系统静压头H 越大 ，液态金属密度1ρ及比热1C 、合金的结晶潜热H ∆越大 ，浇注温度浇T 、铸型温度T 型 越高 ，充型能力越强。

7、两相质点间结合力越大，界面能越小，界面张力就越小。两相间的界面张力越大，则润湿角 越大 ，表示两相间润湿性 越差 。

8、铸件的浇注系统静压头H 越大，液态金属密度1ρ及比热1C 、

合金的结晶潜热H ∆ 越小，浇注温度浇T 、 铸型温度T 型越高 ，

充型能力越强。

9、右图为碱金属液态的径向分布函数RDF ，请在图中标注液

态K 的平均原子间距r 1的位置，并以积分面积（涂剖面线）表

达液态K 的配位数N 1的求法。见图中标注

10、试总结原子间相互作用力、温度、原子间距、表面活性元

素对液态金属的粘度、表面张力的总体规律。（可写于背面）

原子间相互作用力越大，粘度越大，表面张力越大；温度越高，粘度越小，表面张力越小；原子间距离越大，粘度越小，表面张力越小；表面活性元素降低金属粘度，降低表面张力。

（第二章） 班级： 姓名： 学号 成绩：

1、 右图为半无限大平板铸件凝固过程的一维

不稳定温度场示意图。写出下列参数的含义：

λ2为：铸型的热导率

c 2为：铸型的比热容

ρ2为：铸型的密度

T i 为：界面处温度

2222ρλc b =为：铸型的蓄热系数

2、判断正误（划√或×）

（1）其它条件相同，铸件温度场的温度梯度在

砂型中小于金属型中的温度梯度。（ × ）

（2）砂型的蓄热系数小于金属型的蓄热系数。

（ √ ） （3）随凝固时间的延长，铸件温度场的温度梯度铸件变大。（ × ）

（4）其它条件相同，铜焊件的600℃的等温椭圆面积小于碳钢焊件相应椭圆面积。（ √ ）

（5）随铸件断面温度梯度的减小，相同合金铸件越趋向于逐层凝固方式。（ × ）

（6）其它条件相同，随碳钢含碳量的增大，铸件越趋向于体积凝固方式。（ √ ）

（7）其它条件相同，焊件板材厚度越小，焊件温度场的等温椭圆面积越小。（ × ）

（8）其它条件相同，焊接速度越大，焊件温度场的等温椭圆面积越小。（ √ ）

3、右图为某平板熔焊过程中焊件表面的温度分布状况。

在图中画出最小温度梯度方向，并指出焊接方向及当前热

源位置。

答: 最小温度梯度方向:从A 向左；

焊接方向:从A 到B ；当前热源位置:A

4、右图为200mm 厚度的25#钢大平板铸件分别在金属型

与砂型中的动态凝固曲线，根据图形分别说明：

（1）金属型及砂型中距铸件表面75mm 处的起始凝固时

刻及凝固结束时间

答：

起始凝固时间 凝固结束时间

金属型

7min 9min 砂型 25min 45min （2）指出金属型及砂型中铸件的凝固方式

答:金属型中为逐层凝固方式；砂型中为体积凝固方式。

x

T i 铸件 1a λ1 c 1 ρ1 铸型 2a λ2 c 2 ρ2 T 0 图2-3 无限大平板铸件凝固温度场分布 T 20 T 10 焊接方向

（第三章）

班级： 姓名： 学号 成绩：

1、判断正误（划√或×）（每题5分）

（1）金属熔体从高温冷却降温，一旦温度冷却至平衡熔点T m ，即开始发生凝固。（×）

（2）临界晶核半径r *与过冷度ΔT 成反比，即ΔT 越大（温度越低），则r *越小。 （√）

（3）非均质形核与均质形核相比，两者临界半径r*相同，形核功ΔG *也相同，但前者临界过冷度ΔT *比后者小很多。（×）

（4）非均质形核过程，新生晶体与杂质基底之间的界面张力σSC 越小，润湿角θ越小，形核功ΔG *越小，形核临界过冷度ΔT *越小，形核率越高。（√）

（5）晶体按螺旋位错机制生长，任何情况下生长速度R 与过冷度ΔT 的平方成正比。（×）

（6）凝固界面微观结构，以及生长方式、方向及速度均完全取决于物质的热力学性质，与冷却条件等其它因素无关。（×）

2、填空（每题3分）

（1）球状固体质点从金属液中开始形成时，只有其半径r 大于临界晶核半径r *时，其统自由能ΔG 随r 增大而减小，固体质点才能稳定存在，称为晶核；在r ＜r*时，G ∆随r 增大而增大，这时不稳定的固体质点还不能称为晶核，而只能称为晶胚。而对应于r=r *的系统自由能最大值ΔG *称为形核功。

（2）临界晶核半径r *与过冷度ΔT 成反比关系。形核功与过冷度的关系为ΔG *∝Δ2-T ，过冷度ΔT 越小，ΔG *越大，ΔT →0时，ΔG *→∞，这表明过冷度很小时不能形核，也从数学上证明了为什么物质凝固必须要有一定过冷度。

3、右图：①纵坐标G ∆表示什么？②曲线1、2分别代表什

么？③在图上标注临界晶核半径r *及形核功ΔG *。④结合

V G ∆及SL σ写出G ∆对球形晶体r 的表达式；

⑤推导临界晶核半径表达式r *T H T V m m s SL ∆⋅∆⋅⋅=σ2。（5×3=25分） ①纵坐标G ∆表示系统的自由能改变；

②1代表表面自由能变化，2代表体积自由能变化；③见课本54页图3-3；

④SL S V SL V S V G A G V V G σππσ23r 4r 34+∆=+∆=∆;

⑤()T H T V T T

H G G V V G V G G S SL V V

S SL SL S V SL S V ∆⋅∆⋅⋅=∆∆-=∆∆⋅-=⇒=+∆⇒=+∆=∂∆∂m m m m 22r ，代入得又2r 02r 0r 8r 4r

σσσσππ