铸件形成理论习题集

1. 液态金属的结构和性质1、加热时原子距离的变化如图1—2所示，试问原子间的平衡距离R0与温度有何关系? R0、R1、R2…..的概念？答：温度的变化，只改变原子的间距，并不改变原子间的平衡位置，即R0不变。

而R0,R1,R2….是温度升高时，原子振动的中心位置。

因为温度升高，振幅加大但曲线（W-R）是不对称的，所以振幅中心发生变化。

2、图1-1纵坐标表示作用力，金属原子的运动可以看成是一种振动，其振动在图中如何表示的？物质受热后为什么会膨胀？答：振幅在图中的表示：如图1-2中数条的平行线。

加热时，能量增加，原子间距增加，金属内部空穴增加，即产生膨胀。

3、图1-1中的Q是熔化潜热吗？在熔化温度下，金属吸收热量而金属温度不变，熔化潜热的本质是什么？答：Q不是熔化潜热。

在熔化温度下金属吸收热量①体积膨胀做功②增加系统内能（电阻，粘性都发生突变）原子排列发生紊乱。

在熔点附近，原子间距为R1,能量很高，但是引力大，需要向平衡位置运动，当吸收足够能量----熔化潜热时，使原子间距>R1,引力减小，结合键破坏，进入熔化状态，熔化潜热使晶粒瓦解，液体原子具有更高的能量而金属的温度并不升高。

（使晶粒瓦解，并不是所有结合键全部破坏）4、通过哪些现象和实验说明金属熔化并不是原子间的结合力全部被破坏？答：（1）体积变化：固态—气态：体积无限膨胀。

固态到液态，体积仅增加3~5%，原子间距仅增加1~1.5%。

（2）熵值变化：△Sm/△S 仅为0.13~0.54%（3）熔化潜热：原子结合键只破坏了百分之几（4）X 线衍射分析：液态金属原子分布曲线波动于平衡密度曲线上下第一峰位置和固态衍射线极为相近，其配位数也相近，第二峰值亦近似。

距离再大，则与固态衍射线远了，液态金属中原子的排列在几个原子间距的范围内，与其固态的排列方式基本一致。

5、纯金属和实际金属在结构上有何异同？试分析铸铁的液态结构。

答：纯金属的液态结构：接近熔点的液态金属是由和原子晶体显微晶体和“空穴”组成。

实际金属的液态结构：存在着两种起伏：能量起伏，浓度起伏。

微观上是由结构和成分不同的游动原子集团，空穴和许多固态，气态，液态化合物组成，是一种浑浊液体，而从化学键上看除了金属基体与其合金元素组成的金属键外，还存在着其他化学健。

铸铁的液态结构：Fe 为基体金属，含C,Si ，少量Mn ，S,P 液体以Fe 为主可能含有SiO 2,MnS,FeS 等杂质，还可能有H 2,N 2,O 2等气体，而大部分C,Si,Mn,S,P 基体均匀分布在液体中。

6、试分析能量起伏和浓度起伏在在生核中的作用。

答：生核时必须有一定大小的晶胚，这需能量起伏，使原子集团达到一定大小才能成核。

而浓度起伏对二相以上液态金属成核很重要，一定的浓度起伏才可能瞬时达到某一相的要求。

7、斯托克斯公式在什么条件下方可应用？在充型过程中杂质在金属液的上浮或者下沉速度能否用此公式描述？答：斯托克斯公式（stoks ）：()ηυg e 292杂液-=e r条件：杂质上升过程保持或近似球形且上升很慢，且杂质很小（r<0.1mm ）,满足12Re ≤=υυr 。

充型过程：杂质物半径很小，可使用stoks 公式。

8、同一种元素在不同液态金属中的表面吸附作用以及同一种元素在同一种液态金属中的表面吸附作用是否相同？为什么？答：同一种元素在不同液态金属中表示吸附作用不同。

因为：①不同液态金属的σ不同。

②同种液态金属σ与σ界不同。

9、液态金属的表面张力和界面张力有何异同？表面张力和附加压力有何区别和联系？答：液态金属的表示张力指 σ液-气：表示单位长度上作用着力。

液态金属的界面张力指 σ液-固，σ液-液：不同相界面上单位长度作用着力。

.附加压力是表示由力引起的.10、试推导()2111R R p +=σ 答：R1,R2的意义：任一曲度的曲率半径：表示（任一曲度）上通过某点做垂直于此表面的直线，在通过此线做一平面，此平面与表面的截线为曲面，曲率半径即为与此曲线相垂直的圆心的曲率半径即为R1垂直于第一个平面在做一个平面此第二平面亦通过垂直直线并与表面相交由此可得第二个截线和第二个曲率半径，即为R2图中为任一截面的小截面，具有两个曲率半径R1和R2,我们可以将截面取的足够小，以使R1和R2基本是定值。

若表面向外移动而形成比额外表面所需之功为：△F=σ（xdy+ydx ）在表面二边将有压力差P ，作用在xy 面上病经过dz 的距离相应的功为△W=P.xydz自相似三角形的比较可得：()()()()()()()211112222111/.././//.//R R p pxydzydxR R ydz x pxydz ydx ydz x wF R dz y dy R y dz R dy y R dz x dx R x dz R dx x +==+=+∴∆=∆=→=++=→=++σσσ润湿时不润湿时11、在球铁液中，石墨球的半径，33/002.0,105cm kg r =⨯=-ρ铁水包高为0.5m ，求石墨球从包底上升到包顶的时间。

答：V=()()()s V H s m 891056.55.0/1056.50049.081.920007000101059233223=⨯==⨯=⨯-⨯⨯----τ 12、设钢液与砂型绝对不湿润，钢的密度为70003/cm g 表面张力为1.5N/m ，求其填充5mm 的薄板时所需的附加压头，计算说明什么？答： m g p h m p 174.08.97000102.1/N 102.1105.215.12R cos 2r 23233=⨯⨯==⨯=⨯⨯⨯===-ρθσσ附 说明浇铸5mm 钢板需要的压头不高，可以满足。

13、1593℃的钢液()%75.0=c w 加铝脱氧生成32O Al ，如能使此32O Al 颗粒上浮到钢液表面得到质量较好的钢。

加入脱氧产物在1524mm 处生成，试确定钢液脱氧后2min 上浮到钢液表面的32O Al 最小颗粒的尺寸。

答：()()()()cm m r r r r r s m v g r v 0975.0100975.0,10515.9103347.19.481.93920049.081.940007000920127.0/0127.0602524.1,923922622212=⨯=⨯=⨯=⨯⨯=⨯-==⨯=-=--ηρρ14、从物质结构的变化说明金属的熔化与汽化有何不同？通过哪些实验证实？答：汽化：原子间结合键全部破坏；熔化：与固态相似→体积变化，熔化与汽化潜热。

2. 液态金属的充型能力1、试述液态金属的充型能力和流动性之间在概念上的区别，并举例说明。

答：①液态金属的充型能力：充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件能力。

影响因素：金属液体的流动能力，铸型性质，浇铸条件，铸件结构。

②流动性：液态金属本身的流动能力，与金属本身有关：成分，温度，杂质物理性质。

其流动性一定，但充型能力不高，可以改变某些因素来改变，流动性是特定条件下的充型能力。

2、用螺旋形试样测定合金的流动性时，为了使得数据稳定和重复性好，应该控制哪些因素？答：①铸型性质②浇铸条件3、试分析中等结晶温度范围的合金停止流动机理。

答：过热能量散失尽以前，金属液也可以纯金属液态流动。

温度下降到液相线以下，首先生成了一批小晶粒，在型壁上长成细而长的柱状晶，空隙的液体继续流，流动过程继续生长柱状晶，在液体温度不段下降时，出现等轴晶，阻塞通道。

介于两者之间，出现枝状晶时，温度不产生大量晶粒，但是生长到一定程度，等轴晶大量析出。

4、碳钢()4.0~25.0=c w 流动性螺旋试样流束前端常出现豌豆形突出物，经化学分析，突出物的S ，P 较高，试解释生成原因。

答：豌豆型突出物可能是FeS ，Fe 3P 2其熔点比钢熔点低，故在结晶终了析出，一般在晶界上，则形成豌豆状。

5、AL-Mg 合金机翼，壁厚为3mm ，长为1500mm ，其铸造工艺为采用粘土砂型，常压下浇铸，常浇铸不足而报废，你认为应该采取哪些工艺措施来提高铸件的成品率？答：①提高铸型的透气性②提高浇铸温度③足够的压头④变质处理⑤浇铸系统合理⑥涂烟黑涂料，减小b。

26、欲铸造壁厚为3mm，外形尺寸为305580⨯⨯mm的箱体，（材质为ZL106）355你认为如何浇铸更合理？答：应使305mm的方向为垂直方向，更利于充型7、采用石膏铸型可产生壁厚达0.8mm的铝合金铸件（石膏为绝热材料）但是常出现浇铸不足分析产生该缺陷的原因，如何消除？答：可能的原因：铸型温度低，排气不好，浇铸温度低等措施：预热铸型，加强排气，提高浇铸温度8、采用高温出炉，低温浇铸的工艺措施，为什么可提高合金的流动性？答：高温出炉：使一些难熔的质点熔化，未熔的质点和气体在浇包中镇静有机会上浮而使金属净化，提高流动性。

低温浇铸，一般来讲，浇铸温度越高，充型能力越强但是温度过高，会使金属吸气更多，氧化严重，充型能力幅度减小，所以最好是，高温出炉，低温浇铸。

9、试分析亚共晶铝硅合金和过共晶铝硅合金的流动性。

答：亚共晶铝硅合金：随着硅的百分含量增加，结晶范围增大流动性降低当Si%=1.65%时，出现共晶组织，结晶温度范围减小，故流动性有上升，一直到共晶成分均匀。

过共晶铝硅合金：当Si%=11.7%，达到共晶成分，一般来讲，它在此点的流动性最好。

而后流动性逐渐下降但对Al-Si合金出现了反常，因为过共晶合金初生（β）相为比较规整的块状晶体不形成“坚强”的网络，使合金仍流动，这样，结晶潜热可以起作用，所以超过共晶点后，流动性继续增高。

10、用同一种合金浇铸同一批铸件，其中有一两件出现浇不足缺陷，可能是什么原因？答：（1）可能是铸型不同：如砂型，不能保证让每个型都一样。

（2）浇铸工艺，浇铸温度。

11、四类因素中，在一般条件下，哪些是可以控制的？哪些是不可控的？提高浇铸温度会带来什么副作用？答：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。

12、合金液在半径为r 的型腔中流动，试证明经L 长的温度△T 为()()v c r T T 110/L 2ρα型-，式中v 是流速，0T -----x=0处的温度。

证明：()()()()αραραρπαρταρταρταρττρατ2.21,t 0c l d ..d t 1100110011200011011110n 1111v c r t t t t v c r L t t t t l p v c r L t t t t t t l p v c F v t t t t l p c F t t e p c F c t t t p c F t t d C d c dv dt n n n n t t s =---=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---=-=∴==+--=--=-=-型型型型型型型型型型时，当 ()v c r t t L t t 1100/2t ρα型-=-=∆3. 液态金属的传热与凝固方式1. 试分析铸件在金属型，砂型，保温型中凝固时的传热过程，并讨论在上述几种情况影响传热的限制性环节及温度场的特点。