材工2_左孝青

F A d dx
F：内摩擦力/粘度系数（粘度），A：接触面积，du/dx：速度梯度 影响因素： （1）温度： 粘度随温度升高而降低。 （单个原子热运动加剧，难以维持原子团形式产生大的内摩擦） （2）化学成分：共晶成分的液态合金的粘度最低。 （3）固态颗粒含量： a) 粘度随颗粒体积百分含量的增加而提高； b) 随第二相粒度的减小、分散度的提高，金属熔体粘度提高。 造成氧化烧损和夹渣根源 造成金属损失和环境污染
5、合金成分的保证，除了正确的配料外，还需要其他哪些措施？
熔炉准备：烘炉、清炉、换炉和洗炉； 成分调整：补料、冲淡； 熔体质量检验：含气量测定、非金属夹杂物检测。
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第二部分 铸锭
第一节 单相合金的凝固
1、什么叫溶质再分布？ 溶质再分布：合金在非平衡凝固时，铸件成分偏离原始成分、随凝固过程和条件不同，先后凝固部 分的成分不均匀、不一致的现象。 2、为什么在非平衡凝固条件下，单相合金凝固铸件中可能会出现共晶体？ 在凝固后期，液相成分远高于 C0，甚至可达到共晶体分成(偏析)，使单相合金铸锭中出现共晶 组织。 3、什么叫成分过冷？ 成分过冷：界面前沿液体的实际温度 T 实低于平衡温度 TL，则这部分液体处于过冷状态的现象。 4、成分过冷是怎样影响铸件组织的形态的？ 随着成分过冷由弱到强，单相合金的固-液界面生长方式依次成为平面状、胞状、胞状-树枝状， 得到的晶体相应为平面状晶、胞状晶、胞状（柱状）枝晶以及自由枝晶。【具体见材科】
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第一部分 熔炼
第一节 液态金属的性质
1、简述液态金属的结构。 液态金属为短程有序、长程无序结构： （1）原子团内原子间仍然保持较强的结合力和原子排列的规律性，既短程有序； （2）原子团间的距离增大（产生空穴），结合力减小，原子团具有流动性质； （3）存在能量起伏和结构起伏； （4）随温度的提高，原子团尺寸减小、流动速度提高。 2、液态金属的有哪些重要的性质。 物理性质：密度、粘度、电导率、热导率、扩散系数等； 物理化学性质：等压热容、等容热容、熔\气化潜热、表面张力等； 热力学性质：蒸汽压、热膨胀、凝固收缩（体积变化）等。 3、影响金属熔体粘度的因素有哪些？ 粘度：液体中流速不同的两个相邻液层间产生摩擦阻力，阻碍液体的流动，该内摩擦力是液体的基 本物理特性之一，称为粘度。
3、产生缩孔和缩松的原因是什么？ 缩孔：在铸锭中部、头部、晶界及枝晶间等地方，常常有一些宏 观和显微的收缩孔洞； 集中缩孔：体积大而集中的缩孔； 缩松：细小而分散的缩孔； 显微缩松：出现在晶界或枝晶间的缩松。 产生缩孔和缩松最直接原因，是金属液凝固时发生的凝固体收缩，还与熔体含气量及夹杂有关。 4、铸锭过程中的热应力是怎样产生的？ 热应力是铸锭凝固过程中温度场（变化）引起的： 凝固开始时，铸锭外部冷得快，温度低，收缩量大；内部温度高，冷得慢，收缩量小。由于收 缩量和收缩速率不同，铸锭内外层之间，便会互相阻碍收缩而产生应力。温度高收缩量小的内层会 阻碍温度低收缩量大的外层收缩， 使收缩量大的外层受拉应力 （+） ， 收缩量小的内层则受压应力 （-） 。 5、为什么说铸锭中气孔的形成只可能是非均匀形核？ 分类：表面气孔、皮下气孔、内部气孔。 气孔的形成与晶体形成一样经历形核、长大，但气孔还与气体压力有关，只有 P＞∑P 外才能形 成。 若气孔是均匀形核形成，当 r 很小时，所需的 P 很大，大到不可能实现的程度。实际上模壁、 晶体、夹杂物、浇注时卷入的气泡等均为析出气泡提供了气泡核心，降低了形核的气压要求，所以 铸锭中气孔只可能是非均匀形核。
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成分过冷的作用：（1）溶质偏析造成过冷度不一致使界面不稳定； （2）晶粒或枝晶根部形成缩颈； （3）液态内的过冷度大，有利于晶粒的存在和生长； （4）界面上过冷度小，阻碍晶体长大； （5）降低界面能。 变质剂的作用：（1）促进晶体游离和晶核增殖； （2）降低界面能，促进生核； （3）阻碍晶体生长。
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内生夹渣：在金属加热及熔炼过程中，金属与炉气和其他物质相互作用生成的化合物。 方法：a）静置澄清法（比重差作用）；b）浮选法（吸附作用）；c）熔剂法（溶解作用）；d）过 滤法 11、冰晶石在铝合金除渣精炼中的作用有哪些？ 作用：（1）增加氯化钠和氯化钾的混合物吸附剂的吸附能力； （2）溶解难还原、难溶解的 Al2O3。
第四节 成分控制
1、金属材料为什么要做成合金使用？
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金属材料的组织和性能，主要依靠化学成分来保证，而合金的工艺性能、使用性能都较好。 2、什么是中间合金，采用中间合金的理由是什么 ？ 中间合金：将某些单质做成合金，加入到合金中解决熔炼问题，同时对原材料影响不大的特种合金。 采用理由：便于加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化、挥发的合金元素； 便于更准确地控制成分； 避免熔体过热、缩短熔炼时间和降低熔损。 3、什么是新旧比？ 新旧比：加入炉料中新料与旧数的比值。 4、熔制合金时，配料计算是如何进行的？ 首先，计算包括熔损在内的各成分需要量； 其次，计算由废料带入的各成分量； 再次，计算所需中间合金和新金属料量； 最后，核算。【具体计算见《配比计算题》】
第二节 铸锭晶粒组织及其细化
1、细晶强化的原理是什么？ 晶粒越细，在单位体积内的晶粒数目、晶界越多， 则在相同塑性变形量下，变形分散在更多的 晶粒内部，变形均匀，使得每个晶粒中位错塞积少，应力集中引起的开裂机会少，同时，晶界对位 错的阻力作用也变大，金属的塑性和强度都增加。 2、细化铸锭组织的方法有哪些？ （1）增大冷却强度：小型铸锭——水冷模； 大型铸锭——降低浇温。 （2）加强金属液流动：提高冲刷作用，增加游离晶粒数目，促进形核。 a) 改变浇注方式：底注（差）、顶注、沿壁； b) 锭模周期性振动：相对运动，使晶体游离，提高形核率；加强补缩，提高致密度； c) 超声波 d) 搅拌：细化晶粒的最简单的方法； （3）变质处理：向金属液添加少量物质，促进金属液生核或改变生长过程，使铸态组织细化的方法。 3、试分析溶质再分布、成分过冷对铸锭组织的影响。
第三节 铸锭常见缺陷分析
1、主要的凝固缺陷有哪些？ 偏析、缩孔、裂纹、气孔及非金属夹杂物 2、带状偏析是怎样产生的？ 带状偏析属于宏观偏析，出现在定向凝固的铸锭中，特征是 偏析带∥固-液界面，沿凝固向周期出现。 机理：在界面上偏析较小的地方，晶体将优先生长并突破偏 析层，长出分枝，富溶质的液体被封闭在枝晶间，当枝晶断续生 长并与相邻村枝晶连接一起时，形成宏观的带状偏析界面。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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①当α＞1 时，氧化膜是致密、连续、有保护性，内扩散速度慢，因而内扩散成为限制性环节； ②当α＜1 时，氧化膜是疏松、多孔、无保护性的。限制性环节将由内扩散变为结晶化学反应； ③当α≥1 时，氧化物十分致密，但内应力很大，氧化膜增长到一定厚度后即行破裂，周期性 出现，故该氧化膜是非保护性的（Fe 的氧化膜）。 4、什么是金属氧化膜的致密度？有何作用？ 定义：见上一题致密度的定义。 作用：①判断金属氧化的限制性环节，进而确定氧化的动力学方程（薄膜厚度 x 与时间 t 的关系）； ②影响氧化烧损：金属与氧亲和力很大时，α＞1，氧化烧损较大，α＜1，氧化烧损较小。 5、氧化精练的工艺过程是什么？ 工艺过程：（1）将杂质元素及部分基体金属氧化； （2）去除杂质元素氧化物； （3）将氧化的基体金属氧化物还原。 6、氧化精炼的实质及热力学条件是什么？ 实质：利用氧将金属中的杂质氧化成渣或生成气体而排除的过程。 热力学条件：杂质元素对氧的亲和力大于基体金属对氧的亲和力。 7、氧化精炼过程中，氧是如何传递的？ 金属熔体为[MeO]所饱和，且常有少量 MeO 呈独立相析出、聚集在熔池表面，与加入的熔剂一 起形成炉渣溶体。MeO 既可溶于炉渣，也能溶于金属，它起着传氧媒介的作用。当炉渣中（MeO） 高时，可按分配定律由炉渣传入金属液中。 8、写出并解释挥发速率公式。
uv
b o ( p Me p Me） P
Uv：挥发速率；P：体系的外压；b：与金属性质有关的常数；P0Me：金属的蒸气压；PMe：实际分压。 9、金属挥发的影响因素有那些？ 由挥发速率公式可知，外压 P 越小（真空度↑），P0Me 提高（温度↑），PMe 减小，可以提高挥发速 度。 影响因素： （1）熔体温度：温度越高，蒸气压越大，挥发速率越快，挥发损失就越大； （2）金属及合金元素：蒸气压大，蒸发热小，沸点低的金属易发损失； 金属熔体中凡增大活度系数的合金元素，都会增大挥发损失。 （3）炉膛压力：炉膛压力越小，挥发损失越大。 （4）其他因素：时间、比表面积和氧化膜的性质。 金属处于高温液态的时间越长，比表面积越大，搅拌及扒渣次数越多，熔体表面无 致密氧化膜或熔剂及炉渣覆盖，则挥发损失越大。 10、简述夹渣的来源及去除方法； 来源：外来夹渣、内生夹渣。 外来夹渣：由原材料带入的或在熔炼过程中进入熔体的耐火材料、熔剂、锈蚀产物、炉气中 的灰尘以及工具上的污物等。
第三节 吸气和脱气精炼
1、金属熔体中气体的存在形态有哪些？ 形态：固溶体、化合物、气孔 2、影响金属熔体中气体溶解度的因素有哪些？重点说明挥发及溶解热对气体溶解度的影响。 ①溶解度：金属吸收气体的饱和浓度，常用每 100 克金属中在标态下的气体体积 cm3/100g 来表示。 ②影响因素：金属和气体的性质、合金元素、温度（放热：正比，放热：反比）、压力（平方根定 律） 3、合金熔炼使的脱气精炼一般指的是脱除什么气体，为什么？ ①脱出氢气。 ②原因：氢的原子半径最小，几乎能溶解于所有金属及合金中。同时，金属在相变温度时，氢的溶 解度突变，变化较大。因此，在金属凝固时，过饱和的氢析出，此时最易在铸锭中形成气 孔。 此外，氧的原半径也小，它是一种极活泼的元素，能形成稳定的金属氧化物和中间相 的固溶体。空气中氮含量最高，但溶解度差，不溶解或微溶。 4、简述分压差脱气精练的原理和方法。 原理：氢分压差（热力学）、脱气时间（动力学） 方法：气体脱气法、熔剂脱气法，沸腾脱气法、真空脱气法 （1）气体脱气法：a）惰性气体精炼：无毒无害，不腐蚀，操作方便安全，但脱气效果不理想。 b）活性气体精炼：脱气效果好，但有毒有害，易腐蚀易污染，需排气设备。 C）混合气体精炼：充分发挥上述两者的长处，并且减免害处，应用最广泛。 注：惰性气体指不溶于熔体，也不与熔体发生反应的气体。 铝合金常用惰性气体：氮气；常用活性气体：氯气；常用混合气体：氮-氯。 （2）熔剂脱气法：将熔剂用钟罩压入熔池，依靠热分解或化学反应产生气泡，达到脱氢目的。 （3）真空脱气法：脱气速度和程度高。