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、熵变（及焓变）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△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，而且还表现出能量、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、紊流、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量不同，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。

在层界面上的质点相对另一层界面上的质点作相对运动时，会产生摩擦阻力。

当相距1cm的两个平行液层间产生1cm/s的相对速度时，在界面1cm2面积上产生的摩擦力，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γ=η/ρ。

表面张力:产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。

与表面能大小、单位一致，从不同角度描述同一现象。

表面能:表面自由能（简称表面能）为产生新的单位面积表面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Re 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：在一定雷诺数下，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其粘度增加。

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，或摩尔表面积越大，表面张力越大。

因为熔点越高说明金属原子之间的作用力越大，所以表面张力也越大。

（2）表面张力与温度的关系在高温及低温区，表面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，因此表面张力下降。

但也有反常情况，例如铜，随着铜熔体温度的升高，表面张力也随着增加（3）表面张力与化学成分的关系化学成分对表面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面张力降低，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面张力增加，这种元素对该种金属来说称为液体金属的表面非活性物质，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其在内部的浓度，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、轮廓清晰的能力。

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重复性好，应控制那些因素？答：应控制的因素包括：铸型条件、浇注条件恒定，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→铸件内部的温度均匀化能力高→温度梯度小，断面温度分布曲线平坦例：a铝合金＞a铁碳合金→铝合金断面温度分布曲线相对平坦a普碳钢＞a高合金钢→普碳钢断面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→向铸型传热时间长→铸型内表面被加热温度高→温度梯度小→温度场平坦凝固温度高→铸件表面与中心温差大→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→铸件凝固速度越大→温度梯度(1)铸型蓄热系数b2b2越大→对铸件冷却能力越强→温度梯度越大(2)铸型预热温度T型T型越高→对铸件冷却作用越小→温度梯度越小熔模铸造，T型＝600～900℃金属铸造，T型＝200～400℃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，相当于提高铸型温度，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面包围的突出部分，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。

等温面：瞬时温度场中温度相同的各点相连构成的面倾出边界：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，晶体虽已连成骨架，但是液体还能在其间移动。

另一个带中，晶体连接成牢固的骨架，骨架中的液体（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：合金结晶温度范围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面温度梯度很小时，铸件断面的凝固区域很宽，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面时，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：合金结晶温度范围较窄或断面温度梯度较大时，铸件断面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。

“折算厚度”法则:体积为V1和表面积为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：平方根定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其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定律导出。

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面。

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高的形核功，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△Ghe*与均质形核形核功△Gho*之间有如下关系：△Ghe*＝f(θ) △Gho*，其中，θ为新生固相与基底的夹角。

θ＜180°时，为异质形核；θ＝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θ、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：侧面长大，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。