液态成形与连接理论基础-张鸿老师作业答案

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。

3、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、流动性与充型能力的联系和区别。影响流动性的因素。

答: 区别：①二者概念不同。铸造工艺学中的流动性指在规定的铸型条件和浇注条件下，试样的长度或薄厚尺寸；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：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。

影响流动性的因素：金属的成分、温度、杂质含量、物理性质。

5、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。

6、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，应控制哪些因素？答：应控制的因素包括：合金成分、温度恒定，铸型温度保持不变，浇注温度、速度、充型压头保持恒定。

三讲

1、试述均质形核与异质形核之间的联系和区别。

答：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。

四讲

2、A-B二元合金原始成分为C0=C B＝2.5%，k0＝0.2，m L＝5，自左向右单向凝固，固相无扩散而液相仅有有限扩散（D L=3×10-5cm2/s），达到稳定态凝固时，求：

（1）固液界面的C S *和C L *；

（2）固液界面保持平整界面的条件。

解：（1）C S *＝C 0＝2.5%，C L * ＝C 0／k 0＝2.5%/0.2=12.5%

(2) 固液界面保持平整界面的条件是成分过冷度△T C 为0，成分过冷区宽度x 0为0，即满足条件：

△T C ＝0，x 0＝0

则：

0)1(22200200=-+=R

k mC D G k R D x L L L 可得：

G L /R ＝ 5×2.5%×(1-0.2)/(3×10-5×0.2)

G L /R ＝ 1.67×104

4、说明成分过冷与热过冷的联系与区别。

答：热过冷是仅由熔体实际温度分布所决定的过冷状态，成分过冷则是由溶质再分配导致界面前方熔体成分及其凝固温度发生变化而引起的过冷。二者之间的根本区别是前者仅受传热过程控制，后者则同时受传热过程和传质过程制约。如令成分过冷判别式中的C 0=0，则成分过冷判据就变为热过冷判据。因此，在晶体生长中，界面前方的热过冷只不过是成分过冷在C 0=0时的一个特例而已，二者本质上是一样的。