材料成型理论基础练习1到11章

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第1章 液态金属的结构与性质

1.液体原子的分布特征为 远程 无序、 近程 有序,即液态金属原子团的结构更类似于 。

2.实际液态金属内部存在 起伏、 起伏和 起伏 。

3.物质表面张力的大小与其内部质点间结合力大小成 比,界面张力的大小与界面两侧质点间结合力大小成 比。衡量界面张力大小的标志是润湿角θ的大小,润湿角θ越小,说明界面能越 。

4.界面张力的大小可以用润湿角来衡量,两种物质原子间的结合力 ,就润湿,润湿角 ;而两种物质原子间的结合力 ,就不润湿,润湿角 。

5.影响液态金属表面张力的主要因素是 , ,和 。

6.钢液中的MnO ,当钢液的温度为1550℃时,3/0049.0m s N ⋅=η,3/81.97000m N g ⨯=液ρ,3/81.95400m N g ⨯=杂ρ,对于r=0.0001m 的球形杂质,其上浮速度是多少?参考答案:0.0071m/s

7.影响液态金属充型能力的因素可归纳为 合金本身性质 、 铸型性质 、 浇注方面 、 铸件结构方面 四个方面的因素。

8.影响液态金属黏度的因素有 合金成分 、 温度 、 非金属夹杂物 。

9.合金流动性:合金本身的流动能力;充型能力:液态金属充满铸型型腔,获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。

10.液态合金的流动性和充型能力有何异同?如何提高液态金属的充型能力?

答:液态金属的流动性和充型能力都是影响成形产品质量的因素;不同点:流动性是确定条件下的充型能力,它是液态金属本身的流动能力,由液态合金的成分、温度、杂质含量决定,与外界因素无关。而充型能力首先取决于流动性,同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。

提高液态金属的充型能力的措施:

(1)金属性质方面:①改善合金成分;②结晶潜热L 要大;③比热、密度大,导热率小;④粘度、表面张力小。

(2)铸型性质方面:①蓄热系数小;②适当提高铸型温度;③提高透气性。

(3)浇注条件方面:①提高浇注温度;②提高浇注压力。

(4)铸件结构方面:①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度;②降低结构复杂程度。

11.设凝固后期枝晶间液体相互隔绝,液膜两侧晶粒的拉应力为1.5×103Mpa ,液膜厚度为1.1×10-6mm ,根据液膜理论计算产生热裂的液态金属临界表面张力σ= 0.825 N/m 。

12.表面张力:表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。

13.粘度表达式:dy dv x =η,雷诺数:η

υρνυD D R e ==

第2章 凝固温度场

1.铸件的凝固方式可以分为 、 和 三种不同形式,影响合金凝固方式的两个主要因素是: 和 。

2.合金的凝固温度区间越大,液态合金充型过程中流动性越 差 ,铸件越容易呈 体积(或糊状) 凝固方式。

3.研究铸件温度场的方法有数学解析法 、 数值模拟法和 实测法 等。

4. “平方根定律”公式为22K ξτ=

,写出公式中三个符号所代表的含义 τ:凝固时间 、 ζ:

凝固层厚度 、 K:凝固系数 5.比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。

解:一般在体积相同的情况下上述物体的表面积大小依次为:A 球

根据

K R =τ 与 11A V R =,所以凝固时间依次为: t 球>t 块>t 板>t 杆。 6.右图为一灰铸铁底座铸件的断面形状,其厚度为30mm ,利用“模数法”分析砂型铸造时底座的最后凝固部位,并估计凝固终了时间.

解:将底座分割成A 、B 、C 、D

查表2-3得:K=0.72(m in cm /)

对A 有:RA= VA /AA=1.23cm

τA=RA²/KA²=2.9min

对B 有: RB= VB /AB=1.33cm

τB=RB²/KB²=3.4min

对C 有:RC= VC /AC=1.2cm

τC=RC²/KC²=2.57min

对D 有:RD= VD /AD=1.26cm

τD=RD²/KD²=3.06min

7.写出平方根定律和折算厚度法则的公式,并解释两个公式的差别。

答:1)平方根定律:22

K ξτ=即τξK =;折算厚度法则:τK R =

2)ξ代表铸件凝固层厚度,适应薄板类铸件;S

V R =为折算厚度,可适用各种形状的铸件。 8. 影响铸件凝固方式的因素是什么?凝固方式与铸造性能和铸件质量之间有什么关系? 答:1)影响铸件凝固方式的因素:结晶温度范围和温度梯度;

2)a 逐层凝固:集中缩孔大,易补缩,铸件较致密;热裂倾向小;流动性好。所以,铸件质量好。 b 体积凝固:不易补缩,易形成缩孔;流动性差;热裂倾向大;铸件不致密,性能较差。 c 中间凝固:介于以上两者之间

第3章 金属凝固热力学与动力学

1.金属结晶形核时,系统自由能变化△G 由两部分组成,其中相变驱动力为 ,相变阻力为 。

2.非均质形核过程,晶体与杂质基底的润湿角 θ越小,非均质形核功*

he G ∆越 ,形核率越 ;非均质形核临界半径*he r 与均质形核的关系为

*ho r 。 3.为什么金属必须要有一过冷度才能发生液-固相变?

4.什么是溶质平衡分配系数?设状态图中液相线和固相线为直线,证明其k 0为常数。

特定温度*T 下固相合金成分浓度*s C 与液相合金成分浓度*L

C 达到平衡时的比值**0L S C C k =

如上图:

液相线:T *-Tm =L m (C l *-0) ① 固相线:T *-Tm =S m (C s *

-0) ② ②÷①得:Tm T Tm T --**=**L L S S C m C m =1

即 **L

S C C =S L m m =k 0

5.名词解释

1)非均质形核与均质形核 答:非均质形核:液态金属中新相以外来质点为基底进行形核的方式。

均质形核 :形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程,所以也称“自发形核”。

2)粗糙界面与光滑界面

答:粗糙界面:a≤2,固液界面上有一半点阵位置被原子占据,另一半位置则空着,微观上是粗糙的;光滑界面:a >2,界面上的位置几乎被原子占据,微观上是光滑的。

3)粗糙界面与光滑界面及其判据

答:固-液界面固相一侧的点阵位置有一半左右被固相原子所占据,形成凸凹不平的界面结构,称为粗糙界面;固-液界面固相一侧的点阵位置几乎全被固相原子所占据,只留下少数空位或台阶,称为光滑界面。 根据jachson 因子(⎪⎭

⎫ ⎝⎛∆=νηαm m

kT H )大小可以判断: α ≤2的物质,凝固时固-液界面为粗糙面,

α >5的物质,凝固时界面为光滑面,

6.液态金属(合金)凝固的驱动力由 提供,而凝固时的形核方式有 、 两种。

7.对于溶质平衡分配系数K 0>1时,K 0越大,最终凝固组织的成分偏析越 。常将∣1- K 0∣称为 。

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