材料成型原理(上)考试重点复习题2

（第一章）

班级：

姓名： 学号 成绩：

座位：第 排， 左起第 座

1、偶分布函数g(r)物理意义是距某一 参考 粒子r 处找到另一个粒子的 几率 ，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原点r=0）距离为r 位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo （= N/V ）的相对偏差。

2、描述液态结构的“综合模型”指出，液态金属中处于热运动的不同原子的 能量 有高有低，同一原子的能量也在随 时间 不停地变化，时高时低。这种现象称为 能量 起伏。

3、对于实际金属及合金的液态结构，还需考虑不同原子的分布情况。由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力 较强 的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异。这种局域成分的不均匀性随原子 热运动 在不时发生着变化，这一现象称为 浓度 起伏。

4、粘度随原子间距δ 增大 而降低，随温度T 上升 而下降，合金元素的加入若产生负的混合热H m ，则会使合金液的粘度 上升 ，通常，表面活性元素使液体粘度 降低 。

5、两相质点间结合力 越大 ，界面能越小，界面张力就越小。两相间的界面张力越大，则润湿角 越大 ，表示两相间润湿性 越差 。

6、液态金属的“充型能力”既取决于金属本身的流动性，也取决于 铸型 性质、 浇注条件、铸件结构等外界因素，是各种因素的综合反映。流动性与充型能力的关系可理解为前者是后者的内因。

7、作用于液体表面的切应力τ大小与垂直于该平面法线方向上的速度梯度的比例系数，以η表示，通常称为 动力 学 粘度 。要产生相同的速度梯度dV X /dy ，液体 内摩擦 阻力越大，则η越大，所需外加剪切应力也 越大 。粘度η的常用单位为 Pa ·s 或 mPa ·s 。

8、铸型的C 2、ρ2、λ2越大，即 蓄热 系数b 2（2222ρλC b =）越大，铸型的激冷能力就 越强 ，，又增大T ，所以f max 减小；同时固液阶段时间延长，所以钢铁材料中S 、O 高则热裂纹容易形成。

（第二章）

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1、 右图为半无限大平板铸件凝固过程的一维不稳定温度场示意图。写出下列参数的含义：

λ1 为：铸件的热导率

c 1 为：铸件的比热容

ρ1为： 铸件密度

T 10为： 铸件的起始温度，通常为浇注温度

2222ρc λ a 为：铸型的热扩散率 2、判断正误（划√或×） （1）随凝固时间的延长，铸件温度场的温度梯

度铸件变小。（ √ ） （2）其它条件相同，铸件温度场的温度梯度在湿砂型中小于干砂型中的温度梯度。（ × ）

（3）金属型的蓄热系数小于砂型的蓄热系数。（ × ）

（4）其它条件相同，不锈钢焊件的400℃的等温椭圆面积小于铝焊件的相应椭圆面积。（ × ）

（5）随铸件断面温度梯度的增大，相同合金铸件越趋向于体积凝固方式。（ × ）

（6）其它条件相同，焊件板材厚度越大，焊件温度场的等温椭圆面积越大。（ × ）

（7）铝合金铸件在共晶成分点呈逐层凝固方式；其它条件相同，成分离共晶成分点越远

铸件越趋向于体积凝固方式。（ √ ）

（8）其它条件相同，焊接速度越大，焊件等温椭圆长轴与短轴之比越大。（ √ ）

3、右图为某平板熔焊过程中焊件表面的温度分布状况。

在图中画出最大温度梯度方向，并指出当前热源位置与移

动方向。

最大温度梯度方向：A →B

当前热源位置：A

移动方向：A →B

4、右图为200mm 厚度的25#钢大平板铸件分别在金属型与砂型中的动态凝固曲线。根据图形分别说明：

（1）金属型及砂型中距铸件表面50mm 处的起始

凝固时刻及凝固结束时间

起始凝固时刻： 金属: 5min 砂型: 17min

结束时间： 金属：7min 砂型：42min

（2）在动态凝固曲线的右侧虚线框内画出20分

钟时砂型中铸件断面的相区分布（液、固、固+液）。

( L )(S+L)

( S )T 2T 1

C 0T S

T L K 0＜1

T C 0C ，%

T * 《材料成形原理》阶段测验

（第三章）

班级： 姓名： 学号 成绩：

（1）金属熔体从高温降温，只有温度冷却至平衡熔点T m 以下具有一定过冷度，才可能发生凝固。（√ ）

（2）过冷度达到ΔT *之后，原子团簇平均半径r °已达临界尺寸，开始大量形核。ΔT *理解为大量形核．．．．

过冷度。（ √） （3）非均质形核与均质形核相比，前者临界半径r*、形核功ΔG *及临界形核过冷度ΔT *均比后者小很多。（ × ）

（4）凝固界面微观结构类别（粗糙界面还是光滑界面），热力学上主要取决于物质的熔融熵大小。熔融熵越高，凝固界面结构越趋向于成为光滑界面。（ √ ）

（5）粗糙界面属性的物质按照连续生长方式，其生长速度与过冷度的平方成正比。（ × ）

（6）非均质形核过程，新生晶体与杂质基底之间的界面张力σSC 越大，润湿角θ越大，

形核功ΔG *越大，形核临界过冷度ΔT *越大，形核率越高。（ × ）

2、填空（每题3分）

（1）过冷度ΔT 增大，r *及ΔG *下降，形核率I 增大 。过冷度ΔT 较小时，均质形核的形核率几乎始终为 零 。当温度降到某一程度，达到临界过冷度（ΔT *），形核率迅速 增大 。研究表明，ΔT *≈ 0.2 T m 左右，由此可见，均质形核需要 很大 的过冷度。

（2）均质晶核形成的晶核为球体，系统自由能变化G ∆由两部分组成，其中，液-固 体积 自由能之差（由V G ∆引起）为相变 驱动力，而固-液界面能（由SL σ引起）则 阻碍 相变。

（3）形核功ΔG *的大小为临界晶核表面能的 1/3倍 , 它是均质形核所必须克服的 能量障碍 。

3、右图中，液态合金成分为C 0。假设在冷却过程中按

平衡方式凝固（液相及固相成分均按相图变化），在图上

分别标出T 1、T 2 及任意特定温度T *与液相线、固相线

的交点(6个)成分；写出T *温度时K 0定义式。（20分） 答：标注见教材P60；温度时。 4、写出Jackson 因子表达式；指出α大小与凝固界面结构类型的关系、过冷度与界面粗糙度关系（5×3=15分） 答：见教材P68- P70。

5、推导凝固相变驱动力表达式m m V T T H G ∆⋅∆-=∆（5分） 答：见教材P58-P59。