材料成型完整

（2）合理运用铸型对液态合金的强烈激冷作用
（3）孕育处理---孕育处理是向液态合金中添加少量物质，以达到细化晶粒、改善组织的一种常用方法。
（4）动态晶粒细化---在合金凝固初期，直接对合金液施以振动、搅拌或旋转，都可以在液相中产生大量的游离晶体，细化等轴晶。
（5）快速冷却
3 凝固成形的基本问题和发展概况有那些？P7
基本问题：
液态金属的获得（金属熔炼）；
凝固组织的形成与控制；
铸造缺陷的防止与控制；
铸件尺寸精度与表面粗糙度的控制。
发展概况：
（1）凝固理论的发展；
（2）凝固技术的发展；
（3）计算机的应用及发展。
4 用于判断自发过程能否进行的判据有哪二个，其使用条件是什么？P25
17、焊缝凝固有何特点？P59
答：（1）外延生长
熔池中液态金属开始凝固时熔池边界未熔的母材晶粒可以作为自发形核的现成基底，从而可以在很小的过冷度下，依附于母材晶粒逆着热流方向生长，形成方向性很强的柱状晶。
（2）弯曲柱状晶
（3）凝固界面生长形式多样性
焊接熔池中的温度梯度与凝固速度比值G/R，在不同的凝固阶段是不同的，其凝固生长界面亦可以从平界面生长过渡到树枝晶生长的形式。
复习思考题
1 材料加工方法的类型、材料加工的基本要素和流程。P1
材料加工的类型：
可分为：
（1）冷加工：车，铣，刨，钻，磨。
（2）热加工：a)铸：凝固（液态）成形；
b)锻：塑性成形；
c)焊：连接成形；
d)热处理，表面成形，粉末冶金加工。
13、何谓逐层凝固及糊状凝固，实际铸造生产中，是否有完全的逐层凝固和糊状凝固？逐层凝固受哪些因素影响？P47
答：砂型铸造时，固-液相线的间距很宽，在很长一段凝固时间内，固液共存的两相凝固区几乎贯穿于整个铸造件断面，这种凝固方式被称为糊状凝固；而金属型铸造时，固-液相线间距很窄，凝固的自始至终，仅有很薄的一层的两相共存凝固区，凝固壳由表面向中心逐渐加厚，这种凝固方式就是逐层凝固。
答：铸件凝固方式有逐层凝固，糊状凝固、中间凝固。
逐层凝固时凝固液相补缩容易，但容易造成铸造开裂，出现裂纹；
糊状凝固时液相流动性下降，不利于补缩，易出现浇不足。
16、生产中如何控制铸件的宏观组织（至少举出5种方法）？P57
答：（1）适当降低浇注温度--- 一方面可以防止柱状晶生长和晶粒粗化；另一方面又可以使游离晶粒在过热较小的液相中保留下来。
18、什么是焊接热循环？什么是焊接接头？为什么说熔合区和过热区是接头中最差的区域？
答：在焊接热源的作用下，焊件上某一点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。焊接接头，指两个或两个以上零件要用焊接组合的接点。或指两个或两个以上零件用焊接方法连接的接头，包括焊缝、熔合区和热影响区。
熔合区化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织，其性能常常是焊接接头中最差的；过热区是最高加热温度1100℃以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织，过热区的塑性和韧性明显下降，是热影响区中机械性能最差的部位。所以说熔合区和过热区是焊接接头中最差的区域。
5 凝固的本质驱动力是什么？P25
固-液相的自由能差△G。
6 自发形核对液相中的能量起伏有何要求？P29
自发形核的临界形核功ΔG*自等于临界晶核界面能的1/3 ，此即晶核体积自由能减小只能抵消表面能的2/3，剩下的1/3必须通过液相中的能量起伏提供。当过冷度达到熔点20％左右时，才能实现自发形核。
非自发形核比自发形核需要小得多的过冷度，自发形核时，需要ΔT*自≈0.2Tm。
8 对形核剂有何要求？P31
（1）失配度小；
（2）粗糙度大；
（3）分散性好；
（4）高温稳定性好。
9 何谓连续长大和侧面长大，连续长大产生于何种材料？侧面长大产生于何种材料？P35
“连续长大” 的含义是只要原子沉积供应不成问题，长大过程可以连续不断地进行 。其生长方向为界面的法线方向，即垂直于界面生长。
自由能最低原理：ΔAT,V≤0
等温等容条件下，体系的自由能永不增大；自发过程的方向力图减小体系的自由能，平衡的标志是体系的自由能为极小。
自由焓判据：ΔGT,P≤0
等温等压条件下，一个只做体积功的体系，自由能永不增大（或）；自发过程的方向是使体系的自由能降低，当自由能降到极小值时，体系达到平衡。
7 非自发形核的临界形核功为何与自发形核的临界形核功不同，二者在形核时对过冷度的要求一样吗？P29
非自发形核时在液体中存在固相基底，依附现有基底，可以大大降低临界形核功。非自发形核的临界晶核半径r*与自发形核的临界晶核半径相等，但非自发形核的临界晶核原子数n*非要少，因为一般来说0o＜θ＜180o，0＜f﹙θ﹚＜1。非自发形核的临界形核功ΔG*非比自发形核的临界形核功ΔG*自亦多了一个系数f﹙θ﹚，故ΔG*非一般也小于ΔG*自。
（3）表面成形加工 用来改变零件的表面状态和性能，如表面形变及淬火强化、化学热处理、表面涂层和气相沉积镀膜等。
（4）热处理加工 用来改变材料或零件的性能，如退火、正火、淬火和回火。
材料加工基本要素：材料，能量，信息。
材料加工流程：
一、材料流程：
材料流程系统可以分为三种重要类型：
直通流程 对应于质量不变过程，其特点是加工材料在初始时的质量等于或近似等于加工材料在过程结束时的最终质量。也就是说，材料在一定的受控条件下仅改变了几何形状或（和）性能。例如各种凝固成形、塑性成形、粉末压制、塑料成形和热处理等均属于这类过程特征。直通流程的材料状态可为固态、液态或颗粒态。
答：常见的偏析形式包含两大类：微观偏析和宏观偏析。微观偏析对铸件机械性能的影响是明显的，由于成分上的不均匀造成组织上的差别，导致冲击韧性和塑形下降，增加铸件的热裂倾向性，有时还使铸件难以加工。
宏观偏析包括正常偏析、逆偏析和密度偏析。宏观偏析使铸件各部分的机械性能和物理性能产生很大差异，影响铸件的使用寿命和工作效果。
也可分为：
（1）成形加工 用来改变材料的形状尺寸，或兼有改变材料的性能。如凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制成形和塑料成型等。
（2）切除加工 用来改变材料的形状尺寸，主要有车、铣、刨、钻、磨等传统的切削加工，以及直接利用电能、化学能、声能、光能进行的特殊加工，如电火花加工、电解加工、超声波加工和激光加工。
（2）铸型性质方面
密度ρm、比热容cm、热导率λm、初始温度Tm及涂料层厚度χT和涂料层热导率λT与充型能力有关。
（3）浇注条件方面
液态金属浇注温度Tp、浇注温度和浇注系统中压头阻力损失大小与充型能力有关。
（4）铸件结构方面 铸件的模数与充型能力有关。
15、铸件凝固方式有哪几种？各有何利弊？
10、什么是溶质再分配？溶质再分配与热裂、成分过冷、晶体形貌及偏析间的关系是怎样的？P37
答：由于结晶界面的溶质分凝，以及固相和液相中的溶质扩散造成的晶体中成分的非均匀分布现象叫做溶质再分配。
由溶质再分配导致界面前沿平衡凝固温度发生变化而引起的过冷叫做成分过冷。
合金的结晶长大的形态主要与传热（?TK）及传质（成分过冷）有关：
“侧面生长” 的长大过程是非连续性的。只有在界面上出现台阶后，从液相扩散来的原子沉积在台阶边缘，依靠台阶向侧面长大。
台阶形成的方式有三种：a)形成二维晶核；b)螺型位错；c)孪晶面 。
晶体生长方式决定固液界面结构，一般粗糙界面对应于连续长大；光滑界面对应于侧面长大。这样能够维持界面能的增量为最小。
材料所具有的热量通过传导、对流和辐射三种方式传递给铸型或环境，使其自身冷却。在此过程中一方面使材料的几何形状固定下来，另一方面赋于材料所希望的性能信息。从微观来看，凝固就是金属原子由“近程有序”向“远程有序”或“远程无序”的过渡，成为按规则排列的晶体或无序排列的非晶体；从宏观来看，就是把液体金属所具有的热量传递给环境而凝固成一定形状和性能的固件（铸件）。
在负温梯下，合金的情况与纯金属相似，合金固溶体结晶易出现树枝晶形貌。
在正温梯情况下，合金固溶体晶体生长形貌主要决定于“成分过冷”的程度。
其可分为：（1）平界面生长（2）胞状晶界面生长
金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象称为偏析。

11、偏析对铸件组织的性能有何影响？常见的偏析形式有哪几种？P43
12、共晶结晶的方式有哪几种？共生生长的基本条件是什么？举例说明什么是离异生长。P45
答：共晶结晶的方式可分为共生生长和离异生长两种。
共生生长的基本条件：（1）两相生长能力要接近，且后析出的相要容易在先析出相上形核与长大；（2）A、B两组元在界面前沿的横向传输能保证两相等速生长的需要。
有的共晶合金两相生长时，并没有共同的生长界面，而是两相分离，并以不同的生长速率进行凝固，这就是所谓的离异生长方式。例如，w（Cu）=4%Al-Cu，在铸造状态下，非平衡共晶体中的α固溶体有可能依附在初生相α上生长，剩下共晶体中的另一相CuAl2则分布在晶界或枝晶间而得到离异共晶。
发散流程 对应于质量减少过程，其特点是零件最终的几何形状局限在材料的初始几何形状内。也就是说，材料改变是通过去除一部分材料形成的。相应的加工方法有传统的切削加工，电火花加工、电解加工、热切割和冲裁等。发散流程的材料只能是固态。
汇合流程 对应于质量增加过程，其特征是加工材料在过程结束时最终质量比过程开始时的质量有所增加。例如焊接、喷涂和气相沉积等。汇合流程的材料状态可为固态，也可以是固态和液态兼而有之。
机器造型适合大型铸造工厂的连续化大批量生产，在现代化的规模生产中起着非常重要的作用，且生产的铸件质量较手工造型稳定。
从凝固的角度出发，壁厚较大的铸件，其内部晶粒较粗大，易于产生组织及成分的偏析等，降低了材料的力学性能及性能的均一性。