材料成形原理部分答案

1、材料成形理論基礎(chǔ)習(xí)題1、純金屬和實(shí)際合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)有何不同？舉例說(shuō)明答：純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)式由原子集團(tuán)、游離原子和空穴組成的，液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，而是出于瞬息萬(wàn)變是的狀態(tài)，即原子集團(tuán)、空穴等的大小、形態(tài)、分布及熱運(yùn)動(dòng)都出于無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化的狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做“結(jié)構(gòu)起伏”。而實(shí)際合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)是極其復(fù)雜的，其中包含各種化學(xué)成分的原子集團(tuán)、游離原子、空穴、夾雜物及氣泡等，是一種“混濁”的液體。實(shí)驗(yàn)實(shí)際液態(tài)金屬中還存在成分起伏。例如Al和

2、AlSi合金相比較，AlSi合金中由于成分起伏Al與Si的濃度也是出于不斷變化中的。2、液態(tài)金屬表面張力和界面張力有何不同？表面張力和附加壓力有何關(guān)系？答：液體金屬的表面張力是質(zhì)點(diǎn)（分子、原子）間作用力不平衡引起的。而任意兩相（固固、固液、固氣）的交界面稱(chēng)為界面，由界面間相互作用而產(chǎn)生的力叫界面張力，表面張力可說(shuō)是界面張力的一個(gè)特例。界面張力與兩個(gè)表面張力之間的關(guān)系為：σAB=σAσB–wAB，其中σA、σB分別是A、B兩物體的表面張力

3、，wAB為兩個(gè)單位面積界面向外做的功。表面張力與附加壓力的關(guān)系有拉普拉斯方程描述：，其中R1、R2為曲面）（21R1R1P????的曲率半徑。3、液態(tài)合金的流動(dòng)性和充型能力有何不同？如何提高液態(tài)金屬的充型能力？答：液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力稱(chēng)為“流動(dòng)性”，是由液態(tài)金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量等決定的，而與外界因素?zé)o關(guān)。液態(tài)金屬的充型性能是一種基本性能。充型能力好，零件的形狀就完整，輪廓清晰，否則就會(huì)產(chǎn)生“澆不足”的缺陷。液態(tài)金屬的充型能力首先

4、取決于其金屬本身的流動(dòng)能力，同時(shí)又與鑄件結(jié)構(gòu)、澆注條件及鑄型等條件有關(guān)，是各種因素的綜合反映。提高金屬的充型能力措施：（1）金屬性質(zhì)方面：改善合金成分；結(jié)晶潛熱L要大；比熱、密度大，導(dǎo)熱率小；粘度、表面張力小。（2）鑄型性質(zhì)方面：蓄熱系數(shù)??；適當(dāng)提高鑄型溫度；提高透氣性。（3）澆注條件方面：適當(dāng)提高澆注溫度；提高澆注壓力。（4）鑄件結(jié)構(gòu)方面：在保證質(zhì)量的前提下盡可能減小鑄件厚度；降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。4、鋼液對(duì)鑄型不浸潤(rùn)，，鑄型砂粒間的間隙

5、為0.1cm，鋼液在1520℃時(shí)的表面張力σ=1.5Nm?180??密度ρ液=7500㎏m3。求產(chǎn)生績(jī)效粘砂的臨界壓力；欲使鋼液不粘入鑄型而產(chǎn)生機(jī)械粘砂，所允許的壓頭H值是多少？Pa1061020.11.52R2P32?????????0.082m??????????201021.08.97500180cos5.12cos2grH???5、根據(jù)Stokes公式計(jì)算鋼液中非金屬夾雜物MnO的上浮速度，已知鋼液溫度為1500℃，MnO呈球形

6、，其半徑r=0.1mm。kg5400kg7500smN049.00333mmMnO???????液0.0071ms??????????0049.0981.9)45007500(101.029)(2622???grVMnO液6、設(shè)想液體在凝固時(shí)形成的臨界核心是邊長(zhǎng)為a﹡的立方體形狀；①求均質(zhì)形核是的a﹡和△G的關(guān)系式。②證明在相同過(guò)冷度下均質(zhì)形核時(shí)，球形晶核較立方形晶核更易形成。解：（1）對(duì)于立方形晶核△G方＝－a3△Gv6a2σ①令d△

7、G方da＝0即－3a2△Gv12aσ＝0，則溶質(zhì)再分配：合金凝固時(shí)液相內(nèi)的溶質(zhì)一部分進(jìn)入固相，另一部分進(jìn)入液相，溶質(zhì)傳輸使溶質(zhì)在固－液界面兩側(cè)的固相和液相中進(jìn)行再分配。影響溶質(zhì)再分配的因素有熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件。12、設(shè)狀態(tài)圖中液相線和固相線為直線，證明平衡常數(shù)k。=Const。設(shè)液相線和固相線的斜率分別為和，LmSm如上圖：液相線：T－Tm＝(Cl0)①Lm固相線：T－Tm＝(Cs0)②Sm②①得：＝＝1TmTTmT－－LLSSCm

8、Cm即＝＝k0LSCCSLmm由于、均為常數(shù)，故k0＝Const.LmSm13、AlCu相圖的主要參數(shù)為CE=33%Cu，Csm=5.65%，Tm=660℃，TE=548℃。用Al1%Cu合金澆注一細(xì)長(zhǎng)試樣，使其從左至右單向凝固，冷卻速度足以保持固液界面為平界面，當(dāng)固相無(wú)Cu擴(kuò)散，液相中Cu充分混合時(shí)，求：①凝固10%時(shí)，固液界面的Cs﹡和Cl﹡。②共晶體所占比例。③畫(huà)出沿試棒長(zhǎng)度方向Cu的分布曲線，并標(biāo)明各特征值。（1）溶質(zhì)分配系數(shù)k