材料成形原理吴树森答1

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1、第一章（第二章的内容》第一部分：液态金属凝固学1.1答：（1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。原子集闭的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离的原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部存在着能量起伏。（2）实际的液态合金是巾各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除Y存在能量起伏外，还存在结构起伏。1.2答：液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。表面张力对应于液一气的交界面，而界面张力对应于固一液、液一气、固一固、固一气、液一液、气一气的交界面表面张力CJ和

2、界面张力p的关系如（1）p=2C7/r，因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半径；（2）p=o（l/ri+l/r2）,式中n、r2分别为曲面的曲率半径。附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。1.3答：液态金属的流动性和冲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冲型能力，它是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂质含景决定，与外界因素无关。而冲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。提高液态金属的冲型能力的措施：（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

3、、导热系大;④粘度、表面张力大。(2)铸型性质方面：①蓄热系数大；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在保证质景的前提下尽可能减小铸件厚度；②降低结构复杂程度。1.4解：浇注模型如下：则产生机械粘砂的临界压力p=2a/r遞Hxom2*1.50.5*10一4=6000Pa不产生机械粘砂所允许的压头为H=w⑽)=^=0-08m1.5解：由Stokes公式上浮速度9r为球形杂质半径，D为液态金属重度，72为杂质重度，7?为液态金属粘度y—^p10*7500=75000/2=g2*

4、pMnO=10*5400=54000所以上浮速度—9.5mm/s2*(0.1*1(T3)2*(75000—54000)9*0.00493.1解：(1)对于立方形晶核AG*=—a3AGv+6a2a①令dAG方/da=0即一3a2ZGv+12a(7=0，则临界晶核尺寸a'=4ci/AGv，得a=^_/Gv，代入①△G，=-a”AGv+6a^2^AGv=

5、a*2AGvIM均质形核时a'和AG/关系式为：AG/zja*3AGv(2)对于球形晶核AG球$ttr*3AGv+4nr+2a临界晶核半径f=2a/AGv,贝IJAG球*=j;rf3AGv所以AG

6、球？AG方'=j;rf3AGv/(ja*3AGv)J将r*=2a/AGv,a'=4(j/AGv代入上式，得△G球7AG方*=兀/6<1，即AG球'〈△G-/所以球形晶核较立方形晶核更易形成3-7解:(2(7Lc/L)*(Tm/AT)2*2.25*10-5*(1453+273)1870"6^6"*319cm=8.59^10~m△G均i6yTL(7Lc3*Tm/(L2*AT2)1870*106)*3192=I^*(2.25*10:5,4)3*(1453+273)2=6.95*10_17J3.2答:从理论上来说，如果界面与金属液是润湿得，则这样的界面就

7、可以成为异质形核的基底，否则就不行。但润湿角难于测定，可根据夹杂物的晶体结构来确定。当界面两侧夹杂和晶核的原子排列方式相似，原子间距离相近，或在一定范围内成比例，就可以实现界面共格相应。安全共格或部分共格的界面就可以成为异质形核的基底，完全不共格的界面就不能成为异质形核的基底。3.3答：晶核生长的方式由固液界面前方的温度剃度&决定，当Gi>0时，晶体生长以平面方式生长；如果G<0,晶体以树枝晶方式生长4.1答：用Chvorinov公式计算凝固时间时，误差来源于铸件的形状、铸件结构、热物理参数浇注条件等方面。半径相同的圆柱和球体比较，前者的误差大；

8、大铸件和小铸件比较，后者误差大；金属型和砂型比较，后者误差大，因为后者的热物性参数随温度变化较快。4.2答：铸件凝固时间t=

9、，R为折算厚度，K为凝固系数，又由于R=^,在相同体积的条件下，立方体。等边圆柱和球三者A中，球的表面积最小，所以球的折算厚度R最大，则球形冒口的凝固时间t最大，最有利于补缩。4.3解：焊接熔池的特征：(1)熔池体积小；(2)熔池温度高；(3)熔池金属处于流动状态；(4)熔池界面的导热条件好，焊接熔池周围的母材与熔池间没有间隙。焊接熔池对凝固过程的影响.•(1)母材作为新相晶核的基底，使新相形核所需能量小，出现非均匀形核，

10、产生联生结晶(外延结晶)；(2)熔池金属是在运动状态凝固的，焊缝的柱状晶总是朝向焊接方向并且向焊缝中心生长，即对向生长；(3)焊接熔池的