材料成形原理课后习地的题目解答

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1、实用标准文档材料成型原理第一章（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。原子集团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）实际的液态合金是由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，实际的液态合金除了存在能量起伏外，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－气的交界面，而界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。表

2、面张力σ和界面张力ρ的关系如（1）ρ＝2σ/r,因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半径；（2）ρ＝σ（1/r1+1/r2）,式中r1、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、杂质含量决定，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、导

3、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在保证质量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ρ＝2σ/r精彩文案实用标准文档显然r＝×0.1cm＝0.05cm则ρ＝＝6000Pa不产生机械粘砂所允许的压头为H＝ρ/（ρ液*g）＝＝0.08m1.5解：由Stokes公式上浮速度r为球形杂质半径，γ1为液态金属重度，γ2为杂质重度，η为液态金属粘度γ1＝g*ρ液＝10*7500＝75

4、000γ2＝g2*ρMnO＝10*5400＝54000所以上浮速度v＝＝9.5mm/s3.1解：（1）对于立方形晶核△G方＝－a3△Gv+6a2σ①令d△G方/da＝0即－3a2△Gv+12aσ＝0，则临界晶核尺寸a*＝4σ/△Gv，得σ＝△Gv，代入①△G方*＝－a*3△Gv＋6a*2△Gv＝a*2△Gv均质形核时a*和△G方*关系式为：△G方*＝a*3△Gv（2）对于球形晶核△G球*＝－πr*3△Gv+4πr*2σ临界晶核半径r*＝2σ/△Gv，则△G球*＝πr*3△Gv所以△G球*/△G方*＝πr*3△Gv/(a*3△Gv)将r*＝2σ/△Gv，a*＝4

5、σ/△Gv代入上式，得△G球*/△G方*＝π/6<1，即△G球*<△G方*所以球形晶核较立方形晶核更易形成精彩文案实用标准文档3-7解：r均*＝(2σLC/L)*(Tm/△T)＝cm＝8.59*10－9m△G均*＝πσLC3*Tm/（L2*△T2）＝π*＝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

6、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GL决定，当GL>0时，晶体生长以平面方式生长；如果GL<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；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＝,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。等边圆柱和球三者中，球的表面积最小，所

7、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，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)焊接熔池的实际凝固过程并不是连续的，柱状晶的生长速度变化不是十分有规律。4.4解：溶质再分配：合金凝固时液相内的溶质一部分进入固

8、相，另一部分进入液相，溶质传输使溶质在