[精品]材料成型原理

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1、1.铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的，它们的形成机理如何？表面细晶区:紧靠型壁的激冷组织，也称激冷区，由无规则排列的小等轴晶组成。②柱状晶区：由垂直于型壁(沿热流方向)彼此平行排列的柱状晶粒组成。③中心等轴晶区：由各向同性的等轴晶粒组成。等轴晶的尺寸往往比表面细等轴晶区的晶粒尺寸粗大。2•常用生核剂有哪些种类，其作用条件和机理如何？答：生核剂主要有两类：一类是起非自发形核作用；另一类是通过在生长界面前沿的成分富集而使晶粒根部和树枝晶分枝根部产生缩颈，促进枝晶熔断和游离而细化晶粒。作用条件及MS：(1)对于第一类生核剂可以从三个方面来理解。•第一种情况是孕育剂含有

2、直接作为非自发生核的物质，即一些与欲细化相具有界面共格对应的高熔点物质或同类金属微小颗粒。它们在液态金属中可直接作为欲细化相的有效衬底而促进非均质生核。•第二种情况，孕育剂能与液相中某些元素(最好是欲细化相的原子)反应生成较稳定的化合物而产生非自发生核。此化合物应与欲细化相具有界面共格对应关系而能促进非均质生核。•第三种情况，通过在液相中造成很大的微区富集而迫使结晶相提前弥散析出而生核。(2)对于第二类生核剂，它的作用在于使枝晶产生更细的缩颈，其结果必然导致结晶更易于游离。这种晶粒细化剂之所以使枝晶缩颈更细，主要是溶质的偏析造成的，在凝固过程中由于溶质在枝晶侧向的偏析

3、，使此处的过冷度减少，从而使晶体的长大受到抑制而产生细的缩颈。3试述柱状晶组织对铸件性能的影响柱状晶的凝固区域较窄小，在生长过程中容易从它的前方熔体中获得液态金属的补缩。同时，其横向生长受到相邻晶体的阻碍而使横向分枝不能充分发展，分枝较细。因此，柱状晶组织致密，不容易形成缩松和晶间夹杂等宏观缺陷。但柱状晶的各项性能存在着明显的各向异性：纵向性能与横向性能有着明显的差别O此外，柱状晶的生长方向是与热通量平行的。因而在铸件（锭）的转角处或中心，从不同方向生长的柱状晶彼此相遇时形成的交界面，易于聚集气体和夹杂物，对铸件（锭）的性能有很大损害。4试述等轴晶组织对铸件性能的影响

4、等轴晶是在成分过冷区和凝固区域较大的范围内生长而成的。它的分枝比较发达。等轴晶的晶界比。故晶界夹杂等缺陷比较分散。且各晶粒取向具有宏观的各向同性，故其性能比较均匀和稳定。其缺点是枝晶分枝比较发达，显微缩松较多，组织不够致密。这些缺点通常经晶粒细化加以克服。5.试分析影响铸件宏观凝固组织的因素，列举获得细等轴晶的常用方法。影响铸件宏观凝固组织的因素：液态金属的成分、铸型的性质、浇注条件.冷却条件。获得细等轴晶的常用方法：1•孕育处理：向熔体中加入强生核剂，直接作为外加晶核的生核剂；采用含强成分过冷元素的生核剂。2•控制浇注条件：（1）采用较低的浇注温度，低温浇注有利于产

5、生较多游离以及使游离晶粒不重熔；（2）采用合适的浇注工艺。3•动态下晶粒细化：振动、搅拌、铸型旋转等方法。4•铸型性质和铸件结构：（1）釆用金属型铸造；（2）减小液态金属与铸型表面的润湿角；（3）提高铸型表面粗糙度。6•在一般情况下希望铸件获得细等轴晶组织，为什么？怎样才能获得？等轴晶是在成分过冷区和凝固区域较大的范围内生长而成的。它的分枝比较发达，晶界夹杂等缺陷比较分散。且各晶粒取向具有宏观的各向同性，故其性能比较均匀和稳定。细等轴晶组织有着较为理想的综合机械性能，疲劳强度也随着晶粒的细化而提高。获得等轴晶方法:7•对于厚大金属型钢锭如何获得细等轴晶组织?①降低浇注

6、温度:较低的浇注温度一方面有利于从型壁上脱离的晶粒.枝晶熔断产生的晶粒以及自由表面产生的晶粒雨更多地残存下来，减少被重新熔化的数量；另一方面，由于熔体的过热度小易于产生较多的游离晶粒。这两方面对等轴晶的形成和细化有利。但是浇注温度不能过低。%1向熔体中加入强生核剂%1动态下晶粒细化：振动8•对于厚大砂型铸件如何获得细等轴晶组织%1降低浇注温度：%1向熔体中加入强生核剂：%1采用合理的浇注工艺：浇注系统的设计要考虑到低温快速浇注，使游离晶体不重熔;引起铸型内熔体流动，增加游离晶体的数量，以获得细等轴晶组织。9解：(1)求固■液界面的C；和C；由于固相中无扩散而液相中仅有

7、限扩散的情况下达到稳定状态时，满足：C；=y-,OCo代入Co=2.O%,局=0.2"即可得出：C=-^-=12^=10%C*s=Co=2.0%.心0.2(2)固-液界面保持平整界面的条件当存在“成分过冷”时，随着的“成分过冷”的增大，固溶体生长方式将经历：胞状晶一柱状树枝晶T内部等轴晶(自由树枝晶)的转变过程，所以只有当不发生成分过冷时，固-液界面才可保持平整界面，即需满足“GL皿0(1-Ko)v-Dl心“代入Co=2.0%,DL=2xiO-,cni2/s,局=0.2

8、Gl可得出：—>1.2xi05°C/cni2s即为所求*⑴溶质分配系数“严于箸