鑄件形成理論習(xí)題集

1、1.液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1、加熱時(shí)原子距離的變化如圖1—2所示，試問原子間的平衡距離R0與溫度有何關(guān)系R0、R1、R2…..的概念？答：溫度的變化，只改變原子的間距，并不改變原子間的平衡位置，即R0不變。而R0R1R2….是溫度升高時(shí)，原子振動的中心位置。因?yàn)闇囟壬?，振幅加大但曲線（WR）是不對稱的，所以振幅中心發(fā)生變化。2、圖11縱坐標(biāo)表示作用力，金屬原子的運(yùn)動可以看成是一種振動，其振動在圖中如何表示的？物質(zhì)受熱

2、后為什么會膨脹？答：振幅在圖中的表示：如圖12中數(shù)條的平行線。加熱時(shí)，能量增加，原子間距增加，金屬內(nèi)部空穴增加，即產(chǎn)生膨脹。3、圖11中的Q是熔化潛熱嗎？在熔化溫度下，金屬吸收熱量而金屬溫度不變，熔化潛熱的本質(zhì)是什么？答：Q不是熔化潛熱。在熔化溫度下金屬吸收熱量①體積膨脹做功②增加系統(tǒng)內(nèi)能（電阻，粘性都發(fā)生突變）原子排列發(fā)生紊亂。在熔點(diǎn)附近，原子間距為R1能量很高，但是引力大，需要向平衡位置運(yùn)動，當(dāng)吸收足夠能量熔化潛熱時(shí)，使原子間距R1

3、引力減小，結(jié)合鍵破壞，進(jìn)入熔化狀態(tài)，熔化潛熱使晶粒瓦解，液體原子具有更高的能量而金屬的溫度并不升高。（使晶粒瓦解，并不是所有結(jié)合鍵全部破壞）4、通過哪些現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)說明金屬熔化并不是原子間的結(jié)合力全部被破壞？答：（1）體積變化：固態(tài)—?dú)鈶B(tài)：體積無限膨脹。固態(tài)到液態(tài)，體積僅增加3~5%，原子間距僅增加1~1.5%。（2）熵值變化：△Sm△S僅為0.13~0.54%（3）熔化潛熱：原子結(jié)合鍵只破壞了百分之幾（4）X線衍射分析：液態(tài)金屬原子分布

4、曲線波動于平衡密度曲線上下第一峰位置和固態(tài)衍射線極為相近，其配位數(shù)也相近，第二峰值亦近似。距離再大，則與固態(tài)衍射線遠(yuǎn)了，液態(tài)金屬中原子的排列在幾個(gè)原子間距的范圍內(nèi)，與其固態(tài)的排列方式基本一致。5、純金屬和實(shí)際金屬在結(jié)構(gòu)上有何異同？試分析鑄鐵的液態(tài)結(jié)構(gòu)。答：純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)：接近熔點(diǎn)的液態(tài)金屬是由和原子晶體顯微晶體和“空穴”組成。實(shí)際金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)：存在著兩種起伏：能量起伏，濃度起伏。微觀上是由結(jié)構(gòu)和成分不同的游動原子集團(tuán)，空穴和許多固態(tài)

5、，氣態(tài)，液態(tài)化合物組成，是一種渾濁液體，而從化學(xué)鍵上看除了金屬基體與其合金元素組成的金屬鍵外，還存在著其他化學(xué)健。鑄鐵的液態(tài)結(jié)構(gòu)：Fe為基體金屬，含CSi，少量Mn，SP液體以Fe為主可能含有SiO2MnSFeS等雜質(zhì)，還可能有H2N2O2等氣體，而大部分CSiMnSP基體均勻分布在液體中。6、試分析能量起伏和濃度起伏在在生核中的作用。答：生核時(shí)必須有一定大小的晶胚，這需能量起伏，使原子集團(tuán)達(dá)到一定大小才能成核。而濃度起伏對二相以上液態(tài)

6、金屬成核很重要，一定的濃度起伏才可能瞬時(shí)達(dá)到某一相的要求。7、斯托克斯公式在什么條件下方可應(yīng)用？在充型過程中雜質(zhì)在金屬液的上浮或者下沉速度能否用此公式描述？答：斯托克斯公式（stoks）：條件：雜質(zhì)上升過程保持或近似球形且上升很慢，且雜質(zhì)很?。╮0.1mm）滿足。充型過程：雜質(zhì)物半徑很小，可使用stoks公式。8、同一種元素在不同液態(tài)金屬中的表面吸附作用以及同一種元素在同一種液態(tài)金屬中的表面吸附作用是否相同？為什么？答：同一種元素在不同

7、液態(tài)金屬中表示吸附作用不同。因?yàn)椋?不同液態(tài)金屬的σ不同。?同種液態(tài)金屬σ與σ界不同。9、液態(tài)金屬的表面張力和界面張力有何異同？表面張力和附加壓力有何區(qū)別和聯(lián)系？答：液態(tài)金屬的表示張力指σ液氣：表示單位長度上作用著力。液態(tài)金屬的界面張力指σ液固，σ液液：不同相界面上單位長度作用著力。.附加壓力是表示由力引起的.10、試推導(dǎo)答：R1R2的意義：任一曲度的曲率半徑：表示（任一曲度）上通過某點(diǎn)做垂直于此表面的直線，在通過此線做一平面，此平面與

8、表面的截線為曲面，曲率半徑即為與此曲線相垂直的圓心的曲率半徑即為R1垂直于第一個(gè)平面在做一個(gè)平面此第二平面亦通過垂直直線并與表面相交由此可得第二個(gè)截線和第二個(gè)曲率半徑，即為R2圖中為任一截面的小截面，具有兩個(gè)曲率半徑R1和R2我們可以將截面取的足夠小，以使R1和R2基本是定值。若表面向外移動而形成比額外表面所需之功為：△F=σ（xdyydx）在表面二邊將有壓力差P，作用在xy面上病經(jīng)過dz的距離相應(yīng)的功為△W=P.xydz自相似三角形的

9、比較可得：12、設(shè)鋼液與砂型絕對不濕潤，鋼的密度為7000表面張力為1.5Nm，求其填充5mm的薄板時(shí)所需的附加壓頭，計(jì)算說明什么？答：說明澆鑄5mm鋼板需要的壓頭不高，可以滿足。14、從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化說明金屬的熔化與汽化有何不同？通過哪些實(shí)驗(yàn)證實(shí)？答：汽化：原子間結(jié)合鍵全部破壞；熔化：與固態(tài)相似→體積變化，熔化與汽化潛熱。2.液態(tài)金屬的充型能力液態(tài)金屬的充型能力1、試述液態(tài)金屬的充型能力和流動性之間在概念上的區(qū)別，并舉例說明。答：?液

10、態(tài)金屬的充型能力：充滿鑄型型腔，獲得形狀完整輪廓清晰的鑄件能力。影響因素：金屬液體的流動能力，鑄型性質(zhì)，澆鑄條件，鑄件結(jié)構(gòu)。?流動性：液態(tài)金屬本身的流動能力，與金屬本身有關(guān)：成分，溫度，雜質(zhì)物理性質(zhì)。其流動性一定，但充型能力不高，可以改變某些因素來改變，流動性是特定條件下的充型能力。應(yīng)該是球的誤差大于圓柱的，因?yàn)槿羰情L圓柱的兩端面近乎散熱，而球整個(gè)表面積均散熱，與半無限大件相差更遠(yuǎn)。?大件和小件：小件誤差大，因?yàn)樾〖€(gè)方面均散熱，與半無

11、限大的物件相距很遠(yuǎn)。?金屬型和砂型:金屬型誤差大，遠(yuǎn)離半無限大。5.在下列三種情況下直徑為100mm純鐵球的凝固時(shí)間：1)無過熱在砂型中凝固，2)無過熱在鐵型中凝固，3)過熱在100℃的砂型中凝固；答：1）無過熱在砂型中凝固.6.產(chǎn)生厚為250mm厚的鋁板，在無過熱的情況下注入砂型1)求凝固時(shí)間。2)用數(shù)學(xué)分析法求在鑄件表面62.5mm和熱中心兩點(diǎn)額冷卻曲線。答：x=62.5mm時(shí)當(dāng)x=12.5，熱中心時(shí)給定不同的時(shí)間，求出對應(yīng)的即可繪

12、制出曲線。7.一面為砂型，另一面某種專用材料制成的鑄型中澆鑄厚度為50mm鋁板，澆鑄時(shí)無過熱，凝固后檢驗(yàn)其組織，在位于砂型37.5mm處發(fā)現(xiàn)軸線縮松，計(jì)算專用材料的蓄熱系數(shù)。8.對下列金屬試樣計(jì)算凝固層厚度與凝固時(shí)間的關(guān)系曲線。1）純鐵液無過熱砂型；2）純鋁液過熱砂型；3）純鐵液注入800℃的保溫型中；4）純鋁液注入到石膏型中；5）試分析影響的曲線因素；答：1）用5題的結(jié)果：2）用6題的結(jié)果：3）保溫鑄型按石膏鑄型：4）熟石膏：5）試分

13、析影響因素：9.已知厚為50mm的板材鑄件在砂型中的凝固時(shí)間為6min，在保溫鑄型中的凝固時(shí)間為20min，如采用復(fù)合鑄型（即一面為砂型，一面為保溫鑄型），欲在切削后得到47mm厚的密致板件，鑄件厚度最少應(yīng)為多大？10.試確定如下兩種鑄件的凝固時(shí)間（均為無過熱注入砂型）。⑴厚度為100mm的板型鑄件。⑵直徑為100mm的球型鑄件。⑶比較計(jì)算結(jié)果并討論之。答：11.試計(jì)算無限大平板鑄鋼件的溫度場。鑄件的熱物性值為，凝潛熱L=272Jg，固

14、液兩相溫度為。砂型的熱物性值為。砂型的澆鑄溫度為1550℃，鑄件鑄型間的等效換熱系數(shù)，忽略砂型與大氣的換熱，鑄件壁厚為100mm，兩側(cè)砂型壁厚為100mm。4.液態(tài)金屬結(jié)晶的基本原理1、怎么從相變理論理解液態(tài)金屬結(jié)晶過程中的生核、成長機(jī)理？答：相變理論：相變時(shí)必須具備熱力學(xué)和動力學(xué)條件。金屬結(jié)晶屬一種相變過程：熱力學(xué)條件即過冷度——驅(qū)動力動力學(xué)條件：克服能障熱力學(xué)能障——界面自由能——形核動力學(xué)能障——激活自由能——長大若在體系內(nèi)大范圍