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撸穹哟蟮€（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)很小（r0.1mm）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垂直于第一個平面在做一個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截線和第二個曲率半徑，即為R2圖中為任一截面的小截面，具有兩個曲率半徑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〖€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