材料成型基本原理第2版劉全坤課后答案

1、1第一章習(xí)題1.液體與固體及氣體比較各有哪些異同點？哪些現(xiàn)象說明金屬的熔化并不是原子間結(jié)合力的全部破壞？答：（1）液體與固體及氣體比較的異同點可用下表說明相同點不同點液體具有流動性，不能承受切應(yīng)力；遠(yuǎn)程無序，近程有序固體具有自由表面；可壓縮性很低不具有流動性，可承受切應(yīng)力；遠(yuǎn)程有序液體遠(yuǎn)程無序，近程有序；有自由表面；可壓縮性很低氣體完全占據(jù)容器空間并取得容器內(nèi)腔形狀；具有流動性完全無序；無自由表面；具有很高的壓縮性（2）金屬的熔化不是并

2、不是原子間結(jié)合力的全部破壞可從以下二個方面說明：①物質(zhì)熔化時體積變化、熵變及焓變一般都不大。金屬熔化時典型的體積變化VmV為3%~5%左右，?表明液體的原子間距接近于固體，在熔點附近其系統(tǒng)混亂度只是稍大于固體而遠(yuǎn)小于氣體的混亂度。②金屬熔化潛熱Hm約為氣化潛熱Hb的115~130，表明熔化時其內(nèi)部原子結(jié)合鍵只有部分被破壞。??由此可見，金屬的熔化并不是原子間結(jié)合鍵的全部破壞，液體金屬內(nèi)原子的局域分布仍具有一定的規(guī)律性。2.如何理解偶分布

3、函數(shù)g(r)的物理意義？液體的配位數(shù)N1、平均原子間距r1各表示什么？答：分布函數(shù)g(r)的物理意義：距某一參考粒子r處找到另一個粒子的幾率，換言之，表示離開參考原子(處于坐標(biāo)原子r=0)距離為r的位置的數(shù)密度ρ(r)對于平均數(shù)密度ρo（=NV）的相對偏差。N1表示參考原子周圍最近鄰(即第一殼層)原子數(shù)。r1表示參考原子與其周圍第一配位層各原子的平均原子間距，也表示某液體的平均原子間距。3如何認(rèn)識液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的“長程無序”和“近程有序”

4、？試舉幾個實驗例證說明液態(tài)金屬或合金結(jié)構(gòu)的近程有序（包括拓?fù)涠坛绦蚝突瘜W(xué)短程序）。答：（1）長程無序是指液體的原子分布相對于周期有序的晶態(tài)固體是不規(guī)則的，液體結(jié)構(gòu)宏觀上不具備平移、對稱性。近程有序是指相對于完全無序的氣體，液體中存在著許多不?！坝问帯敝木钟蛴行虻脑蛹瘓F(tuán)（2）說明液態(tài)金屬或合金結(jié)構(gòu)的近程有序的實驗例證①偶分布函數(shù)的特征對于氣體，由于其粒子（分子或原子）的統(tǒng)計分布的均勻性，其偶分布函數(shù)g(r)在任何位置均相等，呈一條直線

5、g(r)=1。晶態(tài)固體因原子以特定方式周期排列，其g(r)以相應(yīng)的規(guī)律呈分立的若干尖銳峰。而液體的g(r)出現(xiàn)若干漸衰的鈍化峰直至幾個原子間距后趨于直線g(r)=1，表明液體存在短程有序的局域范圍，其半徑只有幾個原子間距大小。②從金屬熔化過程看物質(zhì)熔化時體積變化、熵變及焓變一般都不大。金屬熔化時典型的體積變化VmV為3%~5%左右，表?明液體的原子間距接近于固體，在熔點附近其系統(tǒng)混亂度只是稍大于固體而遠(yuǎn)小于氣體的混亂度。另一方面，金屬熔

6、化潛熱Hm約為氣化潛熱Hb的115~130，表明熔化時其內(nèi)部原子結(jié)合鍵只有部??分被破壞。由此可見，金屬的熔化并不是原子間結(jié)合鍵的全部破壞，液體金屬內(nèi)原子的局域分布仍具有一定的規(guī)律性。可以說，在熔點（或液相線）附近，液態(tài)金屬（或合金）的原子集團(tuán)內(nèi)短程結(jié)構(gòu)類似于固體。③Richter等人利用X衍射、中子及電子衍射手段，對堿金屬、Au、Ag、Pb和Tl等熔體進(jìn)行了十多年的系統(tǒng)研究，認(rèn)為液體中存在著拓?fù)淝驙蠲芘沤Y(jié)構(gòu)以及層狀結(jié)構(gòu)，它們的尺寸范圍

7、約為106107cm。3原子集團(tuán)的聚集長大，將阻礙金屬液粘度的上升。通常，表面活性元素使液體粘度降低，非表面活性雜質(zhì)的存在使粘度提高。7過共析鋼液η=0.0049Pa﹒S，鋼液的密度為7000kgm3，表面張力為1500mNm，加鋁脫氧，生成密度為5400kgm3的Al2O3，如能使Al2O3顆粒上浮到鋼液表面就能獲得質(zhì)量較好的鋼。假如脫氧產(chǎn)物在1524mm深處生成，試確定鋼液脫氧后2min上浮到鋼液表面的Al2O3最小顆粒的尺寸。答：

8、根據(jù)流體力學(xué)的斯托克斯公式：，式中：為夾雜物和氣泡的上浮速????2)(92rgBm????度，r為氣泡或夾雜的半徑，ρm為液體合金密度，ρB為夾雜或氣泡密度，g為重力加速度。m41034.1)(29??????Bmgr????分析物質(zhì)表面張力產(chǎn)生的原因以及與物質(zhì)原子間結(jié)合力的關(guān)系。答：表面張力是由于物體在表面上的質(zhì)點受力不均所造成。由于液體或固體的表面原子受內(nèi)部的作用力較大，而朝著氣體的方向受力較小，這種受力不均引起表面原子的勢能比內(nèi)

9、部原子的勢能高。因此，物體傾向于減小其表面積而產(chǎn)生表面張力。原子間結(jié)合力越大，表面內(nèi)能越大，表面張力也就越大。但表面張力的影響因素不僅僅只是原子間結(jié)合力，與上述論點相反的例子大量存在。研究發(fā)現(xiàn)有些熔點高的物質(zhì)，其表面張力卻比熔點低的物質(zhì)低，如Mg與Zn同樣都是二價金屬，Mg的熔點為650℃，Zn的熔點為420℃，但Mg的表面張力為559mNm；Zn的表面張力卻為782mNm。此外，還發(fā)現(xiàn)金屬的表面張力往往比非金屬大幾十倍，而比鹽類大幾倍

10、。這說明單靠原子間的結(jié)合力是不能解釋一切問題的。對于金屬來說，還應(yīng)當(dāng)從它具有自由電子這一特性去考慮。9表面張力與界面張力有何異同點？界面張力與界面兩側(cè)（兩相）質(zhì)點間結(jié)合力的大小有何關(guān)系？答：界面張力與界面自由能的關(guān)系相當(dāng)于表面張力與表面自由能的關(guān)系，即界面張力與界面自由能的大小和單位也都相同。表面與界面的差別在于后者泛指兩相之間的交界面，而前者特指液體或固體與氣體之間的交界面，但更嚴(yán)格說，應(yīng)該是指液體或固體與其蒸汽的界面。廣義上說，物體

11、（液體或固體）與氣相之間的界面能和界面張力為物體的表面能和表面張力。當(dāng)兩個相共同組成一個界面時，其界面張力的大小與界面兩側(cè)（兩相）質(zhì)點間結(jié)合力的大小成反比，兩相質(zhì)點間結(jié)合力越大，界面能越小，界面張力就越??；兩相間結(jié)合力小，界面張力就大。相反，同一金屬（或合金）液固之間，由于兩者容易結(jié)合，界面張力就小。10液態(tài)金屬的表面張力有哪些影響因素？試總結(jié)它們的規(guī)律。答：液態(tài)金屬的表面張力的影響因素有：（1）原子間結(jié)合力原子間結(jié)合力越大，表面內(nèi)能越