材料加工原理 - 图文(2)

64、 推导液态金属非均质形核总自由能变化和临界形核功？

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65、 分析固相无扩散、液相均匀混合时的溶质再分配过程。

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66、 液态金属在铸型中冷却、凝固，其完全凝固所需的时间受哪些因素的影响？

67、 随颗粒尺寸的减小，金属的熔点会下降，其原因是什么？这种效应通常在什么尺寸

量级才会明显地表现出来。

68、 在铸件的浇注过程中，铸型与液态金属界面上的温度与哪些因素有关？

69、 晶体生长的微观界面可分为光滑界面和粗糙界面两类，请问决定晶体生长时微观界

面类别的主要因素是什么？

当α≤2 时，DGS /(NkT0 )在x=0.5 处具有最低值，即界面的平衡结构应有50%左右的点阵位置为固相原子所占据，因此粗糙界面是稳定的；当α>2 时，DGS /(NkT0 )在x很小处及接近1 处各有一个最低值，即界面的平衡结构或是只有少数点阵位置被占据，或是绝大部分位置被占据后而仅留下少量空位。因此，这时平整界面是稳定的。α越大，界面越平整。

判据α由两项因子构成：1） 0 L / kT ，它取决于系统两相的热力学性质。在熔体结晶的情况下，可近似地由无量纲的熔化熵所决定。2）n /n ，称界面取向因子。它与晶体结构及界处的晶面取向有关，如面心立方晶体的{111}面为6/12；{100}面为4/12。对于绝大多数结构简单的金属晶体来说，n /n ≤0.5；对于结构复杂的非金属、亚金属和某些化合物晶体来说，n /n 有可能大于0.5，但在任何情况下均小于1。取向因子反映了晶体在结晶过程中的各向 异性，低指数的密排面具有较高的n /n 值。 液态成型理论基础：

1、 纯金属和实际合金的液态结构有何不同？举例说明。

纯金属没有成分起伏，合金有成分起伏。

2、 液态金属的表面张力与界面张力有何不同？表面张力与附加压力有何关系？

广义地说，表面张力应称为界面张力。固—气：表面张力

3、 钢液对铸型不浸润，θ=180℃，铸型砂粒间的间隙为0.1cm，钢液在1520℃时的表面张力σ=1.5N/m,密度ρ液=7500kg/m。求产生机械粘砂的临界压力；

欲使钢液不浸入铸型而产生机械粘砂，所允许的压头H值是多少？

4、 1600℃时,铁水的σm 等于1.3N/m，渣的σs 等于6.0x10N/m, σsm 等于1N/m。如果铁水含硫量很高时，σm 等于0.6N/m,渣的σs 等于0.5N/m, σsm 等于

0.1N/m。分析以上两种状态渣在铁水上的铺展性。

5、 根据Stokes公式计算钢液中非金属夹杂物MnO的上浮速度，已知钢液温度为1500℃，η=0.0049Pa.s，ρ液=7500kg/m，ρMnO=5400kg/m，MnO呈球形，

其半径r=0.1mm。

6、 计算钢液在浇注过程中的雷诺数Re，并指出它属于何种流体流动。已知浇道直径为20mm，铁液在浇道中的流速为8cm/s，运动粘度为0.307ｘ10m/s。 7、 已知660℃时铝液的表面张力σ=0.86N/m，求铝液中形成半径分别为1μm和0.1μm的球形气泡各需多大的附加压力？ 8、 液态合金的流动性与充型能力有何异同？如何提高液态金属的充型能力？ 粘度的倒数叫流体的流动性。

流动性是影响充型能力的因素之一。影响充型能力的因素有：合金的流动性、铸型的蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体、浇注温度、充型压力、浇注系统的结构、铸件的折算厚度、铸件的复杂程度等。

提高液态金属的充型能力： 1、适当提高温度，增加流动性。

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2、由于附加压力与管道半径成反比，当r很小时将产生很大的附加压力，对液态成形过程中的液态合金的充型性能和铸件质量产生很大影响。选用与液态金属润湿的模具有利于充型。

9、 何谓流变铸造？用该种工艺生产的产品有何特点？

把这种半固态金属浆料直接铸成锭或在压力下制成铸件，称为流变铸造。 流变铸造优点：

1、半固态金属在压铸成型之前，已有50%的金属释放掉了结晶潜热，降低了对压铸模具的热浸蚀作用，提高了模具寿命，也使高熔点合金的压铸成为可能； 2、半固态金属在压铸时没涡流现象，降低了铸件产生疏松和气孔倾向； 3、半固态铝合金可以加进高达40%的填料，用以制取复合材料等 。 10、 阐述半固态金属表观粘度的影响因素。

1、由于枝晶网络的形成，使半固态金属具有可测的强度和高达106~8Pa·s数量级的粘度。

2、料中固体组分所占比例较低时，粘度较低；随着固体组分的增加，粘度逐渐增加，当固体组分达50%时，如果停止搅拌，粘度可达106Pa·s。这样高粘度的半固态金属，就像固体一样可以搬运。

3、当它被剪切时，其粘度迅速下降，仍能保持流动的特性，可象粘性液体一样以极低的粘度进行成形加工。 液态金属的凝固形核及生长方式：

1、 为什么过冷度是液态金属凝固的驱动力？

纯金属液、固两相体积自由能GL和GS均随温度的升高而降低，且由于结构高度紊乱的液相具有更高的熵值，其以更大的速率随温度的升高而下降，而高度有序的晶体结构具有更低的内能，低温下其自由能小于液相自由能；当T=T0时有GL=GS，在TGS，结晶才可能自发进行，这时两相自由能的差值ΔG就成为凝固的驱动力，而又有ΔGL-S=GL-GS=L- T0ΔS=LΔT/T0，其中ΔT为过冷度，对于给定的金属，L与T0均为定值，故ΔGL-S仅与ΔT有关。因此，液态金属凝固的驱动力是由过冷度提供的。

2、 何谓热力学能障和动力学能障？凝固过程是如何克服这两个能障的？

液态金属结晶过程需克服两种性质不同的能量障碍，其中热力学能障由被迫处于高自由能过渡态的界面原子产生，直接影响到系统自由能大小并影响形核过程；动力学能障由金属原子穿越界面过程所引起，仅取决于界面结构与性质，在晶体生长过程中有重要作用。凝固过程中，金属原子在相变驱动力的驱使下，不断借助于起伏作用来克服能量障碍。

3、 假设液体金属在凝固时形成的临界核心是边长为a立方体形状；

（1） （2）

求均质形核时的a与?G的关系式。

证明在相同过冷度下均质形核时，球形晶核较立方形晶核更容易形成。

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（1）临界曲率半径r=2σ/ΔGV，球形核心临界形核功ΔG=16/3*(πσ/ΔGV) 立方体核心临界形核功ΔG’=32σ/ΔGV

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（2）由（1）可知立方体核心的临界形核功约是球形的2倍。

4、 假设?H、?S与温度无关，试证明金属在熔点上不可能凝固。

ΔGL-S=GL-GS=L- T0ΔS=LΔT/T0，熔点时，过冷度为0，没有驱动力，液态金属不可能凝固。

5、 已知Ni的Tm=1453℃，L=-1870J/mol，σLC=2.25×10J/cm，摩尔体积为6.6cm，设最大过冷度为319℃，求?G均，r均。

r=2σ/ΔGV=2σTm/LmΔT=2σTmV/ΔHmΔT 6、 什么样的界面才能成为异质结晶核心的基底？

对于固相的平面衬底而言，促进异质形核的能力取决于结晶相和它之间的润湿角θ的大小，一般情况下0°<θ<180°,0

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大小，当衬底晶 …… 此处隐藏：4556字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……