合工大版材料成型原理课后习题参考答案(重要习题加整理)

第六章 多相合金凝固1、根据共晶体两组成相的Jackson 因子，共晶组织可分为哪三类？它们各有何生长特性及组织特点？答:根据共晶体两组成相的Jackson 因子，共晶组织可分为下列三类:（1）粗糙-粗糙界面（非小晶面-非小晶面）共晶.（2）粗糙-光滑界面（非小晶面-小晶）共晶.（3）光滑-光滑界面（小晶面-小晶面）共晶 .各自生长特性及组织特点:第（1）类共晶，生长特性为: “共生 ”生长, 即在共晶偶合长大时，两相彼此紧密相邻，而在两相前方的液体区域存在溶质的运动 , 两相有某种相互依赖关系.组织特点为: 对于有共晶成分的合金,其典型的显微形态是有规则的层片状或其中有一相为棒状或纤维状(即规则共晶);对于非共晶成分的合金，在共晶反应前，初生相呈树枝状长大，所得到的组织由初晶及共晶体所组成。

第(2)类共晶体，生长特性为: 长大过程是相互偶合的共生长大.组织特点为: 组织较为无规则的,且容易发生弯曲和分枝 .第(3)类共晶体, 生长特性为: 长大过程不再是偶合的组织特性为: 所得到的组织为两相的不规则混合物2、以某合金生产厚大平板铸件，凝固首先析出α初生相，其生长速度R=8μm/s ，溶质B 原子在液相中的扩散系数D L =5600μm²/s ，到共晶阶段形成α-β层片状规则共晶，其片间距为5.6μm.（1） 分别估算初生相及共晶生长阶段α相固液界面前沿的溶质富集边界层厚度；（2） 比较两阶段边界层厚度的差别，并对此现象给予理论解释。

解：（1）α初生相阶段： 溶质富集边界层厚度约（2倍特征距离）R D L /2=2x5600/8=1400μm共晶生长阶段： 溶质富集边界层厚度约（片层距的一半）λ/2=5.6/2=2.8μm(2) 由上述计算结果可见，层片状规则共晶生长过程，其固液界面前沿的溶质富集边界层厚度，比单相生长过程的溶质富集边界层厚度要小得多，而且，其溶质富集程度也小得多。

从物理过程看，这种差别的内在原因在于，层片状规则共晶生长过程中，共晶相邻的两相生长排出的多余原子，由于凝固界面前沿横向扩散，横向扩散耦合的结果使界面前的溶质富集边界层厚度大大缩小。

第一章习题1 . 液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？答：（1）液体与固体及气体比较的异同点可用下表说明相同点不同点液体具有自由表面；可压缩性很低具有流动性，不能承受切应力；远程无序，近程有序固体不具有流动性，可承受切应力；远程有序液体完全占据容器空间并取得容器内腔形状；具有流动性远程无序，近程有序；有自由表面；可压缩性很低气体完全无序；无自由表面；具有很高的压缩性（2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明：①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。

金属熔化时典型的体积变化∆V m/V为3%~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。

②金属熔化潜热∆H m约为气化潜热∆H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。

由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。

2 . 如何理解偶分布函数g(r) 的物理意义？液体的配位数N1、平均原子间距r1各表示什么？答：分布函数g(r) 的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。

N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。

r1 表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。

3．如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。

答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。

近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团（2）说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证①偶分布函数的特征对于气体，由于其粒子（分子或原子）的统计分布的均匀性，其偶分布函数g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1。

材料成型原理课后答案材料成型原理是指通过不同的成型工艺，将原料加工成所需形状和尺寸的零部件或制品的原理。

在工程制造领域中，材料成型是非常重要的一环，它直接影响着制品的质量和性能。

下面就材料成型原理的相关问题进行解答。

1. 什么是材料成型原理？材料成型原理是指将原料加工成所需形状和尺寸的零部件或制品的原理。

它是通过对原料进行加工，使其发生形状、尺寸和性能的改变，从而得到符合要求的制品。

材料成型原理是工程制造中的重要环节，它直接关系到制品的质量和性能。

2. 材料成型的基本过程是什么？材料成型的基本过程包括原料的预处理、成型工艺和制品的后处理。

首先，原料需要进行预处理，包括清洁、除杂、干燥等工序，以保证原料的质量和加工的顺利进行。

然后，根据制品的要求，选择合适的成型工艺，如锻造、压铸、注塑等，对原料进行加工成型。

最后，对成型后的制品进行后处理，包括去除余渣、表面处理、热处理等工序，以提高制品的质量和性能。

3. 材料成型原理的影响因素有哪些？材料成型原理的影响因素包括原料的性能、成型工艺、成型设备和操作技术等。

首先，原料的性能直接影响着成型的难易程度和制品的质量。

其次，成型工艺的选择和设计对成型效果起着决定性的作用。

成型设备的性能和精度也会影响成型的质量和效率。

操作技术则是保证成型过程顺利进行的重要因素。

4. 材料成型原理的发展趋势是什么？随着科学技术的不断发展，材料成型原理也在不断创新和完善。

未来，材料成型将更加注重节能环保、智能化和数字化。

新材料、新工艺、新设备的不断涌现，将推动材料成型原理朝着高效、精密、绿色的方向发展。

同时，数字化技术的应用将使成型过程更加智能化和可控化，提高生产效率和产品质量。

5. 如何提高材料成型的质量和效率？要提高材料成型的质量和效率，首先需要加强对原料的质量控制，保证原料的质量稳定。

其次，要优化成型工艺和设备，提高成型的精度和效率。

同时，加强操作技术的培训和管理，确保成型过程的稳定和可控。

第九章液态金属与气相的相互作用1.焊接和铸造过程中的气体来源于何处？它们是如何产生的？答：（1）焊接区内的气体：主要来源于焊接材料，如焊条药皮、焊剂及药芯焊丝中的造气剂，高价氧化物和水分等；焊材表面和母材坡口的油污、油漆、铁锈、水分，空气中的气体、水分，保护气体及其杂质气体；焊接区的气体还通过一些物理化学反应，有机物的分解和燃烧，碳酸盐和高价氧化物的分解，材料的蒸发。

（2）铸造过程中的气体：熔炼过程，气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO2、CO、SO2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。

来自铸型中的气体主要是型砂中的水分。

浇注过程，浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差，浇注速度控制不当，型腔内的气体不能及时排除等，都会使气体进入液态金属。

2. 气体是如何溶解到金属中的？电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程一样吗？答：（1）气体在高温下可以分子，原子或离子状态存在，原子或离子状态的气体可直接融入液态金属，而分子状态的气体必须分解为原子或离子状态，才能溶解到液态金属中，气体无论以何种方式向金属中溶解，都要先趋近于表面上，然后以吸附，分解和扩散，而分解和吸附的先后顺序取决于气体的性质。

（2）电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程不一样，氢在高温时分解度较大，电弧温度下可完全分解为原子氢，其溶解过程为分解—吸附—溶入。

在电弧气氛中，氮以分子形式存在，其溶解过程为吸附—分解—溶入。

3.哪些因素影响气体在金属中的溶解度，其影响因素如何？答：气体在金属中的溶解度与压力，温度，合金成分等因素有关：（1）当温度一定时，双原子的溶解度与其分压的平方根成正比（2）当压力一定时，溶解度与温度的关系决定于溶解反应类型，气体溶解过程为吸热反应时，△H为正值，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应时，△H为负值，溶解度随温度的上升而降低。

（3）合金成分对溶解度的影响：液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即氮、氢、氧化合物），则可降低气体的溶解度。

材料成型原理课后答案材料成型原理是指通过一定的方法和工艺，将原料加工成所需形状的工程材料的过程。

在工程实践中，材料成型原理是非常重要的，因为它直接影响着材料的性能和质量。

下面是一些关于材料成型原理的课后答案，希望能够帮助大家更好地理解这一知识点。

1. 请简要说明材料成型原理的基本概念。

材料成型原理是指利用一定的方法和工艺，将原料加工成所需形状的工程材料的过程。

这个过程包括了原料的选择、加工工艺的设计、成型设备的选择等多个方面，是一个复杂的系统工程。

2. 什么是材料的塑性变形？请举例说明。

材料的塑性变形是指在一定条件下，材料可以经受外力作用而发生形状和尺寸的变化，而且在去除外力后，能够保持变形的一种性质。

例如金属材料在加工过程中经受压力而产生的变形，就是一种塑性变形。

3. 请简要说明材料的成型工艺对材料性能的影响。

材料的成型工艺对材料性能有着直接的影响。

不同的成型工艺会对材料的组织结构、晶粒大小、内部应力等产生影响，从而影响材料的硬度、强度、韧性等性能。

4. 请简要说明材料成型原理在工程实践中的应用。

材料成型原理在工程实践中有着广泛的应用。

例如在汽车制造中，各种金属材料需要经过成型工艺才能制成车身和零部件；在航空航天领域，各种复杂的零部件需要通过成型工艺才能完成加工。

5. 请简要说明材料成型原理的发展趋势。

随着科学技术的不断发展，材料成型原理也在不断地发展和完善。

未来，随着新材料、新工艺的不断涌现，材料成型原理将更加注重对材料性能的精细调控，以及对环境的友好性。

以上就是关于材料成型原理的一些课后答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一知识点。

材料成型原理是工程材料学中的重要内容，对于工程实践具有重要的指导意义。

希望大家能够在学习和工作中充分应用这一知识，不断提高自己的专业水平。

第四章习题解答1.试述等压时物质自由能G 随温度上升而下降以及液相自由能G L 随温度上升而下降的斜率大于固相G S 的斜率的理由。

答：(1)等压时物质自由能G 随温度上升而下降的理由如下：由麦克斯韦尔关系式： VdP SdT dG +-= （1） 并根据数学上的全微分关系：dyy F dx x F y x dF xy ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=),(得： dPP G dT T G dG TP ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= （2）比较（1）式和（2）式得： V P G S T G TP =⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂,等压时dP =0 ，此时 dT T G SdT dG P⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=-= （3）由于熵恒为正值，故物质自由能G 随温度上升而下降。

(2)液相自由能G L 随温度上升而下降的斜率大于固相G S 的斜率的理由如下：因为液态熵大于固态熵，即： S L ＞ S S所以：＞ 即液相自由能G L 随温度上升而下降的斜率大于固相G S 的斜率 。

2、结合图4-1及式（4-6）说明过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动力ΔG 的决定因素。

答：过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动力ΔG 的决定因素的理由如下：右图即为图4-1其中：V G ∆表示液－固体积自由能之差T m 表示液-固平衡凝固点 从图中可以看出：T > T m 时，ΔG=Gs -G L ﹥0，此时 固相→液相T = T m 时，ΔG=Gs -G L =0，此时 液固平衡T < T m 时，ΔG=Gs -G L ＜0，此时 液相→固相所以ΔG 即为相变驱动力。

再结合（4-6）式来看， m m V T TH G ∆⋅∆-=∆（其中：ΔH m —熔化潜热， ΔT )(T T m -=—过冷度）由于对某一特定金属或合金而言，T m 及ΔH m 均为定值，所以过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动力ΔG 的决定因素 。

3. 若金属固溶体以初生相按树枝晶单向生长，且生长释放的潜热与热量导出相平衡，试分析其枝晶端部可能具有哪些类型的过冷？若金属固溶体以初生相按等轴树枝晶在熔体中生长呢？答：（1）单向生长枝晶端部存在的过冷类型有：一定有动力学过冷，因为晶体的生长必然具备动力学过冷；一定有曲率过冷，因枝晶端部曲率不可能为零（或曲率半径无穷大），所以必然存在曲率过冷；可能成分过冷，金属固溶体（意味着是合金，而不是纯金属）凝固过程具有溶质再分配（具体见第五章），在条件合适的情况下，可能会出现成分过冷；在通常的条件下（题目未强调大气压之外的附加压力），不会出现压力过冷；按照题意，生长释放的潜热与热量导出相平衡，因此不会出现热过冷。

1 表面张力—表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。

表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。

2 粘度－表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。

或作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。

3 表面自由能(表面能)－为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。

4 液态金属的充型能力－液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力。

5 液态金属的流动性－是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。

6 铸型的蓄热系数－表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。

7 不稳定温度场－温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场稳定温度场－不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）：8 温度梯度—是指温度随距离的变化率。

或沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。

9 溶质平衡分配系数K0—特定温度T*下固相合金成分浓度CS*与液相合金成分CL*达到平衡时的比值。

10 均质形核和异质形核－均质形核(Homogeneous nucleation) ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，亦称“自发形核” 。

非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”。

11、粗糙界面和光滑界面－从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置只有50％左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。

粗糙界面在有些文献中也称为“非小晶面”。

光滑界面—从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。

也称为“小晶面”或“小平面”。

12 “成分过冷”与“热过冷”－液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固－液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的改变而可能产生所谓的“成分过冷”。

第二章光固化快速成型工艺1 ．叙述光固化快速成型的原理。

氦－镉激光器或氩离子激光器发出的紫外激光束在控制系统的控制下按零件的各分层截面信息在光敏树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。

一层固化完毕后，工作台下移一个层厚的距离，以使在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂，刮板将粘度较大的树脂液面刮平，然后进行下一层的扫描加工，新固化的一层牢固地粘结在前一层上，如此重复直至整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。

2 ．光固化快速成型的特点有哪些？优点：（1）成型过程自动化程度高；（2）尺寸精度高；（3）优良的表面质量；（4）可以制作结构十分复杂的模型、尺寸比较精细的模型；（5）可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型；（6）制作的原型可以一定程度地替代塑料件。

缺点：（1）制件易变形，成型过程中材料发生物理和化学变化；（2）较脆，易断裂性能尚不如常用的工业塑料；（3）设备运转及维护成本较高，液态树脂材料和激光器的价格较高；（4）使用的材料较少，目前可用的材料主要为感光性的液态树脂材料；（5）液态树脂有气味和毒性，并且需要避光保护，以防止提前发生聚合反应，选择时有局限性；（6）需要二次固化3．光固化材料的优点有哪些？光固化树脂主要分为几大类？优点：（1）固化快（2）不需要加热（3）可配成无溶剂产品（4）节省能量。

（5）可使用单组分，无配置问题，使用周期长。

（6）可以实现自动化操作及固化，提高生产的自动化程度，从而提高生产效率和经济效益。

分类：(1)自由基光固化树脂(2)阳离子光固(3)混杂型光固化树脂4．光固化成型工艺过程主要分为几个阶段，其后处理工艺过程包括哪些基本步骤？阶段：前处理、原型制作和后处理三个阶段。

后处理步骤：（1）原型叠层制作结束后，工作台升出液面，停留5~10min（晾干）；（2）将原型和工作台一起斜放景干，并将其浸入丙酮、酒精等清洗液中，搅动并刷掉残留的气泡，45min后放入水池中清洗工作台；（3）由外向内从工作台上取下原型，并去除支撑结构；（4）再次清洗后置于紫外烘箱中进行整体后固化。

材料成型原理课后答案材料成型原理是指在材料加工过程中，通过施加外力或温度等条件，使材料发生形状、结构或性能的改变，从而达到所需形状和性能的加工过程。

在工程实践中，材料成型原理是非常重要的，它涉及到材料的加工工艺、成型设备、成型模具等方面的知识。

下面我们来看一下材料成型原理课后答案。

首先，材料成型原理的基本原理是什么？材料成型原理的基本原理是利用外力或温度等条件，使材料发生形状、结构或性能的改变，从而达到所需形状和性能的加工过程。

在材料成型过程中，通常会施加挤压力、拉伸力、压缩力等外力，或者通过加热、冷却等温度条件，来改变材料的形状和性能。

其次，材料成型原理的主要分类有哪些？根据加工方式的不同，材料成型原理可以分为塑性成型和非塑性成型两大类。

塑性成型是指在加工过程中，材料会发生塑性变形，通常包括挤压、拉伸、冲压、锻造等工艺。

非塑性成型则是指在加工过程中，材料不会发生塑性变形，通常包括切割、焊接、涂覆等工艺。

再次，材料成型原理的影响因素有哪些？材料成型过程受到多种因素的影响，包括材料的性能、成型设备、成型模具、加工工艺等。

其中，材料的性能是影响成型质量的关键因素，包括材料的塑性、韧性、硬度等性能。

成型设备和成型模具的设计也会直接影响成型的效果，加工工艺的选择和控制也是影响成型质量的重要因素。

最后，材料成型原理的发展趋势是什么？随着科学技术的不断进步，材料成型原理也在不断发展。

未来，材料成型技术将更加注重节能环保、智能化、精准化和柔性化，同时也会更加注重材料的功能性和多功能性。

同时，材料成型原理也将更加注重与其他工艺的集成和协同，实现材料加工的高效、低成本和高质量。

综上所述，材料成型原理是材料加工中的重要理论基础，它涉及到材料的加工工艺、成型设备、成型模具等方面的知识。

在学习和掌握材料成型原理的过程中，我们需要深入理解其基本原理、主要分类、影响因素和发展趋势，从而更好地应用于工程实践中，为材料加工提供更好的技术支持。

材料成形原理课后习题解答1.什么是材料成形原理？为什么要学习材料成形原理？答：材料成形原理是研究材料在加工过程中的变形原理和规律的学科。

学习材料成形原理可以帮助我们理解和掌握材料的成形过程，从而能够对材料的性能、结构和应用进行合理的设计和改进。

2.材料成形的基本原理是什么？答：材料成形的基本原理是应用外力使材料发生塑性变形，从而改变材料的形状和结构。

3.什么是冷加工和热加工？它们的主要区别是什么？答：冷加工是指在室温下进行的材料成形加工，如冷轧、冷拔等；热加工是指在高温下进行的材料成形加工，如热轧、锻造等。

它们的主要区别在于加工温度的不同，冷加工温度低于材料的再结晶温度，而热加工温度高于材料的再结晶温度。

4.什么是金属的再结晶？它对材料性能有什么影响？答：金属的再结晶是指在加工过程中，材料的晶粒发生重新排列和再生长的过程。

再结晶可以消除材料的冷变形应力，提高材料的塑性和韧性，改善材料的综合性能。

5.什么是金属的变形硬化？它是如何发生的？答：金属的变形硬化是指在加工过程中，由于晶粒的滑移和位错的增加，使材料的塑性变差并增加材料的硬度。

变形硬化是通过位错的堆积和排列来发生的，位错的滑动和相互阻碍使材料的塑性变差。

6.什么是材料的流变应力？它对材料成形有何影响？答：材料的流变应力是指在材料变形过程中，材料所受到的阻碍变形的力。

流变应力对材料成形有重要影响，它决定了材料的变形能力和成形过程中所需的加工力。

7.什么是材料的屈服点？它对材料成形有何影响？答：材料的屈服点是指材料在加工过程中开始发生塑性变形的应力值。

屈服点对材料成形有重要影响，它决定了材料的可塑性和成形的可行性。

8.什么是材料的回弹？它是如何发生的？答：材料的回弹是指在加工过程中，材料在外力消失后恢复到原始形状的程度。

回弹是由于材料的弹性变形和塑性变形共同作用所引起的。

9.什么是材料的成形极限？为什么要考虑材料的成形极限？答：材料的成形极限是指材料在成形过程中能够承受的最大变形量。

材料成型原理第一章（第二章的内容）第一部分：液态金属凝固学1.1 答：（1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。

原子集团的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离的原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部存在着能量起伏。

（2）实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外，还存在结构起伏。

1.2答：液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。

表面张力对应于液－气的交界面，而界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。

表面张力σ和界面张力ρ的关系如（1）ρ＝2σ/r,因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半径；（2）ρ＝σ（1/r1+1/r2）,式中r1、r2分别为曲面的曲率半径。

附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。

1.3答：液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确定条件下的冲型能力，它是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂质含量决定，与外界因素无关。

而冲型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。

提高液态金属的冲型能力的措施：（1）金属性质方面：①改善合金成分；②结晶潜热L要大；③比热、密度、导热系大;④粘度、表面张力大。

（2）铸型性质方面：①蓄热系数大；②适当提高铸型温度；③提高透气性。

（3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。

（4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度；②降低结构复杂程度。

1.4 解：浇注模型如下：显然 r ＝21×0.1cm ＝0.05cm 则 ρ＝410*5.05.1*2－＝6000Pa 不产生机械粘砂所允许的压头为H ＝ρ/（ρ液*g ）＝10*75006000＝0.08m 1.5 解： 由Stokes 公式 上浮速度 92(2v )12r r r －＝ r 为球形杂质半径，γ1为液态金属重度，γ2为杂质重度，η为液态金属粘度γ1＝g*ρ液＝10*7500＝75000γ2＝g 2*ρMnO ＝10*5400＝54000所以上浮速度 v ＝0049.0*95400075000(*10*1.0*223）－）（－＝9.5mm/s 3.1解：（1）对于立方形晶核 △G 方＝－a 3△Gv+6a 2σ①令d △G 方/da ＝0 即 －3a 2△Gv+12a σ＝0，则临界晶核尺寸a *＝4σ/△Gv ，得σ＝4*a △Gv ，代入① △G 方*＝－a *3△Gv ＋6 a *24*a △Gv ＝21 a *2△Gv 均质形核时a *和△G 方*关系式为：△G 方*＝21 a *3△Gv （2）对于球形晶核△G 球*＝－34πr *3△Gv+4πr *2σ 临界晶核半径r *＝2σ/△Gv ，则△G 球*＝32πr *3△Gv 所以△G 球*/△G 方*＝32πr *3△Gv/(21 a *3△Gv) 将r*＝2σ/△Gv ，a *＝4σ/△Gv 代入上式，得△G 球*/△G 方*＝π/6<1，即△G 球*<△G 方*3-7解： r 均*＝(2σLC /L)*(Tm/△T)＝319*6.618702731453*10*25.2*25）＋（－cm ＝8.59*10－9m △G 均*＝316πσLC 3*Tm/（L 2*△T 2） ＝316π*262345319*)10*6.61870(2731453*10*10*25.2(）＋（）－＝6.95*10－17J3.2答： 从理论上来说，如果界面与金属液是润湿得，则这样的界面就可以成为异质形核的基底，否则就不行。

第七章铸件与焊缝宏观组织及其控制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?答：铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。

表面激冷区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。

这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。

柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也可能直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中，发展成柱状晶组织。

内部等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。

随着柱状晶的发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个液体中开始形核。

同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上的长大速度是相等的，因此长成了等轴晶。

2.试分析溶质再分配对游离晶粒的形成及晶粒细化的影响。

答：对于纯金属在冷却结晶时候没有溶质再分配，所以在其沿型壁方向晶体迅速长大，晶体与晶体之间很快能够连接起来形成凝固壳。

当形成一个整体的凝固壳时，结晶体再从型壁处游离出来就很困难了。

但是如果向金属中添加溶质，则在晶体与型壁的交汇处将会形成溶质偏析，溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生“脖颈”，具有“脖颈”的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体连接形成凝固壳, 另一方面，在浇注过程和凝固初期存在的对流容易冲断“脖颈”，使晶体脱落并游离出去，形成游离晶。

一些游离晶被保留下来并发生晶体增殖，成为等轴晶的核心，形成等轴晶，从而起到细化晶粒的作用。

材料成型基础课后习题答案材料成型基础课后习题答案材料成型是一门重要的工程学科，涉及到材料的加工、成型和变形等方面。

在学习这门课程时，我们经常会遇到一些习题，通过解答这些习题，可以加深对材料成型基础知识的理解和掌握。

下面是一些常见的材料成型基础课后习题及其答案，供大家参考。

1. 什么是材料成型？答：材料成型是指将原始材料通过一系列的工艺操作，使其发生形状、尺寸和性能的变化，最终得到所需的成品的过程。

2. 材料成型的分类有哪些？答：材料成型可以分为塑性成型和非塑性成型两大类。

塑性成型是指通过材料的塑性变形来实现成型的过程，如锻造、压力成型等；非塑性成型是指通过材料的断裂、破碎等非塑性变形来实现成型的过程，如切削加工、焊接等。

3. 什么是锻造？答：锻造是一种常用的塑性成型方法，通过对金属材料进行加热后的塑性变形，使其在模具的作用下得到所需的形状和尺寸。

锻造可以分为冷锻和热锻两种方式。

4. 锻造的优点有哪些？答：锻造具有以下几个优点：- 可以改善金属材料的内部组织结构，提高其力学性能；- 可以提高材料的密度和均匀性；- 可以减少材料的加工量，提高生产效率；- 可以节约材料和能源。

5. 什么是压力成型？答：压力成型是一种常用的塑性成型方法，通过对材料施加压力，使其发生塑性变形，最终得到所需的形状和尺寸。

压力成型包括挤压、拉伸、冲压等多种方法。

6. 压力成型的应用领域有哪些？答：压力成型广泛应用于汽车制造、航空航天、电子产品等领域。

例如，汽车制造中的车身板件、发动机零件等都是通过压力成型得到的。

7. 什么是切削加工？答：切削加工是一种常用的非塑性成型方法，通过对材料进行切削、剪切等操作，使其发生变形，最终得到所需的形状和尺寸。

切削加工包括车削、铣削、钻削等多种方法。

8. 切削加工的优点有哪些？答：切削加工具有以下几个优点：- 可以实现高精度的加工，得到精确的形状和尺寸；- 可以加工各种材料，包括金属、塑料、陶瓷等；- 可以加工复杂的形状和结构。

第一章习题1 . 液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？（2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明：①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。

金属熔化时典型的体积变化∆V m/V为3%~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。

②金属熔化潜热∆H m约为气化潜热∆H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。

由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。

2 . 如何理解偶分布函数g(r) 的物理意义？液体的配位数N1、平均原子间距r1各表示什么？答：分布函数g(r) 的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。

N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。

r1 表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。

3．如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。

答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。

近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团（2）说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证①偶分布函数的特征对于气体，由于其粒子（分子或原子）的统计分布的均匀性，其偶分布函数g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1。

晶态固体因原子以特定方式周期排列，其g(r)以相应的规律呈分立的若干尖锐峰。

而液体的g(r)出现若干渐衰的钝化峰直至几个原子间距后趋于直线g(r)=1，表明液体存在短程有序的局域范围，其半径只有几个原子间距大小。