材料成型工艺学 金属凝固分析

第一次1、试说明材料成形工艺的作用。

2、分析材料成形工艺特点，并分析不同材料成形工艺中的共性技术有哪些3、论述材料成形工艺的发展趋势。

第二次1.浇注系统的基本类型有哪些各有何特点根据金属液注入型腔的不同方式，浇注系统可分为顶注式、底注式、侧注式和联合注入式4种类型。

1)顶注式浇注系统，就是指金属液从型腔顶部注入，如图1-14所示。

其优点是能使金属液由型腔下部向浇注系统部分顺序凝固，获得组织致密的铸件。

缺点是浇注时金属液容易产生飞溅、涡流，易卷入气体和夹杂物，容易使铸件产生夹渣和气孔。

2)底注式浇注系统，就是金属液平稳地从型壳的下部注入，型腔中的气体能自由地从上部逸出，有良好的出气排渣作用，浇出的铸件表面光洁，如图1-15所示。

这种形式尤其适用于浇注铜、铝等非铁合金铸件。

其缺点是底部与顶部的金属液温差大，不利于顺序凝固，需增设冒口。

3)侧注式浇注系统，就是金属液由铸型型腔侧面水平或倾斜注入，如图1-16所示。

这种方式对型壳的冲击以及排气性能都比顶注要好，整体型壳的温差比底注式小，铸件补缩效果好。

而且一根直浇道可焊多个熔模，是一种应用广泛且工艺成品率较高的浇注方式。

4)联合注入式浇注系统，就是指同时兼有上述方式中的几种，如图1-17所示。

但其结构组成复杂，仅用于尺寸较大且热节分散的精铸件。

2.什么是缩孔和缩松形成条件有何异同铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞。

容积大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

1、缩孔缩孔的孔洞大而集中，缩孔的形状不规则，孔壁粗糙。

缩孔有出现在铸件外部和铸件内部两种，分别称为外缩孔和内缩孔。

外缩孔是指因金属液的凝固收缩而在铸件的外部或顶部形成的缩孔，一般在铸件上部呈漏斗状。

当铸件壁厚很厚时，有时出现在侧面或凹角处。

根据铸件的形状有所不同，漏斗状的下端有的较浅，有的一直深到铸件的内部。

一般来说，产生外缩孔的铸件其内部是致密的。

金属的凝固过程观察一、实验目的了解固溶体合金和共晶体合金这两种合金结晶过程的特点和组织特点，为制定铸造工艺得到参考依据。

二、实验原理（1）树枝状结晶及树枝状晶根据结晶理论，固溶体合金结晶时，开始结晶的固溶体的成分可以用平衡分配系数k0表示，假设在一定范围内液相线和固相线均为直线，则平衡分配系数k0为：k0= Ca / Cl式中Ca——给定条件下结晶出的固溶体的成分；Cl——相同条件下与Ca平衡的液相的成分开始结晶出来的固溶体可以认为是球状，在凝固的初期经过形成等轴状的表面凹凸不平的称为晶粒的阶段之后，由于散热条件不同和晶体沿不同方向长大速度不同等原因，继续长大的晶体就会变成树枝状晶体。

由于固溶体和液体的成分不同，因此先结晶的固溶体和后结晶的固溶体成分将会不同。

也就是说，在一个树枝状晶体的大晶粒内部溶质的浓度不同，产生偏析。

若在凝固的过程中将试样水淬，使其快速凝固，则由于急冷凝固的那部分组织(淬火组织)变为非常细的树枝状组织，可以与慢冷的粗大树枝状晶体加以区别。

因此在结晶的不同阶段进行急冷，观察组织可以了解生长阶段的树枝状晶体。

（2）共晶结晶及共晶体有很多合金结晶生成共晶体。

是由相图上的共晶成分的合金液体通过恒温反应生成的。

二元共晶合金的恒温反应如下：Lc→αa+βb式中Lc——成分为c的液相；αa——成分为a的固相；βb——成分为b的另一个固相。

所以把共晶反应叙述为：一个固定成分的液相在恒温下转变成成分和结构不同的另外两种固相的反应。

共晶反应的特点是，溶质和溶剂原子不进行长距离的扩散运输，合金的宏观成分不发生显著的变化。

而新形成的两种固相互相促进形核，共同协调长大。

因此共晶体组织往往带有自身独特的组织形态，很容易与其它组织区分。

共晶体中两相的弥散程度也依赖于冷却速度或结晶速度。

根据这一原理，采用在结晶过程中进行水淬冷却，可以分析不同阶段的共晶体长大的形态和特征。

（3）铝合金铝合金中常加入的元素为Cu、Zn、Mg、Si和Mn以及稀土元素等。

金属凝固原理
金属凝固原理是物理学中最重要的概念之一，它是指当温度降低到一定程度时，金属内部从液态直接过渡到固态的过程。

这种过程叫做凝固或结晶。

在该过程中，金属内部具有一种特殊的结构，即“金属晶格”。

金属晶格是一种稳定的结构，由许多小空间和原子构成，并且可以承受很大的力。

金属凝固原理是一个相对复杂的概念，涉及到物理学、化学、材料学等多个领域。

它的基本原理是，温度降低时，金属内部产生秩序，原子开始排列形成一种晶格结构，从而使金属变成固态。

金属凝固原理是金属加工工艺中最重要的一环，同时也是材料性能分析的基础。

因此，金属凝固原理的研究和应用对于金属加工工艺的改进和优化具有重要意义。

首先，金属凝固原理的研究依赖于量子力学理论，也就是研究金属晶格中原子的行为。

在量子力学理论的基础上，工程师可以利用计算机模拟金属的凝固过程，进一步探究金属凝固原理。

其次，金属凝固原理的研究也受益于材料科学技术的发展。

如X射线衍射仪（XRD）可以检测金属内部晶格结构的信息，从而更好地理解金属凝固原理。

此外，金属凝固原理的研究也受益于材料工程学的发展。

例如，在实验室中，可以通过不同的温度调节和材料组成，模拟金属凝固过程，以更深入地理解金属凝固原理。

金属凝固原理是物理学、化学、材料学等多个领域的重要内容，其研究对金属加工工艺的改进和优化具有重要意义。

因此，金属凝固原理的研究将会在未来发挥重要作用。

金属材料凝固过程研究现状与未来展望下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!一、现状分析1. 宏观研究。

金属材料凝固过程是材料学领域的重要研究内容。

第1篇一、实验目的1. 理解材料成形的基本原理和工艺过程。

2. 掌握材料成形实验的基本操作方法和实验技巧。

3. 分析材料成形过程中的各种现象，加深对材料成形原理的理解。

二、实验原理材料成形原理是研究材料在成形过程中，如何通过物理、化学和力学作用，改变材料的形状、尺寸和性能的一门学科。

实验中，我们将通过实际操作，观察材料在不同成形工艺下的变化，从而验证材料成形原理。

三、实验仪器与设备1. 液态金属成形设备：高温炉、模具、浇注系统等。

2. 塑性成形设备：拉伸试验机、压缩试验机、弯曲试验机等。

3. 焊接设备：电弧焊机、气体保护焊机、等离子焊机等。

4. 光学显微镜、扫描电镜等观察设备。

四、实验内容及步骤1. 液态金属成形实验（1）高温炉预热：将高温炉预热至所需温度，通常为金属熔点的1.5倍左右。

（2）金属熔化：将金属放入高温炉中，加热至熔化状态。

（3）金属浇注：将熔化的金属浇注到预先准备好的模具中。

（4）金属凝固：让金属在模具中凝固，形成所需形状。

2. 塑性成形实验（1）拉伸试验：将金属试样置于拉伸试验机上，进行拉伸试验，观察试样断裂时的现象。

（2）压缩试验：将金属试样置于压缩试验机上，进行压缩试验，观察试样变形和断裂现象。

（3）弯曲试验：将金属试样置于弯曲试验机上，进行弯曲试验，观察试样变形和断裂现象。

3. 焊接实验（1）电弧焊：将金属板置于电弧焊机下，进行电弧焊，观察焊缝成形和焊缝组织。

（2）气体保护焊：将金属板置于气体保护焊机下，进行气体保护焊，观察焊缝成形和焊缝组织。

（3）等离子焊：将金属板置于等离子焊机下，进行等离子焊，观察焊缝成形和焊缝组织。

五、实验结果与分析1. 液态金属成形实验通过液态金属成形实验，我们观察到金属在高温下熔化，浇注到模具中后凝固成所需形状。

在实验过程中，我们掌握了金属熔化、浇注和凝固的基本原理。

2. 塑性成形实验通过塑性成形实验，我们观察到金属在拉伸、压缩和弯曲过程中，会产生不同程度的变形和断裂。

第一部分：液态金属凝固学2.1 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，还存在浓度起伏和结构起伏。

2.2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和附加压力p的关系如（1）p＝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）p＝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。

2.3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。

2.4 解：浇注模型如下：则产生机械粘砂的临界压力p＝2ς/r显然 r ＝21×0.1cm ＝0.05cm 则 p ＝410*5.05.1*2－＝6000Pa 不产生机械粘砂所允许的压头为H ＝p/（ρ液*g ）＝10*75006000＝0.08m 2.5 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/s3.1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*所以球形晶核较立方形晶核更易形成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。