下载文档原格式
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。
第三章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。
并结合图3-1及式（3-6）说明过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动力ΔG 的决定因素。
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：（1）VdP SdT dG +-=并根据数学上的全微分关系： dy yF dx x F y x dF xy ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=),(得：（2）dP P G dT T G dG TP ⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=比较（1）式和（2）式得： V P G S T G TP=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂,等压时dP =0 ，此时 （3）dT T G SdT dG P⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=-=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 。
(3)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3-1其中：表示液－固体积自由能之差V G ∆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（3-6）式来看，m m V T TH G ∆⋅∆-=∆（其中：ΔH m —熔化潜热， ΔT —过冷度）)(T T m -=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 。
2．怎样理解溶质平衡分配系数K 0的物理意义及热力学意义？答：（1）K 0的物理意义如下：溶质平衡分配系数K 0定义为：特定温度T *下固相合金成分浓度C 与液相合金成分浓度*S C 达到平衡时的比值：*L K 0 =**LSC C K 0＜1时，固相线、液相线构成的张角朝下，K 0越小，固相线、液相线张开程度越大，开始结晶时与终了结晶时的固相成分差别越大，最终凝固组织的成分偏析越严重。
(1) 3§3.4.1 晶体长大的条件第四节晶体的长大•晶体长大：液体中原子迁移到晶体表面，即液-固界面向液体中推移的过程。
•平衡状态：(dN/dT)M=(dN/dT)F•动态过冷：晶核长大所需的界面过冷度。
（远小于形核所需过冷度）•晶核长大条件：动态过冷、合适的晶核表面结构T i温度对熔化和凝固速度的影响第四节晶体的长大•光滑界面：液-固界面上的原子排列较规则，界面处两相截然分开。
微有若干小平面。
•粗糙界面：液-固界面上的原子排列较混乱，原子分布高低不平整，在几个原子厚度的界面上，液、固两相原子各占位置的一半。
宏观上界面平直。
稳定长大过程，界面能量始终保持最低。
两种能量低的界面结构：光滑界面，粗糙界面第四节晶体的长大理论证明：界面粗糙化时，界面自由能的相对变化：△Gs/(NkT m)=αx(1-x)+xlnx+(1-x)ln(1-x)α=ξL m/(kT m)ξ为晶体学因子，晶面原子密度小，ξ小。
α ≤2时，x=0.5处，界面能最小，粗糙界面α ≥5时，x靠近0或1处界面能最小，光滑界面第四节晶体的长大3.4.3.1 垂直长大方式粗糙界面结构，垂直于界面方向长大。
特点：长大速度相当快，过冷度小。
这种机制适用于多数金属。
晶体长大机制：液态原子向固相表面的添加方式。
与固-液界面结构有关晶体长大方式：垂直长大，横向长大第四节晶体的长大晶体长大方式：垂直长大，横向长大3.4.3.2 横向长大方式(台阶生长机制)光滑界面结构，依靠小台阶接纳液态原子。
长大速度较慢，所需过冷度较垂直长大高第四节晶体的长大晶体长大方式：垂直长大，横向长大3.4.3.2 横向长大方式(台阶生长机制)•二维晶核台阶生长机制：均匀形核-二维晶核-横向长大特点：长大不连续，速度慢•晶体缺陷台阶生长机制：依靠螺型位错或孪晶面生长特点：长大连续，速度较慢第四节晶体的长大一个晶粒各个界面长大速度不一致，以平均值表示晶体长大速率。
《液态金属成型原理》习题一（第一章 第三章）1. 根据实验现象说明液态金属结构。
描述实际液态金属结构。
实验依据：1）多数金属熔化有约3-5%的体积膨胀,表明原子间距增加1-1.5%；2）熔化时熵增大，表明原子排列混乱程度增加，有序性下降；3）汽化潜热远大于熔化潜热, 比值=15-28，液态结构更接近固态；4）衍射图的特征可以用近程有序概括；仅在几个原子间距范围内，质点的排列与固态相似，排列有序；液态金属结构：液体是原子或分子的均质的、密集的、“短程有序”的随机堆积集合体。
其中既无晶体区域，也无大到足以容纳另一原子的空穴。
与理想结构不同，实际金属含有杂质和合金元素，存在着能量起伏、结实验数据 液体结构定性推论熔化时，约3-5%的体积膨胀。
原子间距增加1-1.5%,排列松散Lb>>Lm 与固态相比，金属原子的结合键破坏很少部分 熔化时熵增大 排列的有序性下降，混乱度增加气、液、固相比较，液态金属结构更接近固态构起伏和成分起伏。
2.估计压力变化10kbar引起的铜的平衡熔点的变化。
已知液体铜的摩尔体积为8.0⨯10-6m3/mol，固态为7.6⨯10-6m3/mol，熔化潜热Lm=13.05kJ/mol，熔点为1085︒C。
41.56K3.推导凝固驱动力的计算公式，指出各符号的意义并说明凝固驱动力的本质。
本质：凝固驱动力是由过冷度提供的，过冷度越大，凝固驱动力越大。
4.在环境压力为100kPa下，在紧靠熔融金属的表面处形成一个直径为2μm的稳定气泡时，设气泡与液体金属的σ=0.84N/m，求气泡的内压力。
P=100kPa +( 2*0.84N/m)/(1*10-6m)=1780kPa5.如何区分固—液界面的微观结构？界面结构判据：Jackson因子α≤2，X=0.5时，∆G=min，粗糙界面；α≥3，X→ 0或1时，∆G=min，光滑界面；6.推导均质形核下临界晶核半径和临界形核功，并说明过冷度对二者的影响7.细化晶粒的目的？选择形核剂时的应遵循哪些原则？目的：增加晶粒数目，降低晶粒尺寸，增大晶界面积。
