材料成型原理河海大学复习资料(精)
1 / 51 hunt模型:对片状共晶:,
对棒状共晶:凝固—规那么共晶—组织、性能。
2.非规那么共晶:共晶共生区偏向高熔点组元一侧 ;
第三组元对石墨形态的影响 :Ⅰ.片状:
.球状:球化剂,Mg,Re。
变质处理:工业生产中,通过向金属液中参加某些微量物质以影响晶体的生长机理,从而到达改变组织结构,提高力学性能的目的,该种处理工艺成为变质处理。
3.偏晶合金的缺点:偏晶合金容易产生大的偏析。 偏晶合金的形核位置取决于
三个界面
能(σαL1、σαL2、σL1L2之间的关系。
铸造中为什么不用偏晶合金:由于特殊的冶金学特点,在常规的地面铸锭技术条件下极易
形成严重的重力偏析乃至组元分层而几乎没有任何应用价值。
包晶合金:一个固相与它周围的液相相互作用 ,在一定的温度下,形成另一个固相,
即
LP+αP→β。P相图→作业题。
包晶反响:细化晶粒:Al合金液中参加Ti,可形成TiAl3,Ti含量超过0.15wt%,包
晶反材料成型原理河海大学复习资料(精)
2 / 52 应,TiAl3与L生成α相,包围TiAl3,溶质组元扩散慢,α相无法长大,得到细小的α相晶粒组织。
4.凝固中的对流:(对流对凝固的影响
动量对流:浇注过程中的动量引起紊流漩涡 ,对连续铸锭而言,浇注与凝固同时进
行,动
量对流对铸锭的影响自始至终。
自然对流:自然对流由温度差或浓度差引起,液体各局部密度不同而产生的浮力是自然对
流的驱动力。
对流对凝固组织形貌有较大影响(改变凝固界面前沿液体的温度场和浓度场:当流体速
度与凝固界面垂直时,可能产生比较严重的宏观偏析;强烈的紊流可能冲刷新形成的枝晶臂,而造成晶粒繁殖,对细化等轴晶有一定的帮助。
5.搅拌:(搅拌对对流的影响
搅拌后的半固态浆料淬火:晶粒形状规那么,大局部初生晶粒无搭接,呈球状、椭球状或花
瓣状。
耦合作用(冷却速度与对流速度耦合作用:晶粒形状系数fi=(Rs/Rg3即与晶粒实际体积相等的球体体积与晶粒尖端包围圆所形成的球体体积之比
1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）VdPSdTdG
并根据数学上的全微分关系：
dy
yF
dx
xF
yxdF
xy
),(
得： （2
）dP
PG
dT
TG
dG
TP
比较（1）式和（2）式得：
V
PG
S
TG
TP
,
等压时dP =0
，此时 （3
）dT
TG
SdTdG
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
VG
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，
mm
V
TTH
G
（其中：ΔH
m —熔化潜热， ΔT —过冷度）)(TT
mLPTG
SPTG
2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
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：
则产生机械粘砂的临界压力 ρ＝2σ/r 显然 r＝21×0.1cm＝0.05cm
则 ρ＝410*5.05.1*2－＝6000Pa
材料成型原理
第1章液态金属的结构与性质
物相由界面包围的具有一定成分和结构的均匀体
组织物相的机械混合物
润湿性是指存在两种互不相溶液体，液体首先润湿固相表面的能力，即一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性
压力差物体两侧所受压力的差值
现代晶体学表明，晶体的原子一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上，表现出平移对称性特征，同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动，相对于晶体这种原子有序排列，气体的分子原子，不停的做无规律运动。
液体表现出长程无序特征，液体结构表现出局域范围内的近程有序。
偶分布函数的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的概率。晶态固体因原子以特定方式周期排列，其偶分布函数以相应的规律呈分立的若干尖锐峰，液体的g(r)出现若干衰减的钝化峰，直至几个原子间距后趋于直线g(r)等于1。
由于能量起伏，液体中大量不停游动着的局域有序原子团簇，时聚时散，此起彼伏，而存在结构起伏，实际金属的现象，还要复杂的多，除了能量起伏及结构起伏，还同时存在着浓度起伏。
长程有序：液体的原子相对于周期有序的晶体固态是不规则的，液体结构宏观上不具有平移、对称性。黏度是液体内摩擦阻力大小的标志，黏度的物理意义可以视为：作用于液体表面的应力与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。
表面活性元素使液体黏度降低，非表面活性杂质的存在使黏度提高。
黏度的意义：黏度影响金属液的流动性进而影响铸件轮廓的清晰程度。影响钢铁材料的脱硫，脱磷，扩散脱氧。熔渣及金属液粘度降低对合金元素的过渡是有利的。影响铸件内部缩孔或缩松、热裂的形成倾向。影响精炼效果，夹杂、气孔的形成。
表面张力是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所致。表面是产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。表面与界面的差别在于后者泛指两相之间的交界面，前者指液体或固体与气体之间的交界面。原子间结合力越大，表面内能越大，因此表面自由能越大，表面张力也就越大。两个相共同组成一个界面时，其界面张力的大小与界面两侧质点间结合力的大小成反比。
