材料成型原理课后题答案

第三章：

8：实际金属液态合金结构与理想纯金属液态结构有何不同

答：纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的，是近程有序的。液态中存在着很大的能量起伏。而实际金属中存在大量的杂质原子，形成夹杂物，除了存在结构起伏和能量起伏外还存在浓度起伏。

12：简述液态金属的表面张力的实质及其影响因数。

答：实质：表面张力是表面能的物理表现，是是由原子间的作用力及其在表面和内部间排列状态的差别引起的。

影响因数：熔点、温度和溶质元素。

13：简述界面现象对液态成形过程的影响。

答：表面张力会产生一个附加压力，当固液相互润湿时，附加压力有助于液体的充填。液态成形所用的铸型或涂料材料与液态合金应是不润湿的，使铸件的表面得以光洁。凝固后期，表面张力对铸件凝固过程的补索状况，及是否出现热裂缺陷有重大影响。

15：简述过冷度与液态金属凝固的关系。

答：过冷度就是凝固的驱动力，过冷度越大，凝固的驱动力也越大；过冷度为零时，驱动力不存在。液态金属不会在没有过冷度的情况下凝固。

16：用动力学理论阐述液态金属完成凝固的过程。

答：高能态的液态原子变成低能态的固态原子，必须越过高能态的界面，界面具有界面能。生核或晶粒的长大是液态原子不断地向固体晶粒堆积的过程，是固液界面不断向前推进的过程。只有液态金属中那些具有高能态的原子才能越过更高能态的界面成为固体中的原子，从而完成凝固过程。

17：简述异质形核与均质形核的区别。

答：均质形核是依靠液态金属内部自身的结构自发形核，异质形核是依靠外来夹杂物所提供的异质界面非自发的形核。

异质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加。

异质形核形核功小，形核所需的结构起伏和能量起伏就小，形核容易，所需过冷度小。

18:什么条件下晶体以平面的方式生长什么条件下晶体以树枝晶方式生长

答：①平面方式长大：固液界面前方的液体正温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域及过冷度极小，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体的生长方向相反。

②树枝晶方式生长：固液界面前方的液体负温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域较大，且距离固液界面越远过冷度越大，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体生长的方向相同。

19：简述晶体的微观长大方式及长大速率。

答：①连续生长机理--粗糙界面的生长：动力学过冷度小，生长速率快。②二维生长机理--光滑界面生长：过冷度影响大，生长速度慢。③从缺陷处生长机理--非完整界面生长：所需过冷度较大，生长速度位于以上二者之间。

20：为生么要研究液态金属凝固过程中的溶质再分配它受那些因素的影响

答：液态金属在凝固过程中的各组元会按一定的规律分配，它决定着凝固组织的成分分布和组织结构，液态合金凝固过程中溶质的传输，使溶质在固液界面两侧的固相和液相中进行再分配。掌握凝固过程中的溶质再分配的规律，是控制晶体生长行为的重要因素，也是在生产实践中控制各种凝固偏析的基础。

凝固过程中溶质的再分配是合金热力和动力学共同作用的结果，不同的凝固

条件溶质在固相和液相中的分配规律也不同。

23：什么是成分过冷形成成分过冷必须具备什么条件

答：由固液界面前沿溶质的再分配引起的过冷命名为成分过冷。条件：界面前沿形成溶质富集，液相线温度随距离的增大而上升，当GL小于液相线斜率时出现成分过冷。

25：何为外生生长何为内生生长各在什么条件下进行

答：在合金的结晶中，晶体自形壁生核，然后由外向内单向延伸生长称为外生生长。例如平面生长、胞状生长和柱状树枝晶生长。而在液体内部自由生长的方式称为内生生长，例如等轴晶。（成分过冷加强了晶体生长方式由外生生长向内生生长的转变）宽范围的成分过冷及具有强形核能力的生核剂都有利于内生生长。26：为什么非共晶成分的合金往往能获得100%的共晶组织

答：在近平衡凝固条件下，当其较快地冷却两条液相线的延长线所包围的阴影区域时，两相具备了同时析出的条件，于是，某一相先析出，然后再在其表面上析出另一个相，从而开始两个竞相析出的共晶凝固过程，最后也能获得100%共晶组织（伪共晶组织）。

30：铸件典型宏观凝固组织由哪几部分组成它们的形成机理如何

答：表面细晶粒区：铸型壁附近熔体受到强烈的激冷作用而大量形核，形成无方向性的表面细等轴晶组织，也叫“激冷晶”。柱状晶区：稳定的凝固壳层形成后，那些主干与热流方向相平行的枝晶，较之取向不利的相邻枝晶生长得更为迅速，它们优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长。在逐渐淘汰掉取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织－择优生长。内部等轴晶：等轴晶区的形成是熔体内部晶核自由生长的结果。形核是发生柱状晶向等轴晶转变的必要条件。

31：试分析溶质再分配对游离晶的产生及晶粒细化的作用。

答：溶质再分配使固液前沿的液态金属凝固温度降低，使实际过冷度减小，溶质偏析程度增大，在晶粒的根部产生缩颈现象，形成游离晶。一些游离晶被保留下来，发生晶体增殖，成为等轴晶的核心从而形成等轴晶，起到晶粒细化的作用。32：晶粒细化的措施。

答：①控制浇注条件：低的浇注温度，合理的浇注工艺，理控制冷却条件，选用合适的铸型。②加入生核剂——孕育处理③动态晶粒细化：振动电磁搅拌。33：实际中为何异质形核更普遍

答：①实际金属中存在大量夹杂物为异质形核提供了基础。②所需过冷度小，形核所需的结构起伏和能量起伏小，形核容易。③异质形核的临界形核功小。