铸造成型原理重点知识总结

第一章1、可以通过哪些途径来研究液态金属的结构？①间接方法：通过固---液、固---气态转变后，一些物理性质的变化判断液态的原子结合情况。

②直接方法：通过液态金属的X射线或中子线的结构分析研究液体的原子排列情况。

2、如何理解液态金属的“远程无序”“进程无序”结构？从X射线衍射分析对液态金属铝结构的认识中可以看到，液态铝中的原子排列在几个原子间的小范围内，与其固态铝原子的排列基本一致，呈现一定的规则排列，而距离远的原子排列就不同于固态？了表现为无序状态，称为“远程无序”“进程无序”结构。

3.试阐释实际液态金属的结构及能量结构及浓度等三种起伏特征处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也随时间不停变化，时高时低，这种现象称为“能量起伏”。

另外，液态金属中存在由大量不停“游动”着原子团组成，原子集团不断分化组合，这种现象称为“结构起伏”。

由于同种元素及不同元素之间的原子结合力是不同的，即游动集团之间存在着成分不均匀性，称之为“浓度起伏”。

4.液态金属黏涝性的本质及影响因素有哪些方面？本质：是质点间结合力的大小，即原子间做相对运动时产生的阻力。

影响因素：①温度。

②熔点。

③夹杂。

5、影响充型能力的因素及提高充型能力的措施都有哪些？（1）金属性能方面的因素：①合金的化学成分。

②结晶潜热。

③金属的热处理性能（比热容，密度和热导率）④黏度。

⑤表面张力。

措施：①正确选择合金成分。

②合理的熔炼工艺。

（2）铸型性质方面的因素：①铸型的蓄热系数。

②铸型的温度。

③铸型中的气体。

措施：①适当降低型砂中的含水量和发气物质的含量。

②提供砂型的透气性。

（3）浇筑方面的因素：①浇筑的温度。

②充型压头。

③浇筑系统的结构。

措施：①在一定范围内提高温度。

②增发液态金属在流动方向上所受的压力。

③铸件结构方面的因素是铸件的折算厚度和复杂程度。

6、你认为可以采用哪些工艺措施来提高该铸件的成品率？①利用高温出炉低温浇筑工艺。

②预热铸型。

③增加金属液静压头。

④分析浇筑系统，合理安排内浇道在铸件上的位置，选择恰当的浇筑系统结构和各组元的断面积，尽量简化浇筑系统。

⑤选择正确的浇筑位置。

⑥适当提高浇筑温度。

7、铸件的凝固方式及其影响的因素？铸件凝固方式：①逐渐凝固方式。

②体积凝固方式。

③中间凝固方式。

影响因素：凝固区域的宽度，即铸件的凝固方式是由合金的结晶温度范围ΔT与温度降低ξt（可以近似的表示为温度梯度）的比值确定。

第二章1、论述均质形核与非均质形核之间的区别与联系，并分别从临界形核半径，形核功这两个方面阐述外来衬底的湿润能力对临界形核过冷度的影响。

区别与联系：相同点1）形核的驱动力和阻力相同；2）临界晶核半径相等；3）形成临界晶核需要临界功；4)结构起伏和能量起伏是形核的基础；5）形核需要一个临界过冷度；6）形核率在达到极大值之前，随过冷度增大而增加；与均质性和相比，非均质性和的特点：1）非均质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加；2）非均质形核的晶核体积小，形核功小，形核所需结构起伏和能量起伏就小，形核容易，临界度过小；3）非均质形核时晶核形状和体积由临界晶核半径和接触角共同决定，临界晶核半径相同时，接触角越小，晶核体积越小，形核越容易；4）非均质形核的形核率随过冷度增加而增大，当超过极大值后下降。

2、从原子角度看，决定固——液界面微观结构的条件是什么？热力学因素：)/)(/()/)(/00(νηνηR k a S T L m ∆≈= a 作为固态围观界面结构的判据a<2形成粗糙界面a>2半整界面 动力学因素T k ∆大→连续生长——粗糙平面结构 T k ∆小→平整界面生长。

3、阐述各种界面微观结构与其生长机理和生长速度之间的联系，并指出它们的生长表面和生长方向各有的特点。

（1）粗糙界面是连续生长方式T T T DL R k k R ∆=∆=μ12001/生长过程中几乎不存在热力学能障 易为较小的动力学过冷所驱动（2）完整平整界面的生长是二维形核生长方式e R T k b ∆-=/22μ 动力学能障 大需较大的动力学过冷驱动（3）非完整界面的生长是从缺陷处生长方式T R K 233∆=μ 螺旋式的台阶在生长过程中不会消失，大大减少热力学能障 加快生长速度。

4、试述成分过冷与热过冷的含义以及它们之间的区别与联系。

成分过冷的含义：合金在不平衡凝固时，使凝固界面前沿的液相中形成溶质富集层，因富集层中各处的合金成分不同，具有不同的熔点，造成凝固前沿的液相处于不同的过冷状态，这种由于液固界面前沿合金成分不同造成的过冷。

热过冷的含义：界面液相侧形成的负温度梯度，使界面前方获得大于T k ∆的过冷度 区别：热过冷液固界面前沿的液相具有正的温度梯度液相中各微区的熔点和实际温度之间产生的并且与溶质浓度相关的过冷称为成分过冷。

热过冷：纯金属实际开始结晶的温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为热过冷。

5、论述成分过冷对单相合金结晶的影响1)在传质过程的无成分过冷或负温度梯度时合金同纯金属一样，界面为平面和树枝状形态：2)在正的温度梯度时，晶体的生长方式产生多样性：当稍有成分过冷时为胞状生长；随着成分过冷的增加（即温度梯度下降），晶体由胞状晶变为柱状晶、柱状枝晶和自由树枝晶（等轴晶）。

6、细化枝晶间距与提高铸件质量之间有何联系枝晶间距是相邻同次分枝之间的垂直距离，它是树枝晶组织细化程度的表征，枝晶距离越小，组织就越细密，分布于其间的元素偏析范围也就越小，故铸件越容易通过热处理而均匀化，因而也就越有利与铸件质量的提高。

第三章1、典型铸件的宏观组织包含那几个部分？他们形成的机理如何？①典型铸件的宏观组织包含：表面细晶粒区、柱状晶区、内部等轴晶区②表面细等轴的形成机理：非均质形核和大量游离晶粒提供了表面细等轴晶区的晶核，型壁附近产生较大过冷面大量生核，这些晶核迅速长大并且无相接触，从而形成无方向性的表面细等轴晶区。

中间柱状晶的形成机理：柱状晶主要从表面细等轴晶区形成并发展而来，稳定的凝固壳层一旦形成处于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，便转而以枝晶狀延伸生长，由于择优生长，在逐渐淘汰掉取向不利的晶粒过程中发展成柱状晶组织。

内部等轴晶的形成是由于剩余熔体内部晶核自由生长的结果。

2、产生晶粒游离的途径有哪些？在实际应用中，如何采取工艺措施来强化晶粒游离作用？⑴①液态金属流动的作用②直接来自过冷熔体的非均质生核③型壁晶粒的脱落④枝晶熔断和增值⑤液面晶粒沉积⑵一，合理控制热学条件①低的浇注温度及合适的浇注工艺②合理控制冷却条件二，孕育处理①孕育剂的作用机理合理选用②合理确定孕育工艺三，动态晶粒细化3、解释枝晶缩颈现象产生的原因及对晶粒游离作用的影响⑴①晶粒生长过程中界面前沿液态金属凝固点降低从而使其实际过冷度减小，生长速度减慢，又由于晶体根部紧靠型壁，富集的溶质不易排出，生长受到抑制②远离根部的其他部位面临较大过冷，生长速度快点多⑵缩颈极易断开，晶粒自型壁脱落而导致晶粒游离4、等轴晶组织有何特点？在应用过程中，可从哪些方面来获得及细化完全等轴晶组织？㈠特点：等轴晶去的晶界面积大，杂志和缺陷分布比较分散，呈各向同性，故性能均匀又稳定，缺点是枝晶比较发达，显微缩松较多，凝固后组织不够致密。

㈡①向熔体加入强生核剂——孕育处理；②控制浇注条件：采用较低的浇注温度和合适的浇注工艺；③采用金属型铸造，提高铸型的激冷能力；④增大液态金属与铸型表面的湿润角，提高铸型表面的粗糙度；⑤采用物理方法动态结晶细化等轴晶：震动、搅拌、旋转铸型、撞击等等均可引起固液相对运动，有效减少消除柱状晶区，细化等轴晶。

第四章1、何谓偏析现象？它对铸件质量有何影响？合金在凝固过程中发生化学成分不均匀的现象称为偏析。

偏析会对铸件的力学性能切削性能耐腐蚀性能产生不同程度的不利影响。

偏析的有利方面，可以用它净化提纯金属。

2、微观偏析有哪些表现形式？并解释共形成机理及消除措施？枝晶偏析：因冷却速度过快，扩散过程难以充分进行，使凝固过程偏离平衡条件，形成不平衡结晶。

胞状偏析：胞壁处的溶质的量过多或过少，这种化学不均匀性称为胞状偏析。

晶界偏析：第一种，两个晶粒并排生长，在晶界与液相交界的地方出现一个凹槽有利于原子的富集，凝固后就形成晶界偏析。

第二种，两个晶粒面对面生长，溶质被排出，晶界再相遇时他们之间富集大量溶质造成晶界偏析。

消除措施：对晶界偏析用均匀化退火方法，对氧化物和硫化物引起的晶界偏析采用减少合金的氧、硫含量。

3、举例说明常见的宏观偏析及其形成机理，并进一步说明在生产中如何采取措施防止。

K<1时，温度降低则溶质的浓度增正常偏析：由于溶质再分配，当合金的溶质分配系数加，后结晶的固相溶质浓度高于先结晶部分，当K>1时与此相反，这种符合溶质再分配规律的偏析称为正常偏析。

逆偏析：与正常偏析相反的溶质分布情况，当K<1时，表面或底部含溶质元素多，面中心部分或上部含溶质较少，这种现象称为逆偏析。

防治措施：在合金中加入细化一次分枝的元素，采用细化晶粒的措施，减少合金液的含气量。

带状偏析：当固界面过冷度降低，固液界面推进收到溶质偏析的阻碍时，由于界面前方的冷却，从侧壁上可能产生新的晶粒并继续长大，从前方横切溶质浓化带。

防治措施：减少溶质的含量，采取孕育措施细化晶粒，加强固液界面前的对流和搅拌。

密度偏析：密度偏析时金属凝固前或刚开始凝固时，当液体和固体共存或者是互相不混合的液相之间存在着密度差产生的偏析。

防治措施：增加铸件冷却速度，加入第三种合金元素，尽量降低合金的浇注温度和浇筑速度。

4、简述析出性气孔的特征，形成机制及主要的防治措施特征：析出性气孔数量多，尺寸小，形状呈圆形、椭圆形或针状，在铸件断面呈大面积均匀分布，主要是氢气孔和氮气孔形成机制：金属在凝固过程中，结晶前沿，被枝晶封闭的液相内气体的饱和浓度值更大，有大的析出压力，而液固面气体的浓度最高，易产生金属夹杂物，所以液固界面更容易析出气泡，凝固后形成气孔防止措施：①减少金属液的吸气量②对金属液进行除气处理③阻止金属液中气体析出，提高铸件冷却速度④型（芯）砂处理，减少砂（芯）型在浇注时的发气量5、说明反应性气孔的形成过程及特征⑴①氢气说：金属液浇入铸型后，由于金属液—铸型界面处气相中含氢量较高，在凝固过程中，金属液表面的各种氧化物以及铸铁中的石墨固相能使气体附着形成气泡，液相中的氢向气泡扩散，随着金属结晶沿枝晶间长大，形成皮下气泡②氮气说：铸型或铸芯的含氮粘结剂分解造成界面处氮气浓度增加，当含氮量达到一定浓度，就会产生皮下气泡③CO说：CO气泡可依附晶体中的非金属夹杂物形成。

这是氢、氮均可扩散进入气泡，气泡沿枝晶生长方向长大形成皮下气孔6、简述夹杂物的来源及其分类。

来源：①原材料本身所含有的夹杂物。