材料形成理論作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)答案參考

1、文檔供參考，可復(fù)制、編制，期待您的好評與關(guān)注！ · 液態(tài)金屬得表面張力有那些影響因素？試總結(jié)它們得規(guī)律。1）表面張力與原子間作用力的關(guān)系：原子間結(jié)合力u0表面內(nèi)能表面自由能表面張力2）表面張力與原子體積（3）成反比，與價(jià)電子數(shù)Z成正比3）表面張力與溫度：隨溫度升高而下降4）合金元素或微量雜質(zhì)元素對表面張力的影響向系統(tǒng)中加入削弱原子間結(jié)合力的組元，會使u0減小，使表面內(nèi)能和表面張力降低。 · 表面張力與界面張力有何異同點(diǎn)？界面張力與界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力得大小有何關(guān)系？1 1）界面張力和界面自由能與表面張力和表面自由能相似。表面張力與界面張力都是由于物體在表面或界面上的質(zhì)點(diǎn)受力

2、不平衡所引起的。2） 界面與表面的差別：1界面泛指兩相之間的交界面；表面專指液體或固體與氣體之間的界面，確切的說，是指液體或固體在真空下的表面。 2、接觸的兩相質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力越大，界面張力（界面能）就越小，兩相間的界面張力越小時(shí)，潤濕角越小，稱之為潤濕性好。 · 試述液態(tài)金屬充型能力與流動性間得聯(lián)系與區(qū)別，并分析合金成分及結(jié)晶潛熱對充型能力得影響規(guī)律。1、聯(lián)系：(1)液態(tài)金屬的充型性能是一種基本的性能。液態(tài)金屬的充型能力好，零件的形狀就完整，輪廓清晰；否則就會產(chǎn)生“澆不足”的缺陷。液態(tài)金屬的充型能力首先取決于液態(tài)金屬本身的流動能力，同時(shí)又與外界條件密切相關(guān)，是各種因素的綜合反映。(2)

3、液態(tài)金屬本身的流動能力稱為“流動性”，是由液態(tài)金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量等決定的，而與外界因素?zé)o關(guān)。因此流動性也可認(rèn)為是確定條件下的充型能力。(3)液態(tài)金屬的流動性好，其充型能力強(qiáng)；反之，其充型能力差。區(qū)別：液態(tài)金屬本身的流動能力稱為“流動性”，是由液態(tài)金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量等決定的，而與外界因素?zé)o關(guān)；不過充型能力可以通過改變外界條件來提高。2、1）對于純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金，放出的潛熱越多，凝固過程進(jìn)行的越慢，流動性越好，因此潛熱的影響較大，對于寬結(jié)晶溫度范圍的合金潛熱對流動性影響不大。2）純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金：在固定的凝固溫度下，已凝固的固相層由表面逐步向

4、內(nèi)部推進(jìn)，固相層內(nèi)表面比較光滑，對液體的流動阻力小，合金液流動時(shí)間長，所以流動性好，具有寬結(jié)晶溫度范圍的合金流動性不好；· 某飛機(jī)制造廠得一牌號Al-Mg合金（成分確定）機(jī)翼因鑄造常出現(xiàn)“澆不足”缺陷而報(bào)廢，如果你是該廠工程師，請問可采取哪些工藝措施來提高成品率？1） 在合金中加入表面活性元素或采用特殊涂料2） 預(yù)熱鑄型3） 增加金屬液靜壓頭4） 分析澆注系統(tǒng)，合理安排內(nèi)澆道在鑄件上的位置，選擇恰當(dāng)?shù)臐沧⑾到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和各組元的斷面積。盡量簡化澆注系統(tǒng)。5） 增加金屬液靜壓頭6） 選擇正確的澆注位置7） 適當(dāng)提高澆注溫度1試述均質(zhì)形核與非均質(zhì)形核有何聯(lián)系與區(qū)別。非均質(zhì)形核時(shí)，對形核劑有什么

5、要求？一、1)均質(zhì)形核：依靠液態(tài)金屬內(nèi)部自身的結(jié)構(gòu)自發(fā)的形核。2)非均質(zhì)形核：依靠外來夾雜或型壁所提供的異質(zhì)界面進(jìn)行形核過程。二、 相等但 非均質(zhì)生核所需體積小，即相起伏時(shí)的原子數(shù)少。三、 兩種均需能量起伏克服生核功，但非均質(zhì)生核能需較小。非均勻形核理論可知，一種好的形核劑首先應(yīng)能保證結(jié)晶相在襯底物質(zhì)上形成盡可能小的潤濕角；其次形核劑還應(yīng)在液態(tài)金屬中盡可能保持穩(wěn)定；并且具有最大的表面積和最佳的表面特性 (如表面粗糙或有凹坑等)。2 根據(jù)固液界面微觀結(jié)構(gòu)可將晶體分成哪兩類？這兩類晶體的生長各有什么特點(diǎn)？粗糙界面：生長后的晶體形貌：非多面體（也稱非小晶面）粗糙面的界面結(jié)構(gòu)，許多位置均可作為原子向上

6、堆砌的臺階，液相擴(kuò)散來的原子容易被接納與晶體連接起來。由于前面討論的熱力學(xué)因素，生長過程中仍可維持粗糙面的界面結(jié)構(gòu)。只要原子沉積供應(yīng)不成問題，可以不斷地進(jìn)行“連續(xù)長大”。 其生長方向?yàn)榻缑娴姆ň€方向，即垂直于界面生長。 生長特點(diǎn)： 生長過冷度 很?。?生長速度 很快: ( 連續(xù)生長系數(shù))液相中的原子即可源源不斷地沿臺階堆砌，使晶體側(cè)向生長。當(dāng)臺階被完全填滿后，又在新的平整界面上形成新的二維臺階，如此繼續(xù)下去，完成凝固過程生長特點(diǎn)： 生長過冷度 很大：生長速度 很慢( 二維生長; b 常數(shù)) 生長后晶體形貌：多面體（也稱小晶面）1 在固相無擴(kuò)散而液相僅有擴(kuò)散凝固條件下，分析凝固速度變大(R1R2

7、,且R2>R1)固相成分的變化情況，以及溶質(zhì)富集層的變化情況。隨著凝固速度變大，固相溶質(zhì)濃度逐漸增大，溶質(zhì)富集層，溶質(zhì)富集層變小。2 論述成分過冷與熱過冷的含義以及它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。成分過冷的含義：合金在不平衡凝固時(shí)，使凝固界面前沿的液相中形成溶質(zhì)富集層，因富集層中各處的合金成分不同，具有不同的熔點(diǎn)，造成凝固前沿的液相處于不同的過冷狀態(tài)，這種由于液固界面前沿合金成分不同造成的過冷。熱過冷的含義：界面液相側(cè)形成的負(fù)溫度梯度，使界面前方獲的大于Tk的過冷度。區(qū)別：熱過冷液固界面前沿的液相具有正的溫度梯度，液相中各微區(qū)的熔點(diǎn)和實(shí)際溫度之間產(chǎn)生的并且與溶質(zhì)濃度相關(guān)的過冷稱為成分過冷。 熱過冷

8、：純金屬實(shí)際開始結(jié)晶的溫度總是低于理論結(jié)晶溫度，這種現(xiàn)象稱為過冷。3何謂成分過冷的判據(jù)？成份過冷的大小受哪些因素的影響？ 液相中只有有限擴(kuò)散時(shí)形成“成分過冷”的判據(jù)影響成分過冷的因素有溫度梯度、結(jié)晶速度、相圖上液相線的斜率、液相中溶質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)、平衡分配系數(shù)。液相中溫度梯度GL越小，成份過冷越大；生長速度R越大，成份過冷越大；液相線斜率mL越大，成份過冷越大；合金原始成分C0越大，成份過冷越大；擴(kuò)散系數(shù)DL越小，成份過冷越大；分配系數(shù)K0越小，成份過冷越大。4 成分過冷對晶體的生長方式有何影響？晶體生長方式只受成分過冷的影響嗎？過冷對晶體的生長方式的影響：當(dāng)稍有成分過冷時(shí)為胞狀生長，隨著成分過

9、冷的增大，晶體由胞狀晶變?yōu)橹鶢罹В鶢顦渲Ш妥杂蓸渲?，無成分過冷時(shí)，以平面方式或樹枝晶方式生長。晶體的生長方式除受成分過冷的影響外，還受到熱過冷的影響。6 影響枝晶間距的主要因素是什么？枝晶間距與材料的力學(xué)性能有什么關(guān)系？純金屬的枝莖間距決定于界面處結(jié)晶潛熱的散失條件而一般單相合金與潛熱的擴(kuò)散和溶質(zhì)元素在枝晶間的行為有關(guān)枝晶間距越小，材質(zhì)的質(zhì)量越好，因?yàn)檫@樣做可以減少枝晶偏析。7 如何認(rèn)識“外生生長”與“內(nèi)生生長”？由前者向后者轉(zhuǎn)變的前提是什么？僅僅由成分過冷因素決定嗎？外生生長：晶體自型壁生核，然后由外向內(nèi)單向延伸的生長方式，稱為“外生生長”。平面生長，胞狀生長河柱狀樹枝晶生長都屬于外生

10、生長。內(nèi)生生長：等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長的方式則稱為內(nèi)生生長。如果成分過冷在遠(yuǎn)離界面處大于異質(zhì)形核所需過冷度，就會在內(nèi)部熔體中產(chǎn)生新的晶核，造成內(nèi)生生長，使得自由樹枝晶在固液界面前方的熔體中出現(xiàn)。外生生長向內(nèi)生生長的轉(zhuǎn)變的前提是：成分過冷區(qū)的進(jìn)一步加大。決定因素：外生生長向內(nèi)生生長的轉(zhuǎn)變是由成分過冷的大小和外來質(zhì)點(diǎn)非均質(zhì)生核的能力這兩個因素所決定的。大的成分過冷和強(qiáng)生核能力的外來質(zhì)點(diǎn)都有利于內(nèi)生生長并促進(jìn)內(nèi)部等軸晶的形成。8 什么叫做界面的不穩(wěn)定性？它是什么原因引起的？當(dāng)界面處于平衡狀態(tài)時(shí)，如果受到外界作用的影響，系統(tǒng)經(jīng)過一個過渡過程仍然能夠回到原來的平衡狀態(tài)，說明界面是穩(wěn)定的。，否則界面是

11、不穩(wěn)定的。原因：生長速率，成份過冷9 鑄件典型宏觀凝固組織是由哪幾部分構(gòu)成的，它們的形成機(jī)理如何？組成組織：表面細(xì)等軸晶區(qū)，中間柱狀晶區(qū)，內(nèi)部等軸晶區(qū)表面細(xì)等軸的形成機(jī)理：非均質(zhì)形核和大量游離晶粒提供了表面細(xì)等軸晶區(qū)的晶核，型壁附近產(chǎn)生較大過冷而大量生核，這些晶核迅速長大并且互相接觸，從而形成無方向性的表面細(xì)等軸晶區(qū)。中間柱狀晶的形成機(jī)理：柱狀晶主要從表面細(xì)等軸晶區(qū)形成并發(fā)展而來，穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成處于在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，便轉(zhuǎn)而以枝晶狀延伸生長。由于擇優(yōu)生長，在逐漸淘汰掉取向不利的晶體過程中發(fā)展成柱狀晶組織。 內(nèi)部等軸晶的形成是由于剩余熔體內(nèi)部晶核自由生長的

12、結(jié)果。5.通常條件下，都盡可能使鑄件獲得細(xì)小的等軸晶組織，請問： （1）細(xì)小的等軸晶組織對于減少凝固缺陷、提高力學(xué)性能有何重要意義？ （2）通過哪些實(shí)際措施可以使鑄件獲得細(xì)小的等軸晶組織？答：（1） 細(xì)小的等軸晶組織可以使材料具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。除此之外，如果合金的凝固組織是均勻細(xì)小的等軸晶，那么凝固過程中的雜質(zhì)元素與溶質(zhì)元素偏析的傾向都可以得到有效的抑制，從而可以減少由于偏析所產(chǎn)生的氣孔、夾雜、熱裂紋等凝固缺陷，并提高其化學(xué)成分、組織與力學(xué)性能的均勻性。 （2） 獲得細(xì)小的等軸晶組織的途徑在于強(qiáng)化熔體獨(dú)立生核，促進(jìn)晶粒游離，具體有以下三個方面措施： 1） 合理地控制澆注工藝和冷卻條件 2） 孕育處理 3）動力學(xué)細(xì)化 8.2 常用生核劑有哪些種類，其作用條件和機(jī)理如何？常用的生核劑有以下幾類：1 直接作為外加晶核的生核劑2 通過與液態(tài)金屬中的某些元素形成較高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物3 通過在液相中造成很大的微區(qū)富集而造成界競相通過非均質(zhì)形核而提高彌散析出的生核劑。4 通過在液相中造成很大的微區(qū)富集而造成結(jié)晶相通過非均質(zhì)形核而提前彌散析出的生核劑含強(qiáng)成份過冷的生核劑作用