液態(tài)成形原理名詞解釋及簡(jiǎn)答題

1、名詞解釋過冷度：金屬的理論結(jié)晶溫度和實(shí)際結(jié)晶溫度的差值 均質(zhì)形核：在沒有任何外來的均勻熔體中的形核過程 異質(zhì)形核：在不均勻的熔體中依靠外來雜質(zhì)或者型壁面提供的襯底進(jìn) 行形核的過程異質(zhì)形核速率的大小和兩方面有關(guān)， 一方面是過冷度的大小， 過冷度 越大形核速率越快。 二是和界面有關(guān)界面和夾雜物的特性形態(tài)和數(shù)量 來決定，如果夾雜物的基底和晶核潤(rùn)濕，那么形核速率大。 形核速率：在單位時(shí)間單位體積內(nèi)生成固相核心的數(shù)目 液態(tài)成型： 將液態(tài)金屬澆入鑄型之， 凝固后獲得具有一定形狀和性能 的鑄件或者鑄錠的方法 復(fù)合材料：有兩種或者兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)復(fù)合組成 一種多相固體 定向凝固：使金屬或者合金

2、在熔體中定向生長(zhǎng)晶體的方法 溶質(zhì)再分配系數(shù)： 凝固過程當(dāng)中， 固相側(cè)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和液相側(cè)溶質(zhì) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值 流動(dòng)性是確定條件下的充型能力， 液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力叫做流動(dòng) 性 液態(tài)金屬的充型能力是指液態(tài)金屬充滿鑄型型腔獲得完整輪廓清晰 的鑄件能力 影響充型能力的因素：1金屬本身的因素包括金屬的密度、金屬的 比熱容、金屬的結(jié)晶潛熱、金屬的粘度、金屬的外表張力、金屬的熱導(dǎo)率金屬的結(jié)晶特點(diǎn)。2鑄型方面的因素包括鑄型的蓄熱系數(shù)、鑄 型的溫度、鑄型的密度、鑄型的比熱容、鑄型的涂料層、鑄型的透氣 性和發(fā)氣性、鑄件的折算厚度 3澆注方面的因素包括液態(tài)金屬的 澆注溫度、液態(tài)金屬的靜壓頭、澆注系統(tǒng)中的壓頭總損

3、失和 影響液態(tài)金屬凝固過程的因素：主要因素是化學(xué)成分 冷卻速度是影 響凝固過程的主要工藝因素 液態(tài)合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及冶金處理 孕育處理、變質(zhì)處理、微合金化等對(duì)液態(tài)金屬的凝固也有重要影 響 液態(tài)金屬凝固過程當(dāng)中的液體流動(dòng)主要包括自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流， 自 然對(duì)流是由于密度差和凝固收縮引起的流動(dòng)， 由密度差引起的對(duì)流成 為浮力流。 凝固過程中由傳熱。 傳質(zhì)和溶質(zhì)再分配引起液態(tài)合金密度 的不均勻，密度小的液相上浮，密度大的下沉，稱為雙擴(kuò)散對(duì)流，凝 固以及收縮引起的對(duì)流主要主要產(chǎn)生在枝晶之間， 強(qiáng)迫對(duì)流是由液體 受到各種方式的驅(qū)動(dòng)力產(chǎn)生的對(duì)流，例如壓力頭。機(jī)械攪動(dòng)、鑄型震 動(dòng)、外加磁場(chǎng)。鑄件的凝固方式

4、： 層狀凝固方式 動(dòng)態(tài)凝固曲線之間的距離很小的時(shí) 候、體積凝固方式動(dòng)態(tài)凝固曲線之間的距離很大的時(shí)候 、中間凝 固方式介于中間情況的時(shí)候 、 影響鑄件凝固方式的因素有二： 一是合金的化學(xué)成分， 二是鑄件斷面 上的溫度梯度。熱力學(xué)能障動(dòng)力學(xué)能障： 熱力學(xué)能障是右被迫處于高自由能過度狀態(tài) 下的界面原子產(chǎn)生的他能直接影響系統(tǒng)自由能的大小， 動(dòng)力學(xué)能障是 由于金屬原子穿越界面過程引起的， 他與驅(qū)動(dòng)力的大小無關(guān)，而僅僅 取決于界面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，例如激活自由能。單從熱力學(xué)條件來看， 液相的自由能已經(jīng)大于固相的自由能， 固相為穩(wěn)定相，相變應(yīng)該沒有 能障，但是要想液相原子具有足夠的的能量越過高能界面， 還需動(dòng)力

5、 學(xué)條件，因此液態(tài)金屬凝固過程中必須克服熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩個(gè)能障。 液態(tài)金屬在成分、溫度、能量、上不是均勻的，即存在成分、能量、 結(jié)構(gòu)的三個(gè)起伏，正是這三個(gè)起伏去克服熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)能障， 使凝 固過程能夠進(jìn)行下去。凝固過程當(dāng)中溶質(zhì)分配的平衡條件：凝固界面 上溶質(zhì)遷移的平衡、固相液相內(nèi)部擴(kuò)散的平衡。熱過冷：金屬凝固時(shí)所需過冷度完全由傳熱所提供僅由熔體實(shí)際溫度 分布決定、成分過冷：凝固時(shí)由于溶質(zhì)再分配，固液前沿溶質(zhì)濃度變化，引起理 論凝固溫度的改變而在固液界面前液相內(nèi)形成的過冷，這種由于固液界面前方溶質(zhì)再分配引起的過冷叫做成分過冷成分過冷對(duì)晶體的外貌有什么影響： 無成分過冷平面生長(zhǎng)，窄成分過 冷胞狀

6、生長(zhǎng)，較寬成分過冷區(qū)柱狀樹枝晶生長(zhǎng)，寬成分過冷區(qū)自由樹 枝晶生長(zhǎng)。就合金的宏觀結(jié)晶狀態(tài)而言， 平面生長(zhǎng)、胞狀生長(zhǎng)柱狀樹枝晶生長(zhǎng)都 屬于一種晶體自型壁生核然后由外向內(nèi)單向延伸的生長(zhǎng)方式，稱為外生長(zhǎng)，而等軸晶是在液體的內(nèi)部自由生長(zhǎng)的，稱為內(nèi)生長(zhǎng)。枝晶距離指的是相鄰?fù)沃еg的垂直距離熱過冷完全由熱擴(kuò)散控制，成分過冷不僅由熱擴(kuò)散控制還和溶質(zhì)擴(kuò)散相關(guān) 產(chǎn)生成分過冷具備兩個(gè)條件： 固液界面前沿的溶質(zhì)的富集而引起成分 再分配、固液界面前方液相的實(shí)際溫度分布必須到達(dá)一定值。 獲得全部柱狀晶的條件：激冷鑄型形成穩(wěn)定的凝固層防止晶體游離、 提高金屬的純度減小成分過冷縮頸的能力、 減少液體的流動(dòng)， 提高澆 注溫

7、度使晶體游離重熔厚達(dá)鑄件獲得等軸晶的方法： 1降低澆注溫度，有利于游離晶粒的 剩余和產(chǎn)生較多的游離晶粒。 2對(duì)金屬液進(jìn)行處理，參加形核劑強(qiáng) 化非均質(zhì)形核。3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮到低溫快速澆注使游離 晶粒不重熔 4使晶體內(nèi)液體流動(dòng)，有利于大量游離晶粒的生成。 在熔點(diǎn)溫度的固態(tài)金屬變?yōu)橥瑴囟鹊囊簯B(tài)金屬的時(shí)候， 金屬要吸收大 量的熱量，稱為融化潛熱 鑄錠典型宏觀組織的三個(gè)晶區(qū)及其組成： 外表細(xì)晶區(qū)是緊靠型壁的激 冷組織，由無數(shù)細(xì)小等軸晶組成。 中間的柱狀晶區(qū)由垂直于型壁且彼 此平行排列的柱狀晶組成。內(nèi)部的等軸晶區(qū)由各向同性的等軸晶組 成 影響液體金屬粘度的主要因素是化學(xué)成分、溫度、夾雜物。一般的難

8、 容化合物的液體粘度較高， 熔點(diǎn)低的共晶成分合金粘度較低。 液體的 粘度隨著溫度的升高粘度降低。 液態(tài)金屬中呈固態(tài)的非金屬夾雜物使 液態(tài)金屬的粘度增加。冶金處理對(duì)液態(tài)金屬的粘度也有一定的影響， 如孕育變質(zhì)晶粒細(xì)化處理等。粘度的實(shí)質(zhì)是原子之間的結(jié)合力影響外表張力的因素：熔點(diǎn) 熔點(diǎn)沸點(diǎn)高那么外表張力也大。 溫度 外表 張力隨著溫度的升高而降低。 溶質(zhì)元素 溶質(zhì)元素對(duì)外表張力的影響 分為兩大類 一類是使外表張力降低的元素，我們叫這類元素為外表 活性元素， 其外表含量大于內(nèi)部含量， 我們叫他為正吸附元素另外一 類是使外表張力升高的元素， 我們叫這類元素為非外表活性元素。 其 外表含量少于內(nèi)部含量，稱為

9、負(fù)吸附元素。 29 潤(rùn)濕角在 p16 毛細(xì)現(xiàn)象是液體對(duì)管壁的潤(rùn)濕引起的 半固態(tài)合金的優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)鑄型的熱腐蝕小， 可以對(duì)黑色或者其他熔點(diǎn)的 合金成型， 填充平穩(wěn)減少氣體的卷入提高致密度， 可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化可告 訴成型。 半固態(tài)合金的特性：熱容量低于液相，粘度高于液相，填充的時(shí)候已 經(jīng)有固相的存在，可與其他材料復(fù)合 液體金屬在枝晶之間流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力來自于三方面， 一是凝固時(shí)的收縮， 二是液體化學(xué)成分的變化引起的密度變化， 三是液體、 固體在溫度降 低冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生的收縮力。 鑄件的凝固時(shí)間指的是液態(tài)金屬充滿鑄型的時(shí)刻到凝固完畢所需要 的時(shí)間，單位時(shí)間內(nèi)凝固層增長(zhǎng)的厚度為凝固速度 晶體純金屬宏觀長(zhǎng)大的方式

10、取決于界面前方液體中的的溫度分布， 即溫度梯度， 在結(jié)晶界面前方存在正溫度梯度和負(fù)溫度梯度， 當(dāng)溫度 梯度為正的時(shí)候晶體以平面方式長(zhǎng)大， 當(dāng)溫度梯度為負(fù)的時(shí)候晶體以 樹枝晶的方式生長(zhǎng)。晶體的微觀長(zhǎng)大方式分為粗糙界面和平整界面 為什么過冷度是液態(tài)金屬凝固的驅(qū)動(dòng)力？因?yàn)橹挥袑?shí)際結(jié)晶溫度低 于理論結(jié)晶溫度， 才能滿足晶體結(jié)晶的熱力學(xué)條件， 過冷度越大固液 兩相的自由能相差更大， 液態(tài)金屬結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力也更大， 結(jié)晶速度也 越快。成分過冷區(qū)的寬度隨著凝固速度的增加而減小， 隨著擴(kuò)散系數(shù)的增大 而增大溶質(zhì)再分配不僅由平衡分配系數(shù) k0 決定還受自身擴(kuò)散性質(zhì)的制約， 液相中的對(duì)流強(qiáng)弱等因素也將影響溶質(zhì)再分配

11、。在普通的工業(yè)條件下 從熱力學(xué)考慮 當(dāng)非共晶成分的合金較快的冷卻 到兩條液相線所包圍的影線區(qū)域內(nèi)時(shí) 液相內(nèi)兩相到達(dá)飽和 兩相具備 了同時(shí)析出的條件 但是一般總是某一相先析出 然后在其外表上析出 另外一相 于是開始了兩相競(jìng)爭(zhēng)析出的共晶凝固過程 最后獲得百分之百的共晶組織。影響成分過冷的因素有工藝因素和合金本身的因素。 工藝因素： 液相 中溫度梯度 gl 越小成分過冷越大， 晶體生長(zhǎng)速度越快成分過冷越大。 合金本身因素： ml 越大即液相線的斜率大、原始成分的 c0 大液相中 溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)dl越低、kO>1時(shí)候k0越大k0<1時(shí)k0越小那么成分過冷 越大 .上述的工藝因素是可以控制的

12、規(guī)那么共晶凝固和非規(guī)那么共晶凝固的異同 規(guī)那么共晶凝固時(shí)候影響其組 織形態(tài)的因素 規(guī)那么共晶、 非規(guī)那么共晶、 偽共晶組織、 片層間距 參加生核劑的目的是 強(qiáng)化非均質(zhì)形核， 根據(jù)生核質(zhì)點(diǎn)的作用過程， 生核劑主要分為以下幾 種： 1 直接作為外加晶核的生核劑，這種生核劑是與被細(xì)化相具有 界面共格對(duì)應(yīng)的高熔點(diǎn)物質(zhì)或者同類金屬、 非金屬碎粒， 他們與被細(xì) 化的相之間有較小的界面能， 潤(rùn)濕角小， 作為有效的基底促進(jìn)自發(fā)形 核。2能生成較高熔點(diǎn)穩(wěn)定化合物的生核劑，生核劑中的元素能與 液態(tài)金屬中的元素形成較高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物， 這類化合物與被細(xì)化 相之間具有界面共格關(guān)系和較小的界面能 3通過在液相當(dāng)中微區(qū)

13、 富集使結(jié)晶相提前彌散析出形成的生核劑， 4強(qiáng)成分過冷元素的生 核劑，這類元素通過在生長(zhǎng)的固液界面前沿的富集， 使晶粒根部或者 樹枝晶分枝根部產(chǎn)生細(xì)弱縮頸， 易于通過熔體的流動(dòng)以及沖擊而產(chǎn)生 晶粒的游離，這類生核劑產(chǎn)生的強(qiáng)成分過冷也能強(qiáng)化界面前沿熔體內(nèi) 部的非均質(zhì)形核， 強(qiáng)成分過冷元素的界面富集對(duì)晶體生長(zhǎng)有抑制作用， 降低晶體的生長(zhǎng)速率，也使晶粒細(xì)化 。材料成型原理?試卷 A 試題與答案 一、鑄件形成原理局部共 40分 1、概念 每題 3分 共 12分 (1)過冷度； (2)液態(tài)成形； (3)復(fù)合材料； (4) 定向凝固； 答案： 過冷度：金屬的理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差， 稱為過冷度。

14、液 態(tài)成形：將液態(tài)金屬澆入鑄型后， 凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件 或鑄錠的加工法。 復(fù)合材料： 有兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同 的物質(zhì)復(fù)合組成的一種多相固體。 定向凝固；定向凝固是使金屬或合 金在熔體中定向生長(zhǎng)晶體的一種工藝方法。溶質(zhì)再分配系數(shù)： 凝固過程中固液界面固相側(cè)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與液相 中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比，稱為溶質(zhì)再分配系數(shù)。2、答復(fù)以下問題 每題 6分 共 18分 1影響液態(tài)金屬凝固過程的因素有哪些？ 6 分答案：影響液態(tài) 金屬凝固的過程的主要因素是化學(xué)成分； 冷卻速率是影響凝固過程的 主要工藝因素；液態(tài)合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等對(duì)液態(tài)金屬的凝固也具有重 要影響。2熱過冷與成分過冷有什么本

15、質(zhì)區(qū)別？ 6 分答案： 熱過冷完 全由熱擴(kuò)散控制。 成分過冷由固液界前方溶質(zhì)的再分配引起的， 成 分過冷不僅受熱擴(kuò)散控制， 更受溶質(zhì)擴(kuò)散控制。 3簡(jiǎn)述鑄件 錠 典型宏觀凝固組織的三個(gè)晶區(qū) 6 分答案：外表細(xì)晶粒區(qū)是緊靠型 壁的激冷組織， 由無規(guī)那么排列的細(xì)小等軸晶組成； 中間柱狀晶區(qū)由垂 直于型壁彼此平行排列的柱狀晶粒組成； 內(nèi)部等軸晶區(qū)由各向同性的 等軸晶組成。3、 對(duì)于厚大金屬型鋼錠如何獲得細(xì)等軸晶組織？ 10 分答案： 降低澆注溫度， 有利于游離晶粒的殘存和產(chǎn)生較多的游離晶粒； 對(duì)金 屬液處理，向液態(tài)金屬中添加生核劑，強(qiáng)化非均質(zhì)形核；澆注系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)要考慮到低溫快速澆注， 使游離晶不重熔

16、；引起鑄型內(nèi)液體流動(dòng)， 游離晶增多，獲得等軸晶。1、解釋以下概念共 9 分，每題 3分 液態(tài)成形： 將液態(tài)金屬澆入鑄型后， 凝固后獲得一定形狀和性能的鑄 件或鑄錠的加工法。復(fù)合材料：有兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)復(fù)合組成的 一種多相固體。 溶質(zhì)再分配系數(shù)： 凝固過程中固液界面固相側(cè)溶質(zhì) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與液相中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比，稱為溶質(zhì)再分配系數(shù)。2、答復(fù)以下問題共 16 分(1)簡(jiǎn)述鑄錠典型宏觀凝固組織的三個(gè)晶區(qū)及其組成 5 分答案： 外表細(xì)晶粒區(qū)是緊靠型壁的激冷組織， 由無規(guī)那么排列的細(xì)小等軸晶組成； 中間柱狀晶區(qū)由 垂直于型壁彼此平行排列的柱狀晶粒組成； 內(nèi)部等軸晶區(qū)由各向同性 的等軸

17、晶組成。 (2) 產(chǎn)生成分過冷必須具備哪兩個(gè)條件？ 5 分答 案：；第一是固液界面前沿溶質(zhì)的富 集而引起成分再分配；第二是固液界面前方液相的實(shí)際溫度分布， 或溫度分布梯度GL必須到達(dá)一定的值。(3) 影響液態(tài)金屬凝固過程的因素有哪些？ 6 分答案：影響液態(tài) 金屬凝固的過程的主要因素是化學(xué)成分； 冷卻速率是影響凝固過程的主要工藝因素； 液態(tài) 合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等對(duì)液態(tài)金屬的凝固也具有重要影響。2、厚大鑄件在干砂型中澆注欲獲得細(xì)等軸晶組織，應(yīng)采取哪些 措施？ 15 分 答案：降低澆注溫度，有利于游離晶粒的殘存和產(chǎn)生較多的游離晶粒； 對(duì)金屬液處理，向液態(tài)金屬中添加生核劑，強(qiáng)化非均質(zhì)形核；澆注系 統(tǒng)的設(shè)

18、計(jì)要考慮到低溫快速澆注， 使游離晶不重熔； 引起鑄型內(nèi)液體 流動(dòng)，游離晶增多，獲得等軸晶。材料成型原理?試卷 A 試題與答案 一、鑄件形成原理局部共 40分 1、概念 每題 3分 共12分 (1)過冷度； (2)液態(tài)成形； (3)復(fù)合材料； (4) 定向凝固； 答案： 過冷度：金屬的理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)晶溫度的差， 稱為過冷度。 液 態(tài)成形：將液態(tài)金屬澆入鑄型后， 凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件 或鑄錠的加工法。 復(fù)合材料： 有兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同 的物質(zhì)復(fù)合組成的一種多相固體。 定向凝固；定向凝固是使金屬或合 金在熔體中定向生長(zhǎng)晶體的一種工藝方法。溶質(zhì)再分配系數(shù)： 凝固過程中固液界面固相側(cè)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與液相 中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比，稱為溶質(zhì)再分配系數(shù)。2、答復(fù)以下問題 每題 6分 共 18分 1影響液態(tài)金屬凝固過程的因素有哪些？ 6 分答案：影響液態(tài) 金屬凝固的過程的主要因素是化學(xué)成分； 冷卻速率是影響凝固過程的 主要工藝因素；液態(tài)合金的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等對(duì)液態(tài)金屬的凝固也具有重 要影響。2熱過冷與成分過冷有什么本質(zhì)區(qū)別？ 6 分答案： 熱過冷完 全由熱擴(kuò)散控制。 成分過冷由固液界前方溶質(zhì)的再分配引起的， 成 分過冷不僅受熱擴(kuò)散控制， 更受溶質(zhì)擴(kuò)散控制。 3簡(jiǎn)述鑄件 錠 典型宏觀凝固組織的三個(gè)晶區(qū) 6 分答案：外表細(xì)晶粒區(qū)是緊靠型 壁的