液態(tài)成形原理名詞解釋及簡(jiǎn)答題

1、液態(tài)成形原理名詞解釋及簡(jiǎn)答 題名詞解釋過(guò)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(méi)有任何外來(lái)的均勻熔體中的形核過(guò)程異質(zhì)形核：在不均勻的熔體中依靠外來(lái)雜質(zhì)或者型壁面提供的襯底進(jìn) 行形核的過(guò)程異質(zhì)形核速率的大小和兩方面有關(guān)， 一方面是過(guò)冷度的大小，過(guò)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(lái)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

2、屬或者合金在熔體中定向生長(zhǎng)晶體的方法溶質(zhì)再分配系數(shù)：凝固過(guò)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、金屬的表面張力、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

3、的壓頭總損失和影響液態(tài)金屬凝固過(guò)程的因素：主要因素是化學(xué)成分冷卻速度是影響凝固過(guò)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(guò)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(guò)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：層狀

4、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(guò)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(guò)程引起的， 他與驅(qū)動(dòng)力的大小無(wú)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(lái)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(méi)有 能障，但是要想液相原子具有足夠的的能量越過(guò)高能界面， 還需動(dòng)力 學(xué)條件，因此

5、液態(tài)金屬凝固過(guò)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(guò)程能夠進(jìn)行下去。凝固過(guò)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(guò)冷：金屬凝固時(shí)所需過(guò)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(guò)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(guò)冷， 這種由于固液 界面前方溶質(zhì)再分配引起的過(guò)冷叫做成分過(guò)冷成分過(guò)冷對(duì)晶體的外貌有什么影響： 無(wú)成分過(guò)冷平面生長(zhǎng)，窄成分過(guò) 冷胞狀生長(zhǎng)，較寬成

6、分過(guò)冷區(qū)柱狀樹(shù)枝晶生長(zhǎng)，寬成分過(guò)冷區(qū)自由樹(shù) 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(shù)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(guò)冷完全由熱擴(kuò)散控制，成分過(guò)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(guò)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)際溫度分布必須達(dá)到一定值。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(guò)冷縮頸的能力、 減少液體的流動(dòng)，提高澆 注溫度使晶體游離重熔厚達(dá)鑄

7、件獲得等軸晶的辦法：（1）降低澆注溫度，有利于游離晶粒的 殘余和產(chǎn)生較多的游離晶粒。（2）對(duì)金屬液進(jìn)行處理，加入形核劑強(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： 表面細(xì)晶區(qū)是緊靠型壁的激 冷組織，由無(wú)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 容化合物的液體粘度

8、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)合力影響表面張力的因素：熔點(diǎn)熔點(diǎn)沸點(diǎn)高則表面張力也大。度表面張力隨著溫度的升高而降低。溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素對(duì)表面張力的影響分為兩大類 一類是使表面張力降低的元素，我們叫這類 元素為表面活性元素，其表面含量大于內(nèi)部含量，我們叫他為正吸附 元素另外一類是使表面張力升高的元素， 我們叫這類元素為非表面活 性元素。其表面含量少于內(nèi)部含量，稱為負(fù)吸附元素。29潤(rùn)濕角在p16毛細(xì)現(xiàn)象是液體對(duì)管

9、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(lái)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

10、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(shù)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(guò)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(guò)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(guò)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。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

11、內(nèi)兩相達(dá)到飽和 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表面上析出另外一相于是開(kāi)始了兩相競(jìng)爭(zhēng)析出的共晶凝固過(guò)程最后獲得百分之百的共晶組織。影響成分過(guò)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(guò)冷越大，晶體生長(zhǎng)速度越快成分過(guò)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越小則成分過(guò) 冷越大.上述的工藝因素是可以控制的規(guī)則共晶凝固和非規(guī)則共晶凝固的異同規(guī)則共晶凝固時(shí)候影響其組織形態(tài)的因素 規(guī)則共晶、非規(guī)則共晶、偽共晶組織、片層間距 加入生核劑的目的是強(qiáng)化

12、非均質(zhì)形核，根據(jù)生核質(zhì)點(diǎn)的作用過(guò)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(guò)在液相當(dāng)中微區(qū)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(guò)冷元素 的生核劑，這類元素通過(guò)在生長(zhǎng)的固液界面前沿的富集， 使晶粒根部 或者樹(shù)枝晶分枝根部產(chǎn)生細(xì)弱縮頸，易于通

13、過(guò)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(guò)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(guò)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、鑄件形成原理部分（共40分）1、概念 （每小題3分 共12分）（1）過(guò)冷度； 液態(tài)成形； 復(fù)合材料；（4） 定向凝固； 答案： 過(guò)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(guò)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

14、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(guò)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、回答下列問(wèn)題 （每小題6分共18分）（1）影響液態(tài)金屬凝固過(guò)程的因素有哪些？ （6分）答案：影響液態(tài)金屬凝固的過(guò)程的主要因素是化學(xué)成分； 冷卻速率是影響凝固過(guò)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(guò)冷與成分過(guò)冷有什么本質(zhì)區(qū)別？（6分）答案： 熱過(guò)冷完全由熱擴(kuò)散控制。成分過(guò)冷由固一液界前方溶質(zhì)的再分配引起的， 成分過(guò)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：

15、表面細(xì)晶粒區(qū)是 緊靠型壁的激冷組織，由無(wú)規(guī)則排列的細(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；引起鑄型內(nèi)液體流動(dòng)， 游離晶增多，獲得等軸晶。1、解釋下列概念（共9分，每小題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

16、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(guò)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、回答下列問(wèn)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：: 表面細(xì)晶粒區(qū)是緊靠型壁的激冷組織，由無(wú)規(guī)則排列的細(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。（2） 產(chǎn)生成分過(guò)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必須達(dá)到一定的值。 影響液態(tài)金屬凝固過(guò)程的因素有哪

17、些？ （6分）答案：影響液態(tài)金屬凝固的過(guò)程的主要因素是化學(xué)成分；冷卻速率是影響凝固過(guò)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)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、鑄件形成原理部分（共40分）1、概念 （每小題3分 共12分）（1）過(guò)冷度； 液態(tài)成形； 復(fù)合材料；（4） 定向

18、凝固； 答案： 過(guò)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(guò)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(guò)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、回答下列問(wèn)題 （每小題6分共18分）（1）影響液態(tài)金屬凝固過(guò)程的因素有哪些？ （6分）答案：影響液態(tài)金屬凝固的過(guò)程的主要因素是化學(xué)成分； 冷卻速率是影響凝固過(guò)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(guò)冷與成分過(guò)冷有什么本質(zhì)區(qū)別？（6分）答案： 熱過(guò)冷完全由熱擴(kuò)散控制。成分過(guò)冷由固一液界前方溶質(zhì)的再分配引起的， 成分過(guò)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：表面細(xì)晶粒區(qū)是 緊靠型壁的激