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材料成型原理(上)考试重点复习题

《材料成形原理》阶段测验(第一章) 班级: 姓名: 学号 成绩:1、下图中偶分布函数g(r),液体g(r)为 c 图,晶态固体g(r)为 a 图,气体g(r)为 b 图。

(a ) (b ) (c ) 2、液态金属是由大量不停“游动”着的原子团簇组成,团簇内为某种有序结构,团簇周围是一些散乱无序的原子。

由于“能量起伏”,一部分金属原子(离子)从某个团簇中分化出去,同时又会有另一些原子组合到该团簇中,此起彼伏,不断发生着这样的涨落过程,似乎原子团簇本身在“游动”一样,团簇的尺寸及其内部原子数量都随 时间和空间发生着改变,这种现象称为 结构 起伏。

3、对于液态合金,若同种元素的原子间结合力F (A-A 、B-B) 大于 异类元素的原子间结合力F (A-B),则形成富A 及富B 的原子 团簇 ,具有这样的原子团簇的液体仅有“拓扑短程序”;若熔体的异类组元具有负的 混合热 ,往往F (A -B)>F (A-A 、B-B),则在液体中形成具有A-B 化学键的原子团簇,具有这样的原子团簇的液体同时还有“ 化学 短程序”。

4、液体的原子之间结合力(或原子间结合能U ) 越大 ,则内摩擦阻力越大,粘度也就 越大 。

液体粘度η随原子间结合能U 按指数关系增加,即(公式):⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=T U TB B k exp k 203τδη。

5、加入 价电子 多的溶质元素,由于造成合金表面双电层的电荷密度大,从而造成对表面压力大,而使整个系统的表面张力 增大 。

6、铸件的浇注系统静压头H 越大 ,液态金属密度1ρ及比热1C 、合金的结晶潜热H ∆越大 ,浇注温度浇T 、铸型温度T 型 越高 ,充型能力越强。

7、两相质点间结合力越大,界面能越小,界面张力就越小。

两相间的界面张力越大,则润湿角 越大 ,表示两相间润湿性 越差 。

8、铸件的浇注系统静压头H 越大,液态金属密度1ρ及比热1C 、合金的结晶潜热H ∆ 越小,浇注温度浇T 、 铸型温度T 型越高 ,充型能力越强。

9、右图为碱金属液态的径向分布函数RDF ,请在图中标注液态K 的平均原子间距r 1的位置,并以积分面积(涂剖面线)表达液态K 的配位数N 1的求法。

见图中标注10、试总结原子间相互作用力、温度、原子间距、表面活性元素对液态金属的粘度、表面张力的总体规律。

(可写于背面)原子间相互作用力越大,粘度越大,表面张力越大;温度越高,粘度越小,表面张力越小;原子间距离越大,粘度越小,表面张力越小;表面活性元素降低金属粘度,降低表面张力。

(第二章) 班级: 姓名: 学号 成绩:1、 右图为半无限大平板铸件凝固过程的一维不稳定温度场示意图。

写出下列参数的含义:λ2为:铸型的热导率c 2为:铸型的比热容ρ2为:铸型的密度T i 为:界面处温度2222ρλc b =为:铸型的蓄热系数2、判断正误(划√或×)(1)其它条件相同,铸件温度场的温度梯度在砂型中小于金属型中的温度梯度。

( × )(2)砂型的蓄热系数小于金属型的蓄热系数。

( √ ) (3)随凝固时间的延长,铸件温度场的温度梯度铸件变大。

( × )(4)其它条件相同,铜焊件的600℃的等温椭圆面积小于碳钢焊件相应椭圆面积。

( √ )(5)随铸件断面温度梯度的减小,相同合金铸件越趋向于逐层凝固方式。

( × )(6)其它条件相同,随碳钢含碳量的增大,铸件越趋向于体积凝固方式。

( √ )(7)其它条件相同,焊件板材厚度越小,焊件温度场的等温椭圆面积越小。

( × )(8)其它条件相同,焊接速度越大,焊件温度场的等温椭圆面积越小。

( √ )3、右图为某平板熔焊过程中焊件表面的温度分布状况。

在图中画出最小温度梯度方向,并指出焊接方向及当前热源位置。

答: 最小温度梯度方向:从A 向左;焊接方向:从A 到B ;当前热源位置:A4、右图为200mm 厚度的25#钢大平板铸件分别在金属型与砂型中的动态凝固曲线,根据图形分别说明:(1)金属型及砂型中距铸件表面75mm 处的起始凝固时刻及凝固结束时间答:起始凝固时间 凝固结束时间金属型7min 9min 砂型 25min 45min (2)指出金属型及砂型中铸件的凝固方式答:金属型中为逐层凝固方式;砂型中为体积凝固方式。

xT i 铸件 1a λ1 c 1 ρ1 铸型 2a λ2 c 2 ρ2 T 0 图2-3 无限大平板铸件凝固温度场分布 T 20 T 10 焊接方向(第三章)班级: 姓名: 学号 成绩:1、判断正误(划√或×)(每题5分)(1)金属熔体从高温冷却降温,一旦温度冷却至平衡熔点T m ,即开始发生凝固。

(×)(2)临界晶核半径r *与过冷度ΔT 成反比,即ΔT 越大(温度越低),则r *越小。

(√)(3)非均质形核与均质形核相比,两者临界半径r*相同,形核功ΔG *也相同,但前者临界过冷度ΔT *比后者小很多。

(×)(4)非均质形核过程,新生晶体与杂质基底之间的界面张力σSC 越小,润湿角θ越小,形核功ΔG *越小,形核临界过冷度ΔT *越小,形核率越高。

(√)(5)晶体按螺旋位错机制生长,任何情况下生长速度R 与过冷度ΔT 的平方成正比。

(×)(6)凝固界面微观结构,以及生长方式、方向及速度均完全取决于物质的热力学性质,与冷却条件等其它因素无关。

(×)2、填空(每题3分)(1)球状固体质点从金属液中开始形成时,只有其半径r 大于临界晶核半径r *时,其统自由能ΔG 随r 增大而减小,固体质点才能稳定存在,称为晶核;在r <r*时,G ∆随r 增大而增大,这时不稳定的固体质点还不能称为晶核,而只能称为晶胚。

而对应于r=r *的系统自由能最大值ΔG *称为形核功。

(2)临界晶核半径r *与过冷度ΔT 成反比关系。

形核功与过冷度的关系为ΔG *∝Δ2-T ,过冷度ΔT 越小,ΔG *越大,ΔT →0时,ΔG *→∞,这表明过冷度很小时不能形核,也从数学上证明了为什么物质凝固必须要有一定过冷度。

3、右图:①纵坐标G ∆表示什么?②曲线1、2分别代表什么?③在图上标注临界晶核半径r *及形核功ΔG *。

④结合V G ∆及SL σ写出G ∆对球形晶体r 的表达式;⑤推导临界晶核半径表达式r *T H T V m m s SL ∆⋅∆⋅⋅=σ2。

(5×3=25分) ①纵坐标G ∆表示系统的自由能改变;②1代表表面自由能变化,2代表体积自由能变化;③见课本54页图3-3;④SL S V SL V S V G A G V V G σππσ23r 4r 34+∆=+∆=∆;⑤()T H T V T TH G G V V G V G G S SL V VS SL SL S V SL S V ∆⋅∆⋅⋅=∆∆-=∆∆⋅-=⇒=+∆⇒=+∆=∂∆∂m m m m 22r ,代入得又2r 02r 0r 8r 4rσσσσππA 卷 4、根据Jackson 因子⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=νηαm kT H m ~指出:①α大小与凝固界面结构类型的关系;②界面结构与熔融熵f S ~∆的关系;③晶面族(密排或非密排晶面)对凝固界面粗糙度的影响。

(5×3=15分) ①α≤2时,界面为粗糙界面;α>5时,界面为光滑界面;2<α<5时,界面可为光滑界面也可为粗糙界面。

② 熔融熵越小,越易形成粗糙界面。

③ 密排晶面易形成光滑界面,非密排晶面易形成粗糙界面。

材料成形原理》阶段测验(第四章)班级:姓名:学号成绩:1、判断正误(划√或×)(每题5分)(1)右图所示成分为C0的合金熔体,实际凝固结束时,其组织中必然为单相固溶体。

(×)(2)对于“平衡凝固”及“液相充分混合”所假设的溶质再分配条件下,固-液界面前沿不存在溶质富集层,即界面处及其前方的液相成分处处相同。

(√)(3)“液相部分混合”(有对流作用)的溶质再分配,若液相容积很大以及容积并非很大情况下,'x>>δN处的)'(xC L均为C0,。

(×)(4)G L=''')(=∂∂xLxxT表示凝固界面处液体实际温度梯度G L正好与)'(xTL曲线相切,为成分过冷是否出现的临界点。

(√)(5)如果某合金的当前凝固存在成分过冷程度处于“胞状晶”生长方式的范围内,若大幅度增大R,生长方式有向“柱状树枝晶”变化的可能。

(√)(6)生长方向性较强的非金属晶体,其等轴晶体的形貌为具有清晰的多面体结构。

(√)(7)柱状树枝晶的生长方向垂直于凝固界面,与热流相反而与晶体学取向无关。

(×)(8)较高纯度的二元规则共晶合金结晶时,由于A、B两组元的横向扩散,共生界面前沿难以形成成分过冷,一般以平坦的共生界面向前推进。

(√)(9)若突然增大定向凝固的工艺参数R,G L,一次枝晶间距及二次枝晶间距均变小。

(√)(10)规则共晶也可能出现胞状共晶或树枝状共晶形态。

这是由于第三组员在界面前沿形成2、右图中,若设△(1C*S=(C0),C*L=((2)以合适的“{(3)在C= C0(4)在0'=x⎝⎛∂∂='')(LC xxCG(5)写出公式:CL3、写出“液相只有有限扩散”条件下成分过冷判别式;并依据此式讨论:R、G L、C0对成3=18分)答:“液相只有有限扩散”条件下成分过冷判别式讨论:R、C0越大,G L界面从无成分过冷时的平整凝固界面依次向胞状晶→胞状树枝晶→柱状树枝晶发展,当界面前方内部熔体的成分过冷度满足异质形核条件时,则出现内部等轴晶,从而发生内生生长。

4、如何从热力学上理解球状石墨的形成机理?(7分)答:在一般工业Fe-C合金中,由于氧、硫等第三组元杂质的影响,基面界面与铁液的张力大于柱面界面与铁液的张力,即σG-L[000l]>σG-L[1010],石墨以柱面与铁液相接触,则系统自由能较低,共晶石墨则以前述旋转孪晶生长机制沿[1010]方向生长,从而形成片状石墨结构的共生共晶组织。

在高纯度Fe-C合金共晶凝固中,或在工业铁液中加入微量的镁或铈等球化元素(球化处理),则基面界面与铁液的张力小于柱面界面与铁液的张力,即σG-L[000l]<σG-L[1010],领先相石墨的外露面为(0001)基面,往往按螺旋位错生长机制垂直于基面按[000l]方向生长,从而形成球状石墨+奥氏体晕圈的离异共晶组织。

也就是说,从热力学角度看,球状石墨形成的条件为:σG-L[000l]<σG-L[1010]《材料成形原理》阶段测验(第五、七章)班级:姓名:学号成绩:1、判断正误(划√或×)(每题5分)(1)因型壁强烈激冷作用,结晶潜热从型壁导出,表面等轴晶生长方向垂直于型壁。

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