河北工程大学材料成型理论基础练习题第1章

第1章液态金属的结构与性质一、填空题1.液体原子的分布特征为远程无序、近程有序，即液态金属原子团的结构更类似于固体。2.实际液态金属内部存在能量起伏、结构起伏和成分起伏。3．偶分布函数g(r)的物理意义是距某参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原点r=0）距离为r位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。4．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）5.物质表面张力的大小与其内部质点间结合力大小成正比，界面张力的大小与界面两侧质点间结合力大小成反比。衡量界面张力大小的标志是润湿角θ的大小，润湿角θ越小，说明界面能越小。6.界面张力的大小可以用润湿角来衡量，两种物质原子间的结合力越大，就润湿，润湿角越小；而两种物质原子间的结合力越小，就不润湿，润湿角越大。7．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，粘度也就越高。液体粘度η随原子间结合能U按指数关系增加，即（公式）：TkUB/exp0。8.粘度随原子间距δ增大而降低，随温度T升高而下降，合金元素的加入若产生负的混合热Hm则会使合金液的粘度上升，通常，表面活性元素使液体粘度降低。9.钢液中的MnO，当钢液的温度为1550℃时，3/0049.0msN，3/81.97000mNg液，3/81.95400mNg杂，对于r=0.0001m的球形杂质，其上浮速度是多少？0.0071m/s10.影响液态金属充型能力的因素可归纳为金属性质、铸型性质、浇注条件、铸件结构四个方面的因素。11.铸件的浇注系统静压头H越高，液态金属密度ρ1及比热C1、合金的结晶潜热ΔH越大，浇注温度T浇、铸型温度T型越高，充型能力越强。12.设凝固后期枝晶间液体相互隔绝，液膜两侧晶粒的拉应力为1.5×103Mpa，液膜厚度为1.1×10-6mm，根据液膜理论计算产生热裂的液态金属临界表面张力=0.825N/m。二、选择题1、下面哪些因素的变化可以同时降低液体的粘度？CA、提高液体温度、降低原子间距、加入产生负的混合热的合金元素或加入表面活性元素；B、提高液体温度、增大原子间距、加入产生正的混合热的合金元素或加入非表面活性元素；C、提高液体温度、增大原子间距、加入产生正的混合热的合金元素或加入表面活性元素；D、降低液体温度、增大原子间距、加入产生正的混合热的合金元素或加入表面活性元素。2、关于表面张力，下面哪一种说法的是正确的？BA、通过降低液体温度、向系统中加入削弱原子间结合力的组元可以提高表面张力。B、对晶体而言，若表面为密排晶面（低指数晶面），其表面能及表面张力比非密排晶面的小。基于上述原因，晶体为维持其最稳定的状态，其表面往往为低指数（密排）晶面。C、加入自由电子数目多的溶质元素，以及加入表面活性元素可以降低合金液的表面张力。D、S、O及N等元素均明显降低钢液及铁液的表面张力，而加入Cr作为合金元素则使铁液表面张力上升。3、下面哪种说法是错误的？DA、表面张力在大体积系统中显示不出它的作用，但在微小体积系统会显示很大的作用。B、液体及固体为微小凸面（曲率半径r为正）时，其内部压力大于外部压力，即：p1＞p2。C、液态铝合金中同时存在大小不同的氢气泡，由表面张力产生的附加压力分别为△P1与△P2，则△P2＞△P1。当两气泡汇集接触时，小气泡中的气体将迅速充入大气泡而合并。D、铸造过程中金属液若易侵入砂型毛细管则形成粘砂。毛细管直径D及上方金属液静压头H越大，越容易产生粘砂，而金属液表面张力σ越小，则产生粘砂的毛细管临界直径DC（与型砂的粗细有关）越大。4、下面哪一种说法的是正确的？CA、两个熔点不同的高的物质，熔点高的物质其表面张力必定比熔点低的物质高。B、当溶质的原子体积小于溶剂原子体积，作为合金元素加入则降低整个系统的能量；而当溶质的原子体积大于溶剂原子体积，作为合金元素加入则降低整个系统的能量。C、一定温度下，dσ/dc＜0时，元素浓度的增加将引起表面张力的降低，则单位面积上的吸附量Γ＞0，为正吸附，此时为表面活性元素。D、奥氏体钢熔体的表面张力随Ni的增加而下降。5、对于特定合金，分别采用砂型、金属型、熔模铸造不同的工艺方法，铸件可以铸造出的最小壁厚从小到大的正确排列顺序为：AA、熔模铸造、砂型、金属型；B、金属型、砂型、熔模铸造；C、砂型、金属型、熔模铸造；D、熔模铸造、金属型、砂型。6、下面哪一种说法的是错误的？BA、纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，在相同过热度情况下，比具有宽凝固温度区间的流动性好。B、Al-Si合金共晶成分为Si12.6%，因此，从合金的性质而言，流动性最好的成分是Si12.6%。C、根据结晶温度范围宽的合金的停止流动机理，当向前流动的液态金属的前端析出15~20％的固相量时，便结成一个连续的网络，流动就会停止。D、尽管“充型能力”与合金的“流动性”紧密相关，合金的“流动性”与“充型能力”是两个不同的概念。7、下面哪一种说法的是错误的？DA、铸型的蓄热系数b2越大，铸型的激冷能力就越强，充型能力下降。反之，铸型的b2小，则充型能力提高。B、浇注温度越高、充型压头越大，则液态金属的充型能力越好。而铸件结构越复杂、厚薄过渡面多，则型腔结构越复杂，流动阻力越大，液态金属的充型能力越差。C、金属型的蓄热系数b2是砂型的十倍或数十倍以上，为了使金属型浇口和冒口中的金属液缓慢冷却，可以在涂料中加入b2很小的石棉粉。D、某一牌号的合金铸件出现“浇不足”缺陷而报废，因此应调整成分来缩小结晶温度范围，以提高其流动性。8、关于液态金属流动性，下面哪一种说法的是错误的？AA、在相同的过热度情况下，成分范围C2.0%-4.3%的Fe-C合金流动性随含C量的增加而变差。B、特定成分的合金流动性随过热度增大而变好。C、通常，在相同的条件下（相同铸型性质、浇注系统、浇注过热度等）浇注各种合金的流动性试样，以试样的长度表示该合金的流动性，并以所测得的合金流动性表示合金的充型能力。D、可以认为，合金的流动性是在确定条件下的充型能力。对于同一种合金，可以用流动性试样研究各铸造工艺因素对其充型能力的影响。三、简答题1、液态合金的流动性和充型能力有何异同？如何提高液态金属的充型能力？答：液态金属的流动性和充型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确定条件下的充型能力，它是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂质含量决定，与外界因素无关。而充型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。提高液态金属的充型能力的措施：（1）金属性质方面：①改善合金成分；②结晶潜热L要大；③比热、密度大，导热率小;④粘度、表面张力小。（2）铸型性质方面：①蓄热系数小；②适当提高铸型温度；③提高透气性。（3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。（4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度；②降低结构复杂程度。2、某飞机制造厂的一牌号Al-Mg合金（成分确定）机翼因铸造常出现“浇不足”缺陷而报废，如果你是该厂工程师，请问可采取哪些工艺措施来提高成品率？答：机翼铸造常出现“浇不足”缺陷可能是由金属液的充型能力不足造成的，可采取以下工艺提高成品率：（1）使用小蓄热系数的铸型来提高金属液的充型能力；采用预热铸型，减小金属与铸型的温差，提高金属液充型能力。（2）提高浇注温度，加大充型压头，可以提高金属液的充型能力。（3）改善浇注系统，提高金属液的充型能力。4、过共析钢液η=0.0049Pa﹒S，钢液的密度为7000kg/m3，表面张力为1500mN/m，加铝脱氧，生成密度为5400kg/m3的Al2O3，如能使Al2O3颗粒上浮到钢液表面就能获得质量较好的钢。假如脱氧产物在1524mm深处生成，试确定钢液脱氧后2min上浮到钢液表面的Al2O3最小颗粒的尺寸。