材料成形原理課后習(xí)題解答匯總

1、材料成型原理材料成型原理第一章(第二章的內(nèi)容)第一部分：液態(tài)金屬凝固學(xué)1.1 答：(1)純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)是由原子集團、游離原子、空穴或裂紋組成。原子集團的空穴或 裂紋內(nèi)分布著排列無規(guī)則的游離的原子，這樣的結(jié)構(gòu)處于瞬息萬變的狀態(tài)，液體內(nèi)部 存在著能量起伏。(2)實際的液態(tài)合金是由各種成分的原子集團、游離原子、空穴、裂紋、雜質(zhì)氣泡 組成的魚目混珠的“混濁”液體，也就是說，實際的液態(tài)合金除了存在能量起伏外， 還存在結(jié)構(gòu)起伏。1.2 答：液態(tài)金屬的表面張力是界面張力的一個特例。表面張力對應(yīng)于液-氣的交界面，而界面張力對應(yīng)于固一液、液一氣、固一固、固一氣、液一液、氣一氣的交界面。表面張力b和界面張力p的

2、關(guān)系如(1) p=2(r/r,因表面張力而長生的曲面為球面時, r為球面的半徑；(2) p =(t (1/r 1+1/2),式中口、2分別為曲面的曲率半徑。附加壓力是因為液面彎曲后由表面張力引起的。1.3 答：液態(tài)金屬的流動性和沖型能力都是影響成形產(chǎn)品質(zhì)量的因素；不同點：流動性是確定條件下的沖型能力，它是液態(tài)金屬本身的流動能力，由液態(tài)合金的成分、溫度、雜 質(zhì)含量決定，與外界因素?zé)o關(guān)。而沖型能力首先取決于流動性，同時又與鑄件結(jié)構(gòu)、 澆注條件及鑄型等條件有關(guān)。提高液態(tài)金屬的沖型能力的措施：(1)金屬性質(zhì)方面：改善合金成分；結(jié)晶潛熱l要大；比熱、密度、導(dǎo)熱系大粘度、表面張力大。(2)鑄型性質(zhì)方面：蓄

3、熱系數(shù)大；適當提高鑄型溫度；提高透氣性。(3)澆注條件方面：提高澆注溫度；提高澆注壓力。(4)鑄件結(jié)構(gòu)方面：在保證質(zhì)量的前提下盡可能減小鑄件厚度；降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。1.4 解：澆注模型如下：則產(chǎn)生機械粘砂的臨界壓力第21頁共16頁顯然r1=_ x 0.1cm= 0.05cm22*1.5一40.5*10=6000pa不產(chǎn)生機械粘砂所允許的壓頭為h= p / ( p 液*g ) = = 0.08m7500* 101.5 解：由stokes公式上浮速度2r2(r- r2)v=29r為球形雜質(zhì)半徑 ，丫1為液態(tài)金屬重度，丫 2為雜質(zhì)重度，刀為液態(tài)金屬粘度丫 1 = g* p 液=10*7500 = 7

4、5000丫 2 = g2* p mng 10*5400 = 54000所以上浮速度 v2*(0.1* 10 3)2* (7500054000)9* 0.0049=9.5mm/s3.1解：(1)對于立方形晶核 6方=- a gv+6a a 令 dag 方/da=0即 -3a2agv+12si(t =0,貝ua *臨界晶核尺寸 a =4 b / zgv,得b =zgv,代入4a *1s g方=-a3agv+ 6 a 2 agz= - a 2agv421 *a均質(zhì)形核時a和ag方關(guān)系式為： g方=-a gv(2)對于球形晶核 g球* = 4兀/gv+4ti r*%32*3臨界晶核半徑r = 2 b

5、/ gv,則4 g球=一兀r agv3所以 g土t*/ ag方*= 2 兀 r*3agv/( 1 a *3agv) 32將 r*=2b/4gv, a* = 4(r /agv 代入上式，得 g球/ 6方=兀/61 ,即 g球0時，晶體生長以平面方式生長；如果g0,晶體以樹枝晶方式生長。4.1 答： 用chvorinov公式計算凝固時間時，誤差來源于鑄件的形狀、鑄件結(jié)構(gòu)、熱物理 參數(shù)澆注條件等方面。半徑相同的圓柱和球體比較，前者的誤差大；大鑄件和小鑄件比較，后者誤差大；金 屬型和砂型比較，后者誤差大，因為后者的熱物性參數(shù)隨溫度變化較快。 r2 一v 4.2 答:鑄件凝固時間t = 1,r為折算厚度

6、，k為凝固系數(shù)，又由于 r=,在相同體積的條 k2a件下，立方體。等邊圓柱和球三者中，球的表面積最小，所以球的折算厚度r最大,則球形冒口的凝固時間 t最大，最有利于補縮。4.3 解：焊接熔池的特征：(1)熔池體積??；(2)熔池溫度高；(3)熔池金屬處于流動狀態(tài)；(4)熔池界面的導(dǎo)熱條件好，焊接熔池周圍的母材與熔池間沒有間隙。焊接熔池對凝固過程的影響：(1)母材作為新相晶核的基底，使新相形核所需能量小，出現(xiàn)非均勻形核，產(chǎn)生聯(lián)生結(jié)晶(外延結(jié)晶)；(2)熔池金屬是在運動狀態(tài)凝固的，焊縫的柱狀晶總是朝向焊接方向并且向焊縫中心生長，即對向生長；(3)焊接熔池的實際凝固過程并不是連續(xù)的，柱狀晶的生長速度變

7、化不是十分有規(guī)律。4.4 解：溶質(zhì)再分配：合金凝固時液相內(nèi)的溶質(zhì)一部分進入固相，另一部分進入液相，溶質(zhì)傳輸 使溶質(zhì)在固一液界面兩側(cè)的固相和液相中進行再分配。影響溶質(zhì)再分配的因素有熱力 學(xué)條件和動力學(xué)條件。4.5 解：設(shè)液相線和固相線的斜率分別為ml和ms ,如上圖:+得:*t tm*t tm*cs*cljko ms*放相線：t tnn= ml (c i -0)固相線：ttm= ms (c s -0)*mscs d*=1elcl由于ml、ms均為常數(shù)，故 ko= const.4.5 解:(1)溶質(zhì)分配系數(shù)k o=馬=csm =6.65% =0.171cl ce33%當fs = 10%時，有0.1

8、71-1cs*=k0c0(1 fs)k01 =0.171*1 %* (1 10%)=0.187%弓* =金/。1 =支=0.00187 = 1.09 %k00.171(2)設(shè)共晶體所占的比例為fl，則cl*=coflk0- 1 = ce則(ce)c01k0- 11(33%)0.17i-i =0.125.65%(1)沿試棒的長度方向cu的分布曲線圖如下:5.1 答：金屬凝固時，完全由熱擴散控制，這樣的過冷稱為熱過冷；由固液界面前方溶質(zhì)再分配 引起的過冷稱為成分過冷.成分過冷的本質(zhì)：由于固液界面前方溶質(zhì)富集而引起溶質(zhì)再分配，界面處溶質(zhì)含量 最高，離界面越遠，溶質(zhì)含量越低。由結(jié)晶相圖可知，固液界面前

9、方理論凝固溫度降 低，實際溫度和理論凝固溫度之間就產(chǎn)生了一個附加溫度差t,即成分過冷度，這也是凝固的動力。5.2 答：影響成分過冷的因素有g(shù)v、dl、mk。、co,可控制的工藝因素為dl。過冷對晶體的生長方式的影響：當稍有成分過冷時為胞狀生長，隨著成分過冷的增大， 晶體由胞狀晶變?yōu)橹鶢罹?、柱狀樹枝晶和自由樹枝晶，無成分過冷時，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影響外，還受熱過冷的影響。5.3 答：影響成分過冷范圍的因素有：成分過冷的條件為gkpa,所以點先屈服,即圓筒部分先屈服。(2)屈服時p一2p .3t0,pg2tpgtz pgr2tpg2tz 0,pgr2t根據(jù)dd g ij,d z0,d又有等效應(yīng)變增量:即(d r)2 (2d r)2 (d對應(yīng)的應(yīng)變增量張量為:解：r方向的靜力平衡方程rgd 中(rdl dr r假設(shè)軸對稱均勻變形z都為壓應(yīng)力，且由屈服準則得:邊界條件:1ro2r)(r)2 (ddr)dghr)2 (dd z)2sindgdrgh 2 fdrgrddrh,d rdr f 口r0時,2r0r02 rdr0解：在圓錐面上取單元體，令沿方向列平