第章至第七章階段測(cè)驗(yàn)B卷參考答案唐飛等同學(xué)整理

1、材料成形原理階段測(cè)驗(yàn)（第一章）班級(jí)： 姓名：學(xué)號(hào) 成績(jī)：座位：第 排， 左起第 座1、偶分布函數(shù)g（r）物理意義是距某一 參考 粒子r處找到另一個(gè)粒子的 幾率 ，換言之，表 示離開(kāi)參考原子（處于坐標(biāo)原點(diǎn) r=0）距離為r位置的數(shù)密度p（r）對(duì)于平均數(shù)密度 出（=N/V ）的相 對(duì)偏差。2、描述液態(tài)結(jié)構(gòu)的“綜合模型”指出，液態(tài)金屬中處于熱運(yùn)動(dòng)的不同原子的能量有高有低,同一原子的能量也在隨時(shí)間不停地變化,時(shí)高時(shí)低。這種現(xiàn)象稱(chēng)為能量 起伏。3、對(duì)于實(shí)際金屬及合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)，還需考慮不同原子的分布情況。由于同種元素及不同元素之間 的原子間結(jié)合力存在差別，結(jié)合力較強(qiáng) 的原子容易聚集在一起,把別的原于排擠

2、到別處，表現(xiàn)為游動(dòng)原子團(tuán)簇之間存在著成分差異。這種局域成分的不均勻性隨原子熱運(yùn)動(dòng)在不時(shí)發(fā)生著變化,這一現(xiàn)象稱(chēng)為 濃度 起伏。4、粘度隨原子間距B增大而降低,隨溫度T上升而下降,合金元素的加入若產(chǎn)生負(fù)的混合熱 Hm,則會(huì)使合金液的粘度上升 ，通常，表面活性元素使液體粘度降低 。5、兩相質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力越大 ，界面能越小，界面張力就越小。兩相間的界面張力越大，則潤(rùn)濕角越大 ，表示兩相間潤(rùn)濕性越差 。6、液態(tài)金屬的“充型能力”既取決于金屬本身的流動(dòng)性，也取決于 鑄型性質(zhì)、 澆注條件、鑄件結(jié) 構(gòu)等外界因素，是各種因素的綜合反映。流動(dòng)性與充型能力的關(guān)系可理解為前者是后者的正因。7、作用于液體表面的切應(yīng)力。大

3、小與垂直于該平面法線(xiàn)方向上的速度梯度的比例系數(shù)，以 刀表示，通常稱(chēng)為 動(dòng)力 學(xué) 粘度 。要產(chǎn)生相同的速度梯度 dVx/dy,液體 內(nèi)摩擦阻力越大:則 Y越大，所需外加剪切應(yīng)力也越大 。粘度 刀的常用單位為Pa s 或 mPa s 。8、鑄型的C2、在、b越大，即 蓄熱 系數(shù)b2 （ b2 J 2C2 2 ）越大，鑄型的激冷能力就越強(qiáng) ，金屬液于其中保持液態(tài)的時(shí)間就越短，充型能力越差 。8、右圖為堿金屬液態(tài)的徑向分布函數(shù) ，請(qǐng)?jiān)趫D中標(biāo)注液態(tài) Cs 的平均原子間距ri的位置，并以求積分面積（如涂剖面線(xiàn)）表達(dá) 液態(tài)Cs的配位數(shù)Ni的求法。（參見(jiàn)A卷K的門(mén)、Ni求法）9、依據(jù)圖1-12的數(shù)據(jù)及影響規(guī)律

4、，試運(yùn)用凝固熱裂紋的液膜理論”分析討論S、O含量對(duì)鐵基合金熱裂紋的作用。答：S、O是原子半徑小，在金屬中容易進(jìn)入到溶劑的間隙使勢(shì)能增加，從而被排擠到金屬的表面而富集，為表面活性元素。因?yàn)檫@些元素的金屬性很弱，自由電子很少，因此表面張力小，同樣使金屬表面張力降低。 所以S、O含量越多，導(dǎo)致鐵液表面張力下降。此外，S、O形成低熔點(diǎn)化合物，使凝固后期晶粒間液膜厚度 T增加，同時(shí)保持液態(tài)到更低溫度（時(shí)間延長(zhǎng)，凝固溫度范圍 T也增大)。由液膜拉斷臨界應(yīng)力公式fmax 2可知，S、O既降低鐵液的T班級(jí):材料成形原理階段測(cè)驗(yàn)(第二章)姓名：學(xué)號(hào)成績(jī)又增大T,所以fmax減?。煌瑫r(shí)固液階段時(shí)間延長(zhǎng)，所以鋼鐵材

5、料中S、。高則熱裂紋容易形成。1、右圖為半無(wú)限大平板鑄件凝固過(guò)程的一維 不穩(wěn)定溫度場(chǎng)示意圖。寫(xiě)出下列參數(shù)的含義：方為：鑄件的熱導(dǎo)率C1為：鑄件的比熱容p1為：鑄件密度T10為： 鑄件的起始溫度，通常為澆注溫度a2 工為:鑄型的熱擴(kuò)散率C2 P22、判斷正誤(劃，或X)(1)隨凝固時(shí)間的延長(zhǎng)，鑄件溫度場(chǎng)的溫度梯度鑄件變小。(V )(2)其它條件相同，鑄件溫度場(chǎng)的溫度梯度在濕砂型中小于干砂型中的溫度梯度。(X )(3)金屬型的蓄熱系數(shù)小于砂型的蓄熱系數(shù)。(x )(4)其它條件相同，不銹鋼焊件的400c的等溫橢圓面積小于鋁焊件的相應(yīng)橢圓面積。(X )(5)隨鑄件斷面溫度梯度的增大，相同合金鑄件越趨向

6、于體積凝固方式。(X )(6)其它條件相同，焊件板材厚度越大，焊件溫度場(chǎng)的等溫橢圓面積越大。(X )(7)鋁合金鑄件在共晶成分點(diǎn)呈逐層凝固方式；其它條件相同，成分離共晶成分點(diǎn)越遠(yuǎn)鑄件越趨向于體積凝固方式。(V )(8)其它條件相同，焊接速度越大，焊件等溫橢圓長(zhǎng)軸與短軸之比越大3、右圖為某平板熔焊過(guò)程中焊件表面的溫度分布狀況。在圖中畫(huà)出最大溫度梯度方向，并指出當(dāng)前熱源位置與移 動(dòng)方向。最大溫度梯度方向：A 一 B當(dāng)前熱源位置：A移動(dòng)方向：AB根據(jù)4、右圖為200mm厚度的25#鋼大平板鑄件分別在金屬型與砂型中的動(dòng)態(tài)凝固曲線(xiàn) 圖形分別說(shuō)明：EE嫉星匡ye厚我10 2030 d時(shí)間min（1）金屬型

7、及砂型中距鑄件表面 50mm處的起始凝固時(shí)刻及凝固結(jié)束時(shí)間起始凝固時(shí)刻：金屬：5min砂型：17min結(jié)束時(shí)間：金屬：7min 砂型：42min（2）在弱態(tài)凝固曲線(xiàn)的右側(cè)能線(xiàn)框內(nèi)畫(huà)出 20分 種時(shí)砂型中鑄件斷面的木目區(qū)分布（液、固、固 +液）。材料成形原 理階段測(cè)驗(yàn)（第三章）班級(jí)： 姓名：學(xué)號(hào) 成績(jī)：（1）金屬熔體從高溫降溫，只有溫度冷卻至平衡熔點(diǎn)Tm以下具有一定過(guò)冷度，才可能發(fā)生凝固。（V ）（2）過(guò)冷度達(dá)到AT *之后，原子團(tuán)簇平均半徑r°已達(dá)臨界尺寸，開(kāi)始大量形核。A T*理 解為K量考核過(guò)冷度。（V）（3）非均質(zhì)形核與均質(zhì)形核相比，前者臨界半徑r*、形核功AG*及臨界形核過(guò)冷

8、度 H*均比后者小很多。（X ）（4）凝固界面微觀結(jié)構(gòu)類(lèi)別（粗糙界面還是光滑界面），熱力學(xué)上主要取決于物質(zhì)的熔融 嫡大小。熔融嫡越高，凝固界面結(jié)構(gòu)越趨向于成為光滑界面。（V ）（5）粗糙界面屬性的物質(zhì)按照連續(xù)生長(zhǎng)方式，其生長(zhǎng)速度與過(guò)冷度的平方成正比。（X ）（6）非均質(zhì)形核過(guò)程，新生晶體與雜質(zhì)基底之間的界面張力（SC越大，潤(rùn)濕角 越大，形核功AG*越大，形核臨界過(guò)冷度AT*越大，形核率越高。（X ） 2、填空（每題3分）（1）過(guò)冷度AT增大，r*及AG*下降，形核率I增大。過(guò)冷度AT較小時(shí)，均質(zhì)形核 的形核率幾乎始終為零。當(dāng)溫度降到某一程度，達(dá)到臨界過(guò)冷度（ M ）,形核率迅速 增大 。研究表

9、明,AT 0.2 Tm左右.由此可見(jiàn).均質(zhì)形核需耍 很大 的 過(guò)冷度。（2）均質(zhì)晶核形成的晶核為球體，系統(tǒng)自由能變化G由兩部分組成，其中，液-固體積 自由能之差（由 Gv引起）為相變驅(qū)動(dòng)力.而固-液界面能（由 孔引起）則 阻礙 相變。它是均質(zhì)形核所必須克服的（3）形核功A G*的大小為臨界晶核表面能的 1/3倍 能量障礙。3、右圖中，液態(tài)合金成分為 C0o假設(shè)在冷卻過(guò)程中按 平衡方式凝固（液相及固相成分均按相圖變化），在圖上 分別標(biāo)出、T2及任意特定溫度T與減相線(xiàn)、周相線(xiàn) 的交點(diǎn)（6個(gè)）成分；寫(xiě)出丁溫度時(shí)Ko定義式。（20分）答：標(biāo)注見(jiàn)教材P60：工：溫度時(shí)=QJC4、寫(xiě)出Jackson因子表

10、達(dá)式；指出 大小與凝固界面結(jié)構(gòu)類(lèi)型的關(guān)系、過(guò)冷度與界面粗糙 度關(guān)系(5M=15分)答：見(jiàn)教材P68- P70。5、推導(dǎo)凝固相變驅(qū)動(dòng)力表達(dá)式 GvHm T (5分)Tm答：見(jiàn)教材P58-P59。而料成形原理階段測(cè)驗(yàn)(第四章)班級(jí)： 姓名：學(xué)號(hào) 成績(jī)：1、判斷正誤(劃，或X)(每題5分)(1) “平衡凝固”條件下，凝固后零件斷面的成分均勻地為 Cs =C0O所以“平衡凝固” 開(kāi)始時(shí)晶體析出的成分即為Co。( X )(2)在“平衡凝固”及“液相充分混合”所假設(shè)的溶質(zhì)再分配條件下，固-液界面處的固相及液相成分Cs、Cl隨凝固過(guò)程的進(jìn)行均始終在不斷升高。(V )(3)在“液相只有有限擴(kuò)散”溶質(zhì)再分配條件

11、下，當(dāng)達(dá)到 穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，界面處及其前方液相成分隨時(shí)間變化均符合。，且溶質(zhì)富集層以外的成分均為Cl =Co0 (V)(4) Gl< TL(x) 表示凝固界面處液體實(shí)際溫度梯度 Gl小于TL(x')曲線(xiàn)x' 0處的切 x x' 0線(xiàn)，此表達(dá)式為成分過(guò)冷的形成條件。(V )(5)如果某合金的當(dāng)前凝固存在成分過(guò)冷程度處于“胞狀晶”生長(zhǎng)方式的范圍內(nèi)，若大 幅度增大液體實(shí)際溫度梯度 Gl,凝固界面有向“平整界面”變化的可能。(V )(6)無(wú)論是純金屬還是合金，只有當(dāng)凝固界面前形成負(fù)溫度梯度，才可出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象。(X)(7)成分過(guò)冷較小時(shí)胞狀晶生長(zhǎng)方向垂直于周-液界面，與晶體學(xué)取

12、向無(wú)關(guān)。(V)(8)方向性較弱的金屬固溶體，具等軸樹(shù)枝晶外緣圓滑，無(wú)清晰齊整的棱角(9)灰鑄鐵 什與G (石墨)共晶反應(yīng)過(guò)程，領(lǐng)先相石墨呈片狀生長(zhǎng)且不斷發(fā)生分枝及彎曲，而奧氏體則以非封閉暈圈形式包圍著石墨片一起長(zhǎng)大，這種不規(guī)則的共晶生液相只有有限擴(kuò)散凝固條件下溶質(zhì)再分配長(zhǎng)不屬于共生生長(zhǎng)范疇。(x )(10)交替平行排列的層片狀規(guī)則共晶兩相具有 共同的凝固界面，且為等溫面。(V )2、若設(shè)Co=Co/ KoCo,右圖中：A=( AC。)，表 達(dá) 凝固界面處由于溶質(zhì)富集引起的成分升高 ： B=( Dl/R ),表達(dá)溶質(zhì)富集層的“特征距離" C=( C°e-1),表達(dá)距界面x&#

13、39; =B時(shí)溶質(zhì)富集高度為 C/e 。 x' 0處濃度梯 度Gc為： '-GcCl(x)-c- (4X7=28 分)xX' oDl/R3、增強(qiáng)鑄型對(duì)鑄件的冷卻能力，對(duì)鑄件晶體的一次及二次枝晶間距有何影響？對(duì)于特定鑄型條件的相同鑄件，鑄件內(nèi)部的枝晶間距與其表面的有何區(qū)別？同一鑄件不同壁厚的部位呢？ （12分）答：增強(qiáng)鑄型對(duì)鑄件的冷卻能力，一次、二次枝晶間距均減??；鑄件表面R、G1較大,枝晶間距較小，而鑄件內(nèi)部凝固總是晚于表面，由第二章可知，鑄件溫度場(chǎng)的溫度梯度G隨時(shí)間的延長(zhǎng)而變小，凝固速度也相應(yīng)減慢，即 R、Gl隨時(shí)間減小，所以?xún)?nèi)部枝晶間 距較大；同理，同一鑄件薄壁處平

14、均之間間距小于厚壁處。4、與單相固溶體凝固相比， 兩相均為非小平面屬性的二元規(guī)則共晶合金凝固界面前沿 的溶質(zhì)富集情況有哪 兩方面的顯著差別？ （10分）答：（1）由于共晶兩相界面前以橫向擴(kuò)散占主導(dǎo)，溶質(zhì)富集程度大大降低，且 同一截面不同位置成分不同。（2）溶質(zhì)富集層的寬度（X'方向）也大為減小，由單相凝固時(shí)的大于數(shù)百微米尺度減小為幾微米甚至更小一一若以共晶片層距衡量，由數(shù)百片層距的尺度降為約半個(gè)片層距的尺度，數(shù)學(xué)上表達(dá)：由大于兩倍“特征距離”22R減小為N2（這里入為片層距）材料成形原理階段測(cè)驗(yàn)(第五、七章)班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào) 成績(jī)： 1、判斷正誤(劃，或X)(每題5分)(1)因型壁

15、強(qiáng)烈激冷作用，結(jié)晶潛熱從型壁導(dǎo)出，表面等軸晶生長(zhǎng)方向垂直于型壁。(X )(2)根據(jù)內(nèi)部等軸晶“型壁脫落與游離理論”，適當(dāng)降低澆鑄溫度可避免游離晶體的重熔，因而可促進(jìn)并細(xì)化內(nèi)部等軸晶(V )(3)超聲波的細(xì)化晶粒作用主要是振動(dòng)引起枝晶熔斷而引起的。(X )(4)從本質(zhì)上說(shuō)，孕育主要是影響生核過(guò)程和促進(jìn)晶粒游離以細(xì)化晶粒；而變質(zhì)則是改變晶體的生長(zhǎng)機(jī)理，從而影響晶體形貌。( V )(5)焊縫常以“聯(lián)生結(jié)晶”方式由邊緣向內(nèi)推進(jìn)，柱狀晶生長(zhǎng)方向垂直于焊接方向。(X )(6)氮、氫在鐵液和鋁液中的溶解度均隨溫度升高而增大，溫度越高，溶入氣體越多。(x )(7)氣體溶解度與其分壓的平方根成正比。氣體在熔池中

16、溶解度隨焊接電壓而降低。(V )(8)熔滴過(guò)渡頻率隨焊接電流提高，因此，提高焊接電流可降低焊縫的H、N。(，)(9)增大焊接氣氛的氧化性，既可降低氫的溶解度，也可降低 氮的溶解度。(X )(10)在“金屬-氧-氧化物”系統(tǒng)中，氧實(shí)際分壓 po2大于金屬氧化物的分解壓 po2,則金屬被氧化。(，)(11)柱狀晶主干取向與熱流方向平行的枝晶優(yōu)先迅速生長(zhǎng)，而取向不利的相鄰枝晶因發(fā)展緩慢卻逐 漸被淘汰，這種互相競(jìng)爭(zhēng)淘汰的晶體生長(zhǎng)過(guò)程稱(chēng)為晶體擇優(yōu)生長(zhǎng)。(，)(12)在液態(tài)鐵存在的溫度，H2O氣的氧化性比 CO2小，但H2O氣除了使金屬氧化外，還會(huì)提高氣T/V氟、氧在株中的溶解度與潟度的關(guān)系相中H2的分壓

17、，導(dǎo)致金屬增氫。(V )2、右圖為氮、氫在鐵中溶解度曲線(xiàn)，試回答：(20分)(1)氣體溶解度常以什么單位表達(dá)：mL/(100g);(2)氮、氫在鐵液中溶解為何種熱效應(yīng)：吸 熱反應(yīng);(3)說(shuō)明為什么曲線(xiàn)高溫末端處氮、氫溶解度會(huì)下降：溫度接近Fe的沸點(diǎn)，鐵液汽化漸強(qiáng)：從而顯著減小了氮、氫實(shí)際分(4)已知凝固過(guò)程氫溶解度下降，若將氫看作Fe的溶質(zhì)，那么凝固中其平衡分配系數(shù) Ko= C*s/ C*l v 1(填或v)(5)比較固態(tài)鐵的三相中氫溶解度差別：“鐵中氫溶解度最??；丫鐵中氫溶解度最大。8鐵中氫溶解度隨溫度升高變化不大。3、根據(jù)“型壁脫落與游離理論”回答：（ 1）為什么純金屬凝固容易出現(xiàn)柱狀晶？（5 分）對(duì)于純金屬而言，因無(wú)溶質(zhì)富集，難以形成“脖頸”，在型壁處晶體難以脫落而向內(nèi)部游離。型壁處過(guò)冷度最