材料成型基本原理習題答案第一章答案

11.液體與固體及氣體比較各有哪些異同點？哪些現(xiàn)象說明金屬的熔化并答：(1)液體與固體及氣體比較的異同點可用下表說明遠程無序,近程有序;有自由表面;可壓縮性(2)金屬的熔化不是并不是原子間結(jié)合力的全部破壞可從以下二個方面說明:①物質(zhì)熔化時體積變化、熵變及焓變一般都不大。金屬熔化時典型的m附近其系統(tǒng)混亂度只是稍大于固體而遠小于氣體的混亂度。2．如何理解偶分布函數(shù)g(r)的物理意義？液體的配位數(shù)N、平均原1子間距r各表示什么？1答：分布函數(shù)g(r)的物理意義:距某一參考粒子r處找到另一個粒子的幾率,換言之，表示離開參考原子(處于坐標原子r=0)距離為r的位置的數(shù)密度ρ(r)對于平均數(shù)密度ρ(=N/V)的相對偏差。oN表示參考原子周圍最近鄰(即第一殼層)原子數(shù)。1r表示參考原子與其周圍第一配位層各原子的平均原子間距,也表示驗例證說明液態(tài)金屬或合金結(jié)構(gòu)的近程有序(包括拓撲短程序和化學2近程有序是指相對于完全無序的氣體，液體中存在著許多不?！坝问帯敝木钟蛴行虻脑蛹瘓F(2)說明液態(tài)金屬或合金結(jié)構(gòu)的近程有序的實驗例證偶分布函數(shù)的特征對于氣體，由于其粒子(分子或原子)的統(tǒng)計分布的均勻性，其偶分布式周期排列，其g(r)以相應的規(guī)律呈分立的若干尖銳峰。而液體的g(r)出現(xiàn)若干漸衰的鈍化峰直至幾個原子間距后趨于直線g(r)=1，表明液體②從金屬熔化過程看物質(zhì)熔化時體積變化、熵變及焓變一般都不大。金屬熔化時典型的體積變化Vm／V為3%~5%左右，表明液體的原子間距接近于固體，在熔點線)附近,液態(tài)金屬(或合金)的原子集團內(nèi)短程結(jié)構(gòu)類似于固體。Ag、Pb和Tl等熔體進行了十多年的系統(tǒng)研究,認為液體中存在著拓撲球狀密排結(jié)構(gòu)以及層狀結(jié)構(gòu),它們的尺寸范圍約為10－6-10-7cm。。能量起伏是指液態(tài)金屬中處于熱運動的原子能量有高有低,同一原子結(jié)構(gòu)起伏是指液態(tài)金屬中大量不?！坝蝿印敝脑訄F簇不斷地分化同時又會有另一些原子組合到該團簇中，此起彼伏，不斷發(fā)生著這樣的漲濃度起伏是指在多組元液態(tài)金屬中,由于同種元素及不同元素之間的3原子間結(jié)合力存在差別，結(jié)合力較強的原子容易聚集在一起，把別的原于而且這種局域成分梯度dV/dy的比例系數(shù)。X數(shù),U為無外力作用時原子之間的結(jié)合能(或原子擴散勢壘),C為常數(shù),T為熱力學溫度。根據(jù)此式，液體的粘度η隨結(jié)合能U按指數(shù)關(guān)系增加，這可以理解為，液體的原子之間結(jié)合力越大，則內(nèi)摩擦阻力越大，粘度也就越高。6.總結(jié)溫度、原子間距(或體積)、合金元素或微量元素對液體粘度η高合金組元或微量元素對合金液粘度的影響比較復雜。許多研究者曾嘗試描述二元合金液的粘度規(guī)律，其中M-H(Moelwyn-Hughes)模型為：(1-9)分數(shù),R為氣體常數(shù),Hm為兩組元的混合熱。按M－H模型，如果混合熱Hm度。當合金液中存在表面及界面活性微量元素(如Al－Si合金變質(zhì)元素Na)時，由于冷卻過程中微量元素抑制原子集團的聚集長大，將阻礙金屬液粘度的上升。通常，表面活性元素使液體粘度降低，非表面活性雜質(zhì)的存232顆粒上浮到鋼液表面就能獲得質(zhì)量較好的鋼。假如脫氧產(chǎn)物在1524mm深34處生成,試確定鋼液脫氧后AlO最小顆粒的尺23答：根據(jù)流體力學的斯托克斯公式:D=2.g(pp)r2mB，式中：D為夾雜物9nr=9.Dn=1.34104m2g(pp)mB。答：表面張力是由于物體在表面上的質(zhì)點受力不均所造成。由于液體或固體的表面原子受內(nèi)部的作用力較大，而朝著氣體的方向受力較小,這種受力不均引起表面原子的勢能比內(nèi)部原子的勢能高。因此，物體傾向于減小其原子間結(jié)合力越大，表面內(nèi)能越大，表面張力也就越大。但表面張力面張力往往比非金屬大幾十倍,而比鹽類大幾倍。這說明單靠原子間的結(jié)合力是不能解釋一切問題的。對于金屬來說,還應當從它具有自由電子這一特即界面張力與界面自由能的大小和單位也都相同。表面與界面的差別在于當兩個相共同組成一個界面時,其界面張力的大小與界面兩側(cè)(兩相)質(zhì)答:液態(tài)金屬的表面張力的影響因素有:5(1)原子間結(jié)合力表面張力的影響因素不僅僅只是原子間結(jié)合力,研究發(fā)現(xiàn)有些熔點高的物質(zhì)，其表面張力而比鹽類大幾倍。這說明單靠原子間的結(jié)合力是不能解釋一切問題的。對。液態(tài)金屬表面張力通常隨溫度升高而下降，因為原子間距隨溫度升高(3)合金元素或微量雜質(zhì)元素合金元素或微量雜質(zhì)元素對表面張力的影響,主要取決于原子間結(jié)合力的改變。向系統(tǒng)中加入削弱原子間結(jié)合力的組元，會使表面張力減小，使表以傾向于被排擠到表面，以降低整個系統(tǒng)的能量。這些富集在表面層的元素，由于其本身的原子體積大,表面張力低,從而使整個系統(tǒng)的表面張力降N到金屬表面,成為富集在表面的表面活性物質(zhì)。由于(4)溶質(zhì)元素的自由電子數(shù)目成對金屬表面壓力大，而使整個系統(tǒng)的表面張力增加?；衔锉砻鎻埩χ?3Mpa,液膜厚度為1.1×10-6mm，根據(jù)液膜理論計算產(chǎn)生熱裂的液簡稱為液態(tài)金屬充型能力。液態(tài)金屬本身。6系統(tǒng)，以及澆注時控制合金液相同過熱度，等等)澆注各種合金的流動性試對于同一種合金,也可以用流動性試樣研究各鑄造工藝因素對其充型能力的、共晶成分和金屬間化合物之處流動性最好，流動性隨著結(jié)晶溫度范圍的增大而下降，在結(jié)晶溫度范圍最大處流動性最差，也就是說充型能力隨著結(jié)晶溫度范圍的增大而越來越差。因為對于純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金，在固定的凝固溫度下，已凝固的固相層由表面逐步向內(nèi)部推進，固相層內(nèi)表面比較光而具有寬結(jié)晶溫度范圍的合金在型腔中流動時，斷