铸 件 形 成 理 论
1. 液态金属的结构和性质
1、加热时原子距离的变化如图1—2所示，试问原子间的平衡距离R0与温度有何关系? R0、R1、R2…..的概念？
答：温度的变化，只改变原子的间距，并不改变原子间的平衡位置，即R0不变。而R0,R1,R2….是温度升高时，原子振动的中心位置。因为温度升高，振幅加大但曲线（W-R）是不对称的，所以振幅中心发生变化。
2、图1-1纵坐标表示作用力，金属原子的运动可以看成是一种振动，其振动在图中如何表示的？物质受热后为什么会膨胀？ 答：振幅在图中的表示：如图1-2中数条的平行线。
加热时，能量增加，原子间距增加，金属内部空穴增加，即产生膨胀。 3、图1-1中的Q是熔化潜热吗？在熔化温度下，金属吸收热量而金属温度不变，熔化潜热的本质是什么？ 答：Q不是熔化潜热。
在熔化温度下金属吸收热量①体积膨胀做功②增加系统内能（电阻，粘性都发生突变）原子排列发生紊乱。在熔点附近，原子间距为R1,能量很高，但是引力大，需要向平衡位置运动，当吸收足够能量----熔化潜热时，使原子间距>R1,引力减小，结合键破坏，进入熔化状态，熔化潜热使晶粒瓦解，液体原子具有更高的能量而金属的温度并不升高。（使晶粒瓦解，并不是所有结合键全部破坏）
4、通过哪些现象和实验说明金属熔化并不是原子间的结合力全部被破坏？ 答：（1）体积变化：
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固态—气态：体积无限膨胀。
固态到液态，体积仅增加3~5%，原子间距仅增加1~1.5%。 （2）熵值变化：△Sm/△S 仅为0.13~0.54% （3）熔化潜热：原子结合键只破坏了百分之几
（4）X线衍射分析：液态金属原子分布曲线波动于平衡密度曲线上下第一
峰位置和固态衍射线极为相近，其配位数也相近，第二峰值亦近似。距离再大，则与固态衍射线远了，液态金属中原子的排列在几个原子间距的范围内，与其固态的排列方式基本一致。
5、纯金属和实际金属在结构上有何异同？试分析铸铁的液态结构。
答：纯金属的液态结构：接近熔点的液态金属是由和原子晶体显微晶体和“空穴”组成。
实际金属的液态结构：存在着两种起伏：能量起伏，浓度起伏。 微观上是由结构和成分不同的游动原子集团，空穴和许多固态，气态，液态化合物组成，是一种浑浊液体，而从化学键上看除了金属基体与其合金元素组成的金属键外，还存在着其他化学健。
铸铁的液态结构：Fe为基体金属，含C,Si，少量Mn，S,P液体以Fe为主可能含有SiO2,MnS,FeS等杂质，还可能有H2,N2,O2等气体，而大部分C,Si,Mn,S,P基体均匀分布在液体中。
6、试分析能量起伏和浓度起伏在在生核中的作用。
答：生核时必须有一定大小的晶胚，这需能量起伏，使原子集团达到一定大小才能成核。而浓度起伏对二相以上液态金属成核很重要，一定的浓度起伏才可能瞬时达到某一相的要求。
7、斯托克斯公式在什么条件下方可应用？在充型过程中杂质在金属液的上浮或者下沉速度能否用此公式描述？ 答：斯托克斯公式（stoks）：??29r2?e液?e杂?g?
条件：杂质上升过程保持或近似球形且上升很慢，且杂质很小（r<0.1mm）,
满足Re?2r???1。
充型过程：杂质物半径很小，可使用stoks公式。
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8、同一种元素在不同液态金属中的表面吸附作用以及同一种元素在同一种液态金属中的表面吸附作用是否相同？为什么？
答：同一种元素在不同液态金属中表示吸附作用不同。
因为：?不同液态金属的σ不同。 ?同种液态金属σ与σ界不同。
9、液态金属的表面张力和界面张力有何异同？表面张力和附加压力有何区别和联系？
答：液态金属的表示张力指 σ液-气：表示单位长度上作用着力。
液态金属的界面张力指 σ液-固，σ液-液：不同相界面上单位长度作用着力。. 附加压力是表示由力引起的. 10、试推导p??Ρ σ σ σ Ρ 润湿时
不润湿时
?1R11 ?R2?σ 答：R1,R2的意义： 任一曲度的曲率半径：
表示（任一曲度）上通过某点做垂直于此表面的直线，在通过此线做一平面，此平面与表面的截线为曲面，曲率半径即为与此曲线相垂直的圆心的曲率半径即为R1垂直于第一个平面在做一个平面此第二平面亦通过垂直直线并与表面相交由此可得第二个截线和第二个曲率半径，即为R2
图中为任一截面的小截面，具有两个曲率半径R1和R2,我们可以将截面取的足够小，以使R1和R2基本是定值。
若表面向外移动而形成比额外表面所需之功为：△F=σ（xdy+ydx）
在表面二边将有压力差P，作用在xy面上病经过dz的距离相应的功为△W=P.xydz
自相似三角形的比较可得：
?x?dx?/?R1?dz??x/R1?dx?x.dz/R1?y?dy?/?R2?dz??y/R2?dy?y.dz/R2?F??w???x.ydz?ydx??pxydz
??x.ydz/R2?ydxR1??pxydz11p??R?R?12?佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院
铸件形成理论习题集
