2007-11-12
《液态金属成型原理》习题一
（第一章?第三章）
1. 根据实验现象说明液态金属结构。描述实际液态金属结构。
实验依据：
1）多数金属熔化有约3-5%的体积膨胀,表明原子间距增加1-1.5%； 2）熔化时熵增大，表明原子排列混乱程度增加，有序性下降； 3）汽化潜热远大于熔化潜热, 比值=15-28，液态结构更接近固态；
4）衍射图的特征可以用近程有序概括；仅在几个原子间距范围内，质点的排列与固态相似，排列有序；
液态金属结构：液体是原子或分子的均质的、密集的、“短程有序”的随机堆积集合体。其中既无晶体区域，也无大到足以容纳另一原子的空穴。与理想结构不同，实际金属含有杂质和合金元素，存在着能量起伏、结构起伏和成分起伏。
2. 估计压力变化10kbar引起的铜的平衡熔点的变化。已知液体铜的摩尔体积为8.0?10-6m3/mol，固态为7.6?10-6m3/mol，熔化潜热Lm=13.05kJ/mol，熔点为1085?C。
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3. 推导凝固驱动力的计算公式，指出各符号的意义并说明凝固驱动力的本质。
本质：凝固驱动力是由过冷度提供的，过冷度越大，凝固驱动力越大。 4. 在环境压力为100kPa下，在紧靠熔融金属的表面处形成一个直径为2μm的稳
定气泡时，设气泡与液体金属的?=0.84N/m，求气泡的内压力。
P=100kPa +( 2*0.84N/m)/(1*10-6m)=1780kPa 5. 如何区分固—液界面的微观结构？
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界面结构判据：Jackson因子?≤2，X=0.5时，?G=min，粗糙界面；
?≥3，X→ 0或1时，?G=min，光滑界面；
6. 推导均质形核下临界晶核半径和临界形核功，并说明过冷度对二者的影响 7. 细化晶粒的目的？选择形核剂时的应遵循哪些原则？
目的：增加晶粒数目，降低晶粒尺寸，增大晶界面积。溶质和杂质等分布更加均匀，晶粒互相咬合紧密，使机械性能得到提高。
原则：1）应遵循共格对应原则，共格或半共格，润湿角越小越好；2）固体质点表面上原子的排列方式与新相中某一晶面上的原子排列方式相似，原子间距相近或成比例；3）形核剂本身或与合金液反应后的产物可作为生核剂；4）形核剂稳定，高温难熔、不溶解于金属液，不带入杂质。
8. 钢内微量硫化物在985°C形成共晶相(该温度下为液态)，设晶粒间界面张力?1，
晶粒和共晶相间的界面张力?2，?1/?2?2，试用简图表示常温下硫化物分布形态，并说明理由。 cosθ/2=σSS/2σSL，
根据题意，σSS>2σSL，表面张力无法维持平衡。
低熔点液相S化物便沿晶界形成带尖角的薄膜状。凝固后形成断续网状夹杂物，严重降低钢的性能。
凝固科学基础 习题一答案
