1、A卷材料成形原理阶段测验（第一章）班级： 姓名： 学号 成绩： 1、 下图中偶分布函数g(r)，液体g(r)为 c 图，晶态固体g(r)为 a 图，气体g(r)为 b 图。 （a） （b） （c）2、液态金属是由大量不停“游动”着的原子团簇组成，团簇内为某种有序结构，团簇周围是一些散乱无序的原子。由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随 时间和空间发生着改变，这种现象称为 结构 起伏。3、对于液态合金，若同种元素的原子间结合力F(A-A、B
2、-B) 大于 异类元素的原子间结合力F(A-B)，则形成富A及富B的原子 团簇 ，具有这样的原子团簇的液体仅有“拓扑短程序”；若熔体的异类组元具有负的 混合热 ，往往F(A -B)F(A-A、B-B)，则在液体中形成具有A-B化学键的原子团簇，具有这样的原子团簇的液体同时还有“ 化学 短程序”。4、液体的原子之间结合力（或原子间结合能U） 越大 ，则内摩擦阻力越大，粘度也就 越大 。液体粘度随原子间结合能U按指数关系增加，即（公式）：。5、加入 价电子 多的溶质元素，由于造成合金表面双电层的电荷密度大，从而造成对表面压力大，而使整个系统的表面张力 增大 。6、铸件的浇注系统静压头H 越大 ，液
3、态金属密度及比热、合金的结晶潜热越大 ，浇注温度、铸型温度T型 越高 ，充型能力越强。7、两相质点间结合力越大，界面能越小，界面张力就越小。两相间的界面张力越大，则润湿角 越大 ，表示两相间润湿性 越差 。8、铸件的浇注系统静压头H 越大，液态金属密度及比热、合金的结晶潜热 越小，浇注温度、 铸型温度T型越高 ，充型能力越强。9、右图为碱金属液态的径向分布函数RDF，请在图中标注液态K的平均原子间距r1的位置，并以积分面积（涂剖面线）表达液态K的配位数N1的求法。见图中标注10、试总结原子间相互作用力、温度、原子间距、表面活性元素对液态金属的粘度、表面张力的总体规律。（可写于背面）原子间相互作
4、用力越大，粘度越大，表面张力越大；温度越高，粘度越小，表面张力越小；原子间距离越大，粘度越小，表面张力越小；表面活性元素降低金属粘度，降低表面张力。材料成形原理阶段测验（第二章）班级： 姓名： 学号 成绩： xTi铸件 1 c1 1铸型 2 c2 2T0图2-3 无限大平板铸件凝固温度场分布T20T101、 右图为半无限大平板铸件凝固过程的一维不稳定温度场示意图。写出下列参数的含义： 2为：铸型的热导率 c2为：铸型的比热容 2为：铸型的密度Ti为：界面处温度为：铸型的蓄热系数2、判断正误（划或）（1）其它条件相同，铸件温度场的温度梯度在砂型中小于金属型中的温度梯度。（ ）（2）砂型的蓄热系数
5、小于金属型的蓄热系数。 （ ）（3）随凝固时间的延长，铸件温度场的温度梯度铸件变大。（ ）（4）其它条件相同，铜焊件的600的等温椭圆面积小于碳钢焊件相应椭圆面积。（ ）（5）随铸件断面温度梯度的减小，相同合金铸件越趋向于逐层凝固方式。（ ）（6）其它条件相同，随碳钢含碳量的增大，铸件越趋向于体积凝固方式。（ ）（7）其它条件相同，焊件板材厚度越小，焊件温度场的等温椭圆面积越小。（ ）（8）其它条件相同，焊接速度越大，焊件温度场的等温椭圆面积越小。（ ） 焊接方向3、右图为某平板熔焊过程中焊件表面的温度分布状况。在图中画出最小温度梯度方向，并指出焊接方向及当前热源位置。 答: 最小温度梯度方向
6、:从A向左；焊接方向:从A到B；当前热源位置:A 4、右图为200mm厚度的25#钢大平板铸件分别在金属型与砂型中的动态凝固曲线，根据图形分别说明：（1）金属型及砂型中距铸件表面75mm处的起始凝固时刻及凝固结束时间答：起始凝固时间凝固结束时间金属型 7min 9min砂型 25min 45min（2）指出金属型及砂型中铸件的凝固方式答:金属型中为逐层凝固方式；砂型中为体积凝固方式。材料成形原理阶段测验（第三章）班级： 姓名： 学号 成绩： 1、判断正误（划或）（每题5分）（1）金属熔体从高温冷却降温，一旦温度冷却至平衡熔点Tm，即开始发生凝固。（）（2）临界晶核半径r*与过冷度T成反比，即T
7、越大（温度越低），则r*越小。 （）（3）非均质形核与均质形核相比，两者临界半径r*相同，形核功G*也相同，但前者临界过冷度T*比后者小很多。（）（4）非均质形核过程，新生晶体与杂质基底之间的界面张力SC越小，润湿角越小，形核功G*越小，形核临界过冷度T*越小，形核率越高。（）（5）晶体按螺旋位错机制生长，任何情况下生长速度R与过冷度T的平方成正比。（）（6）凝固界面微观结构，以及生长方式、方向及速度均完全取决于物质的热力学性质，与冷却条件等其它因素无关。（）2、填空（每题3分）（1）球状固体质点从金属液中开始形成时，只有其半径r大于临界晶核半径r*时，其统自由能G随r增大而减小，固体质点才能
8、稳定存在，称为晶核；在rr*时，随r 增大而增大，这时不稳定的固体质点还不能称为晶核，而只能称为晶胚。而对应于r=r*的系统自由能最大值G*称为形核功。（2）临界晶核半径r*与过冷度T成反比关系。形核功与过冷度的关系为G*，过冷度T越小，G*越大，T0时，G*，这表明过冷度很小时不能形核，也从数学上证明了为什么物质凝固必须要有一定过冷度。3、右图：纵坐标表示什么？曲线1、2分别代表什么？在图上标注临界晶核半径r*及形核功G*。结合及写出对球形晶体r的表达式；推导临界晶核半径表达式r*。（53=25分）纵坐标表示系统的自由能改变；1代表表面自由能变化，2代表体积自由能变化；见课本54页图3-3；
9、;4、根据Jackson因子指出：大小与凝固界面结构类型的关系；界面结构与熔融熵的关系；晶面族(密排或非密排晶面)对凝固界面粗糙度的影响。（53=15分）2时，界面为粗糙界面；5时，界面为光滑界面；25时，界面可为光滑界面也可为粗糙界面。 熔融熵越小，越易形成粗糙界面。 密排晶面易形成光滑界面，非密排晶面易形成粗糙界面。材料成形原理阶段测验（第四章）班级： 姓名： 学号 成绩： 1、判断正误（划或）（每题5分）（1）右图所示成分为C0的合金熔体，实际凝固结束时，其组织中必然为单相固溶体。（）（2）对于“平衡凝固”及“液相充分混合”所假设的溶质再分配条件下，固-液界面前沿不存在溶质富集层，即界面
10、处及其前方的液相成分处处相同。（ ）（3）“液相部分混合”（有对流作用）的溶质再分配，若液相容积很大以及容积并非很大情况下，N处的均为C0，。（）（4）GL=表示凝固界面处液体实际温度梯度GL正好与曲线相切，为成分过冷是否出现的临界点。（）（5）如果某合金的当前凝固存在成分过冷程度处于“胞状晶”生长方式的范围内，若大幅度增大R，生长方式有向“柱状树枝晶”变化的可能。（）（6）生长方向性较强的非金属晶体，其等轴晶体的形貌为具有清晰的多面体结构。（）（7）柱状树枝晶的生长方向垂直于凝固界面，与热流相反而与晶体学取向无关。（）（8）较高纯度的二元规则共晶合金结晶时，由于A、B两组元的横向扩散，共生界
11、面前沿难以形成成分过冷，一般以平坦的共生界面向前推进。（ ）（9）若突然增大定向凝固的工艺参数R，GL，一次枝晶间距及二次枝晶间距均变小。（ ）（10）规则共晶也可能出现胞状共晶或树枝状共晶形态。这是由于第三组员在界面前沿形成尺度达数百个层片厚度数量级的富集层，产生成分过冷而引起的。（） 液相只有有限扩散凝固条件下溶质再分配2、右图中，若设C0=C0/ K0C0，解答下题：C0（1）在纵坐标合适位置标注C0，当前凝固界面上 C=（C0），C=（C0/ K0）；（6分）（2）以合适的“”在图上标注C0高度；(4分)（3）在C= C0直线上以“”标注=；(5分)（4）在处的浓度梯度（斜虚线斜率）为
12、： （5分）（5）写出公式: = (5分)3、写出“液相只有有限扩散”条件下成分过冷判别式；并依据此式讨论：R、GL、C0对成分过冷写出倾向的影响规律，以及凝固界面前沿晶体形貌的影响规律。（63=18分）答：“液相只有有限扩散”条件下成分过冷判别式为：讨论：R、C0越大，GL越小：则成分过冷出现的可能性越大，或其程度越大；随之，凝固界面从无成分过冷时的平整凝固界面依次向胞状晶胞状树枝晶柱状树枝晶发展，当界面前方内部熔体的成分过冷度满足异质形核条件时，则出现内部等轴晶，从而发生内生生长。4、如何从热力学上理解球状石墨的形成机理？(7分)答：在一般工业Fe-C合金中，由于氧、硫等第三组元杂质的影响
13、，基面界面与铁液的张力大于柱面界面与铁液的张力，即G-L000lG-L100，石墨以柱面与铁液相接触，则系统自由能较低，共晶石墨则以前述旋转孪晶生长机制沿100方向生长，从而形成片状石墨结构的共生共晶组织。在高纯度Fe-C合金共晶凝固中，或在工业铁液中加入微量的镁或铈等球化元素（球化处理），则基面界面与铁液的张力小于柱面界面与铁液的张力，即G-L000lG-L100，领先相石墨的外露面为（0001）基面，往往按螺旋位错生长机制垂直于基面按000l方向生长，从而形成球状石墨+奥氏体晕圈的离异共晶组织。也就是说，从热力学角度看，球状石墨形成的条件为：G-L000lG-L100材料成形原理阶段测验（
14、第五、七章）班级： 姓名： 学号 成绩： 1、判断正误（划或）（每题5分）（1）因型壁强烈激冷作用，结晶潜热从型壁导出，表面等轴晶生长方向垂直于型壁。（ ）（2）根据内部等轴晶“型壁脱落与游离理论”，适当降低浇铸温度可避免游离晶体的重熔，因而可促进并细化内部等轴晶（ ）（3）超声波的细化晶粒作用主要是振动引起枝晶熔断而引起的。（ ）（4）从本质上说，孕育主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒；而变质则是改变晶体的生长机理，从而影响晶体形貌。（ ）（5）焊缝常以“联生结晶”方式由边缘向内推进，柱状晶生长方向垂直于焊接方向。（ ）（6）氮、氢在铁液和铝液中的溶解度均随温度升高而增大，温度越高，
15、溶入气体越多。（ ）（7）气体溶解度与其分压的平方根成正比。气体在熔池中溶解度随焊接电压而降低。（ ）（8）熔滴过渡频率随焊接电流提高，因此，提高焊接电流可降低焊缝的H、N。（ ）（9）增大焊接气氛的氧化性，既可降低氢的溶解度，也可降低氮的溶解度。（ ）（10）在“金属-氧-氧化物”系统中，氧实际分压pO2大于金属氧化物的分解压pO2，则金属被氧化。（ ）（11）柱状晶主干取向与热流方向平行的枝晶优先迅速生长，而取向不利的相邻枝晶因发展缓慢却逐渐被淘汰，这种互相竞争淘汰的晶体生长过程称为晶体择优生长。（ ）（12）在液态铁存在的温度，H2O 气的氧化性比 CO2 小，但H2O气除了使金属氧化外
16、，还会提高气相中 H2 的分压，导致金属增氢。（ ）2、右图为氮、氢在铁中溶解度曲线，试回答：（20分） （1）气体溶解度常以什么单位表达： mL/(100g) ；（2）氮、氢在铁液中溶解为何种热效应： 吸 热反应；（3）说明为什么曲线高温末端处氮、氢溶解度会下降： 温度接近Fe的沸点，铁液汽化渐强，从而显著减小了氮、氢实际分压 ；（4）已知凝固过程氢溶解度下降，若将氢看作Fe的溶质，那么凝固中其平衡分配系数K0= C*S/ C*L 1(填或）（5）比较固态铁的三相中氢溶解度差别：铁中氢溶解度最小；铁中氢溶解度最大。铁中氢溶解度随温度升高变化不大。3、根据“型壁脱落与游离理论”回答： （1）为
17、什么纯金属凝固容易出现柱状晶？（5分）对于纯金属而言，因无溶质富集，难以形成“脖颈”，在型壁处晶体难以脱落而向内部游离。型壁处过冷度最大，沿型壁方向的晶体长大方向最快，晶体与晶体之间很快能够连接起来形成凝固层。同时，由于在纯金属中无杂质，不会发生溶质偏析，不会发生枝晶熔断和游离。（2）设合金K01，K0大小对激冷晶“型壁脱落”及游离晶的“增殖”怎样起作用？对柱状晶或内部等轴晶的形成作用呢？（5x3=15分）K0越小，凝固时偏析越大，偏析使此处熔点降低，易在晶体与型壁的交会处产生“脖颈”，从而会促进激冷晶“型壁脱落”而游离；此外，温度适度降低，不至于游离晶体的重熔而消失，且有利于游离晶体的“增殖”。从而，抑制了柱状晶区的形成与发展，促进内部等轴晶的形成。
