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材料成形参考习题及答案--第1页

材料成形理论基础习题

第一部分液态金属凝固学

1.纯金属和实际合金的液态结构有何不同？举例说明。

答：（1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。原子集团的空穴或裂纹内

分布着排列无规则的游离原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部存在着能量起伏。

实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠

的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外，还存在结构起伏。

（2）例如钢液，在钢液中主要为Fe，含有C、Si、S、P、Mn、O、H等元素。这些元素或以原

子集团存在，或以高熔点化合物如SiO、CaO、MnO等形式存在，共同构成有较大成分起伏的

钢液主体以及杂质、气体和空穴等。

2.液态金属的表面张力和界面张力有何不同？表面张力和附加压力有何关系？

答：（1）液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。表面张力对应于液－气的交界面，而界面张

力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。

（2）表面张力与附加压力符合下列公式的关系：

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

（）

rr

12

式中r、r分别为曲面的曲率半径。

12

附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。

3.液态合金的流动性和充型能力有何异同？如何提高液态金属的充型能力？

答：（1）液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确定条件

下的充型能力，是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂质含量决定，与外

界因素无关。而充型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。

（2）提高液态金属的冲型能力的措施：

1）金属性质方面：①改善合金成分；②结晶潜热L要大；③比热、密度、导热系大；④粘度、

表面张力大。

2）铸型性质方面：①蓄热系数大；②适当提高铸型温度；③提高透气性。

3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。

4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度；②降低结构复杂程度。

4.钢液对铸型不浸润，θ＝180°，铸型砂粒间的间隙为0.1cm，钢液在1520℃时的表面

3

σ=1.5N/m，密度ρ＝7500kg/m。求产生机械粘砂的临界压力；欲使钢液不粘

液

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入铸型而产生机械粘砂，所允许的压头H值是多少？

解：

产生机械粘砂的临界压力：

2/r

显然：1

r0.10.05cm

2

21.5

则6000Pa