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铸件形成理论习题答案

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gt;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：

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）：??2

9r?e液?e杂?g2?

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

（rlt;0.1mm）,满足

Re?2r?

??1。

充型过程：杂质物半径很小，可使用stoks公式。

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

液态金属的界面张力指σ液-气：表示单位长度上作用着力。液-液

液-固，σ：不同相界面上单位长度作用着力。.

润湿时

不润湿时附加压力是表示由力引起的.10、试推导p???1R1?1R2?答：

R1,R2的意义：

任一曲度的曲率半径：

表