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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划瞬间凝固材料第四章材料的凝固材料由液相至固相的转变成为凝固，如果凝固后的固体是晶体，则凝固又称为结晶。在恒压条件下，晶体的凝固需要过冷度，即实际凝固温度应低于理论凝固温度。材料的凝固经历了形核与生长两个过程。形核可分为均匀形核与非均匀形核。对于均匀形核，当过冷液体中出现晶胚时，一方面，体系的体积自由能下降，这是凝固的驱动力，另一方面，由于形成了新的表面而增加了表面能，这成为凝固的阻力；综合驱动力和阻力的作用，可导出晶核的临界半径，临界半径对应的自由能称为形核功，其值等于表面能的三分之
2、一，这部分的能量必须依靠液相中存在的能量起伏来补偿。显然，材料的凝固需要过冷度、结构起伏和能量起伏。纯金属在实际凝固时所需的过冷度很小，其原因是实际凝固时发生的是非均匀形核，异质基底通常可有效地降低单位体积的表面能，从而降低形核功。影响形核后的晶体生长方式的重要因素是液-固界面的微观结构。液-固界面的微观结构可分为光滑界面和粗糙界面。连续生长方式对应的是粗糙界面，而二维形核和藉螺型位错生长二者对应的是光滑界面。凝固时晶体的生长形态不仅与液-固界面的微观结构有关，而且取决于界面前沿液体中的温度分布情况：在正的温度梯度下，光滑界面结构的晶体其生长形态呈台阶状，而粗糙界面的晶体其生长形态呈平面状；在
3、负的温度梯度下，光滑界面和粗糙界面结构的晶体其生长形态多呈树枝状。材料的凝固速度是由形核率和晶体长大速度两个因素决定的。形核率受形核功因子和扩散几率因子两个因素控制，而晶体的长大速度则与生长方式有关。材料凝固后的晶粒尺寸随形核率的增加面减小，随晶体长大速度的增加面增大，控制晶粒尺寸主要从控制这两个因素着手，主要原因的途径有增大过冷度、加入形核剂以及采用振动或搅拌等物理方法。第三章：8：实际金属液态合金结构与理想纯金属液态结构有何不同？答：纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的，是近程有序的。液态中存在着很大的能量起伏。而实际金属中存在大量的杂质原子，形成夹杂物，除了存在结构起
4、伏和能量起伏外还存在浓度起伏。12：简述液态金属的表面张力的实质及其影响因数。答：?实质：表面张力是表面能的物理表现，是是由原子间的作用力及其在表面和内部间排列状态的差别引起的。?影响因数：熔点、温度和溶质元素。13：简述界面现象对液态成形过程的影响。答：表面张力会产生一个附加压力，当固液相互润湿时，附加压力有助于液体的充填。液态成形所用的铸型或涂料材料与液态合金应是不润湿的，使铸件的表面得以光洁。凝固后期，表面张力对铸件凝固过程的补索状况，及是否出现热裂缺陷有重大影响。15：简述过冷度与液态金属凝固的关系。答：过冷度就是凝固的驱动力，过冷度越大，凝固的驱动力也越大；过冷度为零时，驱动力不存在
5、。液态金属不会在没有过冷度的情况下凝固。16：用动力学理论阐述液态金属完成凝固的过程。答：高能态的液态原子变成低能态的固态原子，必须越过高能态的界面，界面具有界面能。生核或晶粒的长大是液态原子不断地向固体晶粒堆积的过程，是固液界面不断向前推进的过程。只有液态金属中那些具有高能态的原子才能越过更高能态的界面成为固体中的原子，从而完成凝固过程。17：简述异质形核与均质形核的区别。答：?均质形核是依靠液态金属内部自身的结构自发形核，异质形核是依靠外来夹杂物所提供的异质界面非自发的形核。?异质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加。?异质形核形核功小，形核所需的结构起伏和能量起伏就小，形核容易，所
6、需过冷度小。18:什么条件下晶体以平面的方式生长？什么条件下晶体以树枝晶方式生长？答：平面方式长大：固液界面前方的液体正温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域及过冷度极小，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体的生长方向相反。树枝晶方式生长：固液界面前方的液体负温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域较大，且距离固液界面越远过冷度越大，晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体生长的方向相同。19：简述晶体的微观长大方式及长大速率。答：连续生长机理-粗糙界面的生长：动力学过冷度小，生长速率快。二维生长机理-光滑界面生长：过冷度影响大，生长速度慢。从缺陷处生长机理-非完整界面生长：所需过冷度较大，生长速度位于以上
7、二者之间。20：为生么要研究液态金属凝固过程中的溶质再分配？它受那些因素的影响？答：液态金属在凝固过程中的各组元会按一定的规律分配，它决定着凝固组织的成分分布和组织结构，液态合金凝固过程中溶质的传输，使溶质在固液界面两侧的固相和液相中进行再分配。掌握凝固过程中的溶质再分配的规律，是控制晶体生长行为的重要因素，也是在生产实践中控制各种凝固偏析的基础。凝固过程中溶质的再分配是合金热力和动力学共同作用的结果，不同的凝固条件溶质在固相和液相中的分配规律也不同。23：什么是成分过冷？形成成分过冷必须具备什么条件?答：由固液界面前沿溶质的再分配引起的过冷命名为成分过冷。条件：界面前沿形成溶质富集，液相线温
8、度随距离的增大而上升，当GL小于液相线斜率时出现成分过冷。25：何为外生生长？何为内生生长？各在什么条件下进行？答：在合金的结晶中，晶体自形壁生核，然后由外向内单向延伸生长称为外生生长。例如平面生长、胞状生长和柱状树枝晶生长。而在液体内部自由生长的方式称为内生生长，例如等轴晶。宽范围的成分过冷及具有强形核能力的生核剂都有利于内生生长。26：为什么非共晶成分的合金往往能获得100%的共晶组织？答：在近平衡凝固条件下，当其较快地冷却两条液相线的延长线所包围的阴影区域时，两相具备了同时析出的条件，于是，某一相先析出，然后再在其表面上析出另一个相，从而开始两个竞相析出的共晶凝固过程，最后也能获得100
9、%共晶组织。30：铸件典型宏观凝固组织由哪几部分组成？它们的形成机理如何？答：表面细晶粒区：铸型壁附近熔体受到强烈的激冷作用而大量形核，形成无方向性的表面细等轴晶组织，也叫“激冷晶”。柱状晶区：稳定的凝固壳层形成后，那些主干与热流方向相平行的枝晶，较之取向不利的相邻枝晶生长得更为迅速，它们优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长。在逐渐淘汰掉取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织择优生长。内部等轴晶：等轴晶区的形成是熔体内部晶核自由生长的结果。形核是发生柱状晶向等轴晶转变的必要条件。31：试分析溶质再分配对游离晶的产生及晶粒细化的作用。答：溶质再分配使固液前沿的液态金属凝固温度降低，使实际过冷度减小，溶
10、质偏析程度增大，在晶粒的根部产生缩颈现象，形成游离晶。一些游离晶被保留下来，发生晶体增殖，成为等轴晶的核心从而形成等轴晶，起到晶粒细化的作用。32：晶粒细化的措施。答：控制浇注条件：低的浇注温度，合理的浇注工艺，理控制冷却条件，选用合适的铸型。加入生核剂孕育处理动态晶粒细化：振动电磁搅拌。33：实际中为何异质形核更普遍？答：实际金属中存在大量夹杂物为异质形核提供了基础。所需过冷度小，形核所需的结构起伏和能量起伏小，形核容易。异质形核的临界形核功小。一、概念1、温度场：是加热和冷却过程中某一瞬间的温度分布。2、凝固：将固体材料加热到液态，然后使其按人们预定的尺寸、形状及组织形态再次冷却到固态的过
11、程称为凝固。3、粘度：原子承接相互阻碍运动的内摩擦力。影响粘度因素：温度、表面活性元素、非表面活性元素。4、体积成形：是在塑性成形过程中靠体积的转移和重新分配来实现的。体积成形有自由锻造、模锻、轧制、挤压、拉拔等。5、轧制：将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定孔形，使其形成一定截面形状的方法。6、挤压：挤压是使大截面的毛坯在凸模的强大压力作用下产生塑性流动，迫使金属从模具型腔中挤出，从而获得一定形状和较小截面尺寸的工作。7、拉拔：拉拔是将金属坯料的前端施以一定的拉力，使它通过锥形的凹模型腔，改变其截面的形状和尺寸的一种加工方法。8、板料成形一般称为冲压，可分为落料、冲孔、弯曲、拉深等工序。9、加
12、工硬化：冷态变形时，随着变形程度的增加，材料强度、硬度提高，塑性、韧性下降现象。二、简答题1、材料加工的三要素：材料、能量、信息2、选择零件加工方法的原则：要考虑零件的形状、特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本、现有环境条件等多因素，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。3、冷塑性变形的实质：多晶体变形主要是晶内变形，晶间变形起次要作用，而且需要有其他变形和机制相协调这是由于晶界强度高于晶内，其变形比晶内难，如发生晶界变形易引起晶界破坏和产生裂纹。4、冷塑性变形特点：1.不是同时性；2.晶粒变形的相互协调性；3晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。5、塑性板料成形方面发
13、展方向：a.大批量向高速化、自动化发展。b.发展多工位压力机。c.发展冲压生产线。d.小批量生产时期朝简易化、通用化发展，提高加工的“柔性”。e.工艺过程模拟化和模具CAD/CAM。6、柔性加工单元包括：开式双柱宽台面压力机、机器人、模具自动仓库、供料装置、堆垛起重机、成品传送带、废品传送带、操纵台等。7、自由锻方面发展方向：a.提高大型件质量。b.改进工艺。c.发展探伤技术。d.发展锻焊联合工艺。8、模锻方面发展方向：a.压力机取代锤上模锻。b.精度不断提高，重点发展精密模锻。c.自动化程度日益提高。d.模锻过程的计算机模拟和工艺、模具CAD/CAM。9、如何锻合内部缺陷？首先是缺陷区发生塑
14、性变形，使空隙两壁靠拢，称为闭合阶段；然后在三向压力作用下，空隙两壁金属焊合成一体，称为焊和阶段。这是，需要有足够大的变形程度才能实现锻合。10、对变形抗力的影响因素？化学成分的影响。组织结构的影响。变形温度的影响。变形程度的影响。变形速度的影响。应力状态的影响。11、影响铸渗效果的因素：1）含合金元素涂料组成和配方。2）浇注温度。3）浇注位置及涂层在型中位置。4）型及涂层预热情况。5）母材合金种类等。12、冷铁在凝固成形中的作用？1在冒口难做位置防缩孔。2防壁口交叉处裂纹。3配合冒口，效果更好。4用冷铁调节各别热节。5改变局部组织和性能。6减轻或防止厚件偏析。13、什么是“过热”“过烧”？过
15、热：是指材料加热温度较高，晶粒急长大。过烧：加热温度过高，晶界氧化，金属失去塑性报废。14、锻造流线如何形成？它有何有利和不利影响？塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们沿着变形方向被拉长，呈纤维状叫做锻造流线。有了锻造流线，其性能有了方向性，利用好可提高件的寿命，利用不好则相反。15、预防焊接变形的措施有哪些？1合理选焊缝尺寸和形状。2尽可能减少不必要焊缝。3合理安排焊接位置。4采用能量集中热源，对称焊、分散焊、多层焊。5反变形法。6焊前刚性固定。7强散热法。16、计算机在塑性成形中应用？1数据模拟：应力分布、应变分布、温度场硬化状况分布分析。2模具CAD/CAM：工艺分析、计算、优化方案、专家系统、模具设计制造。3过程控制：加工、装卸
