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1、凝固原理与铸造技术题目及答案凝固原理与铸造技术复习题答案1、画出纯金属浇入铸型后发生的传热模型示意图，并简要说明其凝固过程的传热特 点。凝固过程的传热有如下一些特点：简单地说：一热、二迁、三传。首先它是一个有热源的传热过程。金属凝固时释放的潜热，可以看成是一个热源释放的热，但是 金属的凝固潜热，不是在金属全域上同时释放，而只是在不断推进中的凝固前沿上释放。 即热源位置在不断地移动；另外，释放的潜热量也随着凝固进程而非线性地变化。 一热: 有热源的非稳态传热过程，是第一重要的。二迁：固相、液相间界面和金属铸型间界面，而这二个界面随着凝固进程而发生动态 迁移，并使传热现象变得更加复杂。三传：液态金
2、属的凝固过程是一个同时包含动量传输、质量传输和热量传输的三传 (导热、对流和辐射传热)耦合的三维传热物理过程。其次，在金属凝固时存在着两个界面。即固相、液相间界面和金属铸型间界面，而在 这些界面上，通常发生极为复杂的传热现象。2、一个直径为25cm的长圆柱形铸钢件在砂型和金属型中凝固：(l)当忽略铸件-铸 型界面热阻时，它们的凝固时间各为多少？(2)当铸件-铸型的界面换热系数hi=0.0024J(cm2. s.C)时，它们的凝固时间各为多 少？计算用参数如表l -2所示，计算中假定钢水无过热度，并在一个固定的温度Tf下凝 固，同时假定铸型无限厚。3、对于单元系而言，为什么高温时稳定的同素异性结
3、构具有比低温时稳定的同素异 性结构有较高的热焓，即H(y -Fe)H (a-Fe)?4、推导曲率引起的平衡温度改变的计算公式。除压力外，表面曲率亦对平衡温度产生影响。在凝固时，表面曲率对固相来说相当于 增加了一项附加压力，这项附加压力是与界面张力相平衡的。当任一曲面体的体积增加 V,面积增加AA时，附加压力AP与界面张力。的关系为：由于曲率引起的平衡温度的改变为:5、二元合金的溶质平衡分配系数，除可以用热力学数据计算外，还可以用液相线斜 率mL及结晶潜热AHm来计算。试推导其计算公式。溶质平衡分配系数k0为恒温下固相溶质浓度CS与液相溶质浓度CL达到平衡时的比 值(即k0= Cs/CL)。二元
4、合金的溶质平衡分配系数，除可以用热力学数据计算外，还可 以用液相线斜率mL及结晶潜热AHm来计算。在二元合金中，设mL和mS为常数，则有:6、已知纯铜的熔点为1085C，液态时铜的摩尔体积为8.0X10-6m3，固态时为 7.1X10-6m3，当压力的变化为103MPa时，试确定纯铜熔点温度的变化。Clausius-Claceyron 方程式：= (1085+273)*(8.0-7.1)*10(-6)/(13.05*10(3) *10(3)*10(6)=93.66K7、从最大形核功的角度，解释dAG/dr=0的意义。当液体中出现晶核时，系统自由能的变化由两部分组成，一部分是液相和固相体积自 由
5、能差AGv，它是相变的驱动力，另一部分是由于出现了固-液界面，使系统增加了界面能 Ge，它是相变的阻力。这样，系统总的自由能变化为：因此，总的自由能将随r的变大而由小变大再变小，在晶核临界半径r*时，为极大值， 与其相对应的AG *即为形核功。为此，将式（3-2）对求导，并令d A G/dr=O，即可 求出临界品核半径：或：由于AG是r的函数，dAG/dr=0表示AG在晶核半径为临界晶核r*时达到最大，当 晶胚尺寸小于临界晶核尺寸时其长大将导致体系自由能的增加，故这种尺寸的晶胚难以长 大，最终熔化而消失，只有当晶胚尺寸大于临界晶核尺寸时才能形成稳定的晶核。8、讨论说明下图所表述的意义。尽管润湿
6、角在非自发形核中有着重要作用，但用实验方法测定润湿角是困难的。一般， 润湿角愈小，夹杂界面的形核能力愈高。过冷度AT愈大，晶胚尺寸愈大，其曲率半径愈大。但在相同的过冷度下，润湿角小 的晶胚，在折合成同体积的情况下，其曲率半径更大些。它们与临界半径r*和AT的关系 曲线的交点即为该0角相应的形核过冷度，从图中可知e角愈小，形核过冷度愈小，即 其形核能力愈强。上述情况必须有几个先决条件，首先是润湿角和温度无关，其次是夹杂的基底面积要 大于晶胚接触所需要的面积，最后是晶胚和夹杂的接触面为平面。9、分析讨论选择形核剂的条件。生产中选择形核剂时还应考虑哪些因素？形核剂的 条件根据界面能产生的原因，不难理解，两个相互接触的界面结构（原子排列的几何情况、原子大小，原于间距等）愈近似，它们之间的界面能就愈小。 通常用错位度（或称不匹配度）6来表示界面上晶核原子与夹杂原子互相间的匹配情况。 当6值很小时，过冷度AT与6之间有如下关系：6值较小的物质对形核是有效的。但是，这种点阵匹配原理并不是完善的，特别是用它作为选择形核剂的标准还远远不够，因为它与很多事实不符， 例如尽管Ag与Sn的6值比Pt与Sn的&值小，但Pt能作Sn的形核剂，而Ag却不能， 这说明单靠点阵感谢您的阅读，祝您生活愉快。
