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1、本复习题仅适用于贵州大学机械学院12-13年度上学期1、液态成形温度场的数学解释法的假设条件：P64（1）金属的结晶范围很小，可忽略不计，即视为恒温下结晶。（2）不考虑结晶潜热。（3）铸件和铸型潜热。（4）铸件与铸型紧密接触，无间隙，传热方式为传热方式为热传导。2、铸件凝固时间的计算：（1）铸件的凝固时间是指从液态金属充满铸型的时刻至凝固完毕所需要的时间。（2）单位时间内凝固层的增长厚度称为凝固速度。（3）凝固时间是制定液态成形工艺的重要参数。（4）平方根定律：t=g/ k2（适合于大平板铸件和结晶间隔小的合金铸件）折算厚度法则：t=R2 / k2（R=V1/A2,R为折算厚度或铸件模数）（5
2、）总结：为什么生产中多为球形晶？因为球的面积A越小，R越大，t越长，充型能力 越好；疏松为小而分散的空洞，难防止；缩孔为大而集中的空洞，易防止。第三章：1、（1）金属的熔化：是从晶界开始的。P74 晶粒间出现相对流动，称为晶界粘性流动。熔化潜热：在熔点的固态变为同温度的液态时，金属要吸收大量的热量。熔化：金属以规则的原子排列突变为紊乱的非晶结构的过程。（2）研究金属的液态结构方法：一:间接方法，就是通过固态液态、固态气态转变后一些物理性质的变化来判断液态的 原子结构状况。二：直接，通过液态金属的X射线或中子线的结构分析来研究液态的原子情况。（3）液态铝中的原子的排列在几个原子间距的小范围内，与
3、其固态铝原子的排列方式基本 一致，而远离的原子就完全不同于固态了。这种结构称为微晶，液态铝的这种结构称为近程 有序而远程无序的结构，而固态的原子结构为远程有序的结构。（4）液态金属的结构的特点：1）原子的排列在较小间距内仍具有一定规律性，即原子间仍保持较强的结合能，且其平均原 子间距增加不大。2）在熔化时，晶体的结构已受到部分破坏，故其排列的规律性仅保持在较小范围内，这个范 围是由十几个到几百个组成的集团。3）液态中原子热运动的能量大，能量起伏也大，每个集团中具有动能大的原子能克服临近的 原子的束缚，产生很强的热运动，并能成簇地脱离原有集团而加入别的集团或组成新的集团。4）原子集团之间间距较大
4、，比较松散，犹如存在空穴。5）原子集团的平均尺寸、游动速度都与温度有关。2、液态金属的性质（1）粘滞性的本质是质点（原子间）的结合力的大小。在流体力学有两个概念：动力粘 度和运动粘度。v= /p,密度大，动力粘度小，即惯性大，这意味着流体的紊流倾向性大。（2）影响粘度的因素：1）温度。液体的粘度在温度不大时，温度升高，动力粘度n值越小；温度很高时，温度升 高，动力粘度n增大。2）化学成分。难溶化合物粘度较高，而熔点低的共晶成分合金粘度低。这是由于难溶化合 物的结合力强，在冷到熔点之前就开始原子集聚；而共晶成分合金，不同类原子间不结合， 虽然同类之间也结合，但是由于不同类原子的阻碍，使得同类之间
5、的聚合变慢。3）非金属夹杂物。夹杂物越多，对粘度的影响越大。夹杂物的形态对粘度也有影响。（4）粘度在材料成形过程中的意义1）对液态合金流动阻力的影响。2）对液态合金对流的影响。液体对流对结晶组织、溶质分布、偏析、杂质的聚合产生重要的影响。2 r2（p - p ）g、Xl3） 对液态金属的净化的影响。杂质上浮速度为v =液夹9 n可见，液体的粘度越大，杂质留在铸件中的可能性就越大。3、液态金属的表面张力（1）表面张力的实质。表面张力是表面能的一种物理表现，是由原子间的作用力及其在表面和内部的排列状态的差别而引起的，1）表面张力：液态的分子或原子处于力的平衡状态，而表面层上的分子或原子受力不均 匀
6、，结果产生指向液体内部的合力F,使液体表面有自动缩小的趋势，犹如被一层弹性薄膜 所包围，力求减小其表面，这F就是表面张力。表面张力大小既与液体本身性质有关，又和与它相接触的相的性质有关，一般是指液体与气相接触面上的表面力。2）表面自由能是产生新的单位面积时系统自由能的增量。界面张力与界面自由能数值上是相同的，润湿角是衡量界面张力的标志。0时为绝对润湿，*180时为绝对不润湿。（2）影响界面张力的因素主要有：熔点、温度、溶质元素（3）表面和界面张力在材料成形过程中的意义。1）附加压力的形成过程图（P85）22）P=r附加压力与管道半径成反比当r很小时将产生很大的附加压力，在液态成形过程中，对铸
7、件表面质量产生很大的影响。液态成形所用的铸型或涂料与液态合金是不润湿的，如用SiO、 CrO和石墨等材料，在这些细小沙粒之间的缝隙中，产生阻碍液态合金渗入的附加压力， 从而使铸件表面光洁。而浇注薄小铸件时必须提高浇注温度和压力，以克服附加压力的阻碍。液态金属的流动性及充型能力：充型能力液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件的能力。充型能 力不足的缺陷：浇不足、冷隔、夹渣、气孔等。影响因数：与液态金属和铸型的性质、浇注条件、型腔的形状结构等因素有关。一、液态合金的流动性 合金的流动性是：液态合金本身的流动能力。合金流动性主要由合 金结晶特点决定二、 浇注条件（1）浇注温度 一般T浇
8、越高，液态金属的充型能力越强。（2）充型压力 压力越大，充型能力越强。（3）浇注系统结构结构复杂，流动阻力大，充型能力差。三、铸型充填条件 （1 ）铸型材料 铸型的蓄热系数大，充型能力越差（2）铸型温度 铸型温度越高，充型能力越强。（3）铸型中的气体四、 铸件结构（1）铸件壁厚 厚度大，热量散失慢，充型能力就好。（2）铸件复杂程度 结构复杂，流动阻力大，充型困难。3.7铸件凝固组织的形成与控制（P134）1、（1）铸件的凝固组织在宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件 的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。（2）铸件的宏观组织三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶区和内部等轴晶
9、区。表面细晶粒区是指：紧靠铸型壁的激冷组织，由于紊乱排列的细小等轴晶组成，该层比较薄；柱状晶区是由垂直于铸型彼此平行的柱状晶组成；内被等轴晶区是 由各向同性的等轴晶组成，晶粒较表面激冷区的等轴晶粗大。（3）形成表面细晶粒区的晶核：除了非均质形核外，由各种原因引起的游离也是形成表面细晶粒的晶核来源。（4）存在溶质偏析和增加液态金属的流动有利于表面细晶粒区的形成。（5）表面细晶粒区的大小与浇注温度、铸型温度、铸型的导热能力、合金的生核能力及合 金的成分有关。形成表面细晶粒区的关键是要造成大量生核的条件，增加游离数目，促进其快速生长形成凝 固壳层。抑制柱状晶继续发展的关键因素是等轴晶区的出现。内部等
10、轴晶区的形成，是由于剩余熔体内晶核自由生长的结果。四个理论：过冷熔体自发生核理论、晶粒脱落、枝晶熔断和增殖理论、激冷晶粒卷入理论和结晶雨游离理论。2、铸件宏观凝固组织的控制（P137）（1）铸件结晶对铸件质量的影响：由于表面细晶粒区一般较薄，对铸件的质量和性能影响 不大，而柱状晶和等轴晶区的宽度和晶粒大小是决定铸件组织和性能的主要因素。（2）铸件宏观组织的控制：主要是控制柱状晶区与等轴晶区的比例。具体措施：（细化晶粒） 合理控制热力学条件1）降低浇注温度。采用低温浇注是减少柱状晶获得等轴晶的有效措施之一，但温度过低容易 产生浇不足、夹杂等缺陷。因此降低浇注温度应以不引起大量缺陷为前提。2）合理
11、浇注工艺。通过合理设计浇注系统和浇注方式，增加金属液对型壁的冲刷作用，强化 铸型中金属液的对流，可以促进游离晶的产生和晶粒增殖从而细化和扩大等轴晶区。3）合理控制冷却条件。控制冷却条件的目的是为形成宽的凝固区和获得较大的过冷，从而促 进熔体生核和晶粒游离。4）铸型性质。铸型表面粗糙度咼，柱状晶尺寸小，等轴晶面积率咼，铸型与金属液的湿润性U Jr*%好，则铸型表面易于形成稳定的外壳，有利于柱状晶的形成和发展；反之，则有利于等轴晶 的形成。 加入生核剂。目的是为了强化非均质形核。1）直接作为外加晶核的生核剂。2）通过与熔体相互作用而产生非均质晶核的生核剂。3）加入含强成分过冷元素的生核剂。通常随存
12、时间的延长而作用下降成为孕育衰退。 动态晶粒细化。3.8熔池中晶核的形成方式：自发形核和非自发形核第七章一 1、铸造应力：在液态成形中产生并残留于铸件的内应力，有热应力、相变应力、机械应 力（1）热应力 影响热应力大小的因素：在金属性质方面，弹性模量E,线胀系数a及热导率 X入越大，产生的热应力就越大；在浇注条件方面，铸型的冷却能力越强，铸件内外的温差就 越大，热应力就越大；在浇注条件方面，提高浇注温度可使铸型的温度相应提高，从而降低 铸型的激冷能力，减小铸件内部的温度梯度，降低热应力；在铸件结构方面，壁厚差别就越 大，温差AT H也越大，引起的热应力也越大。（2）相变应力（3）机械应力造成机
13、械阻碍的原因可能是由于铸型和型芯的退让性差或铸件受到箱带、心骨 以及铸件自身结构如加强筋、飞边和浇冒系统的阻挡等所致。机械应力可能是拉应力、压应 力或切应力。2、铸造应力的控制（1）减小铸造应力的措施和途径：主要措施是针对铸件的结构特点，在制定铸造工艺时， 尽可能地减少过程中各部分的温差，提高铸型和型芯的退让性，减小铸件收缩时的机械阻碍。 具体：（1）合金方面。（2）铸件结构。（3）铸型方面。（43）工艺方面。（2）消除铸造应力的方法是自然时效、人工时效、共振时效二 1、裂纹（P321）1） 热裂纹防止热裂纹的措施：冶金方面要严格控制盒减少合金或焊缝中硫、磷等有害杂质及其他夹杂物的含量，细化晶
14、粒，以减少晶粒间低熔点液膜的量和液膜厚度。工艺方面主要是采取减小合金凝固时的拉应力，如在铸造时，使用溃散性比较好的型u砂和芯砂，改善铸型和型砂的退让性，避免过长或截面积过大的横浇道，减少铸件披缝；合 理设计浇、冒系统和设置冷铁，减少铸件的温差，建立同时凝固的条件.2）冷裂纹常常发生于铸件或焊件中受拉应力的部位。具有延迟性，断口有金属光泽或I带轻微氧化色。冷裂纹的影响因素（1）钢的淬硬性（钢的碳含量与合金元素的含量越高，钢的淬硬性越强，焊接后越易形成 硬脆组织，冷裂纹倾向越明显0）wT（2）扩散氢的影响（氢是引起高强钢焊接是产生冷裂纹主要因素之一，高强钢焊接接头中 的含氢量越高，冷裂纹倾向越明显
15、。）（3）残余应力的影响。（残余应力和拘束应力越大，应力状态越复杂，应力集中敏感性越强， 发生冷裂纹倾向越大）克服冷裂纹的措施总体原则是：尽可能降低内应力，控制氢的来源和改善组织具体：冶金和工业措施2、气孔（1）气孔的分类析出性气孔、反应性气孔和侵出性气孔。）影响气孔的因素及防治措施影响析出性气孔的因素有1）合金液的原始气体含量C。C越大，在凝固前越容易产生气体富集，则越容易形成析出性0 0气孔。2）合金成分。3）气体的性质。氢气最易形成析出性气孔。4）外界压力。外界压力越小，越容易形成析出性气孔。5）铸件凝固方式。（应以逐层凝固凝固）防止析出性气孔的措施有1）减少合金液中原始气体含量C。2）除气处理3）阻止气体析出防止皮下气孔的措施3、夹杂物1）夹杂物种类 常见的非金属夹杂物：氧化物（如FeO）、硫化物（FeO）、硅酸盐FeO.SiO22）夹杂物的形成4、缩孔与缩松（】）影响缩孔和缩松的主要因素
