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课后作业第一章练习一一、填空题1、液体的表观特征有：（1）类似于体，液体最显著的性质是具有性，即不能够象固体那样承受剪切应力；（2）类似于体，液体可完全占据容器的空间并取得容器的形状；（3）类似于固体，液体具有表面；（4）类似于固体，液体可压缩性很。2、按液体结构和内部作用力分类，液体可分为原子液体、分子液体及离子液体三类。其中，液态金属属于液体，各种简单及复杂的熔盐属于液体。3、偶分布函数g(r)的物理意义是距某一粒子r处找到另一个粒子的，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原点r=0）距离为r位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。4、考察下面右图中表达物质不同状态的偶分布函数g(r)的图(a)、(b)、(c)的特征，然后用连线将分别与左图中对应的结构示意图进行配对。固体结构（a）的偶分布函数气体结构（b）的偶分布函数液体结构（c）的偶分布函数5、能量起伏：描述液态结构的“综合模型”指出，液态金属中处于热运动的不同原子的有高有低，同一原子的能量也在随不停地变化，时高时低。这种现象称为能量起伏。6、结构起伏：液态金属是由大量不停“游动”着的组成，团簇内为某种结构，团簇周围是一些的原子。由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中出去，同时又会有另一些原子到该团簇中，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随和发生着改变，这种现象称为结构起伏。7、在特定的温度下，虽然“能量起伏”和“结构起伏”的存在，但对于某一特定的液体，其团簇的统计平均是一定的。然而，原子团簇平均尺寸随温度变化而变化，温度越高原子团簇平均尺寸。8、浓度起伏：工业中常用的合金存在着异类组员；即使是“纯”金属，也存在着大量原子。因此，对于实际金属及合金的液态结构，还需考虑不同原子的分布情况。由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异。这种局域成分的不均匀性随原子在不时发生着变化，这一现象称为浓度起伏（也称为成分起伏）。9、对于液态合金，若同种元素的原子间结合力不同元素的原子间结合力，即F(A-A、B-B)F(A-B)，则形成富A及富B的原子，具有这样的原子团簇的液体仅有“拓扑短程序”；若熔体的异类组元具有负的，往往F(A-B)＞F(A-A、B-B)，则在液体中形成具有A-B化学键的原子团簇，具有这样的原子团簇的液体同时还有“化学短程序”。具有“化学短程序”的原子团簇，在热运动的作用下，出现时而化合，时而分解的分子，也可称为不稳定化合物，甚至可以形成比较强而稳定化合物，在液体中就出现新的固相。10、金属熔化潜热Hm比其气化潜热Hb小得多（表1-2），为1/15~1/30，表明熔化时其内部原子只有部分被破坏。二、判断题（括号中添“√”或“×”）1、在描述液体结构时，以结构参数N1表示参考原子周围最近邻（即第一壳层）原子数，即配位数；以r1表示参考原子至其周围第一配位层的原子平均原子间距，同时r1也可表达此液态体系的原子平均原子间距。（）2、所有物质熔化时体积变化率Vm/V均为正值，表明液体的原子间距接近于固体。（）3、理想纯金属液体中只存在“能量起伏”，而实际液态金属或合金同时存在能量、结构和成分三种起伏。（）4、液态金属及合金中，一些化学亲和力较强的异类原于之间还可能形成不稳定的(临时的)或稳定的化合物。这些化合物可能以固态，气态或液态出现。（）5、液态领域最新理论及实验表明，单组元液体中存在“拓扑短程序”,而多组元液体中则可能同时存在“化学短程序”，液体结构和性质随压力或温度的改变只发生连续渐变。（）练习二一、填空题1.作用于液体表面切应力τ大小与垂直于该平面法线方向上的速度梯度的比例系数，称为，通常以η表示。要产生相同的速度梯度dVX/dy，液体阻力越大，则η越大，所需外加剪切应力也。2.液体粘度的常用单位为或。3.液体的原子之间结合力（或原子间结合能U），则内摩擦阻力越大，粘度也就。液体粘度η随原子间结合能U按指数关系增加，即（公式）：。4.此外，粘度随原子间距δ而降低，随温度T而下降，合金元素的加入若产生负的混合热Hm，则会使合金液的粘度，通常，表面活性元素使液体粘度。5.通常，大的物质，其熔点和沸点高，其固体和液体的表面能和表面张力也大。6.虽然表面张力与表面自由能是不同的物理概念，但都以γ（或）表示，其大小完全相同，单位也可以，通常表面张力的单位为力/距离，以或表示，表面能的单位为能量/面积，以或表示。7.两相质点间结合力，界面能越小，界面张力就越小。两相间的界面张力越大，则润湿角，表示两相间润湿性。8.多的溶质元素，由于造成合金表面双电层的电荷密度大，从而造成对表面压力大，而使整个系统的表面张力。二、选择题1、下面哪些因素的变化可以同时降低液体的粘度？SGL润湿角与界面张力A、提高液体温度、降低原子间距、加入产生负的混合热的合金元素或加入表面活性元素；B、提高液体温度、增大原子间距、加入产生正的混合热的合金元素或加入非表面活性元素；C、提高液体温度、增大原子间距、加入产生正的混合热的合金元素或加入表面活性元素；D、降低液体温度、增大原子间距、加入产生正的混合热的合金元素或加入表面活性元素。2、关于表面张力，下面哪一种说法的是正确的？A、通过降低液体温度、向系统中加入削弱原子间结合力的组元可以提高表面张力。B、对晶体而言，若表面为密排晶面（低指数晶面），其表面能及表面张力比非密排晶面的小。基于上述原因，晶体为维持其最稳定的状态，其表面往往为低指数（密排）晶面。C、加入自由电子数目多的溶质元素，以及加入表面活性元素可以降低合金液的表面张力。D、S、O及N等元素均明显降低钢液及铁液的表面张力，而加入Cr作为合金元素则使铁液表面张力上升。3、下面哪种说法是错误的？A、表面张力在大体积系统中显示不出它的作用，但在微小体积系统会显示很大的作用。B、液体及固体为微小凸面（曲率半径r为正）时，其内部压力大于外部压力，即：p1＞p2。C、液态铝合金中同时存在大小不同的氢气泡，由表面张力产生的附加压力分别为△P1与△P2，则△P2＞△P1。当两气泡汇集接触时，小气泡中的气体将迅速充入大气泡而合并。D、铸造过程中金属液若易侵入砂型毛细管则形成粘砂。毛细管直径D及上方金属液静压头H越大，越容易产生粘砂，而金属液表面张力越小，则产生粘砂的毛细管临界直径DC（与型砂的粗细有关）越大。4、下面哪一种说法的是正确的？A、两个熔点不同的高的物质，熔点高的物质其表面张力必定比熔点低的物质高。B、当溶质的原子体积小于溶剂原子体积，作为合金元素加入则降低整个系统的能量；而当溶质的原子体积大于溶剂原子体积，作为合金元素加入则降低整个系统的能量。C、一定温度下，dσ/dc＜0时，元素浓度的增加将引起表面张力的降低，则单位面积上的吸附量Γ＞0，为正吸附，此时为表面活性元素。D、奥氏体钢熔体的表面张力随Ni的增加而下降。三、解答题：1、在金属液各种精炼工艺中，希望夹杂或气泡能够快速上浮而强化精炼效果。写出流体力学的斯托克斯公式，并分析粘度η、夹杂或气泡半径r、夹杂或气泡密度ρB的大小对精炼效果的影响。2、简述表面张力的产生原因，并指出物质内部原子间结合力的大小对表面张力及表面能的影响。3、如图所示，各界面（表面）张力达到稳定状态，在图中标出各张力（符号），并写出润饰角与张力之间的平衡关系式。假设γGL保持不变，讨论γLS大于、小于及等于γGS的情况下润饰角的特点及液相对固相的润饰性。4、设凝固后期枝晶间液体相互隔绝，厚度为1.1×10-9m的液膜两侧晶粒因凝固收缩受1.5×103Mpa的拉应力，根据液膜理论计算产生热裂的液态金属临界表面张力。并讨论[S]及液膜厚度对钢铁材料的热裂纹形成的影响。5、过共析钢液η=0.0049Pa﹒S，钢液的密度为7000kg/m3，表面张力为1500mN/m，加铝脱氧，生成密度为5400kg/m3的Al2O3，如能使Al2O3颗粒上浮到钢液表面就能获得质量较好的钢。假如脱氧产物在1524mm深处生成，试确定钢液脱氧后2min上浮到钢液表面的Al2O3最小颗粒的尺寸。θ练习三一、填空题1、充型能力是设计浇注系统的重要依据之一，充型能力弱，则可能产生、、砂眼、铁豆、抬箱，以及卷入性气孔、夹砂等缺陷。2、液态金属本身的流动能力称为“”，是液态金属的工艺性能之一，它取决于液态金属的、、合金的及等。3、液态金属的“充型能力”既取决于金属本身的流动性，也取决于性质、条件、结构等外界因素，是各种因素的综合反映。4、铸件的浇注系统静压头H，液态金属密度1及比热1C、合金的结晶潜热H，浇注温度浇T、铸型温度T型，充型能力越强。5、铸型的C2、ρ2、λ2越大即蓄热系数b2（2222Cb）越大，铸型的激冷能力就，金属液于其中保持液态的时间就越短，充型能力。二、选择题1、对于特定合金，分别采用砂型、金属型、熔模铸造不同的工艺方法，铸件可以铸造出的最小壁厚从小到大的正确排列顺序为：A、熔模铸造、砂型、金属型；B、金属型、砂型、熔模铸造；C、砂型、金属型、熔模铸造；D、熔模铸造、金属型、砂型。2、下面哪一种说法的是错误的？A、纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，在相同过热度情况下，比具有宽凝固温度区间的流动性好。B、Al-Si合金共晶成分为Si12.6%，因此，从合金的性质而言，流动性最好的成分是Si12.6%。C、根据结晶温度范围宽的合金的停止流动机理，当向前流动的液态金属的前端析出15~20％的固相量时，便结成一个连续的网络，流动就会停止。D、尽管“充型能力”与合金的“流动性”紧密相关，合金的“流动性”与“充型能力”是两个不同的概念。3、下面哪一种说法的是错误的？A、铸型的蓄热系数b2越大，铸型的激冷能力就越强，充型能力下降。反之，铸型的b2小，则充型能力提高。B、浇注温度越高、充型压头越大，则液态金属的充型能力越好。而铸件结构越复杂、厚薄过渡面多，则型腔结构越复杂，流动阻力越大，液态金属的充型能力越差。C、金属型的蓄热系数b2是砂型的十倍或数十倍以上，为了使金属型浇口和冒口中的金属液缓慢冷却，可以在涂料中加入b2很小的石棉粉。D、某一牌号的合金铸件出现“浇不足”缺陷而报废，因此应调整成分来缩小结晶温度范围，以提高其流动性。4、关于液态金属流动性，下面哪一种说法的是错误的？A、在相同的过热度情况下，成分范围C2.0%-4.3%的Fe-C合金流动性随含C量的增加而变差。B、特定成分的合金流动性随过热度增大而变好。C、通常，在相同的条件下（相同铸型性质、浇注系统、浇注过热度等）浇注各种合金的流动性试样，以试样的长度表示该合金的流动性，并以所测得的合金流动性表示合金的充型能力。D、可以认为，合金的流动性是在确定条件下的充型能力。对于同一种合金，可以用流动性试样研究各铸造工艺因素对其充型能力的影响。三、问答题：1、以图示及文字描述纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围很窄的合金停止流动机理。并说明此类合金或纯金属流动性好的原因。2、某飞机制造厂的一牌号Al-Mg合金（成分确定）机翼因铸造常出现“浇不足”缺陷而报废，如果你是该厂工程师，请问可采取哪些工艺措施来提高成品率？第二章凝固温度场第一节传热基本原理一、填空1.温度梯度指温度随的变化率，对于一定温度场，沿等温面或等温线方向的温度梯度最大，图形上沿着该方向的等温面（或等温线）。2.根据传热学的基本理论，热量传递的基本方式有、和三种。在连续介质内部或相互接触的物体之间不发生而仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的而产生的热量传输称为热传导。3.铸造过程中液态金属在充型时与铸型间的热量交换以为主，铸件在铸型中的凝固、冷却过程以为主。4.不仅在上变化并且也随变化的温度场称为不稳定温度场。熔焊时焊件各部位的温度随热源的而变，属于不稳定温度场，又称之为焊接热循环。5.傅里叶定律是过程的数学模型，求解该偏微分方程的主要方法有方法与方法，后者是用计算