材料工程基础(起华荣)

材料工程基础(起华荣部分)第一章液态金属的性质第二章金属的氧化、挥发和除渣精炼第三章吸气和脱气精炼第四章成分控制第五章单相合金的凝固第六章铸锭晶粒组织及其细化第七章铸锭常见缺陷分析1.液态金属的“短程有序、长程无序”结构特点体现在哪4个方面？答：（1）原子团（由十几到几百个原子组成）内，原子间仍然保持较强的结合力和原子排列的规律性，既短程有序；（2）原子团间的距离增大（产生空穴），结合力减小，原子团具有流动性质；（3）存在能量起伏和结构起伏；（4）随温度的提高，原子团尺寸减小、流动速度提高。2.液态金属粘度概念及公式答：液体中流速不同的两个相邻液层间产生摩擦阻力，阻碍液体的流动，该内摩擦力是液体的基本物理特性之一，称为粘度。公式：3、什么是液态金属的表面张力？答：液态金属和气体组成的体系中，由于表面层原子处于力不平衡状态，产生了垂直于液体表面、指向液体内部的力，该力总是力图使表面减小。4、为什么熔点高的金属表面张力大？答：5、金属氧化的热力学判据是什么？答：△G00，△G0不仅是衡量标准状态下金属氧化趋势的判据，也是衡量标准状态下氧化物稳定性大小的一种尺度。6、什么是氧势图？有何作用？答：氧化物的△G0-T关系图。作用：标准状态下，金属的氧化趋势、氧化顺序和可能的氧化烧损程度，一般可用氧化物的标准生成自由焓变量△G0，分解压Po2或氧化物的生成热△H0作判据。通常△G0、Po2或△H0越小，元素氧化趋势越大，可能的氧化程度越高。7、金属氧化动力学的限制性环节怎么确定？答：当＞1时，生成的氧化膜一般是致密的，连续的，有保护性的，内扩散速度慢，因而内扩散成为限制性环节。Al、Be、Si等大多数金属生成的氧化膜具有这种特性；当＜1时，氧化膜是疏松多孔的，无保护性的。限制性环节将由内扩散变为结晶化学反应。碱金属及碱土金属（如Li、Mg、Ca）的氧化膜具有这种特性；当》1时，氧化物十分致密，但内应力很大，氧化膜增长到一定厚度后即行破裂，这种现象周期性出现，故该氧化膜是非保护性的。如Fe的氧化膜8、什么是金属氧化膜的致密度？有何作用？答：定义为氧化物的分子体积MV与形成该氧化物的金属原子体积AV之比。作用：确定金属氧化动力学的限制性环节。9、结合挥发速率的Dalton公式说明影响金属挥发的因素。答：P--体系的外压，b--与金属性质有关的常数，P0Me--金属的蒸气压，Pme--实际分压。10、按夹渣的来源可分为外来夹渣和内生夹渣两种。11、根据Stokes定律说明影响静置除渣时间的主要因素，进一步说明为什么用静置法难以去除小直径的夹渣？答：u为夹杂物上浮或下沉的速度；为金属液的粘度；r表示球形夹杂半径;PMe和Pi分别为金属熔体和夹杂的密度，g是重力加速度。当合金和温度一定时，由于熔体的粘度及熔体与夹渣的比重差不会有很大变化，所以主要靠增大夹渣尺寸与熔体分离。如夹渣以不同尺寸的颗粒混杂存在，则较大颗粒上浮得快。在其上浮过程中，将吸收其他较小夹杂而急速长大，故难以去除小直径的夹渣。12、气体在铸锭中有三种存在形态：固溶体、化合物和气孔。13、脱气精炼主要是指从熔体中除去氢气。14、金属吸收气体由哪四个过程组成？谁是限制性环节？答：1）气体分子碰撞到金属表面；2）在金属表面上气体分子离解为原子；3）气体原子（化学）吸附在金属表面上；4）气体原子扩散进入金属内部（反应）。前三个过程是吸附过程，最后一个是扩散溶解过程。占支配地位的是扩散过程（限制性环节），它决定着金属的吸气速度。15、实践表明，混合气体精炼时当氯气的浓度为16%时，除气效果最好。16、简述分压差脱气精炼的原理和方法。答：将溶解有气体的金属熔体置于氢分压很小的真空中，或将惰性气体导入熔体，便提供了脱氢的驱动力。由于气泡内部开始完全没有氢气，即氢分压为零，而气泡周围的熔体中，氢的分压0,在气泡内、外氢分压差的作用下，使溶解的氢原子向熔体-气泡界面扩散，并在该处复合氢分子进入气泡内，然后随气泡一起上浮而自熔体逸出。分压差脱气过程包括：金属熔体中的气体原子向熔体-气泡界面扩散；在熔体-气泡界面发生2[H]={H2}反应和氢气进入惰性气泡内；氢气随气泡上浮并自熔体逸出。分压差脱气精炼法可分为气体脱气法、熔剂脱气法，沸腾脱气法和真空脱气法四种。17、合金的成分主要通过备料、配料及成分调整等过程实现，并通过熔体质量检验方法进行监测和控制。18、配料计算程序由哪4步组成？要求能够完成配料计算，填写配料计算卡片。答：首先计算包括熔熔损损在在内内的的各各成成分分需需要要量；其次计算由废废料料带带入入的的各各成成分分量量；再计算所所需需中中间间合合金金和和新新金金属属料料量量；最后核算。19、加工材料用合金，其组织多以单相固溶体为主。20、什么是平衡分布系数？答：衡量溶质再分布状况的主要参数是平衡分布系数k。它表示同一温度下固相成分CS与其相平衡的液相成分CL之比值，即：k=CS/CL当合金的液相线和固相线向下倾斜时，CS＜CL，k＜1；反之，CS＞CL，则k＞1。多数合金元素及杂质在基体金属中k＜1，所以在以后的讨论中，将以k＜1的合金为主。21、为什么在非平衡凝固条件下，单相合金凝固铸件中会出现共晶体？答：在凝固后期，液相成分远高于C0，甚至可达到共晶体分成CE，使单相合金铸锭中出现共晶组织。22、成分过冷是怎样影响铸件组织的形态的？答：随着成分过冷由弱到强，单相合金的固/液界面生长方式依次成为平面状、胞状、胞状-树枝状四种形式，得到的晶体相应为平面状晶、胞状晶、胞状枝晶以及柱状枝晶和自由枝晶。23、铁模铸锭的组织由哪三个区域组成？答：铁模铸锭的组织由三个区域组成：表面细等轴晶区(又称激冷晶区)，柱状晶区和中心等轴晶区。24、细晶强化的原理是什么？答：细小等轴晶组织各向异性小，加工时变形均匀，且使易偏聚在晶界上的杂质、夹渣及低熔点共晶组织分布更均匀，因此具有细小等轴晶组织的铸锭，其机械性能和加工性能均较好。25、细化铸锭组织的方法有哪些？答：增大冷却强度，加强金属流动性如改变浇筑方式、锭模周期性振动和搅拌。26、铸锭中化学成分不均匀的现象称为偏析，偏析分为显微偏析和宏观偏析两类。27、防止缩孔及缩松的途径是什么？答：在保证铸锭自下而上顺序凝固的条件下，尽可能使缩松转化为铸锭头部的缩孔，然后通过人工补缩来消除。28、在凝固过程中产生的裂纹称为热裂纹，凝固后冷却过程中产生的裂纹称为冷裂纹。29、主要的凝固缺陷有哪些？答：偏析、缩孔、裂纹、气孔及非金属夹杂物等常见缺陷。30、带状偏析是怎样产生的？答：带状偏析出现在定向凝固的铸锭中，其特征是偏析带平行于固/液界面，并沿着凝固方向周期性地出现。31、产生缩孔和缩松的原因是什么？答：产生缩孔和缩松的最直接原因是金属液凝固时发生的凝固体收缩。32、你怎么知道某种材料的化学成分？答：金属材料的化学成分包括主要成分和杂质两部分，各牌号合金成分都有相应的标准进行规定和规范。合金的成分主要通过备料、配料（含中间合金、熔剂等）及成分调整等过程实现，并通过熔体质量检验方法进行监测和控制。33、什么是计算成分？答:一般是取各元素的中限（即平均成分）作为计算成分。计算成分的选择还与合金的用途及使用性能、加工方法及工艺性能、合金元素的熔损、杂质的吸收和积累以及节约贵重金属的考虑等有关。34、熔铸材料所用的料有哪些？答：一般包括新金属料、废料及中间合金等三种。35、什么是中间合金？答：为了便于加入某些熔点较高且不易溶解或易氧化、挥发的合金元素，以便更准确地控制成分而预先制成的母合金称为中间合金。36、如何保证材料的化学成分？答：金属材料的化学成分包括主要成分和杂质两部分，各牌号合金成分都有相应的标准进行规定和规范。合金的成分主要通过备料、配料（含中间合金、熔剂等）及成分调整等过程实现，并通过熔体质量检验方法进行监测和控制。37、什么是溶质再分布？答：合金在非平衡凝固时，铸件成分偏离原始成分、随凝固过程和条件不同，先后凝固部分的成分不均匀、不一致的现象。38、什么是成分过冷？答：如果界面前沿液体的实际温度T实低于TL，则这部分液体处于过冷状态的现象。39、什么是变质处理？答：指向金属液内添加少量物质，促进金属液生核或改变晶体生长过程，使铸态组织细化的一种方法，所添加的物质称为变质剂。40、细化晶体尺寸有什么好处？答：细小等轴晶组织各向异性小，加工时变形均匀，且使易偏聚在晶界上的杂质、夹渣及低熔点共晶组织分布更均匀，因此具有细小等轴晶组织的铸锭，其机械性能和加工性能均较好。41、什么是微观偏析？什么是宏观偏析？答：前者是指一个晶粒范围内的偏析，包括枝晶偏析和晶界偏析。后者是指较大区域内的偏析，故又称为区域（宏观）偏析，包括正偏析、负偏析、带状偏析和重力偏析。42、铸锭表面和芯部的应力是怎么样的？答;铸锭凝固开始时，铸锭外部冷得快，温度低，收缩量大；内部温度高，冷得慢，收缩量小。由于收缩量和收缩速率不同，铸锭内外层之间，便会互相阻碍收缩而产生应力。温度高收缩量小的内层会阻碍温度低收缩量大的外层收缩，使收缩量大的外层受拉应力（+），收缩量小的内层则受压应力（-）。