铸件形成理论习题集

1.液态金属的结构和性能1.加热过程中原子距离的变化如图1-2所示。原子间的平衡距离R0与温度有什么关系？R0、R1、R2的概念？答：温度的变化只会改变原子之间的距离，不会改变原子之间的平衡位置，即R0保持不变。R2 R1 R0.是温度上升时原子振动的中心位置。随着温度升高，振幅增加，但曲线(W-R)不对称，因此振幅中心发生变化。2.图1-1显示了纵坐标上的力。金属原子的运动可以看作是一种振动。振动在图中是如何显示的？为什么物质受热时会膨胀？答：幅度如图所示：如图1-2所示，有几条平行线。当加热时，能量增加，原子间距增加，金属的内腔增加，从而导致膨胀。3.图1-1中的Q是熔化的潜热吗？在熔化温度下，金属吸收热量，而金属温度保持不变。熔化潜热的本质是什么？问：Q不是熔化的潜热。在熔化温度下，金属吸收热量(1)体积膨胀做功(2)系统内能增加(电阻和粘度都突然变化)，原子排列紊乱。在熔点附近，原子距离R1的能量很高，但是重力很大，它需要移动到平衡位置。当吸收了足够的熔化能量-潜热时，原子距离R1减小，重力减小，键被破坏，进入熔化状态。熔化的潜热导致晶粒分解，液态原子在不提高金属温度的情况下具有更高的能量。(当晶粒分解时，并不是所有的键都被破坏了)4.什么现象和实验表明金属熔化不会破坏原子间的所有结合力？答：(1)音量变化：固态-气态：无限体积膨胀。从固体到液体，体积仅增加3-5%，原子间距仅增加1-1.5%。(2)熵变化：Sm/S仅为0.130.54%(3)熔化潜热：只有百分之几的原子键被破坏(4)X射线衍射分析：平衡密度曲线上波动的液态金属原子分布曲线的第一个峰的位置与固体衍射线非常相似，其配位数也相似，第二个峰也相似。距离越大，离固体衍射线越远。液态金属中原子的排列在几个原子距离的范围内，这与固态排列基本一致。5.纯金属和实际金属在结构上有何异同？试分析铸铁的液态结构。答：纯金属的液态结构：接近熔点的液态金属由微晶和原子晶体的“孔”组成。真实金属的液体结构：有两种波动：能量波动和浓度波动。微观上，它由具有不同结构和组成的游动原子团、空穴和许多固体、气体和液体化合物组成。这是一种混浊的液体。从化学键来看，除了由金属基体及其合金元素组成的金属键之外，还有其他化学键。铸铁的液体结构：铁是基本金属，含有碳、硅和少量的锰、硫和磷。液体主要含有铁，可能含有杂质如二氧化硅、锰、铁和气体如H2、N2和氧气，而大部分碳、硅、锰、硫和磷的碱均匀分布在液体中。6.尝试分析能量波动和浓度波动在成核中的作用。答：在成核过程中，必须有一定尺寸的晶体胚，这需要能量波动，使原子团在成核前达到一定尺寸。然而，浓度波动对两相以上液态金属的成核非常重要，只有一定的浓度波动才能瞬时满足某一相的要求。7.在什么条件下可以应用斯托克斯公式？在填充过程中，熔融金属中杂质的漂浮或下沉速度可以用这个公式来描述吗？答：斯托克斯公式(斯托克斯):条件：杂质上升过程保持或接近球形，上升缓慢，杂质很小(0.1毫米)，符合要求。填充过程：杂质半径很小，可以用stoks公式。8.同一元素在不同液态金属中的表面吸附是否不同答：液态金属的张力表达式是指液态气体：它是指每单位长度的作用力。液态金属的界面张力是指液-固、液-液：单位长度对不同相界面的作用力。潮湿时当未浸湿时额外的压力是由力引起的。10、试着推断答：R1和R2的意思是：任何曲率的曲率半径：表示(任意曲率)通过一个点做一条垂直于平面的直线，通过这条线做一个平面，这个平面和这个平面的横截面线是一个曲面，曲率半径垂直于曲线的圆心，曲率半径是R1垂直于第一个平面做一个平面，第二个平面也通过垂直线和这个平面相交，从而得到第二个横截面线和第二个曲率半径，即R2该图是具有两个曲率半径R1和R2的任何截面的一小部分。我们可以把截面做得足够小，这样R1和R2基本上是常值。如果表面向外移动形成一个额外的表面，所需的功为F=(xdy ydx)当疾病通过xy平面上的dz时，在表面的两侧会有一个压力差p，相应的功为 w=p xydz。相似三角形的比较：11.在球墨铸铁液中，钢包中石墨球的半径为0.5m高，计算石墨球从钢包底部上升到钢包顶部的时间。答案：V=12、设定钢水和砂型绝对不湿，钢的密度为7000面张力维1.5N/m，找到填充5毫米薄板时所需的附加压头，计算说明是什么？回答：表明铸造5毫米钢板所需的压头不高，可以满足要求。13.钢水在1593时加入铝进行脱氧。如果颗粒能浮到钢水表面，就能获得高质量的钢。脱氧产物在1524毫米处生成，脱氧后2分钟，测定钢水表面漂浮的最小颗粒的尺寸。回答：14.根据材料结构的变化，熔化和蒸发金属有什么区别？你验证了哪些实验？答：汽化：原子之间的所有键都被破坏了；熔化：类似于固体体积变化、熔化潜热和汽化潜热。2.液态金属的填充能力1.试着描述液态金属的填充能力和流动性之间的概念差异，并给出例子。回答：液态金属的填充能力；填充型腔以获得形状完整、轮廓清晰的铸造能力。影响因素：金属液体流量、模具性能、铸造条件、铸造结构。流动性：液态金属本身的流动性与金属本身有关：成分、温度和杂质的物理性质。其流动性是一定的，但其填充能力不高。它可以通过改变一些因素来改变。流动性是特定条件下的填充能力。2.用螺旋试样测量合金的流动性时，为了使数据稳定和可重复，应控制哪些因素？答：模具属性铸造条件3.试分析合金在中等结晶温度范围内的止流机理。答：在所有过热的能量消散之前，熔融金属也可以作为纯液态金属流动。当温度降到液相线以下时，第一个老师变成一批小晶粒，它们在模具壁上生长成细而长的柱状晶体。间隙中的液体继续流动，柱状晶体在流动过程中继续生长。当液体温度在一定时间内没有下降时，就会出现等轴晶，堵塞通道。在这两者之间，当枝晶出现时，温度不会产生大量晶粒，而是增长到一定程度，等轴晶粒大量析出。4.豌豆形突起通常出现在碳钢流动性螺旋样品的流动流的前端。通过化学分析，突起的硫和磷相对较高。试着解释形成的原因。答：豌豆形突起可能是FeS，Fe3P2的熔点比钢低，所以它在结晶结束时析出，通常在晶界形成豌豆形。5.铝镁合金机翼的壁厚为3毫米，长度为1500毫米，其铸造工艺为常压粘土砂型铸造。由于铸造不足，它经常被丢弃。你认为应该采取什么技术措施来提高铸件的成品率？Ans7.壁厚达0.8毫米的铝合金铸件可用石膏铸模生产(石膏是隔热材料)。然而，铸造不足经常发生。分析了这种缺陷的原因，以及如何消除它？答：可能的原因：模具温度低、排气不畅、铸造温度低等。措施：预热模具，加强排气，提高铸造温度。8.为什么采用高温出钢和低温铸造的工艺措施可以改善合金的流动性？答：高温出钢：熔化一些耐火颗粒，未熔化的颗粒和气体会在钢包中平静下来，并有机会上浮净化金属和改善流动性。低温铸造，一般来说，铸造温度越高，充型能力越强，但温度越高，会使金属吸收更多的空气，严重氧化，缩小充型能力的范围，所以最好在高温下取出熔炉，在低温下铸造。9.尝试分析亚共晶铝硅合金和过共晶铝硅合金的流动性。答：亚共晶铝硅合金：随着硅百分比的增加，结晶范围增加，流动性降低。当硅%=1.65%时，出现共晶组织，结晶温度范围减小，流动性增加，直至共晶成分均匀。过共晶铝硅合金；当硅%=11.7%达到共晶成分时，一般来说，此时流动性最好。此后，流动性逐渐降低，但铝硅合金的流动性异常，因为过共晶合金的初生()相是相对规则的块状晶体，没有形成“强”网络，使合金仍然流动。这样，结晶潜热可以发挥作用，因此流动性在超过共晶点后继续增加。10.当用相同的合金铸造相同批次的铸件时，其中一个或两个有铸造缺陷。可能的原因是什么？答：(1)模具可能不同：例如，砂型，不能保证每个模具都是一样的。(2)铸造工艺和铸造温度。11.在正常情况下，四种因素中的哪一种可以控制？哪些是无法控制的？提高铸造温度有什么副作用？答：在正常情况下：合金和铸造结构无法控制，而铸造模具和铸造条件可以控制。如果铸造温度过高，金属容易吸入，氧化不会达到预期效果。12.合金液在半径为r的空腔内流动，实验证明，长度为L的温度T为，其中V为流速，-X=0。证据：3.液态金属的传热和凝固1.尝试分析铸件在金属型、砂型和保温型凝固过程中的传热过程，讨论在上述条件下影响传热的制约环节和温度场的特点。回答：(1)砂型：远小于，铸件的缓慢冷却部分上的温差非常小，而铸件的内表面被铸件加热到非常高的温度，而外表面仍然处于相对较低的温度。砂型本身的热物理性质是主要因素(限制环节)。(2)金属类型：A.更厚的铸件和更厚的涂层。铸件的冷却和加热不是很强烈，大部分温度在中间层下降，而铸件和铸件上的温度分布是均匀的。传热过程主要取决于涂层的热物理性质。当涂层很厚时，铸件的冷却和模具的加热很强烈，具有明显温度梯度的界面热很小，可以忽略不计。热传递过程取决于铸件和模具的热物理特性。(3)保温类型：与砂型相似，只是铸型的冷却速度比铸件慢，铸型界面的温度梯度较大，外部温度较低(接近金属铸型后的涂层)。2.尝试用凝固动态曲线来分析铸件的凝固特性，并根据铸件的动态凝固曲线来判断其是否停止流动。回答：(1)每个区域在某一时刻的宽度，L、L S、S和L S的宽度分别是逐层、逐体积和中间凝固方式。(2)迟早会结壳：早期地壳形成地壳是正常的。晚期地壳形成众所周知，铁水熔点T10=1539， 1=23.26，铝液的熔点为660，2=23.26，t20=20。解决方案：初始边界温度tF它不会融化。4.用切比雪夫定律计算铸件凝固时间时，误差的来源是什么？半径相同的圆柱体和球体哪一个误差较大？大铸件和小铸件哪一个误差最大？金属模具和砂型之间哪个误差更大？骑士法则：回答：(1)错误来自：金属模具和接触面为无限平面，铸件和模具的壁厚均为半无限；与熔融金属接触的模具的表面温度在浇注后立即达到金属的表面温度，并且在未来保持不变；固化在恒温下进行；(4)除了结晶潜热，凝固过程中没有释放其他能量，如化学反应等。铸型和金属的热物理性质不随时间变化熔融金属对流引起的温度场变化可以忽略不计。(2)半径相同的球体和柱体：气缸：球的误差应该大于圆柱体的误差，因为如果长圆柱体的两端彼此靠近散热，而球的整个表面区域散热，这与半无限大的块有很大的不同。大部件和小部件：小部件有很大的误差，因为小部件在各个方面散热，并且远离半无限物体。金属模具和砂型：金属模具误差大，远离半无限远。5.以下三种情况下直径为100毫米的纯铁球的凝固时间：1)在砂型中凝固而没有过热，2)铁模具中没有过热凝固，3)在砂型中100过热固化；答：1)在砂型中凝固而不过热。6.生产一个厚度为250毫米的铝板，并将其注入砂型，不得过热。1)计算凝固时间。2)通过数学分析计算铸件表面62.5毫米和热中心两点的冷却曲线。答：当x=62.5mm毫米时当x=12.5时，热中心给定不同的时间，可以画出相应的曲线。砂型b2B2特种材料公司37.512.57.一面是砂型，另一面是由特殊材料制成的模具。在模具中铸造一个50毫米厚的铝板。铸造过程中没有过热现象。固化后，检查其结构。发现砂型中的轴在37.5毫米处松动。计算特殊材料的蓄热系数。8.计算以下金属样品的凝固层厚度与凝固时间的关系曲线。1)纯铁液无过热砂型；2)纯铝液过热砂型；3)将纯铁溶液注入800的保温型中；4)将纯铝液注入石膏模具中；5)尝试分析影响曲线的因素；回答：1)5个问题的结果：2)使用6个问题的结果：3)保温模具采用石膏模铸造：4)巴黎石膏：5)尝试分析影响因素：沙模绝缘类型47轴收缩区9.据了解，厚度为50毫米的平板铸件在砂型中凝固时间为6分钟，在保温型中凝固时间为20分钟。如果使用复合模具(即一侧为砂型，另一侧为保温模具)，切割后获得47毫米厚致密板的铸