材料工程基础(起华荣)

1、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

2、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：G0<0 ，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

3、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

4、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

5、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

6、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2H=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

7、、 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：首先计算包括熔损在内的各成分需要量；其次计算由废料带入的各成分量；再计算所需中间合金和新金属料量；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，CSCL，k1；反之，CSCL，则k1。多数合金元素及杂质在基体金属中k1，所以

8、在以后的讨论中，将以k1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

9、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

10、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

11、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