【2017年整理】金属凝固原理复习资料
金属凝固原理复习题部分参考
答案
八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案
2004年
二 写出界面稳定性动力学理论的判别式,并结合该式说明界面能,温度梯度,浓度梯度对界面稳定性的影响。
v,,,,,,,,12D,,答:判别式,的正负决定着s(),,()()sgm,,,,,,gGTmc,v,2,,(1),,,,k0,D,,
干扰振幅是增长还是衰减,从而决定固液界面稳定性。第一项是由界面能决定的,界面能不可能是负值,所以第一项始终为负值,界面能的增加有利于固液界面的稳定。第二项是由温度梯度决定的,温度梯度为正,界面稳定,温度梯度为负,界面不稳定。第三项恒为正,
表
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明该项总使界面不稳定,固液界面前沿形成的浓度梯度不利于界面稳定,溶质沿界面扩散也不利于界面稳定。
三 写出溶质有效分配系数的表达式,并说明液相中的对流及晶体生长速度对的影kkEE
,,响。若不考虑初始过渡区,什么样的条件下才可能有 CCs0
,
Cks0答: 可以看出,搅拌对流愈强时,扩散层厚度愈小,,,,NkvE,,NC0(1),,DLkke00
,,v故愈小。生长速度愈大时,愈向接近。(1)慢的生长速度和最大的对流时,,NCCCss0DL
v,《1,;(2)大的生长速度或者液相中没有任何对流而只有扩散时,》1,=1 ,NkkkE0EDL
,,,1,1(3)液相中有对流,但属于部分混合情况时,。时,,即在CCkk,ks00EE
大的生长速度或者液相中没有任何对流而只有扩散时。
四 写出宏观偏析的判别式,指出产生正偏析,负偏析,和不产生偏析的生长条件。
q答:,是溶质的平均浓度,是液相的原始成分,q是枝晶,CCsCkC0s001,,qk0
v内溶质分布的决定因素,它是合金凝固收缩率,凝固速度u和流动速度的函数,,
v,vp,,q,,,(1)(1),。,即时,q=1,无宏观偏析。时,对,,CCCCs0s0uu1,,
,vp,,1,1于的合金来说,为正偏析,此时。时,对于的合金来,,CCkks000u1,,
,vp说,为负偏析,此时。 ,,u1,,
2,,TVTVmmmm五 解:用计算 ,,,,,,,kTrr,,HHmm
六 解:
,(),CTTem0TTem, 如图所示,液相线斜率,,,,,mCmTTTLmmL0LCCee
(),CTTem0 ,,TTSmCsm
1,,,,,TmCkL00GTTLSL(1)完全无对流时,,其中,,,,vkDDDLLL0
1,,,mCkL00T,结合前边几个式子,可以求出,为(2)做准备。 ,,,,kTTLS0k0
1,,,,T,mCkL00GTTLSL,,,(2)对流相当激烈时,。 kk00vDDDLLL
七 如何获得深过冷,
答:深过冷快速凝固技术是指利用各种有效的净化手段尽可能消除异质核心,使金属熔体保持在平衡液相线以下数百度,再在缓冷条件下快速凝固的一种工艺方法。该方法的核心是(1)设法消除可作为非均质形核媒质的杂质,容器壁,以及外界随机扰动的影响,创造尽可能接近均质形核的条件,使熔体在形核前获得大的稳定的初始过冷度。(2)选择某些合金和合金成分,其熔体固有特性应能保证在不太高的冷却速度下达到大的初始形核过冷度和发生快速凝固。熔滴乳化法:将熔融金属液分成细小的液滴,这样在微小液滴里就形成了一个近均匀形核的条件,有利于获得大的稳定的过冷度。磁悬浮无坩埚熔炼法,玻璃混合料包裹合金熔体法。
八 普通铸件中不可避免的存在着微观偏析和宏观偏析,试述如何减少或者消除这种偏析。
答:对于微观偏析,采用长时间的扩散退火,可以予以消除或减轻。消除宏观偏析,可以采取的工艺措施有:(1)保证合金成分,使凝固过程中液体的密度差别减到最小。因为液体的密度差是促使液体流动的因素之一。(2)适当的铸件或铸锭高度,因为液体的静压头愈大,流动愈会加剧。(3)加入孕育剂细化枝晶组织,使流动阻力增加,从而减小流动速度。(4)在凝固开始阶段,用加速液体对流的办法,可以细化晶粒,但在凝固过程中,应该使液体的对流运动停止,如果自然对流速度较大,应该外加磁场使对流运动停止。(5)加大冷却速度,缩短固液两相区的凝固时间。
九 定向凝固技术最重要的工艺参数是液相中的温度梯度,试述如何获得较高的, GGLL
LR,G,SSm,,答:由于,所以凝固速率一定时,和成正比,可以通过GGGLLSLL,,
增大来增大固相散热强度,从而获得大的。但是同时,也会使凝固速率R增大,GGSL
因此,常常采用提高固液界面前沿熔体的温度来获得较大的。 GL
2005年
四 试述金属凝固方式,影响因素及其对铸件质量的影响。
,,tt,t,,11答:金属凝固方式分为三种:逐层凝固,体积凝固,中间凝固。为结晶温,t,t
,t度间隔,为结晶开始温度与铸件表面温度差。影响因素:结晶温度范围越小,温度梯度越大,凝固区域越窄,越趋向与逐层凝固。反之,结晶温度范围越大,温度梯度越小,凝固区域越宽,越趋向与体积凝固。对铸件质量的影响:(1)逐层凝固具有良好的充填和补缩条件,产生分散性缩孔的倾向性很小,而是在最后凝固部位形成集中缩孔。如果合理设置冒口,可使缩孔移入冒口,而且在凝固过程中收缩产生的晶间裂纹容易得到金属液补充,使裂纹愈合,故热裂倾向小。(2)体积凝固方式,补缩条件差,形成分散性缩孔,等轴晶粗大,热裂倾向大。(3)中间凝固方式的补缩特性,热裂倾向,充型性能均介于前两者之间。 八 说明结晶与凝固的区别及凝固组织对铸坯质量和性能的影响。
答:结晶是一种原子排列短程有序,长程无序状态过渡到另一种原子排列状态长程有序的转变过程。结晶是从物理化学观点出发,研究液态金属的生核,长大,结晶组织的形成规律。凝固是物质聚集状态的变化,由液态转变为固态的过程,其中,固态也可以为晶态,也可以为非晶态。凝固是从传热学观点出发,研究铸件和铸型的传热过程,铸件断面上凝固区域的变化规律,凝固方式与铸件质量的关系等。
凝固组织对铸坯的性能和质量有很大的影响,就宏观组织而言,表面细晶区一般比较薄,对铸件的质量和性能影响不大。铸件的质量与性能主要取决与柱状晶区与等轴晶区的比例以及晶粒的大小。柱状晶的力学性能有明显的方向性,纵向好,横向差,铸坯在凝固或冷却过程中容易沿晶界产生裂纹。等轴晶的晶界面积较大,杂质和缺陷分布比较分散,且晶粒的晶体取向不同,故性能的方向性较小,比较稳定。晶粒越细,其综合性能越好,且抗疲劳性能也越高。所以通常情况下,希望获得细密的等轴晶组织。
十 说明如何获得等轴细晶组织。
通过强化非均匀形核和促进晶粒游离以抑制凝固过程中柱状晶区的形成和发展,就能获答:
得细等轴晶组织。具体方法有:(1)合理控制浇注工艺和浇注条件,加大冷却速度,提高过冷度,降低浇铸温度、提高铸型冷却能力、减小零件壁厚、强制冷却、内外“冷铁”。(2)
孕育处理和变质处理,加入晶粒细化剂和变质剂。(3)动力学细化,铸型振动,超声波振动,液相电磁搅拌等促使型壁晶体的游离,枝晶臂断裂与游离。
2007年复习题
8.说明典型条件下的溶质再分配规律,熟悉相关条件下的成分过冷判别式,并能够利用这些判别式进行相关计算。
,1k0,,12,k0,答:(1)液相完全混合的溶质再分配,(2)112,,,,,f,,CkCks000s,,
,
Cks0液相中有对流作用的溶质再分配,(3)液相中只有扩散,,kvE,,NC0(1),,DLkke00
,,,,vk0的溶质再分配,最初过渡区: 11expx,,,,,,,,,,CCks00,,,,DL,,,,
1,,,mCkL00GL成分过冷判别式:液相中只有扩散没有对流的情况: ,vkDL0
1GmLL,通用式: C0vv,k0,DLN,DLe1,k0
11说明共晶合金的生核生长特点,规则共晶和非规则共晶的区别。
答:规则共晶是指金属,金属共晶的凝固 多数的金属,金属共晶其长大速度在四周各个方向上是均匀的,它具有球形长大的前沿,而在共晶组织内部两相之间却是层片状的。球的中心有一个核心,它是两相中的一相,起着一个共晶结晶核心的作用。共晶中两相交替成长,并不意味着每一片都要单独形核,其长大过程是靠搭桥的办法使同类相的层片进行增殖,这样就可以由一个晶核长出整整一个共晶团。
非规则共晶是指金属,非金属共晶的凝固 。金属,非金属共晶的型核与金属,金属共晶相似,但由于金属,非金属共晶两固相熔点一般来说相差较大,所以其共晶共生区偏向于高熔点一方也更突出,一直到进入共生区后,两相才开始“合作长大”。因此,在这类共晶中经常出现(或称晕圈)组织。金属,非金属共晶凝固时,由于非金属只能在某些方向上长大,所以非金属晶体就会产生两种长大模型。第一种长大模型称为合作长大。按这种模型,当一个非金属晶体由于缺乏非金属原子的供应而停止长大时,它可以通过孪生或亚晶界将长大方向改变到非金属原子富集区,这样就产生了非金属晶体的分枝。当长大按照这种模型进行时,非金属内部是相连的。 第二种长大模型称为重新形核长大,按照这种模型两个非金属晶体相对长大汇聚时,将导致一个或两个晶体长大的停止,而新的晶核将在非金属原子富集区重新形成,在这种情况下,非金属晶体将是不相连的。
12熟悉包晶合金的非平衡凝固特点。
,答:在非平衡凝固时,由于溶质在固相中的扩散不能充分进行,包晶之前凝固出来的相内部成分是不均匀的,即树枝晶的心部溶质浓度较低,而树枝晶的边缘溶质浓度高,当温度
,,到达时,在相的表面发生包晶反应。从形核功的角度看,,相在相表面非均质形Tp
,,核要比在液相内部均质形核更为有利。因此,在包晶反应过程中,相很快被相包围,
,此时,液相与相脱离接触,包晶反应只能依靠溶质组元从液相一侧穿过相向相一侧,,进行扩散才能继续下去,因此将受到很大限制。多数具有包晶反应的合金,其溶质组元在固相中的扩散系数很小,因此在非平衡凝固条件下,包晶反应进行的是不完全的,由于溶质组元在固相中扩散的不充分,本来是单相组织却变成了多相组织。
13如何由实验确定单相合金的动态凝固曲线,单相合金的凝固区间结构特点及其对缩孔缩松,热裂等铸造缺陷的影响。
图4-6为凝固动态曲线,它是根据直接测量的温度—时间曲线绘制的。首先在图4-6a上给出合金的液相线和固相线温度,把二直线与温度—时间相交的各点分别标注在图4-6b的(x / R ,τ)坐标系上,再将各点连接起来,即得凝固动态曲线。纵坐标x是铸件表面向中心方向的距离,R是铸件壁厚之半或圆柱体和球体的半径。由于凝固是从铸件壁两侧同时向中心进行,所以当x / R=1时表示已凝固至铸件中心。图4-6c为根据凝固动态曲线绘制的自测温度开始后2分20秒的凝固状况。根据凝固动态曲线可以获得任一时刻的凝固状态。
?区(从液相边界到倾出边界)。这个区的特征为固相处于悬浮状态而未连成一片,液相可以自由移动,用倾出法做试验时,固体能够随液态金属一起被倾出。
?区(从倾出边界到补缩边界),这个区的特征为固相已经连成骨架,但液相还能在固相骨架间自由移动,这时某一部位的体积收缩能够得到其它部位液体的补充,而不至于产生缩孔或缩松。
?区(从补缩边界到固相边界)这个区的特征为固相不但连成骨架而且已经充分长大,存在于固相间隙中的少量液体被分割成一个个互不沟通的小“溶池”。这时液体再发生凝固收缩,不能得到其它液体的补缩。
根据以上的分析可以看出,对铸坯质量影响最大的是?区的宽度。可以推断凝固区域越宽,则?区的宽度也就越宽。
18说明缩孔缩松的形成原因及预防措施。
答:铸件在凝固过程中,由于合金的液态收缩和凝固收缩,往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞,称为缩孔。容积大而集中的孔洞称为集中缩孔,简称缩孔;细小而分散的孔洞成为分散性缩孔,简称为缩松。
预防措施:防止铸件中产生缩孔和缩松的基本原则使铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件,尽可能地使缩松转化为缩孔,并使缩孔出现在铸件最后凝固的地方。这样在铸件最后凝固的地方安置一定尺寸的冒口,使缩孔集中于冒口中,或者把浇口开在最后凝固的地方直接补缩,既可获得健全的铸件。
使铸件的凝固方向符合“顺序凝固原则”或“同时凝固原则”:
1)顺序凝固 用各种措施保证铸件结构上各部分,按照远离冒口的部分最先凝固,然后是靠近冒口部分,最后才是冒口本身凝固的次序进行,保证缩孔集中在冒口中,获得致密的铸件; 2)同时凝固 取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小,使各部分同时凝固。在同时凝固条件下,没有补缩通道。
不能简单地采用顺序凝固或同时凝固方式,而往往是采用复合的凝固方式
19(应力框由杆I,杆?以及横
梁?组成;
开始冷却时,两杆具有相同的温
度t,最后又冷却到同一温度L
t) 0
瞬时应力的发展过程可分四个
阶段加以说明,如图9-1d所示:
第一阶段(τ,τ):t
t。杆?开始线收缩,而杆I?y
仍处于凝固初期,枝晶骨架尚未
形成。显然,此时铸件的变形由
杆?确定,杆?带动杆I一起收
缩。到τ时,两杆具有同一长1
度,温差为Δt,铸件不产生应H
力。
第二阶段(τ,,τ,):t?
试题
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一、选择题:
1、关于磁场和磁感线的描述,下列说法中正确的是: ( ) A(磁感线只能形象地描述各点磁场的方向;B(磁极之间的相互作用是通过磁场发生的; C(磁感线是磁场中客观存在的线; D(磁感线总是从磁体的北极出发、到南极终止。 2、关于磁感线下列说法正确的是:( )
A.磁体外部的磁感线是从磁体北极出来,进入磁体南极;而在磁体内部是南极指向北极; B.沿磁感线方向,磁场越来越弱; C.所有的磁感线都是闭合的; D.磁感线与电场线一样不能相交;
3、如图所示,表示磁场对直线电流的作用,其中不正确的是: ( )
× × × × × × × ? ? ? ? ? F B
× ×F× × × ×I ? ? ? ? ?I
× × × × × × B ? ?F? ? B I F I
× × × × × × × ? ? ? ? ? B
A B C D
4、下列关于磁电式电流表的说法中不正确的是: ( ) A(磁电式电流表只能测定电流的强弱,不能测定电流的方向;
B(其内部的蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀辐向分布的;
C(磁电式电流表的指针偏转角度的大小与被测电流的大小成正比;
D(磁电式电流表的优点是灵敏度高,缺点是允许通过的电流很弱。
5、如图所示,闭合导线圆环被一绝缘细线悬挂着,条形磁铁和导线圆环在同一平面内,当
导线圆环中通以如图所示的电流瞬间,导线圆环将 ( )
A(a向里,b向外转动,同时向磁铁靠近
B(a向外,b向里转动,同时向磁铁靠近
C(a向里,b向外转动,同时远离磁铁
D(a向外,b向里转动,同时远离磁铁
6、一个运动电荷通过某一空间时,没有发生偏转,那么这个空间是否存在电场或磁场,下列说法正确的是: ( ) A、一定不存在电场 B、一定不存在磁场
C、一定存在磁场 D、可能既存在磁场,又存在电场
7、关于带电粒子所受洛仑兹力F、磁感强度B和粒子速度v三者方向间关系,下列说法正确的是: ( ) A、F、B、v三者必定均保持垂直 B、F必定垂直B、v,但B不一定垂直v C、B必定垂直于F、v,但F不一定垂直于v
D、v必定垂直于F、B,但F一定垂直于B
8、如图所示,α粒子和质子从匀强磁场中同一点出发,沿着与磁感强度垂直的方向以相同的
初速度v反向运动(若磁场足够大,则它们可能相遇时所走的路程之比是 [ ]
A(1?1 B(1?2 C(2?1 D(4?1
9、如图所示,对于通电长直螺线管,下述结论正确的是 [ ] A(其内部可看作是匀强磁场,磁感线平行且等距,磁感强度大小、方向不变
高二(理)物理单元测试题(磁场)9
B(其效果相当于条形磁铁,磁感线从N极指向S极
C(螺线管在通电过程中会产生收缩形变效果
D(以下结论都不对
10、电子以初速度v垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,则:( ) 0
A(磁场对电子的作用力始终不变; B(磁场对电子的作用力始终不做功; C(电子的动量始终不变; D(电子的动能时刻在改变。 11、在同一平面内有两根平行的通电导线a与b,关于它们相互作用力方向的判断,正确的
是 [ ]
A(通以同向电流时,互相吸引( B(通以同向电流时,互相排斥( C(通以反向电流时,互相吸引( D(通以反向电流时,互相排斥(
12、条形磁铁放在水平桌面上,它的上方靠近S极一侧悬挂一根与它垂直的导电棒,如图所
示(图中只画出棒的截面图)(在棒中通以垂直纸面向里的电流的瞬间,可能产生的情况是
[ ]
A(磁铁对桌面的压力减小( B(磁铁对桌面的压力增大( C(磁铁受到向左的摩擦力( D(磁铁受到向右的摩擦力( 13、如图所示,三个质子1,2,3,分别以大小相同、方向如 图
所示的初速度v1,v2和v3经过平板MN上的小孔o射入匀强磁
场,磁场方向垂直于纸面向里,整个装置放在真空中,不计重
力(则这三个粒子在磁场中运动后打到平板MN上的位置到小孔
o的距离s1,s2,s3关系正确的是 [ ]
A(s1,s2,s3 B(s1,s2,s3 C(s1=s2,s3 D(s1=s3,s2 14、长方体金属块放在匀强磁场中,有电流流过金属块,如图,则:( ) A、金属块上下表面电势相等
B、金属块上表面电势高于下表面电势
C、金属块上表面电势低于下表面电势
D、无法判断上下表面电势高低
高二(理)物理单元测试题(磁场)10
2003-2004高二(理)物理单元测试题
班级______姓名__________座号______
时间:90分钟 出题:张德忠
一、选择题:
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 选项
二、填空题:
15、(在倾角为30?的光滑斜面上垂直放置一根长为L、质量为m的直导体棒,一匀强磁场
垂直于斜面向下,如图所示,当导体棒内通有垂直纸面向里的电流I时,导体棒恰好静
止在斜面上,则磁感应强度的大小为B= 。mg/2IL 16、如图所示,在x轴上方有磁感应强度为B的匀强磁场,电子从O点射入磁场,其初速
度υ与x轴成30?角,该电子经过x轴时的位置是 ,在磁场中运动的时间
为 。 mv/Bq
17、一束带电粒子流从小磁针上方平行于小磁针方向从左向右飞过,结果小磁针北极向纸内
可以判断这束带电粒子带___________电荷。 转动,
18、如图是等离子体发电机示意图,平行金属板间的匀强磁场磁感强 度B=0.5T,两板间
距离为20cm,要使输出电压为220V,则等离子体垂直射入磁场的速度v=
_________m/s,a是电源的 极。
三、论述题:
6-419、电子以1.6×10m/s速率垂直射入B=2.0×10T的匀强磁场中,求电子做圆周运动的
轨道半径和周期
高二(理)物理单元测试题(磁场)11
、在磁感应强度为B的匀强磁场中,垂直磁场方向放入一段长为L的通电导线,单位长20
度导线中有n个自由电荷,每个电荷的电量为q,每个电荷定向移动的速度为υ,试用通电导线所受的安培力等于运动电荷所受洛仑兹力的总和,证明单个运动电荷所受的洛仑兹力f=qυB。
21、已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5 T,D形盒的半径为R= 60 cm,
4两盒间电压u=2×10 V,今将α粒子从近于间隙中心某处向D形盒内近似等于零的初速度,垂直于半径的方向射入,求粒子在加速器内运行的时间的最大可能值.
20、解:如图,长为L的导体,电流强度I,则其所受的磁场力为F=BIL(3分) m
由电流强度的微观表达式可得I=ngvs(3分)
FBLngsvm 导体中的总自由电子数N=nsL(1分)(2分) F,,,BqvNnLs
21、解析:带电粒子在做圆周运动时,其周期与速度和半径无关,每一周期被加速两次,
每次加速获得能量为qu,只要根据D形盒的半径得到粒子具有的最大能量,即可求
出加速次数,进而可知经历了几个周期,从而求总出总时间.
粒子在D形盒中运动的最大半径为R
则R=mv/qBv=RqB/m ,mm
12222mv,BqR/2m则其最大动能为E= kmm222粒子被加速的次数为n=E/qu=BqR/2m-u km
则粒子在加速器内运行的总时间为:
222TBqRmBR,,-5t=n? =4.3×10 s ,,,22muqB2u,
高二(理)物理单元测试题(磁场)12
高二(理)物理单元测试题(磁场)13