第三章液态金属的结构和性质.docx

第三章 液态金属的结构和性质1、加热时原子距离的变化如图1—2所示，试问原子间的平衡距离R0与温度有何答：温度的变化，只改变原子的间距，并不改变原子间的平衡位置，即R0不变 而Ro，R],R2…•是温度升高时，原子振动的中心位置因为温度升高，振幅加 大但曲线（W-R）是不对称的，所以振幅中心发生变化2、 图1-1纵坐标表示作用力，金属原子的运动可以看成是一种振动，其振动在图 中如何表示的？物质受热后为什么会膨胀？答：振幅在图中的表示：如图1-2中数条的平行线加热时，能量增加，原子间距增加，金属内部空穴增加，即产生膨胀3、 图1-1中的Q是熔化潜热吗？在熔化温度下，金属吸收热量而金属温度不变， 熔化潜热的本质是什么？答：Q不是熔化潜热在熔化温度下金属吸收热量①体积膨胀做功②增加系统内能（电阻，粘 性都发生突变）原子排列发生紊乱在熔点附近，原子间距为R1,能量很高， 但是引力大，需要向平衡位置运动，当吸收足够能量■---熔化潜热时，使原子 间距＞R1,引力减小，结合键破坏，进入熔化状态，熔化潜热使晶粒瓦解，液 体原子具有更高的能量而金属的温度并不升高使晶粒瓦解，并不是所有结 合键全部破坏）4、 通过哪些现象和实验说明金属熔化并不是原子间的结合力全部被破坏？答：（1）体积变化：固态一气态：体积无限膨胀。

固态到液态，体积仅增加3〜5%，原子间距仅增加1〜1.5%2） 熵值变化：△ Sm/AS仅为0.13〜0.54%（3） 熔化潜热：原子结合键只破坏了百分之几（4） X线衍射分析：液态金属原子分布曲线波动于平衡密度曲线上下第一 峰位置和固态衍射线极为相近，其配位数也相近，第二峰值亦近似距 离再大，则与固态衍射线远了，液态金属中原子的排列在几个原子间距 的范围内，与其固态的排列方式基本一致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是由和原子晶体显微晶体和“空 穴”组成实际金属的液态结构：存在着两种起伏：能量起伏，浓度起伏微观上是由结构和成分不同的游动原子集团，空穴和许多固态，气态，液 态化合物组成，是一种浑浊液体，而从化学键上看除了金属基体与其合金元素 组成的金属键外，还存在着其他化学健铸铁的液态结构：Fe为基体金属，含C,Si，少量Mn，S,P液体以Fe为主可能含有SiO2,MnS,FeS等杂质，还可能有C,Si,Mn,S,P基体均匀分布在液体中H2,N2,O2等气体,而大部分6、试分析能量起伏和浓度起伏在在生核中的作用答：生核时必须有一定大小的晶胚，这需能量起伏，使原子集团达到一定大小才能成核。

而浓度起伏对二相以上液态金属成核很重要，一定的浓度起伏才可能瞬时达到某一相的要求7、斯托克斯公式在什么条件下方可应用？在充型过程中杂质在金属液的上浮或者 下沉速度能否用此公式描述？答： 斯托克斯公式（stoks）： u = 2 _£杂19 耳条件：杂质上升过程保持或近似球形且上升很慢，且杂质很小（r<0.1mm）, 满足 Re = 2° < 1u充型过程：杂质物半径很小，可使用stoks公式8、同一种元素在不同液态金属中的表面吸附作用以及同一种元素在同一种液态金 属中的表面吸附作用是否相同？为什么？答：同一种元素在不同液态金属中表示吸附作用不同因为：①不同液态金属的o不同②同种液态金属o与o界不同9、液态金属的表面张力和界面张力有何异同？表面张力和附加压力有何区别和联系？答：液态金属的表示张力指o液-气：表示单位长度上作用着力o液态金属的界面张力指o液-固 附加压力是表示由力引起的.10、试推导p =b +十）任一曲度的曲率半径:答: R1,R2的意义：表示（任一曲度）上通过某点做垂直于此表面的直线，在通过此线做一平面,此平面与表面的截线为曲面，曲率半径即为与此曲线相垂直的圆心的曲率半径即为R1垂直于第一个平面在做一个平面此第二平面亦通过垂直直线并与表面相交由此可得第二个截线和第二个曲率半径，即为R2图中为任一截面的小截面，具有两个曲率半径R1和R2,我们可以将截面取若表面向外移动而形成比额外表面所需之功为:的足够小，以使R1和R2基本是定值。

在表面二边将有压力差P,作用在xy面上病经过dz的距离相应的功为△ W=P.xydz△F=o (xdy+ydx)自相似三角形的比较可得：(x + dx)/(R T dx = x.dz / R(y + dy)/(R + dz)= y / R T dy = y.dz / R2 2 2 AF = Aw'j ydxR )= pxydz:.g (x. ydz + ydx )= pxydz c(x. y( / R p =c V + +R1 R211、在球铁液中，石墨球的半径r二5x 10-3,P = 0.002kg/cm3,铁水包高为0.5m,求石墨球从包底上升到包顶的时间2 £x10-3 x10-2)(7000-2000)x981 = 5.56X10-3m/s答.v= 9 0.0049-\= H = J5 = 89(s)V 5.56 x10-312、设钢液与砂型绝对不湿润，钢的密度为7000g/cm3表面张力为1.5N/m,求其填充5mm的薄板时所需的附加压头，计算说明什么？答:2c 2ccos0 2 x1.5 x 1p = = = = 1.2 x103N/m 2附 r R 2.5 x10-3h =丄=1.2 x1°3 = 0.174m Pg 7000 x 9.8说明浇铸5mm钢板需要的压头不高，可以满足。

13、1593°C的钢液(w = 0.75%)加铝脱氧生成Al O，如能使此Al O颗粒上浮到钢C 2 3 2 3液表面得到质量较好的钢加入脱氧产物在1524mm处生成，试确定钢液脱氧后2min上浮到钢液表面的Al O最小颗粒的尺寸2 3答:v = - r2北' ,v =1524 = 0.0127m / s9 n 2 X 602 r2(7000 — 4000)x 9.81 2 3 x 9.81=—x r 2 = 1.3347 x106 r 29 4.9r 2 = 9.515 x10-9, r = 0.0975 x10-3 (m )= 0.0975(cm)0.0127 = 90.004914、从物质结构的变化说明金属的熔化与汽化有何不同？通过哪些实验证实? 答：汽化：原子间结合键全部破坏；熔化：与固态相似一体积变化，熔化与汽化潜热。