材料成形基本原理(刘全坤)课后答案

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1第一章液态金属的结构与性质习题第一章液态金属的结构与性质习题1.液体与固体及气体比较各有哪些异同点?哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏?答:(1)液体与固体及气体比较的异同点可用下表说明相同点不同点液体具有流动性,不能承受切应力;远程无序,近程有序固体具有自由表面;可压缩性很低不具有流动性,可承受切应力;远程有序液体远程无序,近程有序;有自由表面;可压缩性很低气体完全占据容器空间并取得容器内腔形状;具有流动性完全无序;无自由表面;具有很高的压缩性(2)金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明:①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。金属熔化时典型的体积变化VmV为3%~5%左右,表明液体的原子间距接近于固体,在?熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。②金属熔化潜热Hm约为气化潜热Hb的115~130,表明熔化时其内部??原子结合键只有部分被破坏。由此可见,金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏,液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。2.如何理解偶分布函数g(r)的物理意义?液体的配位数N1、平均原子间距r1各表示什么?答:分布函数g(r)的物理意义:距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率,换言之,表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo(=NV)的相对偏差。N1表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。r1表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距,也表示某液体的平均原子间距。3如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”?试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序(包括拓扑短程序和化学短程序)。3合,由于“能量起伏”,一部分金属原子(离子)从某个团簇中分化出去,同时又会有另一些原子组合到该团簇中,此起彼伏,不断发生着这样的涨落过程,似乎原子团簇本身在“游动”一样,团簇的尺寸及其内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象。浓度起伏是指在多组元液态金属中,由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别,结合力较强的原子容易聚集在一起,把别的原于排挤到别处,表现为游动原子团簇之间存在着成分差异,而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化的现象。5.根据图110及式(17)说明为动力学粘度η的物理意义,并讨论液体粘度η(内摩擦阻力)与液体的原子间结合力之间的关系。答:物理意义:作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dVXdy的比例系数。通常液体的粘度表达式为。这里为Bolzmann常数,U)exp(TkUCB??Bk为无外力作用时原子之间的结合能(或原子扩散势垒),C为常数,T为热力学温度。根据此式,液体的粘度η随结合能U按指数关系增加,这可以理解为,液体的原子之间结合力越大,则内摩擦阻力越大,粘度也就越高。6总结温度、原子间距(或体积)、合金元素或微量元素对液体粘度η高低的影响。答:η与温度T的关系受两方面(正比的线性及负的指数关系)所共同制约,但总的趋势随温度T而下降。粘度随原子间距δ增大而降低,与成反比。3?合金组元或微量元素对合金液粘度的影响比较复杂。许多研究者曾尝试描述二元合金液的粘度规律,其中MH(MoelwynHughes)模型为:???????????RTHXXm21)(2211???(19)式中η1、η2、X1、X2分别为纯溶剂和溶质的粘度及各自在溶液中的mole分数,R为气体常数,Hm为两组元的混合热。按MH模型,如果混合热Hm为负值,合金元素的增加会使合金液的粘度上升。根据热力学原理,Hm为负值表明异类原子间结合力大于同类原子,因此摩擦阻力及粘度随之提高。MH模型得到了一些实验结果的验证。当溶质与溶剂在固态形成金属间化合物,由于合金液中存在异类原子间较强的化学结合键,合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度。当合金液中存在表面及界面活性微量元素(如AlSi合金变质元素Na)时,由于冷却过程中微量元素抑制原子集团的聚集长大,将阻碍金属123

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