材料成形基本原理(劉全坤)課后答案

1、1第一章液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)習(xí)題第一章液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)習(xí)題1.液體與固體及氣體比較各有哪些異同點(diǎn)？哪些現(xiàn)象說明金屬的熔化并不是原子間結(jié)合力的全部破壞？答：（1）液體與固體及氣體比較的異同點(diǎn)可用下表說明相同點(diǎn)不同點(diǎn)液體具有流動(dòng)性，不能承受切應(yīng)力；遠(yuǎn)程無序，近程有序固體具有自由表面；可壓縮性很低不具有流動(dòng)性，可承受切應(yīng)力；遠(yuǎn)程有序液體遠(yuǎn)程無序，近程有序；有自由表面；可壓縮性很低氣體完全占據(jù)容器空間并取得容器內(nèi)腔形狀；具有流動(dòng)性完全無序；

2、無自由表面；具有很高的壓縮性（2）金屬的熔化不是并不是原子間結(jié)合力的全部破壞可從以下二個(gè)方面說明：①物質(zhì)熔化時(shí)體積變化、熵變及焓變一般都不大。金屬熔化時(shí)典型的體積變化VmV為3%~5%左右，表明液體的原子間距接近于固體，在?熔點(diǎn)附近其系統(tǒng)混亂度只是稍大于固體而遠(yuǎn)小于氣體的混亂度。②金屬熔化潛熱Hm約為氣化潛熱Hb的115~130，表明熔化時(shí)其內(nèi)部??原子結(jié)合鍵只有部分被破壞。由此可見，金屬的熔化并不是原子間結(jié)合鍵的全部破壞，液體金屬內(nèi)原

3、子的局域分布仍具有一定的規(guī)律性。2.如何理解偶分布函數(shù)g(r)的物理意義？液體的配位數(shù)N1、平均原子間距r1各表示什么？答：分布函數(shù)g(r)的物理意義：距某一參考粒子r處找到另一個(gè)粒子的幾率，換言之，表示離開參考原子(處于坐標(biāo)原子r=0)距離為r的位置的數(shù)密度ρ(r)對于平均數(shù)密度ρo（=NV）的相對偏差。N1表示參考原子周圍最近鄰(即第一殼層)原子數(shù)。r1表示參考原子與其周圍第一配位層各原子的平均原子間距，也表示某液體的平均原子間距。

4、3如何認(rèn)識(shí)液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的“長程無序”和“近程有序”？試舉幾個(gè)實(shí)驗(yàn)例證說明液態(tài)金屬或合金結(jié)構(gòu)的近程有序（包括拓?fù)涠坛绦蚝突瘜W(xué)短程序）。3合，由于“能量起伏”，一部分金屬原子（離子）從某個(gè)團(tuán)簇中分化出去，同時(shí)又會(huì)有另一些原子組合到該團(tuán)簇中，此起彼伏，不斷發(fā)生著這樣的漲落過程，似乎原子團(tuán)簇本身在“游動(dòng)”一樣，團(tuán)簇的尺寸及其內(nèi)部原子數(shù)量都隨時(shí)間和空間發(fā)生著改變的現(xiàn)象。濃度起伏是指在多組元液態(tài)金屬中，由于同種元素及不同元素之間的原子間結(jié)合力存在差

5、別，結(jié)合力較強(qiáng)的原子容易聚集在一起，把別的原于排擠到別處，表現(xiàn)為游動(dòng)原子團(tuán)簇之間存在著成分差異，而且這種局域成分的不均勻性隨原子熱運(yùn)動(dòng)在不時(shí)發(fā)生著變化的現(xiàn)象。5.根據(jù)圖110及式（17）說明為動(dòng)力學(xué)粘度η的物理意義，并討論液體粘度η（內(nèi)摩擦阻力）與液體的原子間結(jié)合力之間的關(guān)系。答：物理意義：作用于液體表面的應(yīng)力τ大小與垂直于該平面方向上的速度梯度dVXdy的比例系數(shù)。通常液體的粘度表達(dá)式為。這里為Bolzmann常數(shù)，U)exp(TkU

6、CB??Bk為無外力作用時(shí)原子之間的結(jié)合能（或原子擴(kuò)散勢壘），C為常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。根據(jù)此式，液體的粘度η隨結(jié)合能U按指數(shù)關(guān)系增加，這可以理解為，液體的原子之間結(jié)合力越大，則內(nèi)摩擦阻力越大，粘度也就越高。6總結(jié)溫度、原子間距（或體積）、合金元素或微量元素對液體粘度η高低的影響。答：η與溫度T的關(guān)系受兩方面（正比的線性及負(fù)的指數(shù)關(guān)系）所共同制約，但總的趨勢隨溫度T而下降。粘度隨原子間距δ增大而降低，與成反比。3?合金組元或微量元素對合

7、金液粘度的影響比較復(fù)雜。許多研究者曾嘗試描述二元合金液的粘度規(guī)律，其中MH（MoelwynHughes）模型為：???????????RTHXXm21)(2211???（19）式中η1、η2、X1、X2分別為純?nèi)軇┖腿苜|(zhì)的粘度及各自在溶液中的mole分?jǐn)?shù)，R為氣體常數(shù)，Hm為兩組元的混合熱。按MH模型，如果混合熱Hm為負(fù)值，合金元素的增加會(huì)使合金液的粘度上升。根據(jù)熱力學(xué)原理，Hm為負(fù)值表明異類原子間結(jié)合力大于同類原子，因此摩擦阻力及粘度