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？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可用下表說明相同點不同點液體具有流動性，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方面說明：①物質(zhì)熔化時體積變化、熵變及焓變一般都不大。金屬熔化時典型的體積變化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)識液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)的“長程無序”和“近程有序”？試舉幾個實驗例證說明液態(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）從某個團(tuán)簇中分化出去，同時又會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”一樣，團(tuán)簇的尺寸及其內(nèi)部原子數(shù)量都隨時間和空間發(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動在不時發(fā)生著變化的現(xiàn)象。5.根據(jù)圖110及式（17）說明為動力學(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