材料成形习题答案

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1、第一章习题1•液体与固体及气体比较各有哪些界同点？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界同点可用下表说明相同点不同点液体具有自由表面；可压缩性很低具有流动性，不能承受切应力；远程无序，近程有序固体不具有流动性，可承受切应力；远程有序液体完全占据容器空间并取得容器内腔形状；具有流动性远程无序，近程有序；有自由表面：可压缩性很低气体完全无序；无自由表面；具冇很高的压缩性（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而说明：①物质熔化时体积变化、爛变及焙变一般都不大。金属熔化时典

2、型的体积变化Ayn/V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AHm约为气化潜热AHb的1/15-1/30,表明熔化时其内部原了结介键只冇部分被破坏。由此可见，金属的熔化并不是原了间结合键的全部破坏，液体金属内原了的局域分布仍具冇一定的规律性。2.如何理解偶分布函数g（r）的物理意义？液体的配位数N、平均原子间距□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儿率，换言之，表示离开参考原了（处于坐标原了一0）距离为r的位置的数

3、密度p（r）对于平均数密度p°（=N/V）的相对偏差。N,表示参考原子周围最近邻（即第一壳层）原子数。ri表示参考原了与其周围笫一配位层各原了的平均原了间距，也表示某液体的平均原了间距。3.如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程冇序”？试举儿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）。答：（1）长程无序是指液体的原了分布相对于周期冇序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。近程冇序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域冇序的原了集团（2）说明液态金属或合金结构的近

4、程冇序的实验例证①偶分布函数的特征对于气体，山于其粒子（分子或原了）的统计分布的均匀性，其偶分布函数g（“在任何位置均相等，呈--条直线g（r）=K晶态固体因原子以特定方式周期排列，其g（r）以相应的规律呈分立的若干尖锐峰。而液体的g（r）出现若T渐衰的钝化峰直至儿个原子间距后趋于直线g（r）=l,表明液体存在短程有序的局域范围，其半径只有儿个原子间距大小。②从金属熔化过程看物质熔化时体积变化、爛变及焙变一般都不人。金属熔化时典型的体积变化AVJV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人于固体而远小

5、于气体的混乱度。另一方面，金属熔化潜热AHm约为气化潜热AHi,的1/15〜1/30,表明熔化时英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了间结合键的全部破坏，液体金属内原了的局域分布仍具有一定的规律性。可以说，在熔点（或液相线）附近，液态金属（或合金）的原子集团内短程结构类似于固体。③Richter等人利用X衍射、中子及电子衍射手段，对碱金属、Au、Ag、Pb和T1等熔体进行了十多年的系统研究，认为液体中存在着拓扑球状密排结构以及层状结构，它们的尺寸范围约为106-107cmo④Reichert观察到液态Pb局域结构

6、的五重对称性及二十面体的存在，并推测二十面体存在于所冇的单组元简单液体。⑤在Li-Pb、Cs-Au、Mg-Bi、Mg-Zn、Mg-Sn、Cu-Ti、Cu-Sn、Al-Mg、Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均被发冇化学短程序的存在。3.如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？答：理想纯金属是不存在的，即使非常纯的实际金属中总存在着大量朵质原子。实际金属和合金的液体由大虽时聚时散、此起彼伏游动着的原了团簇、空穴所组成，同时也含冇各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量、结构及浓度三种起伏特征，-其结构相当复杂。能

7、量起伏是指液态金属中处于热运动的原了能量冇高冇低，同一原了的能量也在随时间不停地变化，吋高时低的现象。结构起伏是指液态金属中大虽不停“游动”着的原了团簇不断地分化纟R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，同时乂会有另一些原子组合到该团簇中，此起彼伏，不断发牛淆这样的涨落过程，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吋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了间结合力存在差别，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

8、子团簇之间存在着成分差界，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。4.根据图1・10及式（1-7）说明为动力学粘度n的物理意义，并讨论液体粘度〃（内摩擦阻力）与液体的原了间结合力Zl、