1. 温度、原子间距、合金元素或微量元素对液体粘度有何影响？
温度升高，原子热振动加剧，原子间距随之增大，因此液态粘度会减小；如果溶质与溶剂在固态形成金
属间化合物，则合金液的粘度会明显大于纯金属液的粘度，这主要是合金液中存在异类原子间较强的化
学结合键；当合金液中存在表面及界面活性微量元素时，由于冷却过程中微量元素抑制原子集团长大，
将阻碍金属粘度的上升。
2. 液态金属的表面张力有哪些影响因素？表面张力对凝固热裂的形成有何影响？
（1）原子间结合力大的物质，其熔点和沸点高，其固体和液体的表面张力也大；对晶体而言，表面能还
与晶面有关，密排晶面的表面能较小；合金元素或微量杂质也会对表面张力有影响，一方面影响液体的
原子间结合力另一方面影响影响溶质与溶剂原子体积差。
（2）在凝固后期，不同晶粒之间存在着液膜，由于表面张力的作用，液膜将两侧的晶体紧紧吸附在一起。
因此表面张力越大，对于抑制热裂的产生越明显。
3. 什么是液态金属的充型能力？与液态金属的流动性有何异同？结晶温度区间与结晶潜热对充型能力
有何影响（结合液态金属停止流动机理进行说明）？
冲型能力：液态金属充填铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰的铸件的能力
金属的流动性好气体和杂质容易上浮，使金属净化，有利于得到没有气孔和夹杂的铸件，流动性好的金
属冲型能力强。
4. 为什么形核要有一定的过冷度？
临界晶核半径和过冷度成反比，过冷度越大，临界晶核半径越小。当晶胚半径小于临界晶核半径时才能
形核；临界形核功取决于过冷度，过冷度越大则临界形核功越小，形成临界晶核时所需要的能量起伏越
小。
5. 固液界面结构如何影响晶体生长方式和生长速度？
粗糙面的界面结构，有许多位置可供原子着落，液相扩散来的原子很容易被接纳并与晶体连接起来。其
生长方向为界面的法线方向，即垂直界面生长。
光滑界面在原子尺度是光滑的，单个原子与晶面的结合较弱，容易跑走。因此，只有依靠在界面上出现
台阶，然后从液相扩散来的原子沉积在台阶边缘，依靠台阶向侧面生长。台阶形成有三种方式（1）形成
二维晶核（2）螺形位错（3）挛晶面
连续生长的粗糙面的生长速度和实际的过冷度成线性关系。
6. 何谓结晶过程中的溶质再分配？它是否仅由平衡分配系数所决定？
合金凝固过程中，随温度的不同，液、固相平衡成分发生改变；而且，由于固相成分与液相原始成分不
同，排出的溶质在固-液界面前沿富集并形成浓度梯度。所以，溶质必然在液、固两相重新分布，即所谓
“溶质再分配”
描述溶质再分配的关键参数是溶质分配系数，在实际凝固过程中，溶质原子在固、液两相中的扩散速度
有限，液固两侧在大范围内成分不可能达到均匀，因此随温度下降各自的浓度也不可能按平衡相图的液
相线及固相线变化，固凝固过程中的实际溶质分配系数与溶质平衡分配系数往往有较大的差别。
7. 论述成分过冷与热过冷的含义以及他们之间的区别与联系。成分过冷的大小受哪些因素影响？成分
过冷对单相固溶体凝固组织形貌有何影响？
成分过冷：液固界面前沿的液相具有正的温度梯度，液相中各微区的熔点和实际温度之间产生的并且与
溶质浓度相关的过冷称为成分过冷。
热过冷：纯金属实际开始结晶的温度总是低于理论结晶温度，这种现象称为过冷。
影响成分过冷的因素有温度梯度、结晶速度、相图上液相线的斜率、液相中溶质的扩散系数、平衡分配
系数。
8. 铸件典型宏观组织是由哪几部分构成的？它们的形成机理如何？
铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和等轴晶区组成。
激冷晶区：液态金属浇入到温度较低的铸型中，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生大的过冷
度而大量非均质形核。晶核采取枝晶生长方式，由于其结晶潜热既可以从型壁导出又可以向过冷熔体中
散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。
柱状晶区：在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流作用下，以枝晶状延伸生长。由于各枝晶主
干方向互不相同，那些主干取向与热流方向向平行的枝晶，较之取向不利的相邻枝晶生长得更为迅速。
他们优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。
等轴晶区：由于熔体内部晶核自由生长的结果。具体可以参考成分过冷理论、激冷等轴晶型壁脱落与游
离理论、枝晶熔断及结晶雨理论。
9. 铸造过程中的气体来源于何处？它们是如何产生的？哪些因素影响气体在金属中的溶解度？影响规
律如何？
（1）气体的来源 熔炼过程：来自各种炉料、炉气、溶剂、工具及周围气氛中的水分、氮、氧..和有
机物燃烧产生的碳氢化合物。铸型：来自于铸型中的气体主要是型砂中的水分及有机物的燃烧产生的气
体。浇铸过程：浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差，型腔内气体不能及时排除等都会
使气体进入液态金属。
（2）产生 主要有水蒸气与合金元素的反应，铸型中的水分被蒸发、结晶水分解产生的水蒸气和液态金
属反应；固体碳燃烧，铸型中的碳及有机物燃烧产生一氧化碳和二氧化碳；高温下型砂分解释放出气体，
主要有尿素等在高温下分解成氨及烷烃的分解。..
（3）影响溶解度的因素有温度压力、合金成分、电流极性、焊接区气氛等
（4）压力：温度一定时，双原子气体的溶解度与其分压的平方根成正比
温度：气体溶解过程为吸热反应时，溶解度随温度的升高而增加，金属吸收气体为放热反应时，溶解度
随温度的升高而降低。
合金成分：液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的溶解度，若加入的合金元素能与
气体形成稳定的化合物，则可降低溶解度；此外，合金元素还能改变金属表面膜的性质及金属的蒸汽压，
从而影响气体的溶解度。
电流极性：直流正接时，熔滴处于阴极，阳离子向熔滴表面运动，由于熔滴温度高比表面积大，故熔滴
中将溶解大量的氢或氮。
10. 铸造应力分几种？铸件的热应力是如何形成的？应采取哪些措施予以控制？
铸造应力分为热应力、相变应力、机械阻碍应力。
热应力的形成：工件在加热和冷却过程中，由于各部分的温度不同造成工件上同一时刻各部分的收缩或
膨胀量不同，从而导致内部彼此相互制约而产生应力。但因各部分彼此相连又相互制约，因而产生了热
应力。
措施：（1）合理设计结构 （2）合理选择工艺 （3）降低残余应力，例如热处理法、自然时效法、振动
法、锤击法。
11. 简述热裂的形成机理及防止措施。
凝固裂纹形成是液膜理论：在凝固后期，不同晶粒之间存在着液膜，由于表面张力的作用，液膜将两侧
的晶体紧紧吸附在一起。液膜理论认为热裂是在凝固将结束的最后阶段沿“液膜”拉开后，不能补缩所
致。且液膜的形状影响热裂的形成。
防止措施：（一）冶金措施 （1）限制有害杂质 （2）微合金化和变质处理 （3）改进工艺和改善金属组
织 （4）利用“愈合”作用 （二）工艺措施 铸造（1）减少铸件的收缩应力 （2）改进浇注方法 （3）
合理设计铸件结构 焊接（1）适当降低热输入，避免熔池过热 （2）针对不同的焊接接头和焊接方法，
合理调整焊接工艺参数。（3）控制焊缝凹进部位的凹度 （4）降低接头的刚度和约束度，尽可能使大多
数焊缝在较小刚度条件下焊接。
12. 简述冷裂的形成机理及防止措施。
铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂。
措施：（1）合理选择预热温度 （2）在结构设计时，使铸件壁厚均匀，转角处做处理，减少应力集中。 （3）
延长铸件在砂型中停留时间，避免开箱过早引起较大应力 （4）减小铸型、型芯的阻力，促使各部分均
匀冷却。
