材料加工原理總復習

1、一、名詞解釋粗糙界面；光滑界面；共生生長；小變形增量理論；溶質(zhì)平衡分配系數(shù)K0 ；塑料的粘度；簡單加載；應(yīng)力球張量；過冷度；淬透性；應(yīng)力狀態(tài)；調(diào)質(zhì)處理；珠光體P；鐵素體F；淬火；形核率；凝固形核；主應(yīng)力；屈雷斯加屈服準則；加工硬化；焊接熱循環(huán)電阻焊；動態(tài)回復成分過冷；凝固偏析動態(tài)再結(jié)晶主剪應(yīng)力密塞斯屈服準則應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變貝氏體二、填空題1 、在聚合物流變學理論中，凡是服從指數(shù)流動規(guī)律的非牛頓流體統(tǒng)稱為粘性流體。2、材料的體積變化是由應(yīng)力球張量引起的，材料的塑性變形是由應(yīng)力偏張量引起的。3、焊接內(nèi)應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和機械阻礙應(yīng)力。4 液態(tài)金屬凝固方式一般由合金固液相線溫度間

2、隔和凝固件斷面溫度梯度兩個因素決定。5、凝固成形的方法包括砂型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、熔模鑄造等。6、鑄件的缺陷類型包括縮孔、縮松、裂紋、變形等。7、沖壓模具工作零件是指對坯料直接進行加工的零件；定位零件是指用來確定加工中坯料正確位置的零件。8、手工電弧焊焊條藥皮的主要作用有保護作用、冶金作用、提高焊接工藝性能。9、寫出5種常用熱塑性塑料的英文代號ABS PC PVC PR PE、POW。10 、形核時，僅依靠液相內(nèi)部自發(fā)形核的過程，一般需要較大的過冷度才能得以完成；而實際凝固過程中，往往依靠外來質(zhì)點或容器壁面形核，這就是所謂的非自發(fā)形核過程。11、晶體生長方式?jīng)Q定于固一液界面結(jié)構(gòu)。一般粗

3、糙界面對應(yīng)于連續(xù)長大；光滑界面對應(yīng)于側(cè)面長大。12 、一般凝固溫度間隔大的合金，其鑄件往往傾向于糊狀凝固, 否則傾向于逐層凝固。13 、塑料按成形性能分為熱塑性塑料和熱固性塑料。14、在Fe-Fe 3C 相圖中， 5 個相分別為：液相、奧氏體、滲碳體、鐵素體、高溫鐵素體。15 、 在共析鋼結(jié)晶時， 從液態(tài)冷卻至室溫的過程中首先發(fā)生勻晶反應(yīng) （轉(zhuǎn)變） ， 然后發(fā)生共析反應(yīng) （轉(zhuǎn)變） ，室溫組織是珠光體。16、在在Fe-Fe 3 C 相圖中的各組織和相中，硬度最高的是滲碳體，強度最高的是珠光體，塑性最好的是奧氏體。17 、鐵碳合金中結(jié)晶溫度范圍越小，其鑄造性能越好，鑄造性能最好的合金為共晶鑄鐵。1

4、8 、根據(jù)馬氏體組織形態(tài)的不同，通常將馬氏體分為板條狀馬氏體和針狀馬氏體兩大類。19 、 退火適用于亞共析鋼， 其加熱溫度為 Ac3 以上 30-50 ， 冷卻速度緩慢， 得到珠光體和鐵素體組織。20、正火，其加熱溫度為AC3以上30-50 C,該溫度下的組織為奧氏體；冷卻方式為空冷；該鋼經(jīng)正火后的組織為索氏，相為鐵素體和滲碳體。21 、中碳鋼淬火后，再經(jīng)低溫回火后的組織為回火馬氏體，經(jīng)中溫回火后的組織為回火屈氏體，經(jīng)高溫回火后的組織為回火索氏體，其中以低溫回火后的組織硬度最高。+工程材料課后復習題（武建軍主編，國防工業(yè)出版社）三、選擇題全部為工程材料課后復習題（武建軍主編，國防工業(yè)出版社）三

5、、簡答題1 、 為什么說非自發(fā)形核比自發(fā)形核容易？答：非自發(fā)形核的臨界形核半徑r與自發(fā)形核的臨界形核半徑相等，但非自發(fā)形核的臨界形核功G非小于自發(fā)形核的臨界形核功G自，非自發(fā)形核臨界晶核原子數(shù)n非也小于自發(fā)形核臨界晶核原子數(shù)n自，因此非自發(fā)形核比自發(fā)形核容易。2 、 米澤斯屈服準則與屈雷斯加屈服準則有何差別？在什么狀態(tài)下兩個屈服準則相同？什么狀態(tài)下差別最大？答：對于屈雷斯加屈服準則，中間應(yīng)力 （T2在和（T 3之間任意變化，也不影響材料的屈服，但在密塞斯屈服準則中，中間應(yīng)力 。2是有影響的。當（T 2= （T 1或（T 2= （T 3 （即軸對稱應(yīng)力狀態(tài)）時，兩個屈服準則一致；當（7 2=0.

6、5 （ （T1+ CT3）時（平面應(yīng)力狀態(tài)） ， 兩個屈服準則差別最大， 達 15.5%； 而在其余應(yīng)力狀態(tài)下， 兩個屈服準則的差別小于15.5%， 第 2 頁 共 19 頁視中間應(yīng)力（7 2的相對大小而定。3、熱塑形變形對金屬組織和性能有何影響？答：1）改善晶粒組織.對于鑄態(tài)金屬，粗大的樹枝狀晶經(jīng)塑性變形及再結(jié)晶而變成等軸 （細）晶粒組織; 對于經(jīng)軋制、鍛造或擠壓的鋼坯或型材， 在以后的熱加工中通過塑性變形與再結(jié)晶， 其晶粒組織一般也 可得到改善。2）鍛合內(nèi)部缺陷.鑄態(tài)金屬中的疏松、空隙和微裂紋等內(nèi)部缺陷被壓實，從而提高了金屬的致密度。3）破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布.通過鍛造

7、或軋制，可內(nèi)部碳化物打碎、并均勻分布。4）形成纖維組織.在熱塑性變形過程中，脆性夾雜物（如氧化物、氮化物和部分硅酸鹽等）被破碎呈鏈狀分布；而塑性夾雜物（如硫化物和多數(shù)硅酸鹽等）則被拉成條帶狀、線狀或薄片狀。4.多道焊為什么可以提高焊縫金屬的塑性？答：多道焊可以提高焊縫金屬的質(zhì)量，特別是塑性，這是因為后道焊縫對前道焊縫具有熱處理的作用， 相當于對前道焊縫進行了一次正火處理，因而改善了組織、提高了焊縫金屬的塑性。4、板料成型模具一般有哪幾部分組成？每部分各起到什么作用？答：1）工作零件，直接接觸坯料并對坯料直接進行加工；2）定位零件，用來確定加工中坯料正確位置；3）壓料、卸料和出料零件，對板料增加

8、約束，由凸模、凹模和凸凹模上卸下、頂出或推出工件或廢料；4）導向零件，保證模具上、下部分正確的相對位置；5）固定、緊固零件，用來承裝其它模具零件，將模具安裝固定到成形設(shè)備上和連接緊固其它模具零部件。5、何謂熱過冷和成分過冷？成分過冷的本質(zhì)是什么？答：金屬凝固時，完全由熱擴散控制，這樣的過冷稱為熱過冷；由固液界面前方溶質(zhì)再分配引起的過冷 稱為成分過冷.成分過冷的本質(zhì)：由于固液界面前方溶質(zhì)富集而引起溶質(zhì)再分配，界面處溶質(zhì)含量最高，離界面越遠，溶質(zhì)含量越低。由結(jié)晶相圖可知，固液界面前方理論凝固溫度降低，實際溫度和理論凝固溫度之間就產(chǎn)生了一個附加溫度差 T,即成分過冷度，這也是凝固的動力。6、已知材料

9、的真實應(yīng)力一應(yīng)變曲線方程為若試樣已有伸長率0.25,試問試樣還要再增加多少才會發(fā)生縮頸?答:由真是應(yīng)力-應(yīng)變方程可知n 0.4,根據(jù)材料失穩(wěn)時性質(zhì)，B -;n b,所以材料縮頸失穩(wěn)bbb 0.4。由真是應(yīng)變與伸長率關(guān)系b ln（1b）,可以算出縮頸失穩(wěn)時:b e b 1e0.41 0.49 o試樣已有伸長率0.25,伸長率再繼續(xù)增加 0.24即可發(fā)生縮頸失穩(wěn)。7、焊接熔池有何特征？答：焊接熔池的特征：（1）熔池體積??；（2）熔池溫度高；（3）熔池金屬處于流動狀態(tài)；（4）熔池界面的導熱條件好，焊接熔池周圍的母材與熔池間沒有間隙。8、等效應(yīng)力有何特點？寫出其數(shù)學表達式。答：等效應(yīng)力的特點：等效應(yīng)力

10、不能在特定微分平面上表示出來，但它可以在一定意義上“代表”整個應(yīng)力狀態(tài)中的偏張量部分，因而與材料的塑性變形密切有關(guān)。人們把它稱為廣義應(yīng)力或應(yīng)力強度。等效應(yīng)力也是一個不變量。其數(shù)學表達式如下：等效應(yīng)力在主軸坐標系中定義為( 1 2 ) ( 23) ( 3 1 ) 3J J 22在任意坐標系中定義為y)z)2x)26(2 xy2 yz2 zx9、簡述塑料熔體在模具型腔中的復雜流動情況。答：型腔充填過程可以分為三個階段，但為了避免和程序注塑中采用的階段相混淆，習慣上不叫階段, 而稱為相。(1)充填相在充填相中，注塑機的柱塞以穩(wěn)定的速度向前運動，將塑料熔體注入型腔。充填相一直繼續(xù) 到型腔恰好充滿為止。

11、(2 )增壓相(或稱壓縮相)在增壓相，注塑機柱塞仍繼續(xù)向前運動。塑料熔體仍不斷注入型腔，一直到模具承受到一定壓力為止。在增壓相開始時，塑料熔體己將型腔充滿，柱塞向前運動的速度也已下降，但仍要向前移動一段距離，這是因為塑料熔體有很大的可壓縮性，在此相中約有15%的額外材料在壓力作用下進入型腔。(3 )補償相塑料由熔態(tài)冷卻至固態(tài)時體積變化約有25%,而在增壓相最多只補充了約15%的材料，故補償相總是必須的。10、 奧氏體不銹鋼熔焊的主要問題是什么？預(yù)防措施有哪些？答：奧氏體不銹鋼熔焊的主要問題是：(1)熱裂紋，防止措施是嚴格控制硫磷含量；調(diào)解焊接金屬組織;調(diào)解焊縫金屬合金成分。(2)接頭脆化，防止

12、措施是嚴格控制焊縫金屬中鐵素體含量；多層焊時采用較小線能量。(3)晶間腐蝕，防止措施是盡量降低母材及焊縫中的含碳量；采用熱量集中的焊接方法；在鋼中添加穩(wěn)定化元素 Ti、Nb等；在鋼和焊縫金屬中添加鐵素體形成元素；焊后進行固熔處理或穩(wěn)定化處理。(4)應(yīng)力腐蝕開裂，防止措施是焊后消除或減小焊接殘余應(yīng)力；選用奧氏體-鐵素體雙相組織的母材或焊接材料；采用高 Ni的銘?zhàn)x不銹鋼焊條。11、 簡述鴇極僦弧焊的優(yōu)點？答：(1)僦氣屬于惰性氣體，不溶于金屬，比重比空氣大，有效地割斷電弧與周圍的空氣，起到保護作用；(2)明弧無渣，溶池可見度好，便于控制，易于實現(xiàn)機械化、自動化和全方位焊接。(3)直流正接電弧穩(wěn)定，

13、即使在很小的焊接電流下仍可穩(wěn)定燃燒，特別適用于薄板、超薄板的焊接；(4)電弧熱源與填充焊絲分別控制，易于實現(xiàn)單面焊雙面成形，無飛濺，焊縫美觀。12、 錘上模鍛與壓力機模鍛變形特點有何不同?13、 手工電弧焊的原理、特點是什么？14、 簡述焊接工藝參數(shù)對焊接溫度場的影響。15、 試分析晶粒大小對金屬塑性和變形抗力的影響。答：滑移系能否一個晶粒轉(zhuǎn)移到另外一個晶粒，引起1)焊摟速反工，的篆嘀. 慢看的增加，某一溫度的等 溫線所包圍的范因顯著縮 小a即其寬度和長度都變 小,用普溫然表示的溫度現(xiàn) 的形狀變得細長.2J熱源能量q的影響. 如陽£8b"i示* '|二常故 時.柏若

14、¥(1勺堵人，莫一溫 趣的等溫找所仇用的范國包 隨之增大.當爆接戰(zhàn)俄£="工為 常數(shù)時，同時增大q和r 則此時含使審溫線鞘加粒 長.閔行使等福線包用的范 用被拘氏.如圖MC所示宏觀塑性變形取決于晶界附近位錯塞積群所產(chǎn)生的應(yīng)力場能否激發(fā)相鄰晶粒中的位錯源也開動起來。而位錯塞積群應(yīng)力場的強弱與塞積的位錯數(shù)目相關(guān)，數(shù)目越大，應(yīng)力場就越強。在相同的外力作用下， 晶粒愈大，晶粒內(nèi)空間也越大，位錯源開動時間越長，晶界堆積的位錯也就越多，應(yīng)力場越強。由此可 見，粗晶粒金屬的變形由一個晶粒轉(zhuǎn)移到另外一個晶粒會容易些，而細晶粒則需要在更大的外力作用下才能使相鄰晶粒發(fā)生塑性變形。這就

15、是為什么晶粒越小金屬屈服強度越大的原因。在一定體積內(nèi)，細晶粒金屬的晶粒數(shù)目比粗晶粒金屬的多，因而，塑性變形時位向有利的晶粒較多，變形能較均勻分散到各個晶粒上；又從每個晶粒的應(yīng)變分布看，細晶粒時晶界的影響區(qū)域相對較大，使得晶粒心部的應(yīng)變和晶界處的應(yīng)變差異減少。由于細晶粒金屬的變形不均勻性較小，由此引起的應(yīng)力集中必然也較小，內(nèi)應(yīng)力分布較均勻，因而金屬斷裂前可承受的塑性變形量就較大。16、 液態(tài)合金的流動性和充型能力有何異同？如何提高液態(tài)金屬的充型能力？答：液態(tài)金屬的流動性和沖型能力都是影響成形產(chǎn)品質(zhì)量的因素；不同點：流動性是確定條件下的沖型能力，它是液態(tài)金屬本身的流動能力，由液態(tài)合金的成分、溫度、

16、雜質(zhì)含量決定，與外界因素無關(guān)。而 沖型能力首先取決于流動性，同時又與鑄件結(jié)構(gòu)、澆注條件及鑄型等條件有關(guān)。提高液態(tài)金屬的沖型能力的措施：(1)金屬性質(zhì)方面：改善合金成分；結(jié)晶潛熱L要大；比熱、密度、導熱系大 ；粘度、表面張力大。(2)鑄型性質(zhì)方面：蓄熱系數(shù)大；適當提高鑄型溫度；提高透氣性。(3)澆注條件方面：提高澆注溫度；提高澆注壓力。(4)鑄件結(jié)構(gòu)方面：在保證質(zhì)量的前提下盡可能減小鑄件厚度；降低結(jié)構(gòu)復雜程度。17、 什么樣的界面才能成為異質(zhì)結(jié)晶核心的基底？答：從理論上來說，如果界面與金屬液是潤濕得，則這樣的界面就可以成為異質(zhì)形核的基底，否則就不行。但潤濕角難于測定，可根據(jù)夾雜物的晶體結(jié)構(gòu)來確定

17、。當界面兩側(cè)夾雜和晶核的原子排列方式相似，原子間距離相近，或在一定范圍內(nèi)成比例，就可以實現(xiàn)界面共格相應(yīng)。安全共格或部分共格的界面就可 以成為異質(zhì)形核的基底，完全不共格的界面就不能成為異質(zhì)形核的基底。18、 焊接熔池有何特征？對凝固過程有何影響？答：焊接熔池的特征：（1）熔池體積小；（2）熔池溫度高；（3）熔池金屬處于流動狀態(tài)；（4）熔池界面的導熱條件好，焊接熔池周圍的母材與熔池間沒有間隙。焊接熔池對凝固過程的影響：（1）母材作為新相晶核的基底，使新相形核所需能量小，出現(xiàn)非均勻形核，產(chǎn)生聯(lián)生結(jié)晶（外延結(jié)晶）；（2）熔池金屬是在運動狀態(tài)凝固的，焊縫的柱狀晶總是朝向焊接方向并且向焊縫中心生長，即對向

18、生長；（3）焊接熔池的實際凝固過程并不是連續(xù)的，柱狀晶的生長速度變化不是十分有規(guī)律。19、 簡述焊接熔池的凝固組織形態(tài)，并分析結(jié)晶速度、溫度梯度和溶質(zhì)濃度對組織形態(tài)的影響。答：焊縫的晶體形態(tài)主要是柱狀晶和少量的等軸晶。 每個柱狀晶內(nèi)還可能有不同的結(jié)晶形態(tài)， 如平面晶、 胞狀晶和樹枝晶等。 等軸晶內(nèi)一般都呈現(xiàn)為樹枝晶。 焊縫金屬中晶體的不同形態(tài)， 與焊接熔池的凝固過 程密切相關(guān)。焊縫邊界處，界面附近的溶質(zhì)富聚程度較小，由于溫度梯度大，結(jié)晶速度小，成分過冷接近于零， 有利于平面晶的生長。當結(jié)晶速度和溫度梯度一定時 ，隨合金中溶質(zhì)濃度的提高，則過冷度增加，從而使結(jié)晶形態(tài)由平面 晶變?yōu)榘麪罹?、胞狀樹?/p>

19、晶、樹枝狀晶、等軸晶。當合金中溶質(zhì)濃度一定時，結(jié)晶速度越快，成分過冷度越大，結(jié)晶形態(tài)也可由平面晶變?yōu)榘麪罹А麪顦渲?、樹枝狀晶、等軸晶。當溶質(zhì)濃度和結(jié)晶速度一定時，隨液相溫度梯度的提高，成分過冷度減小，結(jié)晶形態(tài)的演變則剛 好相反。21、闡述影響晶體生長的因素。22、何謂凝固過程的溶質(zhì)再分配？它受哪些因素的影響？溶質(zhì)再分配：合金凝固時液相內(nèi)的溶質(zhì)一部分進入固相，另一部分進入液相，溶質(zhì)輸 使溶質(zhì)在固一液界面兩側(cè)的固相和液相中進行再分配。影響溶質(zhì)再分配的因素有熱力學條件和動力學條件。23、設(shè)狀態(tài)圖中液相線和固相線為直線，證明平衡常數(shù)k0= Const。設(shè)液相線和固相線的斜率分別為 mL和mS ,如

20、上圖:液相線：T*Tm= mL (Ci*-0)固相線：T*Tm= mS (Cs*-0)+得:*T Tm*T Tm一 *mSCS A=1ElCl*Cs-Cl皿=k0 ms由于mL、ms均為常數(shù)，故k0= Const.24、何謂熱過冷和成分過冷？成分過冷的本質(zhì)是什么/金屬凝固時，完全由熱擴散控制，這樣的過冷稱為熱過冷；由固液界面前方溶質(zhì)再分配引起的過冷稱為成分過冷.成分過冷的本質(zhì)：由于固液界面前方溶質(zhì)富集而引起溶質(zhì)再分配，界面處溶質(zhì)含量最高，離界面越遠，溶質(zhì)含量越低。由結(jié)晶相圖可知，固液界面前方理論凝固溫 度降低，實際溫度和理論凝固溫度之間就產(chǎn)生了一個附加溫度差即成分過冷度,這也是凝固的動力。25

21、、影響成分過冷的因素有哪些？哪些是屬于可控制的工藝因素？成分過冷對晶體的生長方式有何影 響？晶體的生長方式只受成分過冷的影響嗎？影響成分過冷的因素有 G v、DL、m k。、Q,可控制的工藝因素為 Dl。過冷對晶體的生長方式的影響：當稍有成分過冷時為胞狀生長，隨著成分過冷 的增大，晶體由胞狀晶變?yōu)橹鶢罹?、柱狀樹枝晶和自由樹枝晶，無成分過冷時，以 平面方式或樹枝晶方式生長。晶體的生長方式除受成分過冷影響外，還受熱過冷的 影響。26、影響成分過冷范圍的因素有哪些？它對材質(zhì)或成形產(chǎn)品（鑄件）的質(zhì)量有何影響？影響成分過冷范圍的因素有：成分過冷的條件為魚皿7（1-k。）vDLko成分過冷的范圍為= mL

22、C0（1ko）魚DLkov上式中，mL、Co、k0為不變量，所以影響成分過冷范圍的因素只有DL、G和V。對于純金屬和一部分單相合金的凝固，凝固的動力主要是熱過冷，成分過冷范圍對成形產(chǎn)品沒什么大的影響；對于大部分合金的凝固來說，成分過冷范圍越寬，得到成型產(chǎn)品性能越好。28、在普通工業(yè)條件下為什么非共晶成分的合金往往能獲得100%的共晶組織？用相圖說明之。這與單相合金固相無擴散、液相均勻混合凝固產(chǎn)生的共晶組織有何不同？（1）在普通工業(yè)條件下， 從熱力學考慮，當非共晶成分的合金較快地冷卻到兩條液相線地延長線所包圍的影線區(qū)域時，液相內(nèi)兩相打到飽和，兩相具備了同時析出的條件，但一般總是某一相先析出，然后

23、再在其表面析出另一個相，于是便開始了兩相競相析 出的共晶凝固過程，最后獲得100%的共晶組織。（2）偽共晶組織如（1）所述，有較高的機械性能；而單相合金固相無擴散，液相混合均勻凝固產(chǎn)生的共晶組織為離異共晶，即：合金 冷卻到共晶溫度時，仍有少量的液相存在，此時的液相成分接近于共晶成分，這部分剩余的液體將會發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織，但是，由于此時的先共晶相”數(shù)量很多，共晶組織中的a相可能依附于先共晶相上長大，形成離異共晶，即3相單獨存在于晶界處， 給合金的性能帶來不良影響。29、小面-非小平面共晶生長的最大特點是什么？它與變質(zhì)處理有何關(guān)系？小面-非小平面生長最大的特點是：有強烈的方向性。變質(zhì)處理

24、改變了小平面的形態(tài)，使得 晶體生長方式發(fā)生改變。如何改變？30、界面作用對人工復合材料的凝固有何影響/當強化相表面與合金液表面相互浸潤時，其本身就可以作為異質(zhì)形核的核心，按異質(zhì)形核的規(guī)律進行結(jié)晶，使組織得到細化。當強化相與合金液不浸潤時，強化相被排斥于枝 晶間或界面上，嚴重影響著復合材料的性能。31、鑄件典型宏觀凝固組織是由哪幾部分構(gòu)成的，它們的形成機理如何？鑄件的典型凝固組織為：表面細等軸晶區(qū)、中間柱狀晶區(qū)、內(nèi)部等軸晶區(qū)。表面細等軸晶的形成機理：非均質(zhì)形核和大量游離晶粒提供了表面細等軸晶區(qū)的 晶核，型壁附近產(chǎn)生較大過冷而大量生核，這些晶核迅速長大并且互相接觸，從而 形成無方向性的表面細等軸晶

25、區(qū)。中間柱狀晶的形成機理： 柱狀晶主要從表面細等軸晶區(qū)形成并發(fā)展而來，穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成處在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，便 轉(zhuǎn)而以枝晶狀延伸生長。由于擇優(yōu)生長，在逐漸淘汰掉取向不利的晶體過程中發(fā)展 成柱狀晶組織。內(nèi)部等軸晶的形成是由于剩余熔體內(nèi)部晶核自由生長的結(jié)果。32、試分析影響鑄件宏觀凝固組織的因素，列舉獲得細等軸晶的常用方法。影響鑄件宏觀凝固組織的因素：液態(tài)金屬的成分、鑄型的性質(zhì)、澆注條件、冷卻條件。獲得細等軸晶的常用方法：1、向熔體中加入強生核劑?？刂茲沧l件：（1）采用較低的澆注溫度；（2）采用合適的澆注工藝。3、鑄型性質(zhì)和鑄件結(jié)構(gòu)：（1）采用金屬型鑄造；（

26、2）減小液態(tài)金屬與鑄型表面的潤濕角；第8頁共19頁（ 3 ）提高鑄型表面粗糙度。4 、動態(tài)下結(jié)晶細化等軸晶：振動、攪拌、鑄型旋轉(zhuǎn)等方法。33 、 說明焊接定義，焊接的物理本質(zhì)是什么？采取哪些工藝措施可以實現(xiàn)焊接？焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使被焊金屬的材質(zhì)達到原間結(jié)合而形成永久性連接的工藝過程。 焊接的物理本質(zhì)： 使兩個獨立的工件實現(xiàn)了原子間的結(jié)合，對金屬而言，實現(xiàn)了金屬鍵的結(jié)合。焊接工藝措施有兩種：加熱和加壓。34 、 如何控制焊縫金屬的組織和性能？控制焊縫金屬組織和性能的措施有：（1） 焊縫合金化和變質(zhì)處理。采取固溶強化、細晶強化、彌散強化、相變強化等措施保證焊

27、縫金屬焊態(tài)強度與韌性。加入少量鈦、硼、鋯、稀土元素等變質(zhì)處理，可以細化焊縫組織，提高韌性。（2） 工藝措施：調(diào)整焊接方法例如振動結(jié)晶、焊后熱處理等措施提高焊縫性能。35 、 何為定向凝固？主要方法有幾種？定向凝固技術(shù)主要有以下幾種：（ 1）發(fā)熱劑法；（ 2 ）功率降低法；（ 3 ）快速凝固法； （ 4 ）液態(tài)金屬冷卻法。36 、 簡述焊接熔池的凝固組織形態(tài)，并分析結(jié)晶速度、溫度梯度和溶質(zhì)濃度 對 組織形態(tài)的影響。焊縫的晶體形態(tài)主要是柱狀晶和少量的等軸晶。每個柱狀晶內(nèi)還可能有不同的結(jié)晶形態(tài)，如平面晶、胞狀晶和樹枝晶等。等軸晶內(nèi)一般都呈現(xiàn)為樹枝晶。焊縫金屬中晶體的不同形態(tài)，與焊接熔池的凝固過程密切

28、相關(guān)。焊縫邊界處，界面附近的溶質(zhì)富聚程度較小，由于溫度梯度大，結(jié)晶速度小，成分過冷接近于零，有利于平面晶的生長。當結(jié)晶速度和溫度梯度一定時, 隨合金中溶質(zhì)濃度的提高，則過冷度增加，從而使結(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罹?、胞狀樹枝晶、樹枝狀晶、等軸晶。當合金中溶質(zhì)濃度一定時，結(jié)晶速度越快，成分過冷度越大，結(jié)晶形態(tài)也可由平面晶變?yōu)榘麪罹А麪顦渲?、樹枝狀晶、等軸晶。當溶質(zhì)濃度和結(jié)晶速度一定時，隨液相溫度梯度的提高，成分過冷度減小，結(jié)晶形態(tài)的演變則剛好相反。37 、 試述影響焊接熱裂紋的形成因素及防止措施。熱裂紋具有高溫斷裂的性質(zhì)。熱裂紋有凝固（結(jié)晶）裂紋、液化裂紋、高溫失延裂紋等類型。焊接熱裂紋可出現(xiàn)

29、在焊縫，也可出現(xiàn)在近縫區(qū)或多層焊焊道間的HAZ。影響熱裂紋的因素主要有：1） 冶金因素化學成分的影響：合金元素影響凝固溫度區(qū)的大小及合金在脆性溫度區(qū)中的塑性。隨著合金元素的增加，凝固溫度區(qū)增大，同時脆性溫度區(qū)增大，凝固裂紋的傾向增大。雜質(zhì)元素的偏析及偏析產(chǎn)物的形態(tài)對熱裂紋也有一定影響。如S、 P 在鋼中能形成低熔共晶，即使微量存在，也會使凝固溫度區(qū)在為增加。2） 凝固（結(jié)晶）組織形態(tài)對熱裂紋的影響：對于奧氏體鋼，凝固后晶粒的大小、形態(tài)和方向、析出的初生相等對抗裂性有較大影響。晶粒越粗大，方 向性越明顯，則產(chǎn)生熱裂紋的敏感性越大。3） 工藝參數(shù)的影響：在焊接工藝中應(yīng)盡量減少有害元素的偏析及降低應(yīng)

30、變增長率。在焊接中、高碳鋼以及異種金屬焊接時，為減少母材中的有害元素進入焊疑縫，應(yīng)盡量減小熔合比。不同接頭形式對裂紋傾向有不同影響，表面堆焊和熔深較淺的對接縫的抗裂性較高。 熔深大的對接和各種角接焊縫的抗裂性較 差。防止措施：主要是控制成分和調(diào)整工藝。1） 焊縫成分的控制：選擇合適的焊接材料，限制有害的雜質(zhì)，嚴格控制S、 P 的含量。2） 調(diào)整工藝：限制過熱，采用小的焊接電流和小的焊接速度；控制成形系數(shù)；減小熔合比；減小拘束度。38 、 以低碳鋼為例，試述焊接熱影響區(qū)的組織與性能的變化。按最高溫度范圍及組織變化，將HAZ分為四個區(qū)：熔合區(qū)：焊縫與母材相鄰的部位，最高溫度處于固相線與液相線之間。

31、由于晶界與晶內(nèi)局部熔化，成分與組織不均勻分布，過熱嚴重，塑性差，是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。過熱區(qū)：溫度范圍處于固相線到1100。由于加熱溫度高，奧氏體晶粒過熱，晶粒嚴重長大。也稱粗晶區(qū)。焊后冷卻時，奧氏體相產(chǎn)物也因晶粒粗化使塑性、韌性下降。冷卻速度較慢時，還會出現(xiàn)魏氏體。相變重結(jié)晶區(qū)（正火區(qū)）：母材已完全奧氏體化，處于1100cAc3之間。由于稀奧氏晶粒細小，空冷后得到晶粒細小而均勻的珠光體和鐵素體。塑性材和韌性好。不完全重結(jié)晶區(qū)：溫度范圍在Ac1Ac3,部分母材組織發(fā)生相變重結(jié)晶，奧氏體晶粒細小， 冷卻后轉(zhuǎn)變得到細小的F+P； 而未奧氏體化的晶粒受熱長大， 使該區(qū)晶粒大小、 組織分布不均勻。四、

32、綜合題1、甲、乙兩廠生產(chǎn)同一種零件.均選用45鋼，硬度要求220250HBs甲廠采用正火，乙廠采用調(diào)質(zhì)處理，均能達到硬度要求，試分析甲、乙兩廠產(chǎn)品的組織和性能差別。 （樣題）39 、 通常條件下，都盡可能使鑄件獲得細小的等軸晶組織，請問：（ 1 ）細小的等軸晶組織對于減少凝固缺陷、提高力學性能有何重要意義？（ 2 ）通過哪些實際措施可以使鑄件獲得細小的等軸晶組織？答：（ 1 ） 細小的等軸晶組織可以使材料具有較高的強度和良好的塑性、韌性。 除此之外， 如果合金的凝固組織是均勻細小的等軸晶，那么凝固過程中的雜質(zhì)元素與溶質(zhì)元素偏析的傾向都可以得到有效 的抑制，從而可以減少由于偏析所產(chǎn)生的氣孔、夾雜

33、、熱裂紋等凝固缺陷，并提高其化學成分、 組織與力學性能的均勻性。（ 2 ） 獲得細小的等軸晶組織的途徑在于強化熔體獨立生核， 促進晶粒游離， 具體有以下三個方面措施：1 ） 合理地控制澆注工藝和冷卻條件通過控制澆注方式來促進游離晶的形成， 通過控制澆注溫度減少游第 11 頁 共 19 頁離晶的重熔消失；通過對鑄型冷卻條件的合理控制或采用懸浮鑄造法獲得小的溫度梯度和高的冷卻速度，從而形成寬的凝固區(qū)域和大的過冷，促進熔體生核和晶粒游離。2 ） 孕育處理在澆注之前或澆注過程中向液態(tài)金屬中添加少量孕育劑或變質(zhì)劑以促進非均質(zhì)形核與枝晶熔斷，達到細化晶粒、改善宏觀組織目的。3 ）動力學細化采用機械力或電磁

34、力引起固相和液相的相對運動，導致枝晶的破碎或與鑄型分離，在液相中大量形核， 達到細化晶粒的目的。常用的動力學細化方法有鑄型振動、超聲波振動、液相攪拌和流變鑄造等。3、從“型壁晶粒脫落、游離及增殖”觀點分析鑄件內(nèi)部等軸晶的形成機理。簡述三種促進及細化等軸 晶的工藝措施及其作用機制。答：純金屬晶粒不易從型壁脫落。而液態(tài)合金中存在溶質(zhì)再分配，型壁處激冷晶區(qū)中某些晶粒形成“脖頸”，由于澆注過程中液流的沖刷作用，使“脖頸”折斷發(fā)生晶體脫落，從而形成游離的晶粒，在液流沖刷、對流作用下自型壁處向型腔內(nèi)部液態(tài)金屬游離，成為內(nèi)部等軸晶形核的基底。游離過程中，在低 溫區(qū)域晶粒生長，在高溫區(qū)域晶?？赡苤厝?。晶體游離

35、過程也可能產(chǎn)生脖頸發(fā)生根部熔斷，由一個等軸晶變?yōu)閹讉€等軸晶，發(fā)生增殖。細化等軸晶的措施：凡強化晶體生核，促進晶粒游離、增殖的措施均可細化晶粒，例如：1） 合理的澆注工藝和冷卻條件?？刂戚^低的合適澆注溫度，可防止晶核的重熔消失；改變澆注方式 加強對流時對型壁激冷晶的沖刷作用可促進晶粒游離，細化晶粒。2）孕育處理：在澆注前或澆注過程中向液態(tài)金屬中加入少量孕育劑，從而提供非均質(zhì)形核質(zhì)點，達 到獲得細化晶粒，改善宏觀組織的目的。3） 動力學細化：采用機械震動或電磁震動，導致固相與液相的相對運動，使枝晶破碎或與鑄型分離。常用方法：鑄型震動，超聲波振動，液相攪拌，流變鑄造。4、推導希爾（Scheil）公式

36、（固相無擴散而液相充分混合均勻的溶質(zhì)再分配），必要時畫出該條件下成 分與離開固-液界面前沿距離關(guān)系圖。答：設(shè)試樣從一端開始凝固。開始時T=Tl, Cs= KoG, Q=Q。降至T*時，固放界面上固相成分 Cs、 . . . .一 * . 、 、一. 、.一 . . 一 . .一、 ,一與液相成分Cl平衡，由于固相中無擴散，成分沿斜線由KoCO逐漸上升（固相先后凝固各部分成分不同）；而放相因完全混合，平均成分 Cl CL ,這種情況下* * cC(Cl cS)dfs (1 fs)dCL,即(3 cS)dfs (1 fs)d()K0K0*于是有-d-s-dCs * ,積分得 ln(l fs) nC

37、S ln A1 fs (1 Ko)Cs(1 Ko)lnA(1 fs)lnCSlnCS(1 Ko)(Ko 1)ln A(1fs)(Ko 1) lnCS第15頁共19頁A(1 fs)(K0 1)CSfs=0 時，CSKoCo所以 AKoCocS KoCo(1 fs)(Ko 1)CL KofL(Ko 1)(Scheil 公式)5、不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)由哪幾部分構(gòu)成？分別敘述各區(qū)域在焊接熱循環(huán)中的加熱溫度區(qū)間及組織轉(zhuǎn)變特點。（不要求畫圖）答：不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)由：熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)（相變重結(jié)晶區(qū)）和不完全重結(jié)晶區(qū)組成。（3分）熔合區(qū)：焊縫與母材之間的過渡區(qū)域，常稱為熔合區(qū)（亦稱半熔化區(qū)約 1

38、500c左右），熔合區(qū)最大的特征是具有明顯的化學成分不均勻性，從而引起組織、性能上的不均勻性，所以對焊接接頭的強度、韌性都有很大的影響。（3分）過熱區(qū)：加熱溫度在固相線以下到晶粒開始急劇長大溫度（約為1100c左右）范圍內(nèi)的區(qū)域叫過熱區(qū)。由于金屬處于過熱的狀態(tài)，奧氏體晶粒發(fā)生嚴重的粗化，冷卻之后便得到粗大的組織。 并極易出現(xiàn)脆性的魏氏組織。故該區(qū)的塑性、韌性較差。（3分）正火區(qū)：該區(qū)的母材金屬被加熱到AC3至1100 c左右溫度范圍，其中鐵素體和珠光體將發(fā)生重結(jié)晶，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。形成的奧氏體晶粒尺寸小于原鐵素體和珠光體，然后在空氣中冷卻就會得到均勻而細小的珠光體和鐵素體，相當于熱處理時的正

39、火組織，故亦稱正火區(qū)。（3分）不完全重結(jié)晶區(qū)：焊接時處于 AC1AC3之間范圍內(nèi)的熱影響區(qū)屬于不完全重結(jié)晶區(qū)。因為處于AC1AC3范圍內(nèi)只有一部分組織發(fā)生了相變重結(jié)晶過程，成為晶粒細小的鐵素體和珠光體，而另一部分是始終未能溶入奧氏體的剩余鐵素體，由于未經(jīng)重結(jié)晶仍保留粗大晶粒。所以此區(qū)特點是晶粒大小不一，組織不均勻，因此力學性能也不均勻。（3分）6、下圖是導柱式簡單落料模，請選擇1-10所指零件名稱，并說明其功能。（可選項：模柄；凹模；上模板；導柱；凸模固定板；擋料銷；下模板；導套；凸模；剛性卸料板）7、（1）畫出焊接溫度場研究的三種焊件尺寸和三種熱源的形式，并說明起特征。答：假定焊件的尺寸形狀

40、概括為三種典型，如圖所示。1）半無限大物體（圖 a）厚板表面堆焊可視為此種情況；« >C)用34焊件及熱源形式半無限大物體，點狀熱源 b）無限大薄板，線狀熱湖 C）無限大長桿，身狀按源b,無限大薄板圖35b）二F 個方向?qū)釤o限，薄板對接焊接屬于此種情況：口 無限長細卜（國35c）；只行在了一個方向?qū)釤o限，制筋類條棒狀端面焊接屬十此 種情況.2）假定焊接熱湖律視為力用于做元體上的集中熱源,對應(yīng)于焊件形式，假定有三種 賬型熱源：山點狀熱源；作用在半無限人物體中的三雉特熱的熱源（圖3-5G, 7 = / （j.he 工）b線狀熱源工作川在無限大薄板中的二維斤常的熱源圖3-5b）,

41、 U 九t）c.面狀熱源；作用在無限細長桿棒件中的一半導熱的熱源（圖£5cl T=f （xt（）o（2）試畫出鑄件在絕熱鑄型中、金屬一鑄型界面熱阻為主的金屬型中和厚壁金屬型中的凝固的凝固分布圖，并說明之。答、1）鑄件在絕熱鑄型中凝固砂型、石膏型、陶瓷型、熔模鑄造等鑄型材料的熱擴散系數(shù)遠小于凝固金屬的熱導率，可統(tǒng)稱為絕熱鑄型。因此，在凝固傳熱中，金屬鑄件的溫度梯度比鑄型中的溫度梯度小得多。相對而言，金屬中的溫度梯度可忽略不計。在這種情況下，鑄件和鑄型的溫度分布如圖所示。 可以認為，在整個傳熱過程中， 鑄件斷面的溫度分布 是均勻的，鑄型內(nèi)表面的溫度接近鑄件的溫度。如果鑄型足夠厚，由于鑄型

42、的導熱性很差，鑄型的外表面仍然保持為初始溫度 T0o圖3.14絕熱鑄型燃固溫度分布2）金屬一鑄型界面熱阻為主的金屬型中凝固較薄的鑄件在工作表面涂有涂料的金屬型中鑄造時，就屬于這種情況。金屬一鑄型界面處的熱阻較鑄件和鑄型中的熱阻大得多，這時，凝固金屬和鑄型中的溫度梯度可以忽略不計，即認為溫度分布是均勻的，熱擴散過程取決于涂層的熱物理性質(zhì)。若金屬是無過熱澆注，則界面處鑄件的溫度就等于金屬的凝固溫度，鑄型的溫度保持為T0,如圖所示。凝固層tI圖3-15以界而熱阻為主的溫度分析3）厚壁金屬型中的凝固當金屬型的涂料層很薄時，厚壁金屬型中凝固金屬和鑄型的熱阻都不可忽略，因而都存在明顯的溫度梯度。由于此時金

43、屬一鑄型界面的熱阻相對很小，可以忽略不計，則鑄型內(nèi)表面和鑄件表面溫度相同。可以認為，厚壁金屬型中凝固熱擴散為兩個相連接的半無限大物體的熱擴散，整個系統(tǒng)的熱擴散過程取決于鑄件和鑄型的熱物理性質(zhì)，其溫度分布如圖所示。五、計算題1、對于Oxyz直角坐標系，已知受力物體內(nèi)一點的應(yīng)力張量為求出該點的主應(yīng)力、主切應(yīng)力、最大切應(yīng)力、等效應(yīng)力、應(yīng)力偏張量及應(yīng)力球張量 解：主應(yīng)力的特征方程為505050 =05052255505100所以：110；20；351310 ( 5)221212100 L2305 5 ；23 22227.552，131052231 25、. 7 13.235/300所以：球應(yīng)力張量為

44、05/30005/3偏應(yīng)力張量0520/30010/310/3ij ij m052、在直角坐標系中，一點的應(yīng)力狀態(tài)表不成張量的形式為5 0-5ij 0-5 0-5 0 5用應(yīng)力狀態(tài)特征方程求出該點的主應(yīng)力和主方向。 解：應(yīng)力張量不變量為JiJ2J 32 xy zy xzz)2 xyxy2xz2y xz2zy502y)第21頁共19頁代入應(yīng)力狀態(tài)特征方程，得3-5 2-50 =0 或(-10)( +5)=0解得110; 2=0; 35(5- )l-5n=0(-5- )m=0-51+(5- )n=0l2+m2+n2 = 1將應(yīng)力分量代入 P317式（14-10）,并與式（14-11）聯(lián)合寫成方程組為求主方向，可將