《材料成形原理》重點及答案

1、一、名詞解釋1 表面張力 表面上平行于表面切線方向且各方向大小相等的張力。表面張力是由于物體在表面上的質點受力不均勻所致。2粘度-表面上平行于表面切線方向且各方向大小相等的張力。或作用于液體表面的應力 T大小與垂直于該平面方向上的速度梯度 dvx/dvy 的比例系數(shù)。3 表面自由能 ( 表面能) 為產(chǎn)生新的單位面積表面時系統(tǒng)自由能的增量。4 液態(tài)金屬的充型能力液態(tài)金屬充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力，即液態(tài)金屬充填鑄型的能力。5 液態(tài)金屬的流動性是液態(tài)金屬的工藝性能之一，與金屬的成分、溫度、雜質含量及其物理性質有關。6 鑄型的蓄熱系數(shù)表示鑄型從液態(tài)金屬吸取并儲存在本身中熱量的能

2、力。7 不穩(wěn)定溫度場溫度場不僅在空間上變化，并且也隨時間變化的溫度場 穩(wěn)定溫度場不隨時間而變的溫度場(即溫度只是坐標的函數(shù)) ：8 溫度梯度 是指溫度隨距離的變化率?；蜓氐葴孛婊虻葴鼐€某法線方向的溫度變化率。9溶質平衡分配系數(shù)K0-特定溫度T*下固相合金成分濃度CS*與液相合金成分CL*達到平衡時的比值。10 均質形核和異質形核均質形核 (Homogeneous nucleation) ：形核前液相金屬或合金中無外來固相質點而從液相自身發(fā) 生形核的過程，亦稱“自發(fā)形核”。非均質形核 (Hetergeneous nucleation) ：依靠外來質點或型壁界面提供的襯底進行生核過程， 亦稱 “異

3、質形核 ”。11、粗糙界面和光滑界面從原子尺度上來看，固液界面固相一側的點陣位置只有50左右被固相原子所占據(jù)，從而形成一個坑坑洼洼凹凸不平的界面層。粗糙界面在有些文獻中也稱為 “非小晶面”。光滑界面 從原子尺度上來看，固液界面固相一側的點陣位置幾乎全部為固相原子占滿，只留下少數(shù)空位或臺階，從而形 成整體上平整光滑的界面結構。也稱為 “小晶面”或“小平面”。12 “成分過冷 ”與“熱過冷 ”液態(tài)合金在凝固過程中溶質再分配引起固液界面前沿的溶質富集，導致界面前沿熔體液相線的 改變而可能產(chǎn)生所謂的 “成分過冷 ”。這種僅由熔體存在的負溫度梯度所造成的過冷，習慣上稱為 “熱過冷 ”。13 內生生長和外

4、生生長晶體自型壁生核，然后由外向內單向延伸的生長方式，稱為 “外生生長 ”。 平面生長、胞狀生長和 柱狀枝晶生長皆屬于外生生長。等軸枝晶在熔體內部自由生長的方式則稱為 “內生生長 ”。14 枝晶間距指相鄰同次枝晶間的垂直距離。它是樹枝晶組織細化程度的表征。15 共生生長是指在共晶合金結晶時，后析出的相依附于領先相表面而析出，進而形成相互交疊的雙相晶核且具有共同的 生長界面，依靠溶質原子在界面前沿兩相間的橫向擴散，互相不斷地為相鄰的另一相提供生長所需的組元，彼此偶合的共同向前 生長。15 離異生長兩相的析出在時間上和空間上都是彼此分離的， 因而形成的組織沒有共生共晶的特征。 這種非共生生長的共晶

5、 結晶方式稱為離異生長，所形成的組織稱離異共晶。16 孕育與變質孕育主要是影響生核過程和促進晶粒游離以細化晶粒；而變質則是改變晶體的生長機理，從而影響晶體形貌。變質在改變共晶合金的非金屬相的結晶形貌上有著重要的應用，而在等軸晶組織的獲得和細化中采用的則是孕育方法。17 聯(lián)生結晶熔池邊界未熔母材晶粒表面，非自發(fā)形核就依附在這個表面，在較小的過冷度下以柱狀晶的形態(tài)向焊縫中心 生長，稱為聯(lián)生結晶 （也稱外延生長 ） 。18 擇優(yōu)生長那些主干取向與熱流方向平行的枝晶，較之取向不利的相鄰枝晶生長得更為迅速。它們優(yōu)先向內伸展并抑制 相鄰枝晶的生長。 在逐漸淘汰趨向不利的晶體過程中發(fā)展成柱狀晶組織。 這種互

6、相競爭淘汰的晶體生長過程稱為晶體的擇優(yōu)生長。19 快速凝固是指采用急冷技術或深過冷技術獲得很高的凝固前沿推進速率的凝固過程。20 氣體的溶解度 在一定溫度和壓力條件下，氣體溶入金屬的飽和濃度。影響溶解度的主要因素是溫度及壓力、氣體的種 類和合金的成分。21 熔渣的堿度是熔渣中的堿性氧化物與酸性氧化物濃度的比值（分子理論）或液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度（或氧離子 的活度）（離子理論）。22、長渣和短渣熔渣的粘度隨溫度增高而急劇下降（快速）變化的渣稱之為短渣；反之為長渣。23 熔渣的氧化和還原能力是指熔渣向液態(tài)金屬中傳入氧（或從液態(tài)金屬中導出氧）的能力。24擴散脫氧-是在液態(tài)金屬與熔渣界面上進行的，

7、利用（ FeO與FeO能夠互相轉移，趨于平衡時符合分配定律的機理進 行脫氧。25沉淀脫氧-是指溶解于液態(tài)金屬中的脫氧劑直接和熔池中的FeO起作用，使其轉化為不溶于液態(tài)金屬的氧化物，并脫溶沉淀轉入熔渣中的一種脫氧方式。26真空脫氧-鋼液的熔化過程是在真空條件下進行，利用抽真空降低氣相中CO分壓來加強鋼液中碳的脫氧能力。27 偏析合金在凝固過程中發(fā)生的化學成分不均勻現(xiàn)象。28 微觀和宏觀偏析微觀偏析是指微小范圍（約一個晶粒范圍）內的化學成分不均勻現(xiàn)象，有晶界和晶內偏析之分。宏觀偏析是指宏觀尺寸上的偏析，包括：正常偏析、逆偏析、V形偏析和逆V形偏析、帶狀偏析與層狀偏析和重力偏析。29 氣孔因氣體分子

8、聚集而產(chǎn)生的孔洞。氣孔有析出性氣孔、反應性氣孔和侵入性氣孔之分。30、冷裂紋和熱裂紋金屬凝固冷卻至室溫附近發(fā)生的開裂現(xiàn)象稱之為冷裂紋；在固相線附近發(fā)生的裂紋稱之為熱裂紋。31 溶質再分配由于合金凝固過程中隨溫度的變化，固液界面前沿溶質富集并形成濃度梯度。所以，溶質必須在液、固兩 相重新分布，即所謂的 “溶質再分配 ”。32 熱流密度單位時間內通過單位面積的熱量。33 焊接通過加熱或加壓，或者兩者并用，用或不用填充材料，使兩個分離的工件 （ 同種或異種金屬或非金屬，也可以是金 屬與非金屬 ）產(chǎn)生原子 （分子）間結合而形成永久性連接的工藝工程。34 熱影響區(qū)焊接過程中，焊縫周圍未熔化的母材在加熱和

9、冷卻過程中，發(fā)生顯微組織和力學性能變化的區(qū)域。該區(qū)主要發(fā) 生物理冶金過程。35焊接線能量E單位長度上的焊接熱輸入量，E = IU/v36 焊接的合金化把需要的合金元素加入到金屬中去的過程。合金化的目的：首先，補償在高溫下金屬由于蒸發(fā)或氧化造 成的損失；其次是為了消除缺陷，改善焊縫金屬的組織與性能，或為了獲得具有特殊性能的堆焊金屬。37合金化的過渡系數(shù)-表征合金元素利用率高低的參數(shù)。n等于它在熔敷金屬中的實際含量與它的原始含量之比?；蛘邌挝婚L度焊條中藥皮重量與焊芯重量之比。38 熔合比焊縫中局部熔化母材所占比例39 內力在外力作用下，變形體內各質點就會產(chǎn)生相互作用的力。40 內應力 沒有外力的作

10、用條件下，平衡物體內部的應力。41 焊接瞬時應力 在焊接加熱冷卻過程中某一瞬時中存在的應力。42 焊接殘余應力 焊件完全冷卻、溫度均勻化后殘留于焊件中的應力。43 焊接變形在焊接過程中，由于不均勻加熱和冷卻收縮，勢必使構件產(chǎn)生局部鼓曲、 歪曲、彎曲或扭轉等。焊接變形的 基本形式有縱、橫向收縮，角變形，彎曲變形，扭曲變形和波浪形等。實際的焊接變形常常是幾種變形的組合。44 裂紋在應力與致脆因素的共同作用下，使材料的原子結合遭到破壞，在形成新界面時產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋。45 塑性指金屬材料在外力作用下發(fā)生變形而不破壞其完整性的能力。46 熱塑性變形金屬在再結晶溫度以上的變形。47、張量由若干個當量坐

11、標系改變時滿足轉換關系的所有分量的集合。48 塑性指固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不被破壞其完整性的能力。49 簡單加載是指在加載過程中各應力分量按同一比例增加，應力主軸方向固定不變。50、應力球張量也稱靜水應力狀態(tài)，不能使物體產(chǎn)生形狀變化，而只能產(chǎn)生體積變化，即不能使物體產(chǎn)生塑性變形。51、加工硬化隨著變形程度的增加， （位錯運動所受到的阻力增大） ，金屬的強度和硬度增加，而塑性和韌性下降，即產(chǎn)生 了加工硬化。52、應變速率單位時間內的應變，又稱變形速度。53、滑移晶體在外力的作用下，其一部分沿著一定的晶面和該晶面上的一定晶向，相對于另一部分產(chǎn)生的相對移動。54、主切應力平面一般把切應力

12、有極值的平面稱為主切應力平面55、平面應變狀態(tài)如果物體內所有質點都只在同一個坐標平面內發(fā)生變形，而在該平面的法線方向沒有變形，這種變形稱 為平面變形。56、附加應力由于變形體各部分之間的不均勻變形受到整體性的限制，在各部分之間必將產(chǎn)生相互平衡的應力，該應力叫 附加應力。二、簡答題1實際液態(tài)金屬的結構實際金屬和合金的液體由大量時聚時散、此起彼伏游動著的原子團簇、空穴所組成，同時也含有各種固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)雜質 或化合物，而且還表現(xiàn)出能量、結構及濃度三種起伏特征，其結構相當復雜。2液態(tài)金屬表面張力的影響因素1） 表面張力與原子間作用力的關系：原子間結合力uOTt表面內能T乍表面自由能T乍表面張力T2

13、） 表面張力與原子體積（S3）成反比，與價電子數(shù)Z成正比3）表面張力與溫度：隨溫度升高而下降4） 合金元素或微量雜質元素對表面張力的影響。向系統(tǒng)中加入削弱原子間結合力的組元，會使uO減小，使表面內能和表面 張力降低。3簡述大平板鑄件凝固時間計算的平方根定律t”K2,即金屬凝固時間與凝固層厚度的平方成正比。K為凝固系數(shù)，可由試驗測定。當凝固結束時，E為大平板厚度的一半。4鑄件凝固方式的分類（3分）根據(jù)固、液相區(qū)的寬度，可將凝固過程分為逐層凝固方式與體積凝固方式（或糊狀凝固方式）。當固液相區(qū)很窄時稱為逐層凝固方式，反之為體積凝固方式。固液相區(qū)寬度介于兩者之間的稱為中間凝固方式”。5簡述Jackso

14、n因子與界面結構的關系Jacks。n 因子a可視為固一液界面結構的判據(jù)：凡 a塞的物質，晶體表面有一半空缺位置時自由能降低，此時的固 一液 界面形態(tài)被稱為粗糙界面，大部分金屬屬于此類；凡屬 a>5的物質凝固時界面為光滑面，有機物及無機物屬于此類； a=25的物 質，常為多種方式的混合，Bi、Si、Sb等屬于此類。6試寫出 固相無擴散，液相只有有限擴散”條件下 成分過冷”的判據(jù)，并分析哪些條件有助于形成成分過冷”。G ElCo（1 Ko）固相無擴散，液相只有有限擴散”條件下 成分過冷”的判據(jù)：R DLKo下列條件有助于形成成分過冷”：（1）液相中溫度梯度GL小，即溫度場不陡。（2）晶體生長

15、速度快（R大）。（3）液相線斜率m大。 原始成分濃度C0高。（5）液相中溶質擴散系數(shù)DL低。（6）Ko<1時，?。?amp;>1時，Kd大。7寫出成分過冷判別式（在 固相無擴散，液相為有限擴散”條件下），討論溶質原始含量C0晶體生長速度R、界面前沿液相 中的溫度梯度GL對成分過冷程度的影響，并以圖示或文字描述它們對合金單相固溶體結晶形貌的影響。GL miC0 (1 K0)答：成分過冷判別式為：RK。；(1) 隨著C0增加，成分過冷程度增加；(2) 隨著R增加，成分過冷程度增加；(3) 隨著GL減小，成分過冷程度增加；如圖所示，當C0定時，GL減小，或R增加，晶體形貌由平面晶依次發(fā)展

16、為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等軸樹枝晶；而當 GL R一定時，隨C0的增加晶體形貌也同樣由平面晶依次發(fā)展為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等軸樹枝晶。8層片狀共晶的形核和長大方式形成具有兩相沿著徑向并排生長的球形共生界面雙相核心的雙相形核”領先相表面一旦出現(xiàn)第二相，則可通過這種彼此依附、交替生長的 搭橋”方式產(chǎn)生新的層片來構成所需的共生界面，而不需要每個層片重新生核。9.鑄件的凝固組織可分為幾類，它們分別描述鑄件凝固組織的那些特點？鑄件的凝固組織可分為宏觀和微觀兩方面。宏觀組織主要是指鑄態(tài)晶粒的形狀、尺寸、取向和分布情況；微觀組織主要描述 晶粒內部的結構形態(tài)，如樹枝晶、胞狀晶等亞結構組織等。影響液態(tài)充型

17、能力的因素(1) 金屬性質方面的因素一如合金的化學成分、比熱容、熱導率、粘度、雜質及氣體含量等。(2) 鑄型性質方便的因素一鑄型的阻力、蓄熱系數(shù)等。(3) 澆注條件及鑄件結構因素一澆注溫度、澆注系統(tǒng)、靜壓頭壓力。逐漸結構越復雜、厚薄過渡面越多，則型腔結構越復雜， 流動阻力越大，液態(tài)金屬充型能力就越差。11防止氣孔產(chǎn)生的措施a. 減少氫的來源?；瘜W方法或機械辦法清理焊絲或工件表面氧化膜。b. 合理選擇規(guī)范參數(shù)。鎢極氬弧焊選較大焊接電流和較快焊速。熔化極氣體保護焊時選較低焊速并提高焊接線能量有利于減少氣孔。c. 采用氬氣中加少量CO2或 02的熔化極混合氣體保護焊。d. 對厚的工件適當預熱。12夾

18、雜物對金屬性能的影響夾雜物破壞了金屬的連續(xù)性，使強度和塑性下降；尖角形夾雜物易引起應力集中，顯著降低沖擊韌性和疲勞強度；易熔夾雜物分布于晶界，不僅降低強度且能引起熱裂；促進氣孔的形成，既能吸附氣體，又促使氣泡形核；在某些情況下，也可利用夾雜物改善金屬的某些性能，如提高材料的硬度、增加耐磨性以及細化金屬組織等。13.常見焊縫中的夾雜物有幾類，它們會對焊縫產(chǎn)生哪些危害？ （6分）答：（1）氧化物夾雜。主要降低焊縫金屬的韌性。（2）氮化物夾雜。在時效過程中以針狀分布在晶粒上或穿過晶界，使焊縫金屬的塑性、韌性急劇下降。（3） 硫化物夾雜。硫從過飽和固溶體中析出，形成硫化物夾雜，以MnS和FeS形式存在

19、于焊縫中。FeS沿晶界析出與FeO 形成低熔點共晶，增加熱裂紋生成的敏感性。14試比較縮孔與縮松的形成機理縮松一結晶溫度范圍較寬的合金，一般按照體積凝固的方式凝固，凝固區(qū)內的小晶體很容易發(fā)展成為發(fā)達的樹枝晶。當固相 達到一定數(shù)量形成晶體骨架時，尚未凝固的液態(tài)金屬便被分割成一個個互不相通的小熔池。在隨后的冷卻過程中，小熔池內的液 體將發(fā)生液態(tài)收縮和凝固收縮，已凝固的金屬則發(fā)生固態(tài)收縮。由于熔池金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮之和大于其固態(tài)收縮，兩者 之差引起的細小孔洞又得不到外部液體的補充，便在相應部位形成了分散性的細小縮孔，即縮松?？s孔-純金屬、共晶成分合金和結晶溫度范圍窄的合金，在一般鑄造條件下按由

20、表及里逐層凝固的方式凝固。由于金屬或合 金在冷卻過程中發(fā)生的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮，從而在鑄件最后凝固的部位形成尺寸較大的集中縮孔。15.簡述凝固裂紋的形成機理及防止措施。金屬在凝固過程中要經(jīng)歷液-固狀態(tài)和固-液狀態(tài)兩個階段，在溫度較高的液-固階段，晶體數(shù)量較少，相鄰晶體間不發(fā)生接觸，液態(tài)金屬可在晶體間自由流動，此時金屬的變形主要由液體承擔，已凝固的晶體只作少量的相互位移，其形狀基本不變。 隨著溫度的降低，晶體不斷增多且不斷長大。進入固-液階段后，多數(shù)液態(tài)金屬已凝固成晶體，此時塑性變形的基本特點是晶體間的相互移動，晶體本身也會發(fā)生一些變形。當晶體交替長合構成枝晶骨架時，殘留的少量液體尤

21、其是低熔共晶，便以薄膜形式 存在于晶體之間，且難以自由流動。由于液態(tài)薄膜抗變形阻力小，形變將集中于液膜所在的晶間，使之成為薄弱環(huán)節(jié)。此時若存 在足夠大的拉伸應力，則在晶體發(fā)生塑性變形之前，液膜所在晶界就會優(yōu)先開裂，最終形成凝固裂紋。可從冶金和工藝兩個方面采取措施，防止熱裂紋的產(chǎn)生。（一）冶金措施1 限制有害雜質；2.微合金化和變質處理；3改進鑄鋼的脫氧工藝，提高脫氧效果，以減少晶界的氧化物夾雜，達到減少熱裂傾向之目的； 4改善金屬組織； 5利用 “愈合”作用。（二）工藝措施1焊接工藝措施； 2鑄造工藝措施。16 冷裂紋的分類及其影響冷裂紋形成的因素延遲裂紋-這類裂紋是在氫、鋼材淬硬組織和拘束應

22、力的共同作用下產(chǎn)生的，形成溫度一般在Ms以下200 C至室溫范圍,由于氫的作用而具有明顯的延遲特征，故又稱為氫致裂紋。裂紋的產(chǎn)生存在著潛伏期（幾小時、幾天甚至更長）、緩慢擴展期和突然開裂三個連續(xù)過程。由于能量的釋放，?？陕牭捷^清晰的開裂聲音（可用聲發(fā)射儀來監(jiān)測） ，常發(fā)生在剛性較大的低碳鋼、 低合金鋼的焊接結構中。淬硬脆化裂紋某些淬硬傾向大的鋼種，熱加工后冷卻到 Ms 至室溫時，因發(fā)生馬氏體相變而脆化，在拘束應力作用下即可 產(chǎn)生開裂。這種裂紋又稱為淬火裂紋，其產(chǎn)生與氫的關系不大，基本無延遲現(xiàn)象，成形加工后常立即出現(xiàn)。這類裂紋常出現(xiàn)在具 有強烈淬硬傾向的高（中）碳鋼、高強度合金鋼、工具鋼的焊件中

23、。低塑性脆化裂紋它是某些低塑性材料冷卻到較低溫度時，由于體積收縮所引起的應變超過了材料本身所具有的塑性儲備量 時所產(chǎn)生的裂紋。這種裂紋通常也無延遲現(xiàn)象，常發(fā)生在鑄鐵或硬質合金構件的成形加工中。如灰口鑄鐵在400C以下基本無塑性，焊接裂紋傾向很大。影響因素擴散氫的含量與分布、鋼材的淬硬傾向和拘束應力狀態(tài) 。 17共晶凝固過程中的共生生長與離異生長（ 4 分） 答：共生生長：共晶結晶時，后析出的相依附于領先析出的相表面析出，兩相具有共同的生長界面，依靠溶質原子在界面前 沿的橫向擴散，彼此偶合地共同向前生長。離異生長：共晶兩相的析出在時間上和空間上是彼此分離的，沒有共生共晶的特征。18. 集中縮孔的

24、形成機理（ 3 分）答：純金屬、 共晶和結晶溫度范圍窄的合金， 一般按由表及里的逐層凝固方式凝固， 當液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮時， 便會在最后凝固部位形成尺寸較大的集中縮孔。19 保證熔焊焊接接頭的措施：（1）選擇合適的母材；（2）選擇合適的焊材；（3）控制焊接熱過程，保證焊縫金屬達到成分和組織要求及焊接接頭的力學性能；（4）控制HAZ的組織轉變，使接頭滿足設計和使用要求；（5）控制使焊接接頭性能下降且在局部加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的成分偏析、夾雜、氣孔、裂紋、催化等缺陷。20 比較焊接溫度場和焊接熱循環(huán) 焊接熱循環(huán)在焊接熱源的作用下，焊件上某點的溫度隨時間的變化過程稱為焊接熱循環(huán)。，但經(jīng)過

25、一段時間后，達到準穩(wěn)焊接溫度場移動熱源焊接過程中，焊件上各點溫度隨時間及空間而變化(不穩(wěn)定溫度場) 定狀態(tài)(移動熱源周圍的溫度場不隨時間改變) 。21 表征焊接熱循環(huán)的參數(shù)分別是哪幾個加入速度®H、最高加熱溫度Tmax相變溫度以上停留的時間tH和冷卻速度wc。22. 焊接過程的特殊性(以低合金鋼為例) ：1 加熱溫度高，在熔合線附近溫度可達 13501400 C ;(2) 加熱速度快，加熱速度比熱處理時快幾十倍甚至幾百倍(3) 高溫停留時間短，在 AC3以上保溫的時間很短(一般手工電弧焊約為420s,埋弧焊時30100s)(4) 自然條件下連續(xù)冷卻， (個別情況下進行焊后保溫緩冷)

26、；(5) 加熱的局部性和移動性；(6) 在應力狀態(tài)下進行組織轉變。23影響HAZ硬度的因素有那兩個(1) 母材的脆硬傾向是內因，即化學成分。材料淬硬傾向的評價指標 碳當量( Carbon Equivalent )是反映鋼中化學成分對硬化程度的影響，它是把鋼中合金元素(包括碳)按其對淬硬(包括冷裂、脆化等)的影響程度折合成碳的相當含量。(2) HAZ 的冷卻速度是外因，即焊接規(guī)范。24 比較粗晶脆化、組織轉變脆化、析出脆化和熱應變失效脆化 粗晶脆化在熱循環(huán)的作用下，熔合線附近和過熱區(qū)將發(fā)生晶粒粗化。粗化程度受鋼種的化學成分、組織狀態(tài)、加熱溫度和時間的影響。組織轉變脆化-焊接HAZ中由于出現(xiàn)脆硬組

27、織而產(chǎn)生的脆化稱之組織脆化。 析出脆化析出脆化的機理目前認為是由于析出物出現(xiàn)以后，阻礙了位錯運動，使塑性變形難以進行。 熱應變失效脆化產(chǎn)生應變時效脆化的原因 , 主要是由于應變引起位錯增殖，焊接熱循環(huán)時，碳、氮原子析集到這些位錯的 周圍形成所謂 Cottrell 氣團，對位錯產(chǎn)生釘扎和阻塞作用而使材料脆化。25 減少焊接殘余應力的措施(1) 熱處理法 一般將工件加熱到塑性狀態(tài)的溫度，并保溫一段時間，利用蠕變產(chǎn)生新的塑性變形，消除殘余應力。再緩冷， 使厚、薄部位的溫度均勻。(2) 機械法 如對壓力容器、 橋梁等采用加載辦法降低殘余應力。 原理是利用加載所產(chǎn)生的均勻拉伸應力與焊接應力相疊加， 使存

28、在于高拉伸應力區(qū)的應力值達到屈服強度值，迫使材料發(fā)生塑性變形，卸載后該區(qū)的殘余應力得以完全或部分消除。(3) 共振法一將焊件在共振條件下振動1015min,以達到消除焊接殘余應力的目的。該法的優(yōu)點：設備費用低，花費時間 少，易于操作，無氧化皮，不受工件大小尺寸的限制。不會因熱處理規(guī)范不當產(chǎn)生裂紋。26 焊接變形的基本形式(1) 收縮變形 (Contraction Deformation) 焊接整體尺寸的減小，包括焊縫的縱向和橫向收縮。(2) 角變形 (Angular Deformation) 焊縫截面上下不對稱或受熱不均勻時，焊縫因橫向上下收縮不一致，引起的變形。 V 形 坡口的對接接頭和角接

29、接頭易出現(xiàn)角變形。(3) 彎曲變形 (Curving Deformation) 焊縫在結構上不對稱分布，使得焊縫的縱向收縮不對稱，引起焊件向一側彎曲，形成 的變形。(4) 波浪變形 (Waviness Deformation) 焊接薄板結構時，焊接壓應力使薄板失穩(wěn)，引起不規(guī)則的變形。(5) 扭曲變形 (Twist Deformation) 焊縫的角變形沿焊縫長度方向分布不均勻和焊件縱向錯邊引起的，也是結構中焊縫布置 不對稱，或者焊接順序和施焊方向不合理有關。27 防止防止熱裂紋的措施 總原則，主要控制焊縫金屬成分和調整焊接參數(shù)。1 焊縫成分的控制(1) 選擇合適的焊接材料 對一定的母材選用不同

30、的焊接材料，可以得到不同成分的焊縫，在抗裂性上出現(xiàn)不同的差異。如 加入細化晶粒元素Mo V、Ti、Nb等可以提高抗烈性的常用辦法。(2) 限制有害的雜質 對于不同材料的焊縫，有害元素的雜質也不同。各種材料中，均必須嚴格控制P、 S 的含量。合金元素越高的材料，對P和S的限制要求越嚴格。2 調整焊接工藝 焊接工藝的影響主要有以下幾個方面：(1) 適宜的焊接參數(shù) 適當增加焊接電流、電壓提高焊接熱輸入和預熱溫度，可以減少焊縫金屬的應變速率，從而減低熱裂 紋的傾向。(2) 控制焊縫金屬成形系數(shù) 在不同的焊接方法和接頭形式的條件下，選用合適的成形系數(shù)。(3) 減少熔合比 減少熔合比，即減少母材對焊縫的稀

31、釋作用，包括焊縫中合金元素的稀釋，及母材中有害元素對焊縫的影 響。(4) 減少拘束度 選擇合理的焊接順序，盡可能讓大多數(shù)焊縫在較小的剛度下進行焊接，使焊縫的拘束應變減小。28 氫致裂紋的機理 可用氫的應力誘導擴散理論進行解釋該理論認為：金屬內部的晶格缺陷等缺陷提供了裂紋源，在缺陷前沿(即缺口處 )會形成應力集中的三向應力區(qū)。于是應力的誘導下，使氫向高應力區(qū)擴散，并發(fā)生聚集。當氫的濃度達到一定值時，將促使位錯移動或增殖。此時缺口尖端微區(qū)的塑性變形 量隨氫的濃度增加而增大。當氫的濃度達到臨界值時，便發(fā)生局部開裂現(xiàn)象，導致裂紋向前擴展；并在裂紋尖端形成新的三向應 力區(qū)，促使氫向新的三向應力區(qū)內擴散聚

32、集。此時裂紋暫停向前擴展，只有當裂紋尖端局部的氫濃度達到臨界值時，裂紋才能進 一步擴展。由此可見氫致裂紋的啟裂需要一段時間 (即潛伏期 )，而且裂紋的擴展是一個斷續(xù)的過程。裂紋停頓的時間正是氫再次 進行擴散和聚集，并達到臨界濃度所需的時間。29 熱塑性變形機理及其對金屬組織和性能的影響金屬熱塑性變形機理主要有以下幾種：晶內滑移，晶內孿生，晶界滑移，擴散蠕變。其中，晶內滑移是 最主要的行為方式。孿生多發(fā)生在高溫高速變形；晶界滑移和擴散蠕變只發(fā)生在高溫變形的時候。 熱塑性變形對金屬的組織和性能的影響主要表現(xiàn)在以下幾點：1改善晶粒組織2鍛合內部缺陷3形成纖維狀組織4改善碳化物和夾雜物分布5改善偏析3

33、0、簡述張量的基本性質(1) 張量不變量。張量的分量一定可以組成某些函數(shù) f (Pij ) ，這些函數(shù)值與坐標軸無關，它不隨坐標而改變，這樣的函數(shù)， 叫做張量不變量。二階張量存在三個獨立的不變量。(2) 張量可以疊加和分解。幾個同階張量各對應的分量之和或差定義為另一個同階張量。兩個相同的張量之差定義為零張量。(3) 張量可分為對稱張量、非對稱張量、反對稱張量。若張量具有性質 Pij= Pji ，就叫對稱張量；若張量具有性質 Pij= - Pji ， 且當i=j時對應的分量為0,則叫反對稱張量；如果張量 Pij護ji ,就叫非對稱張量。任意非對稱張量可以分解為一個對稱張量 和一個反對稱張量。(4

34、) 二階對稱張量存在三個主軸和三個主值。如果以主軸為坐標軸,則兩個下角標不同的分量均為零,只留下兩個下角標相 同的三個分量,叫作主值。31 變形連續(xù)方程的物理意義 表示：只有當應變分量之間滿足一定的關系時,物體變形后才是連續(xù)的。否則,變形后會出現(xiàn) “撕裂”或“重疊”,變形體的連續(xù)性遭到破壞。32 焊接熔池的凝固條件(1) 熔池金屬的體積小,冷卻速度快(2) 溫差大、過熱溫度高(3) 動態(tài)凝固過程(4) 液態(tài)金屬對流激烈33 氫對焊縫金屬的質量有何影響？( 6 分)(a) 氫脆。氫使鋼在室溫附近的塑性嚴重下降。(b) 白點(魚眼)。碳鋼或低合金鋼在拉伸或彎曲斷面上出現(xiàn)銀白色的圓形局部脆斷點。若產(chǎn)

35、生白點，則其塑性大大降 低。(c) 形成氣孔。形成析出性氫氣孔。(d) 冷裂紋。氫是促使產(chǎn)生冷裂紋的主要因素之一。三、計算題1在直角坐標系中，一點的應力狀態(tài)表示成張量的形式為5 0 -5ij 0 -5 0-5 0 5用應力狀態(tài)特征方程求出該點的主應力和主方向。 （8 分）解：應力張量不變量為J15xyzJ2222( x y z y x z) xyx2zz2y50J3xyz2 xy zy xz( zx2yxyz xy zy xz zxyy x2zx z2y)0y xzx zy代入應力狀態(tài)特征方程，得3-5 2-50 =0 或（ -10）（ +5）=0解得 1 10; 2=0; 3 5將應力分量代

36、入P317式（14-10），并與式（14-11）聯(lián)合寫成方程組(5- )l-5n=0 (-5- )m=0 -5l+(5- )n=02 2 2為求主方向，可將解得的三個主應力值分別代入上述方程組的前l(fā) +m +n =1三式中的任意兩式，并與第四式聯(lián)立求解，可求得三個主方向的方向余弦為對于1： h 1 2,m1 °小?/2對于 2： l212,m20也V.2對于 3： l3 0,m3 ”3 02試推導均質形核的臨界形核功。（7分） 均質晶核形成時，設晶核為球體，系統(tǒng)自由能變化引起）和阻礙相變的固一液界面能（由（LS引起）4 r G由兩部分組成，即作為相變驅動力的液一固體積自由能之差Vs3

37、 Vs4 r2 ls(1)式中，V為晶核體積；Vs為形核晶體的摩爾體積;A為晶核表面積。0即可:因為 GVH m T /Tm_G要求出臨界形核半徑r*（即r的最大值），只要 r2 lsVsGv2 LsVsTmHm T將式代入式，可得到均質形核的臨界形核功2163VsTm3 LSHm T3試推導非均質形核的臨界形核功。假設晶核在界面上形成球冠狀，達到平衡時則存在以下關系:ls cs cl COS式中，LS、 CS、CL分別為液相與基底、液相與晶核、晶核與基底間的界面張力；為潤濕角該系統(tǒng)吉布斯自由能的變化為6異=VcVG/Acs( cs ls)Acl cl Vc式中，VC為球冠的體積，即固態(tài)核心的體積;ACS為晶核與夾雜物間的界面面積；ACL為晶核與液相的界面面積。因此有:2Vc° (r sin ) d(r r cos3r (23coscos2 )ACL2o 2 r sin (rd )2 r (1 cos2 2 2Acs(rsin ) r sin