材料成形原理-試-卷(4)

1、試題一一、填空題1、液體原子的分布特征為 長(zhǎng)程 無(wú)序、短程 有序。實(shí)際液態(tài)金屬存在著能量、結(jié)構(gòu) 和成分三種起伏 。2、物質(zhì)表面張力的大小與其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力大小成 正 比，界面張力的大小與界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力大小成 反 比。衡量界面張力大小的標(biāo)志是潤(rùn)濕角的大小，潤(rùn)濕角越小，說(shuō)明界面能越 小 。非均質(zhì)形核過(guò)程，晶體與雜質(zhì)基底的潤(rùn)濕角越小，非均質(zhì)形核率越 大 ；硫等雜質(zhì)元素降低Fe液表面張力，所以 增大 凝固熱裂紋傾向。 3、合金的液相線溫度TL及固相線溫度TS之差越大，其澆注過(guò)程的充型能力越 差 ，凝固過(guò)程越傾向于體積凝固方式，縮松形成傾向越 大 ，熱裂傾向越 大 。 4、晶體連續(xù)生長(zhǎng)速度與動(dòng)力

2、學(xué)過(guò)冷度Tk成 正 比關(guān)系。過(guò)冷度較小時(shí)，晶體臺(tái)階方式生長(zhǎng)速度比連續(xù)生長(zhǎng)的 小 ，過(guò)冷度很大時(shí)，兩者速度相等。5、根據(jù)“成分過(guò)冷”的判據(jù)，固液界面處的溫度梯度GL越 小 ，合金原始成分C0越 大 ，平衡分配系數(shù)K0（K0<1情況下）越 小 ，則成分過(guò)冷傾向越大。 6、對(duì)于氣體在金屬中溶解為吸熱反應(yīng)的情況，氣體的溶解度隨溫度 降低 而降低。氫在Fe液中溶解度隨熔滴過(guò)渡頻率的增大而 降低 ，隨焊接氣氛氧化性的 增強(qiáng) 而降低。 7、根據(jù)熔渣粘度隨溫度變化速率，可將焊接熔渣分為“長(zhǎng)渣”與“短渣”?！?長(zhǎng) 渣”是指隨溫度升高而粘度下降速度緩慢的熔渣。堿性渣為“ 短 渣”，含SiO2多的酸性渣為“

3、長(zhǎng) 渣”。 8、熔煉鋼時(shí)，根據(jù)脫磷反應(yīng)原理，提高脫磷效率的原則是希望 低 溫、高堿度、 強(qiáng) 氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足夠的渣量。9、影響鋼焊縫冷裂紋的三大主要因素是 拘束應(yīng)力狀態(tài) 、 氫的含量及分布 以及鋼的淬硬傾向 。 10、鑄件產(chǎn)生集中性縮孔及分散性縮松的根本原因是金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮之和 大 于固態(tài)收縮，對(duì)產(chǎn)生集中性縮孔傾向大的合金，通常采用“順序 凝固”的工藝原則。 二、判斷題 請(qǐng)判斷以下各種說(shuō)法是否正確，正確的請(qǐng)?jiān)诶ㄌ?hào)中打“”，錯(cuò)誤的請(qǐng)打“×” 1、成分確定的合金，其鑄件斷面固液兩相區(qū)的寬度取決于鑄件斷面溫度梯度 。 2、“固相無(wú)擴(kuò)散，液相僅有有限擴(kuò)散”及“

4、液相部分混合（有對(duì)流作用）”的兩種溶質(zhì)再分配情況下，進(jìn)入穩(wěn)定階段的固相成分均為C0 × 。 3、在熔渣中含F(xiàn)eO相同的情況下，堿性渣比酸性渣對(duì)鋼液的氧化性大。因此，焊接鋼時(shí)，堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條的高 × 。 4、非小晶面一非小晶面共生共晶的片層距隨長(zhǎng)大速度R的增大而減小 。 5、凡Jakson因子a2物質(zhì)的晶體為光滑界面，因此，此類物質(zhì)在凝固過(guò)程中不可能產(chǎn)生胞狀晶及樹(shù)枝晶× 。 6、煉鋼過(guò)程中，氧化脫碳處理主要是降低碳含量，但是會(huì)增加鋼液的有害氣體及夾雜物 × 。 7、溫度升高，分配常數(shù)L值減小，F(xiàn)eO更容易向金屬中分配。因此，焊接時(shí)渣中的Fe

5、O主要是在熔滴階段和熔池前部高溫區(qū)向液態(tài)金屬中過(guò)渡的。在熔池尾部，隨著溫度的下降，液態(tài)金屬中過(guò)飽和的氧化鐵會(huì)向熔渣中擴(kuò)散 。 8、圓柱形零件由于斷面均勻，所以凝固以后冷卻到室溫不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力× 。 9、成分偏析及析出性氣孔的形成過(guò)程，均與成分再分配有關(guān) 。 10、焊前預(yù)熱、焊后后熱的根本作用在于，通過(guò)減小冷卻速度而降低淬硬組織形成傾向，從而達(dá)到消除冷裂的目的 × 。 三、簡(jiǎn)述題 1、闡述規(guī)則共晶共生生長(zhǎng)機(jī)制 答：共晶結(jié)晶時(shí)，后析出相依附于先析出相析出，進(jìn)而形成相互交疊的雙相晶核。兩相具有共同的生長(zhǎng)界面，依靠溶質(zhì)原子在兩相界面前沿的橫向擴(kuò)散，提供對(duì)方生長(zhǎng)所需組元，耦合著共同向

6、前生長(zhǎng)，即為共晶共生生長(zhǎng)。 2、內(nèi)生生長(zhǎng)與外生生長(zhǎng) 答：內(nèi)生生長(zhǎng)：在熔體內(nèi)部形核并自由生長(zhǎng)。是內(nèi)部等軸晶的生長(zhǎng)機(jī)制。 外生生長(zhǎng)：自型壁生核，由外向內(nèi)單向延伸的生長(zhǎng)方式。是產(chǎn)生胞狀、柱狀樹(shù)枝晶的生長(zhǎng)方式。 3、沉淀脫氧及其優(yōu)缺點(diǎn) 答：沉淀脫氧：脫氧劑直接加入液態(tài)金屬內(nèi)部與FeO起作用，生成不溶于液態(tài)金屬的氧化物，并轉(zhuǎn)入熔渣的脫氧方式。 優(yōu)點(diǎn)：脫氧速度快，脫氧徹底。 缺點(diǎn)：脫氧產(chǎn)物難以徹底清除，易于形成夾雜。 4、孕育處理及變質(zhì)處理的各自主要目的 答：孕育處理是通過(guò)促進(jìn)生核，促進(jìn)晶粒游離和增殖以達(dá)到細(xì)化晶粒目的；變質(zhì)處理是通過(guò)改變晶體生長(zhǎng)機(jī)理而達(dá)到改變晶體形貌的目的。 5、單相固溶體生長(zhǎng)形貌隨成分

7、過(guò)冷大小變化的規(guī)律 答：隨成分過(guò)冷的增大，單相固溶體由平面晶逐漸依次生長(zhǎng)成胞狀樹(shù)枝晶，柱狀樹(shù)枝晶和等軸樹(shù)枝晶?；颍撼煞诌^(guò)冷增大，使形貌從平面晶胞狀晶柱狀樹(shù)枝晶等軸樹(shù)枝晶。 四、問(wèn)答題 1、分述低碳鋼焊接熱影響區(qū)各區(qū)域的溫度區(qū)間、組織及性能特點(diǎn)。答：低碳鋼屬不易淬火鋼，其焊接熱影響區(qū)可分為熔合區(qū)，過(guò)熱區(qū)，相變重結(jié)晶區(qū)和不完全重結(jié)晶區(qū)。 1) 熔合區(qū)：溫度在固液相線之間，具有明顯的化學(xué)成分不均勻性，導(dǎo)致組織、性能不均勻，影響焊接接頭的強(qiáng)度、韌性，是焊熱影響區(qū)性能最差的區(qū)域。 2) 過(guò)熱區(qū)：溫度為從固相線到晶粒急劇生長(zhǎng)溫度（約1100）之間。因?yàn)榇嬖诤艽蟮倪^(guò)熱，該區(qū)奧氏體嚴(yán)重粗化，冷卻后得到粗大組織

8、，并且出現(xiàn)脆性的魏氏組織。因此，塑、韌性很差。 3) 相變重結(jié)晶區(qū)：溫度：從晶粒急劇生長(zhǎng)溫度（1100）到AC3。加熱過(guò)程中，鐵素體和珠光體全部發(fā)生重結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小奧氏體。冷卻后得到均勻細(xì)小的鐵素體和珠光體。組織，成分均勻，塑、韌性極好。類似于正火組織，亦稱“正火區(qū)”。是熱影響區(qū)中組織性能最佳的區(qū)域。 4) 不完全重結(jié)晶區(qū)：溫度：AC1AC3，在此溫度范圍內(nèi)，只有一部分鐵素體和珠光體發(fā)生了相變重結(jié)晶，冷卻形成了細(xì)小的鐵素體和珠光體；而另一部分為未轉(zhuǎn)變的原始鐵素體，因此，晶粒大小不一，形成的組織不均勻，導(dǎo)致力學(xué)性能不均勻。 2、說(shuō)明下圖中TB、min、的意義及其對(duì)熱裂紋的影響，并討論碳、錳對(duì)碳鋼

9、熱裂紋的影響規(guī)律。 答：TB：脆性溫度區(qū)間，材料易發(fā)生脆性斷裂的溫度區(qū)間。 min：脆性溫度區(qū)間內(nèi)金屬的最小塑性。/T：脆性溫度區(qū)間內(nèi)的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率。 TB越大，形成熱裂紋傾向越大。 min：TB一定時(shí)，其內(nèi)min越小，熱裂紋形成傾向越大。 /T：應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率越大，熱裂紋形成傾向越大。 碳：碳能顯著增大鋼的凝固溫度區(qū)間，從而使T B增大，增加熱裂傾向。碳還能增加S，P的有害作用：含碳量的增加可能使先析相由轉(zhuǎn)為相，而S，P在相中溶解度顯著低于在相中溶解度，加劇S，P在最后凝固區(qū)域偏析程度，從而增加熱裂傾向。錳：錳具有脫硫作用而減少硫的有害作用，從而抑制熱裂傾向。但是錳能增加凝固溫度區(qū)間，增加熱裂傾向

10、。另外，當(dāng) C>0.16%（包晶點(diǎn)）時(shí)，P的有害作用將超過(guò)S，再加Mn對(duì)防止熱裂已無(wú)意義。 3、從“型壁晶粒脫落、游離及增殖”觀點(diǎn)分析鑄件內(nèi)部等軸晶的形成機(jī)理。簡(jiǎn)述三種促進(jìn)及細(xì)化等軸晶的工藝措施及其作用機(jī)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(guò)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(duì)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(guò)程中，在低溫區(qū)域晶粒生長(zhǎng)，在高溫區(qū)域晶?？赡苤厝?。晶體游離過(guò)程也可能產(chǎn)生脖頸發(fā)生根部熔斷，由一個(gè)等軸晶變?yōu)閹讉€(gè)等軸晶，發(fā)生增殖

11、。 細(xì)化等軸晶的措施：凡強(qiáng)化晶體生核，促進(jìn)晶粒游離、增殖的措施均可細(xì)化晶粒，例如： 1) 合理的澆注工藝和冷卻條件。 控制較低的合適澆注溫度，可防止晶核的重熔消失；改變澆注方式加強(qiáng)對(duì)流時(shí)對(duì)型壁激冷晶的沖刷作用可促進(jìn)晶粒游離，細(xì)化晶粒。 2) 孕育處理：在澆注前或澆注過(guò)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(diǎn)，達(dá)到獲得細(xì)化晶粒，改善宏觀組織的目的。 3) 動(dòng)力學(xué)細(xì)化：采用機(jī)械震動(dòng)或電磁震動(dòng)，導(dǎo)致固相與液相的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使枝晶破碎或與鑄型分離。常用方法：鑄型震動(dòng)，超聲波振動(dòng)，液相攪拌，流變鑄造。試題二一、試區(qū)分以下概念 1.液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)起伏和濃度起伏 結(jié)構(gòu)起伏指原子團(tuán)簇的尺寸變化。

12、濃度起伏指第二組元分布狀況的變化。 2.連續(xù)生長(zhǎng)和側(cè)面生長(zhǎng) 粗糙界面的生長(zhǎng)方式為連續(xù)生長(zhǎng)； 光滑界面的生長(zhǎng)方式為側(cè)面生長(zhǎng)。 3.內(nèi)生生長(zhǎng)和外生生長(zhǎng) 凝固自型壁行核，由外向內(nèi)的生長(zhǎng)稱為外生生長(zhǎng)，如柱狀晶，胞狀晶的生長(zhǎng)； 在熔體內(nèi)部形核，由內(nèi)向外的自由生長(zhǎng)稱為內(nèi)生生長(zhǎng)，如等軸晶的生長(zhǎng)。 4.共生生長(zhǎng)和離異生長(zhǎng) 共生生長(zhǎng)：共晶結(jié)晶時(shí)，兩相相互依附，借助于對(duì)方析出的多余原子的橫向擴(kuò)散而同步偶合生長(zhǎng)的方式。 離異生長(zhǎng)：共晶的兩相間沒(méi)有共同生長(zhǎng)的界面，析出和生長(zhǎng)在時(shí)間上與空間上都相互獨(dú)立的生長(zhǎng)方式。 5.宏觀偏析和微觀偏析 凝固件斷面上可觀察到的區(qū)域溶質(zhì)偏聚現(xiàn)象稱為宏觀偏析； 在一個(gè)晶粒內(nèi)部或晶界上存在的

13、溶質(zhì)偏聚現(xiàn)象稱為微觀偏析。 6.沉淀脫氧和擴(kuò)散脫氧 溶入到液態(tài)金屬中的脫氧元素與Feo反應(yīng)，生成不溶于液態(tài)金屬的脫氧產(chǎn)物稱之為沉淀脫氧。 通過(guò)降低熔渣中（Feo）含量，或通過(guò)改變界面兩側(cè)Feo的平衡條件促使Feo向熔渣中轉(zhuǎn)移而降低液態(tài)金屬中的（Feo）含量的方法稱為擴(kuò)散脫氧。 7.冷裂紋和熱裂紋 金屬凝固冷卻至室溫附近發(fā)生的開(kāi)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。 二、填空題（每空1分，共24分） 1界面張力的大小可以用潤(rùn)濕角來(lái)衡量，兩種物質(zhì)原子間的結(jié)合力 大 ，就潤(rùn)濕，潤(rùn)濕角 為銳角 ；而兩種物質(zhì)原子間的結(jié)合力 小 ， 就不潤(rùn)濕，潤(rùn)濕角 為鈍角 。 2鑄件的凝固方式可以分

14、為 逐層凝固 、 中間凝固 和 體積凝固 三種不同形式，影響合金凝固方式的兩個(gè)主要因素是： 凝固溫度區(qū)間 和 界面前沿的溫度梯度 。 3Jakson因子a可以作為固-液界面微觀結(jié)構(gòu)的判據(jù)，凡a2的晶體，其生長(zhǎng)界面為 粗糙 ，凡a5的晶體，其生長(zhǎng)界面為 光滑 。 4在固相無(wú)擴(kuò)散，液相無(wú)對(duì)流只有有限擴(kuò)散的條件下，晶體生長(zhǎng)速度越 快 、 平衡分配系數(shù)越 小 、液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)越 慢 ，越 容易 形成成分過(guò)冷。 5在一個(gè)由金屬、金屬氧化物、和氧化性氣體組成的體系中，若金屬氧化物的分解壓為Po2，氧的實(shí)際分壓為PO2。則，當(dāng) PO2>Po2 時(shí)，金屬被氧化，當(dāng) PO2< Po2 時(shí)，金屬被

15、還原，當(dāng) 兩者相等 時(shí)，處于平衡狀態(tài)。 三、 選擇填空（每小題1分，共10分） 1如右圖所示，對(duì)于圖中4種成分的合金，凝固 時(shí)形成縮松的傾向由大到小的順序是： b a1234b2314c3214d43212關(guān)于均質(zhì)形核，以下正確的說(shuō)法是： d a溫度越低，形核的驅(qū)動(dòng)力越大。 b形核功越大，越容易形核。 c溫度越高，形核功越小。 d過(guò)冷度越大，形核功越小。 3非均質(zhì)形核與均質(zhì)形核相比： b a臨界晶核半徑更小。 b臨界晶核體積更小。 c臨界過(guò)冷度更大。 da和b。 4在共晶合金的凝固中，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是： d a非共晶成分的合金也可以得到100%的共晶組織。 b共晶成分的合金，一定可以得到100

16、%的共晶組織。 c共晶成分的合金，也可能得不到100%的共晶組織。 da和c 。 5如圖，成分為C0的長(zhǎng)條形鑄件，設(shè)分別按以下的三種條件自左向右定向凝固：固相無(wú)擴(kuò)散，液相中只有有限擴(kuò)散；固相無(wú)擴(kuò)散，液相中充分混合均勻；固相無(wú)擴(kuò)散，液相中部分混合。三種條件下，當(dāng)凝固界面分別推進(jìn)到圖中所示的中間位置時(shí)，剩余液體中溶質(zhì)總含量由低到高的順序是： c a， b， c， d， 6從液態(tài)金屬與熔渣的相互作用規(guī)律，可知： a或b a堿性熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性比酸性熔渣強(qiáng)。 b酸性熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性比堿性渣強(qiáng)。c熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性與其含F(xiàn)eO的量有關(guān)，而與熔渣的酸堿度無(wú)關(guān)。 d隨著溫度的升高，熔渣對(duì)液態(tài)

17、金屬的氧化性減弱。 7生產(chǎn)中用來(lái)防止焊接冷裂紋的措施通常是： d a. 焊前預(yù)熱。 b. 焊后后熱。 c. 選用堿性焊條。 d. a、b和c。 8以下與凝固過(guò)程中溶質(zhì)再分配無(wú)關(guān)的缺陷是： c a析出性氣孔。 b夾雜。 c縮孔。 d熱裂紋。 9以下使鑄件在凝固過(guò)程中產(chǎn)生縮孔的條件是： a a. 逐層凝固方式。 b. 較低的澆注溫度。 c. 較快的凝固速度。 d. 較寬的結(jié)晶溫度范圍。 10如圖所示的鑄件，在凝固冷卻到室溫后，厚度不同的兩 部分中產(chǎn)生的縱向殘余應(yīng)力狀態(tài)是： b a. 中為拉應(yīng)力，中為壓應(yīng)力。 b. 中為壓應(yīng)力，中為拉應(yīng)力。 c. 和中均為壓應(yīng)力。 d. 和中均為拉應(yīng)力。 四、簡(jiǎn)答題

18、 1簡(jiǎn)述晶體生長(zhǎng)形貌隨成分過(guò)冷大小變化的規(guī)律。 隨“成分過(guò)冷”程度的增大，固溶體生長(zhǎng)方式由無(wú)“成分過(guò)冷”時(shí)的“平面晶”依次發(fā)展為：胞狀晶柱狀樹(shù)枝晶內(nèi)部等軸晶 2為什么采用堿性焊條施焊時(shí)，其熱裂紋的形成傾向顯著低于使用酸性焊條？ 根據(jù)熔渣脫硫原理，由于堿性焊條施焊時(shí)，熔渣中的CaO等堿性氧化物比酸性焊條熔渣中的含量高且堿性熔渣的氧化性較弱，因此脫硫效果較好。但由于脫磷不僅需要高堿度的熔渣，而且希望熔渣具有強(qiáng)氧化性，因此堿性焊條與酸性焊條的脫磷效果都不理想。 酸性焊條施焊時(shí)由于熔池中含有較多的硫化物FeS，凝固時(shí)容易發(fā)生偏析，形成低熔點(diǎn)共晶，呈片狀或鏈狀分布于晶界，因此焊接熱裂紋傾向顯著高于堿性焊

19、條。五、問(wèn)答題 通常條件下，都盡可能使鑄件獲得細(xì)小的等軸晶組織，請(qǐng)問(wèn)： （1）細(xì)小的等軸晶組織對(duì)于減少凝固缺陷、提高力學(xué)性能有何重要意義？ （2）通過(guò)哪些實(shí)際措施可以使鑄件獲得細(xì)小的等軸晶組織？ （1）細(xì)小的等軸晶組織可以使材料具有較高的強(qiáng)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(xì)小的等軸晶，那么凝固過(guò)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、熱裂紋等凝固缺陷，并提高其化學(xué)成分、組織與力學(xué)性能的均勻性。 （2）獲得細(xì)小的等軸晶組織的途徑在于強(qiáng)化熔體獨(dú)立生核，促進(jìn)晶粒游離，具體有以下三個(gè)方面措施： 1）合理地控制澆注工藝和冷卻

20、條件 通過(guò)控制澆注方式來(lái)促進(jìn)游離晶的形成，通過(guò)控制澆注溫度減少游離晶的重熔消失； 通過(guò)對(duì)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(guò)冷，促進(jìn)熔體生核和晶粒游離。 2）孕育處理 在澆注之前或澆注過(guò)程中向液態(tài)金屬中添加少量孕育劑或變質(zhì)劑以促進(jìn)非均質(zhì)形核與枝晶熔斷，達(dá)到細(xì)化晶粒、改善宏觀組織目的。 3）動(dòng)力學(xué)細(xì)化 采用機(jī)械力或電磁力引起固相和液相的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致枝晶的破碎或與鑄型分離，在液相中大量形核，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。常用的動(dòng)力學(xué)細(xì)化方法有鑄型振動(dòng)、超聲波振動(dòng)、液相攪拌和流變鑄造等。 試題三一、名詞解釋及簡(jiǎn)答題 1.集中縮孔的形成機(jī)理 純金屬

21、、共晶和結(jié)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(dāng)液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮時(shí)，便會(huì)在最后凝固部位形成尺寸較大的集中縮孔。 2.沉淀脫氧及其優(yōu)、缺點(diǎn) 沉淀脫氧是指溶解于液態(tài)金屬中的脫氧元素直接和熔池中的FeO反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為不溶于液態(tài)金屬的氧化物，并轉(zhuǎn)入熔渣中的脫氧方式。 優(yōu)點(diǎn)：脫氧速度快，脫氧徹底。 缺點(diǎn)：脫氧產(chǎn)物不能清除時(shí)易形成夾雜。 3.焊接熔渣的長(zhǎng)渣與短渣 藥皮焊條電弧焊時(shí)，根據(jù)熔渣粘度隨溫度變化的速率，可將熔渣分為“長(zhǎng)渣”和“短渣”兩類。 隨溫度增高粘度急劇下降的渣稱為短渣，而隨溫度增高粘度下降緩慢的渣稱為長(zhǎng)渣。 二、填空（每空1分，共32分） 1、實(shí)際液態(tài)金屬內(nèi)

22、部存在 結(jié)構(gòu) 起伏、 能量 起伏和 相 起伏 。 2、物質(zhì)表面張力的大小與其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力大小成 正 比，界面張力的大小與界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力大小成 反 比。衡量界面張力大小的標(biāo)志是潤(rùn)濕角的大小，潤(rùn)濕角越小，說(shuō)明界面能越 小 。 3、通常，合金的凝固溫度區(qū)間越大，液態(tài)合金充型過(guò)程中流動(dòng)性越 差 ，鑄件越容易呈 體積（或糊狀） 凝固方式。 4、焊接熱輸入功率一定時(shí)，焊接速度越快，相同溫度等溫線橢圓的長(zhǎng)、短軸相差越 大 ，焊縫凝固時(shí)晶體以對(duì)向生長(zhǎng)的傾向越 大 ，焊縫中心低熔點(diǎn)物質(zhì)偏析程度越 嚴(yán)重 ，焊縫的凝固裂紋形成傾向越 大 。 5、非均質(zhì)形核過(guò)程，晶體與雜質(zhì)基底的潤(rùn)濕角越小，非均質(zhì)形核功G越

23、 小 ，形核率越 大 ；非均質(zhì)形核臨界半徑與均質(zhì)形核的關(guān)系為 相等 。 6、細(xì)化鑄件宏觀凝固組織的措施有 合理地控制澆注工藝和冷卻條件 、 孕育處理 、 動(dòng)力學(xué)細(xì)化 等三個(gè)方面。 7、共晶組織生長(zhǎng)中，共晶兩相通過(guò)原子的 橫 向擴(kuò)散不斷排走界面前沿積累的溶質(zhì)，且又互相提供生長(zhǎng)所需的組元，彼此合作，并排地快速向前生長(zhǎng)，這種共晶生長(zhǎng)方式稱為 共生 生長(zhǎng)。 8、對(duì)于氣體在金屬中溶解為吸熱反應(yīng)的，氣體的溶解度隨該氣體分壓的增高而 增大 ，隨溫度 下降 而降低。氫在合金液中溶解度隨焊接氣氛氧化性的 增強(qiáng) 而降低。 9、在熔渣中含F(xiàn)eO相同的情況下，堿性渣比酸性渣對(duì)鋼液的氧化性 更強(qiáng) 。實(shí)際焊接鋼時(shí)，堿性焊

24、條的焊縫含氧量比酸性焊條的 低 。 10、 微觀偏析的兩種主要類型為 晶內(nèi)偏析與晶界偏析 ，宏觀偏析按由凝固斷面表面到內(nèi)部的成分分布，有 正常偏析與逆偏析 兩類。 11、 影響鋼材產(chǎn)生焊接冷裂紋的三大主要因素是 氫的含量與分布 、 鋼材的淬硬傾向 以及 拘束應(yīng)力狀態(tài) 。 12、 熔煉鋼時(shí)，根據(jù)脫磷反應(yīng)原理，提高脫磷效率的原則是希望較 低 的溫度、高堿度、 強(qiáng) 氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足夠的渣量。 三、 解答、問(wèn)答題（共50分） 1、某二元合金相圖如下圖所示。合金液成分為C0=40%，置于長(zhǎng)瓷舟中并從左端開(kāi)始凝固。溫度梯度大到足以使固-液界面保持平面生長(zhǎng)。假設(shè)固相無(wú)擴(kuò)散，液相均勻混合

25、。試求： 相與液相之間的溶質(zhì)平衡分配系數(shù)K0； 凝固后共晶體數(shù)量占試棒長(zhǎng)度的百分?jǐn)?shù)? 畫(huà)出凝固后的試棒中溶質(zhì)B的濃度CS沿試棒長(zhǎng)度的分布曲線，并注明各特征成分及其位置。 答：（1）平衡分配系數(shù)：從相圖上取500時(shí)固相與液相的成分分別為30%與60%，再由K0=Cs*/C*L,得K0=0.5。 （2）取Cs*=30%，再由固相無(wú)擴(kuò)散，液相無(wú)對(duì)流時(shí)的固相中溶質(zhì)濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系式，求得fs=55.6%, fL=1- fs=44.4%,即剩余共晶體數(shù)量占整個(gè)長(zhǎng)度的44.4%。 （3）2、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(diǎn)。（不要求畫(huà)圖

26、）答：不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)由：熔合區(qū)、過(guò)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。 熔合區(qū)：焊縫與母材之間的過(guò)渡區(qū)域，常稱為熔合區(qū)(亦稱半熔化區(qū)約1500左右)，熔合區(qū)最大的特征是具有明顯的化學(xué)成分不均勻性，從而引起組織、性能上的不均勻性，所以對(duì)焊接接頭的強(qiáng)度、韌性都有很大的影響。 過(guò)熱區(qū)：加熱溫度在固相線以下到晶粒開(kāi)始急劇長(zhǎng)大溫度(約為1100左右)范圍內(nèi)的區(qū)域叫過(guò)熱區(qū)。由于金屬處于過(guò)熱的狀態(tài)，奧氏體晶粒發(fā)生嚴(yán)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。 正火區(qū)：該區(qū)的母材金屬被加熱到AC3至1100左右溫度范圍，其中鐵素體和珠光體將發(fā)生重

27、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(huì)得到均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體，相當(dāng)于熱處理時(shí)的正火組織，故亦稱正火區(qū)。 不完全重結(jié)晶區(qū)：焊接時(shí)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?yàn)樘幱贏C1AC3范圍內(nèi)只有一部分組織發(fā)生了相變重結(jié)晶過(guò)程，成為晶粒細(xì)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(diǎn)是晶粒大小不一，組織不均勻，因此力學(xué)性能也不均勻。3、以文字和圖示說(shuō)明凝固熱裂紋的形成取決于哪幾個(gè)方面，進(jìn)而分析凝固溫度區(qū)間、鋼的成分(只對(duì)S、P、C、Mn)對(duì)鋼凝固熱裂紋的影響規(guī)律及

28、其原因。 答：凝固熱裂紋的形成主要取決于： （1）脆性溫度區(qū)間；TB，TB越大，熱裂紋傾向越大；（2）脆性溫度區(qū)間內(nèi)金屬的最低塑性min，min越低，熱裂紋傾向越大； （3）脆性溫度區(qū)間內(nèi)的應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率，應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率越大熱裂紋傾向越大； 凝固溫度區(qū)間越大，凝固成分偏析越嚴(yán)重，TB越大，因此，熱裂紋傾向越大。 化學(xué)成分對(duì)熱裂裂紋傾向的影響： S、P的影響：S、P在鋼中形成低熔點(diǎn)共晶體，如FeS，F(xiàn)e3P、Fe2P等，在最后凝固的晶界處形成液膜，從而增加熱裂紋傾向； C的影響：隨著含C量增加，鋼的凝固溫度區(qū)間增大，即TB越大因此增加熱裂紋傾向，同時(shí)C還加劇S、P的有害作用； Mn的影響：Mn在鋼中具有

29、脫S作用而減小S的有害影響，減小熱裂紋傾向，但也加大凝固溫度區(qū)間4、寫(xiě)出成分過(guò)冷判別式（在“固相無(wú)擴(kuò)散，液相為有限擴(kuò)散”條件下），討論溶質(zhì)原始含量C0、晶體生長(zhǎng)速度R、界面前沿液相中的溫度梯度GL對(duì)成分過(guò)冷程度的影響，并以圖示或文字描述它們對(duì)合金單相固溶體結(jié)晶形貌的影響。答：成分過(guò)冷判別式為： （1）隨著C0增加，成分過(guò)冷程度增加； （2）隨著R增加，成分過(guò)冷程度增加； （3）隨著GL減小，成分過(guò)冷程度增加； 如圖所示，當(dāng)C0一定時(shí)，GL減小，或R增加，晶體形貌由平面晶依次發(fā)展為胞狀樹(shù)枝晶、柱狀樹(shù)枝晶、等軸樹(shù)枝晶；而當(dāng)GL、R一定時(shí)，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(shù)枝晶、柱狀樹(shù)枝晶、等軸樹(shù)枝晶。 習(xí)題四一、名詞解釋 1非均質(zhì)形核 答：液態(tài)金屬中新相以外來(lái)質(zhì)點(diǎn)為基底進(jìn)行形核的方式。 2粗糙界面與光滑界面 答：粗糙界面：a2，固液界面上有一半點(diǎn)陣位置被原子占據(jù)，另一半位置則空著，微觀上是粗糙的； 光滑界面：a2，界面上的位置幾乎被原子占據(jù)，微觀上是光滑的。 3縮孔縮松 答：縮孔：純金屬或共晶合金鑄件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞； 縮松：具有寬結(jié)晶溫度范圍的合金鑄件凝固中形成的細(xì)小而分散的縮孔。 二、填空 1液體原子的分布特征為 長(zhǎng)程 無(wú)序、短程 有序，即液