《材料成形原理》重點(diǎn)及答案

1、學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考、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(zhì)點(diǎn)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?；蜃饔糜谝后w表面的應(yīng)力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(shí)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(dòng)性是液態(tài)金屬的工藝性能之一，與金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量及其物理性質(zhì)有關(guān)。6 鑄型的蓄熱系數(shù)表示鑄型從液態(tài)金屬吸取并儲(chǔ)存在本身

2、中熱量的能力。7 不穩(wěn)定溫度場(chǎng)溫度場(chǎng)不僅在空間上變化，并且也隨時(shí)間變化的溫度場(chǎng)穩(wěn)定溫度場(chǎng)不隨時(shí)間而變的溫度場(chǎng)(即溫度只是坐標(biāo)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(zhì)平衡分配系數(shù)K0一特定溫度T*下固相合金成分濃度CS*與液相合金成分CL*達(dá)到平衡時(shí)的比值。10均質(zhì)形核和異質(zhì)形核均質(zhì)形核(Homogeneousnucleation)：形核前液相金屬或合金中無外來固相質(zhì)點(diǎn)而從液相自身發(fā)生形核的過程，亦稱“自發(fā)形核”。非均質(zhì)形核(Hetergeneousnucleation)：依靠外來質(zhì)點(diǎn)或型壁界面提供的襯底進(jìn)行生核過程，亦稱“異質(zhì)形核”。11

3、、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(cè)的點(diǎn)陣位置只有50左右被固相原子所占據(jù)，從而形成一個(gè)坑坑洼洼凹凸不平的界面層。粗糙界面在有些文獻(xiàn)中也稱為“非小晶面”。學(xué)習(xí)資料光滑界面從原子尺度上來看，固液界面固相一側(cè)的點(diǎn)陣位置幾乎全部為固相原子占滿，只留下少數(shù)空位或臺(tái)階，從而形成整體上平整光滑的界面結(jié)構(gòu)。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(zhì)再分配引起固液界面前沿的溶質(zhì)富集，導(dǎo)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(fù)溫度梯度所造成的過冷，習(xí)慣上稱為“熱過冷”。13 內(nèi)生生長(zhǎng)和外生生長(zhǎng)晶體自型壁生核，然后由外

4、向內(nèi)單向延伸的生長(zhǎng)方式，稱為“外生生長(zhǎng)”。平面生長(zhǎng)、胞狀生長(zhǎng)和柱狀枝晶生長(zhǎng)皆屬于外生生長(zhǎng)。等軸枝晶在熔體內(nèi)部自由生長(zhǎng)的方式則稱為“內(nèi)生生長(zhǎng)”。14 枝晶間距指相鄰?fù)沃чg的垂直距離。它是樹枝晶組織細(xì)化程度的表征。15 共生生長(zhǎng)是指在共晶合金結(jié)晶時(shí)，后析出的相依附于領(lǐng)先相表面而析出，進(jìn)而形成相互交疊的雙相晶核且具有共同的生長(zhǎng)界面，依靠溶質(zhì)原子在界面前沿兩相間的橫向擴(kuò)散，互相不斷地為相鄰的另一相提供生長(zhǎng)所需的組元，彼此偶合的共同向前生長(zhǎng)。16 離異生長(zhǎng)兩相的析出在時(shí)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(zhǎng)的共晶結(jié)晶方式稱為離異生長(zhǎng)，所形成的組織稱離異共晶。17

5、 孕育與變質(zhì)孕育主要是影響生核過程和促進(jìn)晶粒游離以細(xì)化晶粒；而變質(zhì)則是改變晶體的生長(zhǎng)機(jī)理，從而影響晶體形貌。變質(zhì)在改變共晶合金的非金屬相的結(jié)晶形貌上有著重要的應(yīng)用，而在等軸晶組織的獲得和細(xì)化中采用的則是孕育方法。18 聯(lián)生結(jié)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(gè)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(zhǎng)，稱為聯(lián)生結(jié)晶（也稱外延生長(zhǎng)）。19 擇優(yōu)生長(zhǎng)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(zhǎng)得更為迅速。它們優(yōu)先向內(nèi)伸展并抑制相鄰枝晶的生長(zhǎng)。在逐漸淘汰趨向不利的晶學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考體過程中發(fā)展成柱狀晶組織。這種互相競(jìng)爭(zhēng)淘汰的晶體生長(zhǎng)過程稱為晶

6、體的擇優(yōu)生長(zhǎng)。20 快速凝固是指采用急冷技術(shù)或深過冷技術(shù)獲得很高的凝固前沿推進(jìn)速率的凝固過程。21 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。22 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）。23 、長(zhǎng)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(zhǎng)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(dǎo)出氧）的能力。24擴(kuò)散脫氧是在液態(tài)金屬與熔渣界面上進(jìn)行的，利用（FeO）與FeO能夠互相轉(zhuǎn)移,趨

7、于平衡時(shí)符合分配定律的機(jī)理進(jìn)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(zhuǎn)化為不溶于液態(tài)金屬的氧化物，并脫溶沉淀轉(zhuǎn)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(jìn)行，利用抽真空降低氣相中CO分壓來加強(qiáng)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(xué)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(gè)晶粒范圍）內(nèi)的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象，有晶界和晶內(nèi)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 氣孔因氣體分子聚集而產(chǎn)生的孔洞。氣孔有析出性氣孔、反應(yīng)

8、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；學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考在固相線附近發(fā)生的裂紋稱之為熱裂紋。31 溶質(zhì)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(zhì)富集并形成濃度梯度。所以，溶質(zhì)必須在液、固兩相重新分布，即所謂的“溶質(zhì)再分配”。32 熱流密度單位時(shí)間內(nèi)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(gè)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(jié)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冷卻過程中，發(fā)生顯

9、微組織和力學(xué)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(zhǎng)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(bǔ)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?yàn)榱双@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)。刀等于它在熔敷金屬中的實(shí)際含量與它的原始含量之比?；蛘邌挝婚L(zhǎng)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(nèi)力在外力作用下，變形體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生相互作用的力。40 內(nèi)應(yīng)力沒有外力的作用條件下，平衡物體內(nèi)部的應(yīng)力

10、。41 焊接瞬時(shí)應(yīng)力在焊接加熱冷卻過程中某一瞬時(shí)中存在的應(yīng)力。42 焊接殘余應(yīng)力焊件完全冷卻、溫度均勻化后殘留于焊件中的應(yīng)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(shì)必使構(gòu)件產(chǎn)生局部鼓曲、歪曲、彎曲或扭轉(zhuǎn)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(shí)際的焊接變形常常是幾種變形的組合。44 裂紋在應(yīng)力與致脆因素的共同作用下，使材料的原子結(jié)合遭到破壞，在形成學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考新界面時(shí)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(jié)晶溫度以上的變形。47 、張量由若干個(gè)當(dāng)量坐標(biāo)系改

11、變時(shí)滿足轉(zhuǎn)換關(guān)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(jiǎn)單加載是指在加載過程中各應(yīng)力分量按同一比例增加，應(yīng)力主軸方向固定不變。50、應(yīng)力球張量也稱靜水應(yīng)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(cuò)運(yùn)動(dòng)所受到的阻力增大），金屬的強(qiáng)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(yīng)變速率單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)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(duì)于另一部分產(chǎn)生的相對(duì)移動(dòng)。54、主切應(yīng)力平面一般把切應(yīng)力有極值的平面

12、稱為主切應(yīng)力平面55、平面應(yīng)變狀態(tài)如果物體內(nèi)所有質(zhì)點(diǎn)都只在同一個(gè)坐標(biāo)平面內(nèi)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(yīng)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(yīng)力，該應(yīng)力叫附加應(yīng)力。學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考二、簡(jiǎn)答題1 實(shí)際液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)實(shí)際金屬和合金的液體由大量時(shí)聚時(shí)散、此起彼伏游動(dòng)著的原子團(tuán)簇、空穴所組成，同時(shí)也含有各種固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)雜質(zhì)或化合物，而且還表現(xiàn)出能量、結(jié)構(gòu)及濃度三種起伏特征，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)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(guān)系：原子間結(jié)合力u0T-ig面內(nèi)能T-表面

13、自由能T-ig面張力T2）表面張力與原子體積（S3成反比，與價(jià)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(zhì)元素對(duì)表面張力的影響。向系統(tǒng)中加入削弱原子間結(jié)合力的組元，會(huì)使u0減小，使表面內(nèi)能和表面張力降低。3 簡(jiǎn)述大平板鑄件凝固時(shí)間計(jì)算的平方根定律r=2/K2,即金屬凝固時(shí)間與凝固層厚度的平方成正比。K為凝固系數(shù)，可由試驗(yàn)測(cè)定。當(dāng)凝固結(jié)束時(shí)，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(dāng)固液相區(qū)很窄時(shí)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

14、方式”。5簡(jiǎn)述Jackson因子與界面結(jié)構(gòu)的關(guān)系Jackson因子可視為固一液界面結(jié)構(gòu)的判據(jù)：凡w的物質(zhì)，晶體表面有一半空缺位置時(shí)自由能降低，此時(shí)的固液界面形態(tài)被稱為粗糙界面，大部分金屬屬于此類；凡屬>5的物質(zhì)凝固時(shí)界面為光滑面，有機(jī)物及無機(jī)物屬于此類；=25的物質(zhì)，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(kuò)散，液相只有有限擴(kuò)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”。GmLC0(1-K固相無擴(kuò)散，液相只有有限擴(kuò)散”條件下成分過冷”的判據(jù)：RDLK0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(chǎng)不陡。（2）晶體生長(zhǎng)速度快（R大

15、）。（3）液相線斜率mL大。（4）原始成分濃度C0高。（5）液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)Dl低。（6）心1時(shí)，K0小;心1時(shí)，Ko大。7寫出成分過冷判別式（在固相無擴(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。GlmiCo(1-Ko)<答：成分過冷判別式為：RKo；（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(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)展為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等軸

16、樹枝晶；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)展為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等軸樹枝晶。8層片狀共晶的形核和長(zhǎng)大方式形成具有兩相沿著徑向并排生長(zhǎng)的球形共生界面雙相核心的“雙相形核”，領(lǐng)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(zhǎng)的“搭橋”方式產(chǎn)生新的層片來構(gòu)成所需的共生界面，而不需要每個(gè)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(diǎn)？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(nèi)部的結(jié)構(gòu)形態(tài)，如樹枝晶、胞狀晶等亞結(jié)構(gòu)組織等。影響液態(tài)充型能力的因素(1)金屬性質(zhì)方面

17、的因素如合金的化學(xué)成分、比熱容、熱導(dǎo)率、粘度、雜質(zhì)及氣體含量等。(2)鑄型性質(zhì)方便的因素鑄型的阻力、蓄熱系數(shù)等。(3)澆注條件及鑄件結(jié)構(gòu)因素澆注溫度、澆注系統(tǒng)、靜壓頭壓力。逐漸結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、厚薄過渡面越多，則型腔結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動(dòng)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(xué)方法或機(jī)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(hù)焊時(shí)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O2的熔化極混合氣體保護(hù)焊。d. 對(duì)厚的工件適當(dāng)預(yù)熱。12 夾雜物對(duì)金屬性能的影響夾雜物破壞了金屬的連

18、續(xù)性，使強(qiáng)度和塑性下降；尖角形夾雜物易引起應(yīng)力集中，顯著降低沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度；易熔夾雜物分布于晶界，不僅降低強(qiáng)度且能引起熱裂；促進(jìn)氣孔的形成，既能吸附氣體，又促使氣泡形核；學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考在某些情況下，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(xì)化金屬組織等。13 .常見焊縫中的夾雜物有幾類，它們會(huì)對(duì)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(shí)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形式存在于焊縫

19、中。FeS沿晶界析出與FeO形成低熔點(diǎn)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(jī)理縮松一結(jié)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(nèi)的小晶體很容易發(fā)展成為發(fā)達(dá)的樹枝晶。當(dāng)固相達(dá)到一定數(shù)量形成晶體骨架時(shí)，尚未凝固的液態(tài)金屬便被分割成一個(gè)個(gè)互不相通的小熔池。在隨后的冷卻過程中，小熔池內(nèi)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(xì)小孔洞又得不到外部液體的補(bǔ)充，便在相應(yīng)部位形成了分散性的細(xì)小縮孔，即縮松?？s孔-純金屬、共晶成分合金和結(jié)晶溫度范圍窄的合金，在一般鑄造條件下按由表及里逐層凝固

20、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孑15.簡(jiǎn)述凝固裂紋的形成機(jī)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(gè)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(dòng)，此時(shí)金屬的變形主要由液體承擔(dān)，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(zhǎng)大。進(jìn)入固-液階段后，多數(shù)液態(tài)金屬已凝固學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考成晶體，此時(shí)塑性變形的基本特點(diǎn)是晶體間的相互移動(dòng)，晶體本身也會(huì)發(fā)生一些變形。當(dāng)晶體交替長(zhǎng)合構(gòu)成枝晶骨架時(shí)，殘留的少

21、量液體尤其是低熔共晶，便以薄膜形式存在于晶體之間，且難以自由流動(dòng)。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(shí)若存在足夠大的拉伸應(yīng)力，則在晶體發(fā)生塑性變形之前，液膜所在晶界就會(huì)優(yōu)先開裂，最終形成凝固裂紋?？蓮囊苯鸷凸に噧蓚€(gè)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(zhì)；2微合金化和變質(zhì)處理；3改進(jìn)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(dá)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(yīng)力的共同作

22、用下產(chǎn)生的，形成溫度一般在Ms以下200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(shí)、幾天甚至更長(zhǎng)）、緩慢擴(kuò)展期和突然開裂三個(gè)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(cè)），常發(fā)生在剛性較大的低碳鋼、低合金鋼的焊接結(jié)構(gòu)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(shí)，因發(fā)生馬氏體相變而脆化，在拘束應(yīng)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(guān)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(qiáng)烈淬硬傾向的高（中）碳鋼、高強(qiáng)度合金鋼、工具鋼的焊件中。低塑性脆化裂紋它是某些低

23、塑性材料冷卻到較低溫度時(shí)，由于體積收縮所引起的應(yīng)變超過了材料本身所具有的塑性儲(chǔ)備量時(shí)所產(chǎn)生的裂紋。這種裂紋通常也無延遲學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考現(xiàn)象，常發(fā)生在鑄鐵或硬質(zhì)合金構(gòu)件的成形加工中。如灰口鑄鐵在400以下基本無塑性，焊接裂紋傾向很大。影響因素?cái)U(kuò)散氫的含量與分布、鋼材的淬硬傾向和拘束應(yīng)力狀態(tài)。17 共晶凝固過程中的共生生長(zhǎng)與離異生長(zhǎng)(4分)答：共生生長(zhǎng)：共晶結(jié)晶時(shí)，后析出的相依附于領(lǐng)先析出的相表面析出，兩相具有共同的生長(zhǎng)界面，依靠溶質(zhì)原子在界面前沿的橫向擴(kuò)散，彼此偶合地共同向前生長(zhǎng)。離異生長(zhǎng)：共晶兩相的析出在時(shí)間上和空間上是彼此分離的，沒有共生共晶的特征。18 .集中縮孔的形成

24、機(jī)理(3分)答：純金屬、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。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(dá)到成分和組織要求及焊接接頭的力學(xué)性能；(4)控制HAZ的組織轉(zhuǎn)變，使接頭滿足設(shè)計(jì)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(chǎng)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(diǎn)的溫度隨時(shí)間的變化過程稱為焊接熱循環(huán)。焊接溫度場(chǎng)移動(dòng)熱源焊接過程

25、中，焊件上各點(diǎn)溫度隨時(shí)間及空間而變化(不穩(wěn)定溫度場(chǎng))，但經(jīng)過一段時(shí)間后，達(dá)到準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)(移動(dòng)熱源周圍的溫度場(chǎng)不隨時(shí)間改變)。21 表征焊接熱循環(huán)的參數(shù)分別是哪幾個(gè)加入速度(oH、最高加熱溫度Tmax、相變溫度以上停留的時(shí)間tH和冷卻速度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(dá)13501400C；(2)加熱速度快，加熱速度比熱處理時(shí)快幾十倍甚至幾百倍(3)高溫停留時(shí)間短，在AC3以上保溫的時(shí)間很短(一般手工電弧焊約為420s,埋弧久I時(shí)30100s)(4)自然條件下連續(xù)冷卻，(個(gè)別情況下進(jìn)行焊后保溫緩冷)；(5)加熱的局部性和移動(dòng)性；(6)在應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)

26、行組織轉(zhuǎn)變。23 影響HAZ硬度的因素有那兩個(gè)(1)母材的脆硬傾向是內(nèi)因，即化學(xué)成分。材料淬硬傾向的評(píng)價(jià)指標(biāo)碳當(dāng)量(CarbonEquiva1ent)是反映鋼中化學(xué)成分對(duì)硬化程度的影響，它是把鋼中合金元素(包括碳)按其對(duì)淬硬(包括冷裂、脆化等)的影響程度折合成碳的相當(dāng)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(zhuǎn)變脆化、析出脆化和熱應(yīng)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(xué)成分、組織狀態(tài)、加熱溫度和時(shí)間的影響。組織轉(zhuǎn)變脆化焊接HAZ中由于出現(xiàn)脆硬組織而產(chǎn)生的脆化稱之組織脆化。析出脆化析出脆化的機(jī)理目前認(rèn)為是由于析出物

27、出現(xiàn)以后，阻礙了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，使塑性變形難以進(jìn)行。熱應(yīng)變失效脆化產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效脆化的原因,主要是由于應(yīng)變引起位錯(cuò)增殖，焊接熱循環(huán)時(shí)，碳、氮原子析集到這些位錯(cuò)的周圍形成所謂Cottre11氣團(tuán)，對(duì)位錯(cuò)產(chǎn)生釘扎學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考和阻塞作用而使材料脆化。25 減少焊接殘余應(yīng)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(shí)間，利用蠕變產(chǎn)生新的塑性變形，消除殘余應(yīng)力。再緩冷，使厚、薄部位的溫度均勻。(2)機(jī)械法如對(duì)壓力容器、橋梁等采用加載辦法降低殘余應(yīng)力。原理是利用加載所產(chǎn)生的均勻拉伸應(yīng)力與焊接應(yīng)力相疊加，使存在于高拉伸應(yīng)力區(qū)的應(yīng)力值達(dá)到屈服強(qiáng)度值，迫使材料發(fā)生塑性變形，卸

28、載后該區(qū)的殘余應(yīng)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(dòng)1015min,以達(dá)到消除焊接殘余應(yīng)力的目的。該法的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)用低，花費(fèi)時(shí)間少，易于操作，無氧化皮，不受工件大小尺寸的限制。不會(huì)因熱處理規(guī)范不當(dāng)產(chǎn)生裂紋。26焊接變形的基本形式(1)收縮變形(ContractionDeformation)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(AngularDeformation)焊縫截面上下不對(duì)稱或受熱不均勻時(shí)，焊縫因橫向上下收縮不一致，引起的變形。V形坡口的對(duì)接接頭和角接接頭易出現(xiàn)角變形。(3)彎曲變形(CurvingDeformation)焊縫在結(jié)構(gòu)上不對(duì)稱分

29、布，使得焊縫的縱向收縮不對(duì)稱，引起焊件向一側(cè)彎曲，形成的變形。(4)波浪變形(WavinessDeformation)焊接薄板結(jié)構(gòu)時(shí)，焊接壓應(yīng)力使薄板失穩(wěn)，引起不規(guī)則的變形。(5)扭曲變形(TwistDeformation)焊縫的角變形沿焊縫長(zhǎng)度方向分布不均勻和焊件縱向錯(cuò)邊引起的，也是結(jié)構(gòu)中焊縫布置不對(duì)稱，或者焊接順序和施焊方向不合理有關(guān)。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(diào)整焊接參數(shù)。學(xué)習(xí)資料1焊縫成分的控制(1)選擇合適的焊接材料對(duì)一定的母材選用不同的焊接材料，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(xì)化晶粒元素Mo、V、Ti、Nb等可以提高抗烈性的常用

30、辦法。(2)限制有害的雜質(zhì)對(duì)于不同材料的焊縫，有害元素的雜質(zhì)也不同。各種材料中，均必須嚴(yán)格控制P、S的含量。合金元素越高的材料，對(duì)P和S的限制要求越嚴(yán)格。2調(diào)整焊接工藝焊接工藝的影響主要有以下幾個(gè)方面：(1) 適宜的焊接參數(shù)適當(dāng)增加焊接電流、電壓提高焊接熱輸入和預(yù)熱溫度，可以減少焊縫金屬的應(yīng)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(duì)焊縫的稀釋作用，包括焊縫中合金元素的稀釋，及母材中有害元素對(duì)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(jìn)行焊接，

31、使焊縫的拘束應(yīng)變減小。28 氫致裂紋的機(jī)理可用氫的應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散理論進(jìn)行解釋該理論認(rèn)為：金屬內(nèi)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(huì)形成應(yīng)力集中的三向應(yīng)力區(qū)。于是應(yīng)力的誘導(dǎo)下，使氫向高應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散，并發(fā)生聚集。當(dāng)氫的濃度達(dá)到一定值時(shí)，將促使位錯(cuò)移動(dòng)或增殖。此時(shí)缺口尖端微區(qū)的塑性變形量隨氫的濃度增加而增大。當(dāng)氫的濃度達(dá)到臨界值時(shí)，便發(fā)生局部開裂現(xiàn)象，導(dǎo)致裂紋向前擴(kuò)展；并在裂紋尖端形成新的三向應(yīng)力區(qū)，促使氫向新的三向應(yīng)力區(qū)內(nèi)擴(kuò)散聚集。此時(shí)裂紋暫停向前擴(kuò)展，只有當(dāng)裂紋尖端局部的氫濃度達(dá)到臨界值時(shí)，裂紋才能進(jìn)一步擴(kuò)展。由此可見氫致裂紋的啟裂需要一段時(shí)間(即潛伏期)，而且裂紋的擴(kuò)展是一個(gè)斷

32、續(xù)的過程。裂紋停頓的時(shí)間正是氫再次進(jìn)行擴(kuò)散和聚集，并達(dá)到臨界濃度所需學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考的時(shí)間。29 熱塑性變形機(jī)理及其對(duì)金屬組織和性能的影響金屬熱塑性變形機(jī)理主要有以下幾種：晶內(nèi)滑移，晶內(nèi)孿生，晶界滑移，擴(kuò)散蠕變。其中，晶內(nèi)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(kuò)散蠕變只發(fā)生在高溫變形的時(shí)候。熱塑性變形對(duì)金屬的組織和性能的影響主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1 改善晶粒組織2鍛合內(nèi)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30、簡(jiǎn)述張量的基本性質(zhì)(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(biāo)軸無關(guān)，它不隨坐標(biāo)而改變，這樣的函數(shù)，

33、叫做張量不變量。二階張量存在三個(gè)獨(dú)立的不變量。(2)張量可以疊加和分解。幾個(gè)同階張量各對(duì)應(yīng)的分量之和或差定義為另一個(gè)同階張量。兩個(gè)相同的張量之差定義為零張量。(3)張量可分為對(duì)稱張量、非對(duì)稱張量、反對(duì)稱張量。若張量具有性質(zhì)Pij=Pji，就叫對(duì)稱張量；若張量具有性質(zhì)Pij=-Pji，且當(dāng)i=j時(shí)對(duì)應(yīng)的分量為0，則叫反對(duì)稱張量；如果張量Pij?Pji就叫非對(duì)稱張量。任意非對(duì)稱張量可以分解為一個(gè)對(duì)稱張量和一個(gè)反對(duì)稱張量。(4)二階對(duì)稱張量存在三個(gè)主軸和三個(gè)主值。如果以主軸為坐標(biāo)軸，則兩個(gè)下角標(biāo)不同的分量均為零，只留下兩個(gè)下角標(biāo)相同的三個(gè)分量，叫作主值。學(xué)習(xí)資料31 變形連續(xù)方程的物理意義表示：只有

34、當(dāng)應(yīng)變分量之間滿足一定的關(guān)系時(shí)，物體變形后才是連續(xù)的。否則，變形后會(huì)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(dòng)態(tài)凝固過程(4) 液態(tài)金屬對(duì)流激烈33氫對(duì)焊縫金屬的質(zhì)量有何影響？(6分)(a)氫脆。氫使鋼在室溫附近的塑性嚴(yán)重下降。(b)白點(diǎn)(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(diǎn)。若產(chǎn)生白點(diǎn)，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。學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考三、計(jì)算題1.在直角坐標(biāo)系中，一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)表示成

35、張量的形式為50-55=0-50-5051用應(yīng)力狀態(tài)特征方程求出該點(diǎn)的主應(yīng)力和主方向。（8分）解：應(yīng)力張量不變量為J1一；;x.二一.；z=5xyz222J2-C-x-y-z-y-x-z）-xy-xz-zy=50J3=Wz-2xyzyxz-（；二；'工六,二x二0代入應(yīng)力狀態(tài)特征方程，得二3-502-50。=0或c（-10）（二+5）=0解得1=10；-2=0；、3=-5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-（5-Q）l-5n=0«（-5-o）m=0-51+（5-仃）n=0.222J+m+n=1為求主方向，可將解得的三個(gè)主應(yīng)力值分別代入上

36、述方程組的前三式中的任意兩式，并與第四式聯(lián)立求解，可求得三個(gè)主方向的方向余弦為對(duì)于；:1：11=13，n=0,n112對(duì)于二一2：l2=15m2"n2=12對(duì)于A：I=0踴=1,%=02.試推導(dǎo)均質(zhì)形核的臨界形核功。（7分）均質(zhì)晶核形成時(shí)，設(shè)晶核為球體，系統(tǒng)自由能變化G由兩部分組成，即作為相變驅(qū)動(dòng)力的液一固體積自由能之差（由4GV引起）和阻礙相變的固一液界面能（由"LS引起）學(xué)習(xí)資料學(xué)習(xí)資料收集于網(wǎng)絡(luò)，僅供參考lG = V V Ac LSVs，二 r3 烏3 Vs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。因?yàn)?'Gv=THm；：T/Tm；：G八0

37、要求出臨界形核半徑r*(即r的最大值)，只要占即可:2-LsVs2；LsVsTmr=-二Gv.Hm.T將式(2)代入式(1),可得到均質(zhì)形核的臨界形核功216晨3VsTmG一虧小JH；ITJ3試推導(dǎo)非均質(zhì)形核的臨界形核功假設(shè)晶核在界面上形成球冠狀，達(dá)到平衡時(shí)則存在以下關(guān)系:二ls-:二cs,二CLCOS71式中，”S、S、/L分別為液相與基底、液相與晶核、晶核與基底間的界面張力;9為潤(rùn)濕角。該系統(tǒng)吉布斯自由能的變化為6異=Vc_Gv+Acs(OcsDls)+AclDcl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。-I2-3VC二二(

38、rs")d(r-rcos-)=(2-3cos，cos2i)因此有：04(6)2Acl=02二rsin(rdf)二2二r(1-cos-)222.22.ACS=：(rsinr)=二sin1-二r(1-cos二)將式(3)(5)代入式(2)得4322-3cos-cos3-、l_G異=(-r_Gv+4r仃)()dG異率2aCL2crC-L一，一、，人=0一,異一1丁=TTTTmUG£=316二 n 0 cL對(duì)式（6）求導(dǎo)，并令dr,可求出IGVLT一,i,f（e）三GWf（e）=-A%cLf（e）34流體力學(xué)的斯托克斯公式計(jì)算氣泡或夾雜上浮的速度。._22g（:m-：B）r9一%其中：r為氣泡或夾雜的半徑，Pm為液