合肥工業(yè)大學2005至2006學年第一學期材料成形原理期末考試試題A

1、.合肥工業(yè)大學2005至2006學年第一學期材料成形原理期末考試試題A一、名詞解釋及簡答題（共18分）1. 粗糙界面與光滑界面及其判據(jù)（6分）固液界面固相一側(cè)的點陣位置有一半左右被固相原子所占據(jù)，形成凸凹不平的界面結(jié)構(gòu)，稱為粗糙界面；（2分）固液界面固相一側(cè)的點陣位置幾乎全被固相原子所占據(jù)，只留下少數(shù)空位或臺階，稱為光滑界面。（2分）根據(jù) Jackson 因子（ ）大小可以判斷：（2分） 2的物質(zhì)，凝固時固-液界面為粗糙面， 5的物質(zhì)，凝固時界面為光滑面， 2. 集中縮孔的形成機理（4分）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，當液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮時，

2、便會在最后凝固部位形成尺寸較大的集中縮孔。3. 沉淀脫氧及其優(yōu)、缺點（4分）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。（2分）優(yōu)點：脫氧速度快，脫氧徹底。（1分）缺點：脫氧產(chǎn)物不能清除時易形成夾雜。（1分）4. 焊接熔渣的長渣與短渣（4分）藥皮焊條電弧焊時，根據(jù)熔渣粘度隨溫度變化的速率，可將熔渣分為“長渣”和“短渣”兩類。（2分）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渣。（2分）二、填空（每空1分，共32分）1、實際液態(tài)金屬內(nèi)部存在 結(jié)構(gòu) 起伏、 能量 起伏和相 起伏 。2、物質(zhì)表面

3、張力的大小與其內(nèi)部質(zhì)點間結(jié)合力大小成 正 比，界面張力的大小與界面兩側(cè)質(zhì)點間結(jié)合力大小成 反 比。衡量界面張力大小的標志是潤濕角的大小，潤濕角越小，說明界面能越 小 。3、通常，合金的凝固溫度區(qū)間越大，液態(tài)合金充型過程中流動性越 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，焊接速度越快，相同溫度等溫線橢圓的長、短軸相差越 大 ，焊縫凝固時晶體以對向生長的傾向越 大 ，焊縫中心低熔點物質(zhì)偏析程度越 嚴重 ，焊縫的凝固裂紋形成傾向越 大 。5、非均質(zhì)形核過程，晶體與雜質(zhì)基底的潤濕角越小，非均質(zhì)形核功G越 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

4、。6、細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 、 動力學細化 等三個方面。7、共晶組織生長中，共晶兩相通過原子的 橫 向擴散不斷排走界面前沿積累的溶質(zhì)，且又互相提供生長所需的組元，彼此合作，并排地快速向前生長，這種共晶生長方式稱為 共生 生長。8、對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 而降低。9、在熔渣中含F(xiàn)eO相同的情況下，堿性渣比酸性渣對鋼液的氧化性 更強 。實際焊接鋼時，堿性焊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

5、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。 =mkTam11、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，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 氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足夠的渣量。三、解答、問答題（共50分）5. 1、某二元合金相圖如下圖所示。合金液成分為C0=40%，置于長瓷舟中并從左端開始凝固。溫度梯度大到足以使固-液界面保持平面生長。假設(shè)固相無擴散，液相均勻混合。試求：6. 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

6、度的百分數(shù)?畫出凝固后的試棒中溶質(zhì)B的濃度CS沿試棒長度的分布曲線，并注明各特征成分及其位置。（15分）答：（1）平衡分配系數(shù)：從相圖上取500時固相與液相的成分分別為30%與60%，再由K0=Cs*/C*L,得K0=0.5。 （3分）（2）取Cs*=30%，再由固相無擴散，液相無對流時的固相中溶質(zhì)濃度與質(zhì)量分數(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)量占整個長度的44.4%。 （5分）（3）（7分）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。（不要求畫圖）（10分）答：不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)由：

7、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。 （2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1500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。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1100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。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)生重結(jié)晶，全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。形成

8、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火組織，故亦稱正火區(qū)。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。 （8分）3、以文字和圖示說明凝固熱裂紋的形成取決于哪幾個方面，進而分析凝固溫度區(qū)間、鋼的成分(只對S、P、C、Mn)對鋼凝固熱裂紋的影響規(guī)律及其原因。（15分）答

9、：凝固熱裂紋的形成主要取決于：二元合金相圖（1） 脆性溫度區(qū)間；TB，TB越大，熱裂紋傾向越大；（2分）（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；（2分）（3） 脆性溫度區(qū)間內(nèi)的應(yīng)變增長率，應(yīng)變增長率越大熱裂紋傾向越大； （2分）凝固溫度區(qū)間越大，凝固成分偏析越嚴重，TB越大，因此，熱裂紋傾向越大。 （3分）化學成分對熱裂裂紋傾向的影響：S、P的影響：S、P在鋼中形成低熔點共晶體，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；（2分） 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C還加劇S、P的有害作用；（2分）Mn的影響：Mn在鋼中具有脫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（2分）4、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(zhì)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(jié)晶形貌的影響。 （10分）答：成分過冷判別式為：()0001KKCmLL ；（4分）（1） 隨著C0增加，成分過冷程度增加；（2