材料成型基本原理完整版

第一章：液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1雷諾數(shù)Re：當(dāng)Re>2300時(shí)為紊流，Rev2300時(shí)為層流。Re=Du/v=Dup/n,D為直徑，u為流動(dòng)速度,v為運(yùn)動(dòng)粘度=動(dòng)力粘度n/密度p。層流比紊流消耗能量大。表面張力：表面張力是表面上平行于切線方向且各方向大小相同等的張力。潤(rùn)濕角：接觸角為銳角時(shí)為潤(rùn)濕，鈍角時(shí)為不潤(rùn)濕。壓力差：當(dāng)表面具有一定的曲度時(shí)，表面張力將使表面的兩側(cè)產(chǎn)生壓力差，該壓力差值的大小與曲率半徑成反比，曲率半徑越小，表面張力的作用越顯著。充型能力：充型過(guò)程中，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)金屬充型能力。長(zhǎng)程無(wú)序、近程有序：液體的原子分布相對(duì)于周期有序的晶態(tài)固體是不規(guī)則的，液體結(jié)構(gòu)宏觀上不具備平移、對(duì)稱性，表現(xiàn)出長(zhǎng)程無(wú)序特征；而相對(duì)于完全無(wú)序的氣體，液體中存在著許多不停游蕩著的局域有序的原子集團(tuán)，液體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出局域范圍內(nèi)的近程有序。拓?fù)涠坛绦颍篠nGeGaSi等固態(tài)具有共價(jià)鍵的單組元液體，原子間的共價(jià)鍵并未完全消失，存在著與固體結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的四面體局域拓?fù)溆行蚪Y(jié)構(gòu)。化學(xué)短程序：Li-PbCs-AuMg-BiMg-ZnMg-SnCu-TiCu-SnAl-MgAl-Fe等固態(tài)具有金屬間化合物的二元熔體中均有化學(xué)短程序的存在。實(shí)際液態(tài)金屬結(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)和氣態(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)相對(duì)復(fù)雜。能量起伏：液態(tài)金屬中處于熱運(yùn)動(dòng)的原子的能量有高有低，同一原子的能量也在隨時(shí)間不停的變化，時(shí)高時(shí)低，這種現(xiàn)象成為能量起伏。結(jié)構(gòu)起伏：由于能量起伏，液體中大量不停游動(dòng)的局域有序原子團(tuán)簇時(shí)聚時(shí)散，此起彼伏而存在結(jié)構(gòu)起伏。濃度起伏：游動(dòng)原子團(tuán)簇之間存在著成分差異，而且這種局域成分的不均勻性隨原子熱運(yùn)動(dòng)在不時(shí)發(fā)生著變化，這一現(xiàn)象成為濃度起伏。表面張力形成的原因：表面張力是由于物體在表面上的質(zhì)點(diǎn)受力不均所致。由于液體或固體表面原子受內(nèi)部的作用力較大，而朝著氣體的方向受力較小，這種受力不均引起表面原子的勢(shì)能比內(nèi)部原子的勢(shì)能高，因此物體傾向于減小其表面積而產(chǎn)生表面張力。兩相質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力越大，界面能越小，界面張力就越??；兩相間結(jié)合力小，界面張力就小。8表面張力的影響因素：①原子間結(jié)合力越大，張力越?、诒砻鎻埩εc原子體積成反比,與價(jià)電子數(shù)成正比③張力通常隨溫度升高而下降④合金元素或微量雜質(zhì)元素對(duì)表面張力的影響主要取決于原子間結(jié)合力的改變⑤大凡自由電子數(shù)多的溶質(zhì)元素，系統(tǒng)的表面張力增加⑥SOTeSe及N元素明顯降低鐵液的表面張力。第二章：凝固溫度場(chǎng)1平方根定律：工丸2/K2,即金屬凝固時(shí)間與凝固層厚度的平方成正比。其中g(shù)=V1/A1,g為凝固層厚度，VI為凝固層體積，A1為鑄件與鑄型間接觸面積，K為凝固系數(shù)。當(dāng)凝固結(jié)束時(shí),g為大平板厚度的一半。2模數(shù)法：廠R/K,R為鑄件的折算厚度=體積/表面積，稱為模數(shù)。鑄件動(dòng)態(tài)凝固曲線：液相邊界和固相邊界之間的橫向距離直觀的得出鑄件內(nèi)各部位的開(kāi)始凝固時(shí)刻與凝固結(jié)束時(shí)刻，該時(shí)間段稱為鑄件的局部凝固時(shí)間；也可根據(jù)縱向距離得出凝固過(guò)程中的任一時(shí)刻鑄件斷面上已凝固固相區(qū)、固液兩相區(qū)和尚未凝固的液相區(qū)的寬度。鑄件凝固方式分類：根據(jù)固液相區(qū)的寬度可分為逐層凝固方式與體積凝固方式（或糊狀凝固方式），固液相區(qū)很窄時(shí)為逐層凝固方式，反之為糊狀凝固方式，固液相區(qū)寬度介于兩者之間的稱為中間凝固方式。5鑄件凝固方式的影響因素：①合金凝固溫度區(qū)間的影響②溫度梯度的影響：溫度梯度較大時(shí)固液相區(qū)較窄（逐層凝固方式）；溫度梯度較平坦時(shí)，固液相區(qū)明顯加寬（體積凝固方式）6凝固速度的影響：凝固過(guò)程中，固／液界面向前推移時(shí)，存在某一臨界速度，當(dāng)實(shí)際凝固速度大于臨界速度時(shí)，顆粒被固／液界面裹入，從而使顆粒在基體中均勻分布。臨界速度的大小是增強(qiáng)顆粒的尺寸及含量、凝固界面前沿的溫度梯度、凝固速度、界面的表面張力、材料的熔化潛熱、導(dǎo)熱性和粘滯系數(shù)等多種因素的函數(shù)。同時(shí)，凝固速度強(qiáng)烈地影響金屬基復(fù)合材料的顯微組織，隨著凝固速度的提高，枝晶間距縮小，金屬材料的強(qiáng)度隨之提高。凝固速度控改變和控制：①控制模溫②選用不同保溫性能的涂料局部加冷鐵等措施③控制個(gè)別地方冷卻速度。7同體積大小的球狀、塊狀、板狀、桿狀凝固時(shí)間比較：塊狀〉球狀〉桿狀〉板狀。第三章：金屬凝固熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)1溶質(zhì)平衡分配系數(shù)Ko：定義為特定溫度T*下固相合金成分濃度Cs*與液相合金成分濃度C*達(dá)到平衡時(shí)的比值。Ko二Cs/Cl。假設(shè)液L相線及固相線為直線，此時(shí)Ko=常數(shù)，與溫度及濃度無(wú)關(guān)，Ko為定值。對(duì)于Ko<l,Ko越小固相線液相線張開(kāi)程度越大，開(kāi)始結(jié)晶時(shí)與結(jié)晶終了時(shí)的固相成分差別越大，最終凝固組織的成分偏析越嚴(yán)重。對(duì)于Ko>l,Ko越大，則成分偏析越嚴(yán)重。2Ko的熱力學(xué)意義：溶質(zhì)平衡分配系數(shù)主要取決于溶質(zhì)在液固兩相中的標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位，對(duì)于實(shí)際合金，還受溶質(zhì)在液固兩相中的活度系數(shù)f的影響。Ko的值不僅與溫度和壓力相關(guān)，同時(shí)既取決于溶劑，也取決于溶質(zhì)的種類。3粗糙界面：固液界面固相一側(cè)的點(diǎn)陣位置有一半左右被固相原子所占據(jù)，形成坑坑洼洼凸凹不平的界面結(jié)構(gòu)。光滑界面：固液界面固相一側(cè)的點(diǎn)陣位置幾乎全部為固相原子所占滿，只留下少數(shù)空位或臺(tái)階，從而整體上平整光滑的界面結(jié)構(gòu)。單個(gè)原子逐個(gè)地或若干原子同時(shí)撞擊到已有晶體表面，并且附著于晶體表面的原子按照晶格點(diǎn)陣規(guī)律排布起來(lái)，成為晶體的新部分。但是晶體表面接納原子的位置多少與晶體表面的結(jié)構(gòu)有關(guān)，晶體表面上有原子空缺位置或存在臺(tái)階的位置，容易接納新的原子，而完全被占滿的晶體則難以接納新原子。Jackson因子a=[△Hm/(k?Tm)] ?(n/V)，其中△Hm/Tm為單個(gè)原子的熔融熵，k為玻爾滋曼常數(shù)。a<=2的物質(zhì)為粗糙界面，a>5的物質(zhì)凝固時(shí)界面為光滑面。第四章：?jiǎn)蜗嗉岸嘞嗪辖鸬慕Y(jié)晶1溶質(zhì)再分配：合金凝固過(guò)程，隨著溫度的不同，液固相平衡成分發(fā)生改變；而且由于固相成分與液相原始成分不同，排出的溶質(zhì)在固液界面前沿富集并形成濃度梯度，所以溶質(zhì)必然在液固兩相重新分布，即所謂的溶質(zhì)再分配。它不僅僅由Ko決定。證明Ko為常數(shù)：設(shè)液相線及固相線為直線時(shí)的斜率分別為**m及m,Ko=C/C=[(Tm-T*)/Ms]/[(TmTOC\o"1-5"\h\zLs SL-T*)/ML]=ML/Ms=常數(shù)2成分過(guò)冷判據(jù)：①液相只有有限擴(kuò)散條件Gl嚴(yán)q(1-瓦)R D 疋下： ②液相部分混合：Gl吆川丄廠丄 1R2心|花%1-心有助于形成成分過(guò)冷：①液相中溫度梯度小(GL小)②晶體生長(zhǎng)速度快，R大③ML大,即陡的液相線斜率④原始成分濃度高，CO大⑤液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)DL低⑥K0V1時(shí)，K0小;K0>1時(shí)，K0大3成分過(guò)冷對(duì)單相固溶體的影響：①無(wú)成分過(guò)冷時(shí)，界面的微小凸起會(huì)立即消失，從而維持平面生長(zhǎng)②窄成分過(guò)冷區(qū)間，界面微小凸起引起溶質(zhì)在凸起溝槽內(nèi)密集，進(jìn)而使熔點(diǎn)下降，抑制凸起橫向生長(zhǎng)速度并形成一些由低熔點(diǎn)溶質(zhì)匯集區(qū)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)狀溝槽，凸起前端受成分過(guò)冷區(qū)窄的限制，不能自由生長(zhǎng)，最后發(fā)展為胞狀晶生長(zhǎng)③成分過(guò)冷區(qū)較寬時(shí)，胞狀晶生長(zhǎng)方向垂直于固-液界面，隨著GL/R的減小，界面前方的成分過(guò)冷區(qū)逐漸加寬，胞狀晶生成成柱狀枝晶④當(dāng)成分過(guò)冷區(qū)很大時(shí)，固-液界面前方成分過(guò)冷的最大值大于熔體中非均質(zhì)生核大量生核的過(guò)冷度，在柱狀樹(shù)枝晶由外向內(nèi)生長(zhǎng)的同時(shí)，界面前方這部分熔體將發(fā)生大量生核，形成方向各異、生長(zhǎng)方向尺寸相近的等軸樹(shù)枝晶。成分過(guò)冷對(duì)共晶凝固組織形貌的影響：成分過(guò)冷對(duì)結(jié)晶形貌的影響：當(dāng)Co一定時(shí)，隨著GL減小，或R增大時(shí)，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Co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。4外生生長(zhǎng)：晶體自型壁生核，然后由外向內(nèi)單向延伸的生長(zhǎng)方式。內(nèi)生生長(zhǎng)：在液體內(nèi)部生核自由生長(zhǎng)的生長(zhǎng)方式。外生生長(zhǎng)向內(nèi)生生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變時(shí)由成分過(guò)冷的大小和外來(lái)質(zhì)點(diǎn)非均勻生核的能力兩個(gè)因素決定。5枝晶間距：枝間晶距是指相鄰?fù)沃чg的垂直距離，它是樹(shù)枝晶組織細(xì)化程度的表征。枝晶間距越小，組織就越細(xì)密，分布于其間的元素偏析范圍也就越小，故越容易通過(guò)熱處理而均勻化。此外這時(shí)顯微縮松和非金屬夾雜物也更加細(xì)小分散，與成分偏析相關(guān)的各類缺陷也會(huì)減輕，因而也就越有利于性能的提高。影響因素：決定于晶面處結(jié)晶潛熱散失條件、還受控于溶質(zhì)元素在枝晶間的擴(kuò)散行為、生長(zhǎng)速度R和溫度梯度GL的增大均會(huì)使一次間距變小。冷卻速度大二次臂枝晶間距d2越小、微量變質(zhì)元素如稀土影響合金的CL、Ko、crSL也可使二次臂枝間晶距減小。6離異共晶組織：包括晶間偏析和暈圈晶間偏析：當(dāng)一相大量析出，而另一相尚未開(kāi)始結(jié)晶時(shí)，將形成晶間偏析型離異共晶組織。其形成原因：①由于系統(tǒng)本身的原因：如果合金成分偏離共晶點(diǎn)很遠(yuǎn)，初晶相長(zhǎng)得很大，共晶成分的殘留液體很少，類似于薄膜分布于枝晶之間。當(dāng)共晶轉(zhuǎn)變時(shí)，一相就在初晶相的枝晶上繼續(xù)長(zhǎng)出，而另一相單獨(dú)留在枝晶間②由另一相的生核困難所引起：合金偏離共晶成分，初晶相長(zhǎng)得較大。如果另一相不能以初生相為襯底而生核，或因液體過(guò)冷傾向較大而使該相析出受阻時(shí)，初生相就繼續(xù)長(zhǎng)大而把另一相留在枝晶間。暈圈：第二相環(huán)繞著領(lǐng)先相表面生長(zhǎng)而形成一種鑲邊外圍層的情況，此外圍層成為暈圈。成因：由兩相在生核能力和生長(zhǎng)速度上的差別所引起的7非小晶面-非小晶面共生共晶：通過(guò)搭橋方式完成其生核過(guò)程。領(lǐng)先相表面一旦表現(xiàn)出第二相，則可通過(guò)彼此依附、交替生長(zhǎng)的方式產(chǎn)生新的層片來(lái)構(gòu)成所需的共生晶面，而不需要每個(gè)層片重新生核，這種方式叫做搭橋。共晶兩相通過(guò)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)。第五章：鑄件與焊縫宏觀組織及其控制1鑄件的宏觀組織由激冷晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和內(nèi)部等軸晶區(qū)組成。表面激冷晶區(qū)的形成：當(dāng)液態(tài)金屬澆入溫度較低的鑄型中時(shí)，型壁附近熔體由于受到強(qiáng)烈的激冷作用，產(chǎn)生很大的過(guò)冷度而大量非均質(zhì)生核。這些晶核在過(guò)冷熔體中也采取枝晶方式生長(zhǎng)，由于其結(jié)晶潛熱既可從型壁導(dǎo)出也可向過(guò)冷熔體中散失，從而形成了無(wú)方向性的表面細(xì)等軸晶組織。特點(diǎn)：晶粒細(xì)小,通常是無(wú)方向性的細(xì)等軸晶。2柱狀晶區(qū)：穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成，柱狀晶就直接由表面細(xì)等軸晶凝固層某些晶粒為基底向內(nèi)生長(zhǎng)，發(fā)展成由外向內(nèi)生長(zhǎng)的柱狀晶區(qū)。凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，以枝晶狀單向延伸生長(zhǎng)，主干取向與熱流方向平行的枝晶生長(zhǎng)迅速。特點(diǎn)：柱狀晶有各向異性，晶粒都是垂直于型壁排列，且平行于熱流方向，在這個(gè)方向上的晶軸長(zhǎng)大尺寸遠(yuǎn)比其他方向長(zhǎng)。柱狀晶相碰的地帶溶質(zhì)及雜質(zhì)聚積嚴(yán)重，造成強(qiáng)度塑性韌性在柱狀晶的橫向方向大幅度下降，對(duì)熱裂敏感，腐蝕介質(zhì)中易成為集中的腐蝕通道。3內(nèi)部等軸晶：形成是由于熔體內(nèi)部晶核自由生長(zhǎng)的結(jié)果。①成分過(guò)冷理論（已被放棄）:該理論認(rèn)為，隨著凝固層向內(nèi)推移，固相散熱能力逐漸削弱，內(nèi)部溫度梯度趨于平緩，且液相中的溶質(zhì)原子越來(lái)越富集，從而使界面前方成分過(guò)冷逐漸增大。當(dāng)成分過(guò)冷大到足以發(fā)生非均質(zhì)生核時(shí)，便導(dǎo)致內(nèi)部等軸晶的形成。②激冷等軸晶型壁脫落與游離理論:在澆注的過(guò)程中及凝固的初期激冷，等軸晶自型壁脫落與游離促使等軸晶形成,，澆注溫度低可以使柱狀晶區(qū)變窄而擴(kuò)大等軸晶區(qū)。③枝晶熔斷及結(jié)晶雨理論：生長(zhǎng)著的柱狀枝晶在凝固界面前方的熔斷、游離和增殖導(dǎo)致了內(nèi)部等軸晶晶核的形成，稱為“枝晶熔斷”理論。液面冷卻產(chǎn)生的晶粒下雨似地沉積到柱狀晶區(qū)前方的液體中，下落過(guò)程中也發(fā)生熔斷和增殖，是鑄錠凝固時(shí)內(nèi)部等軸晶晶核的主要來(lái)源，稱為“結(jié)晶雨”理論。晶粒較為粗大，致密度較低，有較多顯微縮松。4鑄件宏觀凝固組織的影響因素：金屬方面：化學(xué)成分、形核特征、澆注溫度、金屬液在澆注和凝固過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)。鑄型方面：鑄件的熱物理性質(zhì)（如熱導(dǎo)率、蓄熱系數(shù)）鑄型溫度、鑄型結(jié)構(gòu)。5細(xì)等軸晶的獲取方法：（一）合理地控制澆注工藝和冷卻條件：①合理的澆注工藝：合理降低澆注溫度是減少柱狀晶獲得及細(xì)化等軸晶的有效措施；通過(guò)改變澆注方式強(qiáng)化對(duì)流對(duì)型壁激冷晶的沖刷作用，能有效地促進(jìn)細(xì)等軸晶的形成，但注意不要因此而引起大量氣體和夾雜的卷入而導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷。②冷卻條件的控制：目的是形成寬的凝固區(qū)域和獲得大的過(guò)冷，從而促進(jìn)熔體生核和晶粒游離。小的溫度梯度GL和高的冷卻速度v可以滿足要求。對(duì)于薄壁鑄件可采用高蓄熱、快熱傳導(dǎo)能力的鑄件來(lái)細(xì)化晶粒；而對(duì)厚壁鑄件，一般采用冷卻能力小的鑄型以確保等軸晶的形成，再輔以其他晶粒細(xì)化措施以得到滿意的效果。理想方案是既不使鑄型有較大的冷卻作用以便降低GL,又要使熔體能夠快速冷卻，懸浮鑄造法能滿足。與通常孕育處理的區(qū)別就在于其主要作用是顯微激冷。（二）孕育處理：孕育處理是在澆注之前或澆注過(guò)程中向液態(tài)金屬中添加少量物質(zhì)以達(dá)到細(xì)化晶粒改善宏觀組織目的的一種工藝方法。本質(zhì)上說(shuō)，孕育主要是影響生核過(guò)程中和促進(jìn)晶粒游離以細(xì)化晶粒。第六章：特殊條件下的凝固與成形1快速凝固方法；液滴技術(shù)、旋轉(zhuǎn)技術(shù)、表面熔化技術(shù)2快速凝固對(duì)金屬的結(jié)構(gòu)影響；①形成超細(xì)組織②形成溶解度比通常情況下大得多的過(guò)飽和固溶體，固溶體中合金元素的含量大大的超過(guò)平衡相圖上的合金元素的極限溶解度③形成亞穩(wěn)相或新的結(jié)晶相④形成微晶、納米晶或金屬玻璃。通過(guò)形成不同的組織結(jié)構(gòu)，特別是亞穩(wěn)相、微晶、納米晶或金屬玻璃，可以獲得優(yōu)異的強(qiáng)度、塑性、耐磨性、耐腐蝕性等，從而滿足各種實(shí)際應(yīng)用的需要。第七章哪些因素影響氣體在金屬中的溶解度？其影響規(guī)律如何？答：壓力、溫度、合金成分及氣體種類等因素。溫度、壓力的影響：根據(jù)平方根定律，溫度一定時(shí)，壓力越大溶解度越高；壓力一定時(shí)溶解度與溶解反應(yīng)的類型有關(guān)（溶解過(guò)程為吸熱反應(yīng)時(shí)，溫度越高溶解度越高，溶解過(guò)程為放熱反應(yīng)時(shí)，溫度越高溶解度越低）合金成分的影響：一般來(lái)說(shuō)，液態(tài)金屬中加入能提高氣體含量的合金元素，可以提高氣體的溶解度；若加入的合金元素能與氣體形成穩(wěn)定的化合物則可以降低氣體的溶解度其他因素：1）電流極性的影響：直流正接時(shí)熔滴中將溶解大量氫或氮，反接則氫或氮的溶解性降低。2）在還原性介質(zhì)中，氮的質(zhì)點(diǎn)主要為一價(jià)氮離子、氮原子和氮?dú)夥肿?；在氧化性氣氛中，氮還可以溶入液態(tài)金屬。電弧氣氛中存在少量氧時(shí)，能促進(jìn)一價(jià)氮離子在陰極中的溶解。氧的存在還可以減少液態(tài)金屬對(duì)氫的吸附，降低氫在液態(tài)鐵、低碳鋼和低合金鋼中的溶解度如何控制鑄件或焊縫的含氫量？答：（1）限制氫的來(lái)源：原材料進(jìn)行烘干、去油、除銹等處理；爐膛、出鋼槽、澆包均應(yīng)充分干燥；煉鋼工具在使用前也要充分加熱去除水分；低氫型焊條烘干后應(yīng)立即實(shí)用或放在低溫（100攝氏度）烘箱內(nèi)以免重新吸潮。（2）控制工藝參數(shù)：控制液態(tài)金屬的保溫時(shí)間、澆注方式、冷卻速度，或調(diào)整焊接工藝參數(shù)，控制熔池存在時(shí)間和冷卻速度等可一定程度減少減少金屬中氫的含量。（3）冶金處理：加入固態(tài)或氣態(tài)除氣劑進(jìn)行除氫如液態(tài)鋁通入氯氣。調(diào)整焊接材料的成分，使氫在高溫下生成較穩(wěn)定的不溶于液態(tài)金屬的氫化物：a在藥皮和焊劑中加入氟化物b控制焊接材料的氧化勢(shì)c在在藥皮和焊芯中加入微量稀土元素第八章熔渣的作用答：機(jī)械保護(hù)、冶金處理、改善成型工藝性能熔渣的成分與分類答：a鹽性熔渣(主要由金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物組成)，b鹽-氧化物型熔渣(主要由氟化物和金屬氧化物構(gòu)成)，c氧化物型熔渣(含有較多弱堿金屬氧化物)熔渣的物理性能對(duì)熔焊質(zhì)量有什么影響？答：a.熔渣的凝固溫度和密度焊接時(shí)要求熔渣的凝固溫度與焊絲和母材的熔點(diǎn)相匹配。熔渣的凝固溫度過(guò)高會(huì)影響焊縫外觀成形，甚至產(chǎn)生氣孔和夾雜；凝固溫度過(guò)低則導(dǎo)致熔渣不能焊縫凝固后及時(shí)凝固，將影響對(duì)焊縫的保護(hù)及外觀成形。密度影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，應(yīng)選較低密度。b.熔渣的粘度如果熔渣不具備足夠的流動(dòng)性，則不能正常工作。熔渣的粘度越小，流動(dòng)性越好，則擴(kuò)散越容易，對(duì)冶金反應(yīng)的進(jìn)行越有利。焊接時(shí)熔渣粘度不能過(guò)小，否則容易流失，影響對(duì)熔池在全位置焊接時(shí)的成形和保護(hù)效果。c.熔渣的表面張力和界面張力對(duì)于冶金過(guò)程動(dòng)力學(xué)及液態(tài)金屬中熔渣等雜志相得排出有重要影響，以及影響到熔渣對(duì)液態(tài)金屬的覆蓋性能，并由此影響隔離保護(hù)效果和焊縫外觀成形。冶煉與熔焊過(guò)程中熔渣的氧化性強(qiáng)會(huì)造成什么不良后果？答：容易對(duì)液態(tài)金屬造成氧化。造成噴濺，增加金屬損失及爐襯侵蝕。擴(kuò)散氧化導(dǎo)致焊縫增氧并可能產(chǎn)生氣孔；置換氧化容易對(duì)合金含量較高的鋼種將嚴(yán)重降低接頭的力學(xué)性能尤其是低溫韌性第九章試述熔渣脫硫的原理及影響因素答：利用熔渣中的CaO,CaC2,MnO,MgO等進(jìn)行脫硫。液態(tài)鋼鐵中的硫以硫化鐵的形式存在，硫化鐵也同時(shí)存在于熔渣和液態(tài)金屬中，能夠相互轉(zhuǎn)移，當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，熔渣中硫化鐵的含量鋼鐵液中硫化鐵的含量呈一定比例，在熔渣中，氧化鈣脫硫：(CaO)+(FeS)-(CaS)+(FeO)，隨著脫硫的進(jìn)行，熔渣中的硫化鐵含量逐漸減少，于是鋼鐵液中的硫化鐵就自動(dòng)往熔渣中擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，從而達(dá)到脫硫的目的。同樣，碳化鈣也可以：3(FeS)(CeC2)+2(CaO)-3(CaS)+3[Fe]+2CO影響因素：a.熔渣的還原性和堿度 (CaO)+(FeS)-(CaS)+(FeO)式中，渣中氧化鈣的濃度高和氧化亞鐵的濃度低都有利于反應(yīng)進(jìn)行，因此在還原期脫硫是有利的。熔渣的堿度咼也有利于脫硫。b.粘度脫硫存在著傳輸過(guò)程。熔渣粘度小，容易傳輸，利于脫硫的進(jìn)行。c.溫度用氧化鈣和碳化鈣脫硫都是吸熱反應(yīng)，溫度咼有利于脫硫。另外，熔渣粘度小，擴(kuò)散快。熔渣熔點(diǎn)與石灰量有關(guān)，堿度越咼，熔點(diǎn)越咼。當(dāng)溫度咼時(shí)，可以利用高堿度渣脫硫。d.硫的活度硫的活度大，容易從金屬液中析出，有利于脫硫。在脫硫反應(yīng)中，擴(kuò)散成為決定整個(gè)反應(yīng)過(guò)程快慢的限制性環(huán)節(jié)磷在鋼中有何危害？答：磷在鋼中主要以Fe2P,Fe3P的形式存在，它們與鐵、鎳形成低熔點(diǎn)共晶。磷化鐵常分布于晶界，減弱了晶粒之間的結(jié)合力，同時(shí)它本身硬而脆。因此當(dāng)鋼中含磷量過(guò)多時(shí)，會(huì)增加材料的冷脆性，即沖擊韌性降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高。在含碳量較高的低合金鋼和奧氏體鋼中，磷也會(huì)促使產(chǎn)生熱裂紋。第十一章1.微觀偏析：晶內(nèi)偏析、晶界偏析2.晶內(nèi)偏析定義：在一個(gè)晶粒內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象晶內(nèi)偏析程度取決于：合金相圖的形狀、偏析元素的擴(kuò)散能力和冷卻條件合金相圖上液相線和固相線間隔越大，則先、后結(jié)晶部分的成分差別越大，晶內(nèi)偏析越嚴(yán)重。偏析元素在固溶體中的擴(kuò)散能力越小，晶內(nèi)偏析傾向就越大。其他條件相同時(shí)，冷卻速度越快，則實(shí)際結(jié)晶溫度越低，原子擴(kuò)散能力越小，晶內(nèi)偏析越嚴(yán)重。但另一方面，隨著冷卻速度的增加，固溶體晶粒細(xì)化，晶內(nèi)偏析程度減輕。因此，冷卻速度的影響應(yīng)視具體情況而定。宏觀偏析：正常偏析、逆偏析、V型偏析和逆V型偏析、帶狀偏析、重力偏析、區(qū)域偏析和層狀偏析、焊接熔合區(qū)的化學(xué)成分不均勻帶狀偏析：常出現(xiàn)在鑄錠或厚壁鑄件中（有時(shí)是連續(xù)的、有時(shí)是間段的）。帶狀偏析形成特點(diǎn)：總是和凝固的液-固界面相平行帶狀偏析形成原理：由于固-液界面前沿液相中存在溶質(zhì)富集層且晶體生長(zhǎng)速度發(fā)生變化溶質(zhì)的偏析系數(shù)越大，帶狀偏析越容易形成。減少溶質(zhì)的含量，采取孕育措施細(xì)化晶粒5.氣孔與夾雜1）氣孔的分類：析出性氣孔、侵入性氣孔、反應(yīng)性氣孔2）氣體的析出形式：擴(kuò)散逸出、與金屬內(nèi)的某元素形成化合物、以氣泡形式從液態(tài)金屬中逸出。氣體以氣泡形式析出的過(guò)程：氣泡的生核、長(zhǎng)大和上浮析出性氣孔形成的特性、形成機(jī)理及預(yù)防措施答：1）形成機(jī)理：結(jié)晶前沿，特別是枝晶間的氣體溶質(zhì)聚集區(qū)中，氣體含量將超過(guò)其飽和含量，被枝晶封閉的液相內(nèi)則具有更大的過(guò)飽和含量和析出壓力，而液固界面處氣體的含量最高，并且存在其他溶質(zhì)的偏析及非金屬夾雜物，當(dāng)枝晶間產(chǎn)生收縮時(shí)，該處極易析出氣泡，并且很難排除，形成氣孔2）預(yù)防措施：消除氣體來(lái)源、采用合理的工藝、對(duì)液態(tài)金屬進(jìn)行除氣處理、阻止液態(tài)金屬內(nèi)氣體的析出3）特性 形狀:多為分散小圓孔，直徑0.5?2mm，或者更大，肉眼能觀察到麻點(diǎn)狀小孔，表面光亮;位置分布：在鑄坯斷面上呈大面積、均勻分布，而在最后凝固的部位較多夾雜物的形成機(jī)理、影響因素及主要防止措施答：形成機(jī)理（來(lái)源）：夾雜物是指金屬內(nèi)部或表面存在的和基體金屬成分不相同，它主要來(lái)源于材料本身的雜質(zhì)及金屬在熔煉，澆注和凝固過(guò)程中與非金屬元素或化合物發(fā)生反應(yīng)而生產(chǎn)的產(chǎn)物。影響因素：自身雜質(zhì)（爐料中的雜志、焊材母材中的雜質(zhì)）反應(yīng)產(chǎn)物（熔煉過(guò)程中的反應(yīng)產(chǎn)物、與周?chē)諝饨橘|(zhì)間的反應(yīng)產(chǎn)物）防治措施：1）一次夾雜物防止措施：加溶劑、過(guò)濾法、排除和減少液態(tài)金屬中氣體的措施。2）二次氧化夾雜物防止措施：a正確選擇合金成分，嚴(yán)格控制易氧化元素的含量。b采取合理澆注的系統(tǒng)及澆注工藝，保持液態(tài)金屬充型過(guò)程平穩(wěn)流動(dòng)。c嚴(yán)格控制鑄型水分，防止鑄型內(nèi)產(chǎn)生氧化性氣氛。d對(duì)要求高的重要零件或易氧化的合金可以在真空或保護(hù)氣氛下澆注。3）焊縫夾雜物：正確地選擇原材料（包括母材和焊接材料），母材、焊絲中的夾雜物應(yīng)盡量少，焊條、焊劑應(yīng)具有良好的脫氧、脫硫效果；注意工藝操作，如選擇合適的工藝參數(shù)；適當(dāng)擺動(dòng)焊條以便于熔渣浮出；加強(qiáng)熔池保護(hù)，防止空氣侵入；多層焊時(shí)清除