材料成型原理 復(fù)習(xí)題

1、材料成型原理 復(fù)習(xí)題第二章 材料成形熱過程1、 與熱處理相比，焊接熱過程有哪些特點(diǎn)？答：（1）焊接過程熱源集中，局部加熱溫度高 （2）焊接熱過程的瞬時(shí)性，加熱速度快，高溫停留時(shí)間短（3） 熱源的運(yùn)動(dòng)性，加熱區(qū)域不斷變化，傳熱過程不穩(wěn)定。2、影響焊接溫度場(chǎng)的因素有哪些？試舉例分別加以說明。 熱源的性質(zhì)焊接工藝參數(shù)被焊金屬的熱物理性質(zhì)焊件的板厚和形狀3、何謂焊接熱循環(huán)？ 答：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，即焊接過程中熱源沿焊件移動(dòng)時(shí)，焊件上某點(diǎn)溫度由低而高，達(dá)到最高值后，又由高而低隨時(shí)間的變化。焊接熱循環(huán)具有加熱速度快、峰值溫度高、冷卻速度大和相變溫度以上停留時(shí)

2、間不易控制的特點(diǎn)3、 焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)有哪些？它們對(duì)焊接有何影響？加熱速度峰值溫度高溫停留時(shí)間冷卻速度 或 冷卻時(shí)間決定焊接熱循環(huán)特征的主要參數(shù)有以下四個(gè)：（1）加熱速度H焊接熱源的集中程度較高，引起焊接時(shí)的加熱速度增加，較快的加熱速度將使相變過程進(jìn)行的程度不充分，從而影響接頭的組織和力學(xué)性能。（2）峰值溫度max。距焊縫遠(yuǎn)近不同的點(diǎn)，加熱的最高溫度不同。焊接過程中的高溫使焊縫附近的金屬發(fā)生晶粒長(zhǎng)大和重結(jié)晶，從而改變母材的組織與性能。（3）相變溫度以上的停留時(shí)間tH在相變溫度TH以上停留時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于奧氏體的均勻化過程，增加奧氏體的穩(wěn)定性，但同時(shí)易使晶粒長(zhǎng)大，引起接頭脆化現(xiàn)象，從而降低

3、接頭的質(zhì)量。（4）冷卻速度C(或冷卻時(shí)間t8 / 5) 冷卻速度是決定焊接熱影響區(qū)組織和性能的重要參數(shù)之一。對(duì)低合金鋼來說，熔合線附近冷卻到540左右的瞬時(shí)冷卻速度是最重要的參數(shù)。也可采用某一溫度范圍內(nèi)的冷卻時(shí)間來表征冷卻的快慢，如800500的冷卻時(shí)間t8 / 5，800300的冷卻時(shí)間t8/3，以及從峰值溫度冷至100的冷卻時(shí)間t100。4、5、 焊接熱循環(huán)中冷卻時(shí)間、的含義是什么？ 焊接熱循環(huán)中的冷卻時(shí)間表示從800°C冷卻到500°C的冷卻時(shí)間。焊接熱循環(huán)中的冷卻時(shí)間表示從800°C冷卻到300°C的冷卻時(shí)間。焊接熱循環(huán)中的冷卻時(shí)間表示從峰值冷卻

4、到100°C的冷卻時(shí)間。6、 影響焊接熱循環(huán)的因素有哪些？試分別予以說明。焊接熱輸入的影響預(yù)熱溫度的影響焊件形狀尺寸的影響接頭形式的影響焊道長(zhǎng)度的影響冷卻條件的影響8、已知某半無限大板狀鑄鋼件的熱物性參數(shù)為：導(dǎo)熱系數(shù)=46.5 W/(m·K)， 比熱容C=460.5 J/(kg·K)， 密度=7850 kg/m3，取澆鑄溫度為1570，鑄型的初始溫度為20。 試求該鑄件在砂型和金屬型鑄模（鑄型壁均足夠厚）中澆鑄后0.2h時(shí)刻,鑄型表面和距鑄型表面0.1m處的溫度并作分析比較。（鑄型的有關(guān)熱物性參數(shù)見表2-2。） 解：（1）砂型： =12965 =639界面溫度：

5、=1497鑄件的熱擴(kuò)散率： =1.3´10-5 m2/s 根據(jù)公式 分別計(jì)算出兩種時(shí)刻鑄件中的溫度分布狀況見表1。表1 鑄件在砂型中凝固時(shí)的溫度分布與鑄型表面距離（m）00.020.040.060.080.10溫度（）t=0.02h時(shí)149715231545155915661569t=0.20h時(shí)149715051513152115281535根據(jù)表1結(jié)果做出相應(yīng)溫度分布曲線見圖1。（2）金屬型： =12965 =15434界面溫度： =727.6 同理可分別計(jì)算出兩種時(shí)刻鑄件中的溫度分布狀況見表2與圖2。表2 鑄件在金屬型中凝固時(shí)的溫度分布與鑄型表面距離（m）00.020.040.

6、060.080.10溫度（）t=0.02h時(shí)727.610301277143815201555t=0.20h時(shí)727.6823915100510801159t=0.02ht=0.0h圖2 鑄件在金屬型中凝固時(shí)的溫度分布曲線圖1 鑄件在砂型中凝固時(shí)的溫度分布曲線 (3) 分析：采用砂型時(shí)，鑄件金屬的冷卻速度慢，溫度梯度分布平坦，與鑄型界面處的溫度高，而采用金屬鑄型時(shí)相反。原因在于砂型的蓄熱系數(shù)b比金屬鑄型小得多。9、凝固速度對(duì)鑄件凝固組織、性能與凝固缺陷的產(chǎn)生有重要影響。試分析可以通過哪些工藝措施來改變或控制凝固速度？解： 改變鑄件的澆注溫度、澆鑄方式與澆鑄速度； 選用適當(dāng)?shù)蔫T型材料和起始（預(yù)熱

7、）溫度； 在鑄型中適當(dāng)布置冷鐵、冒口與澆口； 在鑄型型腔內(nèi)表面涂敷適當(dāng)厚度與性能的涂料。 10、比較同樣體積大小的球狀、塊狀、板狀及桿狀鑄件凝固時(shí)間的長(zhǎng)短。解：一般在體積相同的情況下上述物體的表面積大小依次為：A球<A塊<A板<A桿根據(jù) 與 所以凝固時(shí)間依次為： t球>t塊>t板>t桿。11、 右圖為一灰鑄鐵底座鑄件的斷面形狀，其厚度為30mm，利用“模數(shù)法”分析砂型鑄造時(shí)底座的最后凝固部位，并估計(jì)凝固終了時(shí)間.解：將底座分割成A、B、C、D四類規(guī)則幾何體（見右下圖）1000160160600120查表2-3得：K=0.72()對(duì)A有：RA= VAAA=1.

8、23cmtA=RA²KA²=2.9min對(duì)B有: RB= VBAB=1.33cm A A A A B BCCCCDDDtB=RB²KB²=3.4min對(duì)C有：RC= VCAC=1.2cmtC=RC²KC²=2.57min對(duì)D有：RD= VDAD=1.26cmtD=RD²KD²=3.06min因此最后凝固部位為底座中肋B處，凝固終了時(shí)間為3.4分鐘。12、對(duì)于低碳鋼薄板，采用鎢極氬弧焊較容易實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形（背面均勻焊透）。采用同樣焊接規(guī)范去焊同樣厚度的不銹鋼板或鋁板會(huì)出現(xiàn)什么后果？為什么？解：采用同樣焊接規(guī)范去焊

9、同樣厚度的不銹鋼板可能會(huì)出現(xiàn)燒穿，這是因?yàn)椴讳P鋼材料的導(dǎo)熱性能比低碳鋼差，電弧熱無法及時(shí)散開的緣故；相反，采用同樣焊接規(guī)范去焊同樣厚度的鋁板可能會(huì)出現(xiàn)焊不透，這是因?yàn)殇X材的導(dǎo)熱能力優(yōu)于低碳鋼的緣故。13、何謂焊接熱循環(huán)？焊接熱循環(huán)的主要特征參數(shù)有那些？答：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，即焊接過程中熱源沿焊件移動(dòng)時(shí)，焊件上某點(diǎn)溫度由低而高，達(dá)到最高值后，又由高而低隨時(shí)間的變化。14、焊接熱循環(huán)對(duì)母材金屬近縫區(qū)的組織、性能有何影響？怎樣利用熱循環(huán)和其他工藝措施改善HAZ的組織性能？答：（1）對(duì)組織的影響：A 不易淬火鋼的熱影響區(qū)組織：在一般的熔焊條件下，不易淬火

10、鋼按照熱影響區(qū)中不同部位加熱的最高溫度及組織特征，可分為以下四個(gè)區(qū)1) 熔合區(qū): 焊縫與母材之間的過渡區(qū)域。范圍很窄，常常只有幾個(gè)晶粒,具有明顯的化學(xué)成分不均勻性。2) 過熱區(qū)(粗晶區(qū)): 加熱溫度在固相線以下到晶粒開始急劇長(zhǎng)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(yán)重的粗化，冷卻后得到粗大的組織，并極易出現(xiàn)脆性的魏氏組織。3) 相變重結(jié)晶區(qū)(正火區(qū)或細(xì)晶區(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

11、鐵素體，相當(dāng)于熱處理時(shí)的正火組織，故亦稱正火區(qū)。4) 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。B 易淬火鋼的熱影響區(qū)組織:母材焊前是正火狀態(tài)或退火狀態(tài)，則焊后熱影響區(qū)可分為：1) 完全淬火區(qū)：焊接時(shí)熱影響區(qū)處于AC3以上的區(qū)域。在緊靠焊縫相當(dāng)于低碳鋼過熱區(qū)的部位，由于晶粒嚴(yán)重粗化，得到粗大的馬氏體；相當(dāng)于正火區(qū)的部位得到細(xì)小的馬氏體。2) 不完全淬火區(qū)：母材被加熱到AC1AC3溫度之間的熱影

12、響區(qū)?？焖偌訜岷屠鋮s過程得到馬氏體和鐵素體的混合組織；含碳量和合金元素含量不高或冷卻速度較小時(shí)，其組織可能為索氏體或珠光體。母材焊前是調(diào)質(zhì)狀態(tài)，則焊接熱影響區(qū)的組織分布除上述兩個(gè)外，還有一個(gè)回火軟化區(qū)。在回火區(qū)內(nèi)組織和性能發(fā)生變化的程度決定于焊前調(diào)質(zhì)的回火溫度：若焊前調(diào)質(zhì)時(shí)回火溫度為Tt，低于此溫度的部位，組織性能不發(fā)生變化，高于此溫度的部位，組織性能將發(fā)生變化，出現(xiàn)軟化。若焊前為淬火態(tài)，緊靠Ac1的部位得到回火索氏體，離焊縫較遠(yuǎn)的區(qū)域得到回火馬氏體。 (2) 對(duì)性能的影響 使HAZ發(fā)生硬化、脆化(粗晶脆化、析出脆化、組織轉(zhuǎn)變脆化、熱應(yīng)變時(shí)效脆化、氫脆以及石墨脆化等)、韌化、軟化等。（3）改善

13、HAZ組織性能的措施1）母材焊后選擇合理的熱處理方法（調(diào)質(zhì)、淬火等）。2）選擇合適的板厚、接頭形式及焊接方法等。3）控制焊接線能量、冷卻速度和加熱速度。15、焊接條件下組織轉(zhuǎn)變與熱處理?xiàng)l件下組織轉(zhuǎn)變有何不同？答： 焊接條件下熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變與熱處理?xiàng)l件下的組織轉(zhuǎn)變相比，其基本原理是相同的。但由于焊接過程的特殊性，使焊接條件下的組織轉(zhuǎn)變又具有與熱處理不同的特點(diǎn)。焊接熱過程概括起來有以下六個(gè)特點(diǎn)：（1）一般熱處理時(shí)加熱溫度最高在AC3以上l00200，而焊接時(shí)加熱溫度遠(yuǎn)超過AC3，在熔合線附近可達(dá)l350l400。（2）焊接時(shí)由于采用的熱源強(qiáng)烈集中，故加熱速度比熱處理時(shí)要快得多，往往超過幾十倍甚

14、至幾百倍。（3）焊接時(shí)由于熱循環(huán)的特點(diǎn)，在AC3以上保溫的時(shí)間很短(一般手工電弧焊約為420s，埋弧焊時(shí)30l00s)，而在熱處理時(shí)可以根據(jù)需要任意控制保溫時(shí)間。（4）在熱處理時(shí)可以根據(jù)需要來控制冷卻速度或在冷卻過程中不同階段進(jìn)行保溫。然而在焊接時(shí)，一般都是在自然條件下連續(xù)冷卻，個(gè)別情況下才進(jìn)行焊后保溫或焊后熱處理。（5）焊接加熱的局部性和移動(dòng)性將產(chǎn)生不均勻相變及應(yīng)變；而熱處理過程一般不會(huì)出現(xiàn)。（6）焊接過程中，在應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變；而熱處理過程不是很明顯。所以焊接條件下熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變必然有它本身的特殊性。此外，焊接過程的快速加熱，首先將使各種金屬的相變溫度比起等溫轉(zhuǎn)變時(shí)大有提高。加熱

15、速度越快，不僅被焊金屬的相變點(diǎn)AC1和AC3提高幅度增大，而且AC1和AC3之間的間隔也越大。加熱速度還影響奧氏體的形成過程，特別是對(duì)奧氏體的均質(zhì)化過程有著重要的影響。由于奧氏體的均質(zhì)化過程屬于擴(kuò)散過程，因此加熱速度快，相變點(diǎn)以上停留時(shí)間短，不利于擴(kuò)散過程的進(jìn)行，從而均質(zhì)化的程度很差。這一過程必然影響冷卻過程的組織轉(zhuǎn)變。焊接過程屬于非平衡熱力學(xué)過程，在這種情況下，隨著冷卻速度增大，平衡狀態(tài)圖上各相變點(diǎn)和溫度線均發(fā)生偏移。在焊接連續(xù)冷卻條件下，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變并不按平衡條件進(jìn)行，如珠光體的成分，由w(C)0.8而變成一個(gè)成分范圍，形成偽共析組織。此外，貝氏體、馬氏體也都是處在非平衡條件下的組織，種

16、類繁多。這與焊接時(shí)快速加熱、高溫、連續(xù)冷卻等因素有關(guān)。16、在相同的條件下焊接45鋼和40Cr鋼，哪一種鋼的近縫區(qū)淬硬傾向大？為什么？答：在相同條件下，40Cr的淬硬大。根據(jù)金屬學(xué)原理可知，碳化物合金元素（如Cr、Mo、Ti、Nb等）只有他們充分溶解在奧氏體的內(nèi)部才會(huì)增加奧氏體的穩(wěn)定性（既增加淬硬傾向）。在焊接條件下，由于速度快，高溫停留時(shí)間短，導(dǎo)致這些合金元素不能充分溶解造成淬硬傾向。不含碳化物合金元素的鋼如45鋼，不存在碳化物的溶解過程。另一方面近縫區(qū)組織易粗化，相比較之下淬硬向要小于40Cr鋼。例如：40Cr鋼在36可得到100%的馬氏體，而45*鋼在60下也只得到98%的馬氏體。17、

17、焊接熱影響區(qū)的脆化類型有幾種？如何防止？答： 焊接熱影響區(qū)的脆化類型及防止措施：（1）粗晶脆化：對(duì)于某些低合金高強(qiáng)鋼，由于希望出現(xiàn)下貝氏體或低碳馬氏體，可以適當(dāng)降低焊接線能量和提高冷卻速度，從而起到改善粗晶區(qū)韌性的作用，提高抗脆能力。高碳低合金高強(qiáng)鋼與此相反，提高冷卻速度會(huì)促使生成孿晶馬氏體，使脆性增大。所以，應(yīng)采用適當(dāng)提高焊接線能量和降低冷卻速度的工藝措施。（2）析出脆化：控制加熱速度和冷卻速度，加入一些合金元素阻止碳化物，氮化物等的析出。（3）組織脆化：控制冷卻速度，中等的冷速才能形成M-A組元，冷速太快和太慢都不能產(chǎn)生M-A組元氏體(孿晶馬氏體)；控制合金元素的含量，合金化程度較高時(shí)，奧

18、氏體的穩(wěn)定性較大，因而不易分解而形成M-A組元；控制母材的含碳量，選用合適含碳量的材料。（4）HAZ 的熱應(yīng)變時(shí)效脆化(HSE): 焊接接頭的HSE往往是靜態(tài)應(yīng)變時(shí)效和動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效的綜合作用的結(jié)果。盡量使焊接接頭無缺口，從而減輕動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效脆化程度；采用合適的冷作工序，靜態(tài)應(yīng)變時(shí)效脆化的程度取決于鋼材在焊前所受到的預(yù)應(yīng)變量以及軋制、彎曲、沖孔、剪切、校直、滾圓等冷作工序。焊接工藝上控制加熱速度和最高加熱溫度以及焊接線能量。18、 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

19、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^熱，該區(qū)奧氏體嚴(yán)重粗化，冷卻后得到粗大組織，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)，

20、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。判斷題：1、與金屬型比較, 采用砂型鑄件金屬的冷卻速度慢，溫度梯度分布平坦，與鑄型界面處的溫度高。 （ ）2、低碳鋼焊接熔合區(qū)，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。 （ ）3、焊接熱循環(huán)中的冷卻時(shí)間表示從峰值冷卻到100°C的冷卻時(shí)間。 （ ）4、穩(wěn)定溫度場(chǎng)通常是指溫度場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間而變的溫度場(chǎng)。 （ ）5、同樣體積大小相同的情況下，球狀鑄件的凝固

21、時(shí)間大于塊狀鑄件的凝固時(shí)間。（ ）第3章 金屬的凝固1、試述液態(tài)金屬充型能力與流動(dòng)性間的聯(lián)系和區(qū)別，并分析合金成分及結(jié)晶潛熱對(duì)充型能力的影響規(guī)律。答：(1) 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，簡(jiǎn)稱為液態(tài)金屬充型能力。液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力稱為“流動(dòng)性”，是液態(tài)金屬的工藝性能之一。液態(tài)金屬的充型能力首先取決于金屬本身的流動(dòng)能力，同時(shí)又受外界條件，如鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素的影響，是各種因素的綜合反映。在工程應(yīng)用及研究中，通常，在相同的條件下（如相同的鑄型性質(zhì)、澆注系統(tǒng)，以及澆注時(shí)控制合金液相同過熱度，等等）澆注各種合金的流動(dòng)性試樣，以試

22、樣的長(zhǎng)度表示該合金的流動(dòng)性，并以所測(cè)得的合金流動(dòng)性表示合金的充型能力。因此可以認(rèn)為：合金的流動(dòng)性是在確定條件下的充型能力。對(duì)于同一種合金，也可以用流動(dòng)性試樣研究各鑄造工藝因素對(duì)其充型能力的影響。(2) 合金的化學(xué)成分決定了結(jié)晶溫度范圍，與流動(dòng)性之間存在一定的規(guī)律。一般而言，在流動(dòng)性曲線上，對(duì)應(yīng)著純金屬、共晶成分和金屬間化合物之處流動(dòng)性最好，流動(dòng)性隨著結(jié)晶溫度范圍的增大而下降，在結(jié)晶溫度范圍最大處流動(dòng)性最差，也就是說充型能力隨著結(jié)晶溫度范圍的增大而越來越差。因?yàn)閷?duì)于純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金，在固定的凝固溫度下，已凝固的固相層由表面逐步向內(nèi)部推進(jìn)，固相層內(nèi)表面比較光滑，對(duì)液體的流動(dòng)阻力

23、小，合金液流動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，所以流動(dòng)性好，充型能力強(qiáng)。而具有寬結(jié)晶溫度范圍的合金在型腔中流動(dòng)時(shí)，斷面上存在著發(fā)達(dá)的樹枝晶與未凝固的液體相混雜的兩相區(qū)，金屬液流動(dòng)性不好，充型能力差。(3)對(duì)于純金屬、共晶和金屬間化合物成分的合金，在一般的澆注條件下，放出的潛熱越多，凝固過程進(jìn)行的越慢，流動(dòng)性越好，充型能力越強(qiáng)；而對(duì)于寬結(jié)晶溫度范圍的合金，由于潛熱放出1520%以后，晶粒就連成網(wǎng)絡(luò)而停止流動(dòng)，潛熱對(duì)充型能力影響不大。但也有例外的情況，由于Si晶體結(jié)晶潛熱為-Al的4倍以上，Al-Si合金由于潛熱的影響，最好流動(dòng)性并不在共晶成分處。2、 某飛機(jī)制造廠的一牌號(hào)Al-Mg合金（成分確定）機(jī)翼因鑄造常出現(xiàn)“澆不

24、足”缺陷而報(bào)廢，如果你是該廠工程師，請(qǐng)問可采取哪些工藝措施來提高成品率？答：機(jī)翼鑄造常出現(xiàn)“澆不足”缺陷可能是由金屬液的充型能力不足造成的，可采取以下工藝提高成品率：（1）使用小蓄熱系數(shù)的鑄型來提高金屬液的充型能力；采用預(yù)熱鑄型，減小金屬與鑄型的溫差，提高金屬液充型能力。（2）提高澆注溫度，加大充型壓頭，可以提高金屬液的充型能力。（3）改善澆注系統(tǒng)，提高金屬液的充型能力。3、論述成分過冷與熱過冷的涵義以及它們之間的區(qū)別和聯(lián)系。成分過冷的涵義:合金在不平衡凝固時(shí)，使液固界面前沿的液相中形成溶質(zhì)富集層，因富集層中各處的合金成分不同，具有不同的熔點(diǎn)，造成液固前沿的液相處于不同的過冷狀態(tài)，這種由于液固

25、界面前沿合金成分不同造成的過冷。熱過冷的涵義: 界面液相側(cè)形成的負(fù)溫度剃度，使得界面前方獲得大于的過冷度。成分過冷與熱過冷的區(qū)別 : 熱過冷是由于液體具有較大的過冷度時(shí)，在界面向前推移的情況下，結(jié)晶潛熱的釋放而產(chǎn)生的負(fù)溫度梯度所形成的。可出現(xiàn)在純金屬或合金的凝固過程中，一般都生成樹枝晶。成分過冷是由溶質(zhì)富集所產(chǎn)生，只能出現(xiàn)在合金的凝固過程中，其產(chǎn)生的晶體形貌隨成分過冷程度的不同而不同，當(dāng)過冷程度增大時(shí)，固溶體生長(zhǎng)方式由無成分過冷時(shí)的“平面晶”依次發(fā)展為：胞狀晶柱狀樹枝晶內(nèi)部等軸晶（自由樹枝晶）。成分過冷與熱過冷的聯(lián)系: 對(duì)于合金凝固，當(dāng)出現(xiàn)“熱過冷”的影響時(shí)，必然受“成分過冷”的影響，而且后者

26、往往更為重要。即使液相一側(cè)不出現(xiàn)負(fù)的溫度梯度，由于溶質(zhì)再分配引起界面前沿的溶質(zhì)富集，從而導(dǎo)致平衡結(jié)晶溫度的變化。在負(fù)溫梯下，合金的情況與純金屬相似，合金固溶體結(jié)晶易于出現(xiàn)樹枝晶形貌。 4、何為成分過冷判據(jù)?成分過冷的大小受哪些因素的影響? 答: “成分過冷”判據(jù)為: 當(dāng)“液相只有有限擴(kuò)散”時(shí)，N=，代入上式后得 ( 其中: GL 液相中溫度梯度 R 晶體生長(zhǎng)速度 mL 液相線斜率 C0 原始成分濃度DL 液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)K0 平衡分配系數(shù)K )成分過冷的大小主要受下列因素的影響:1）液相中溫度梯度GL , GL越小,越有利于成分過冷2）晶體生長(zhǎng)速度R , R越大,越有利于成分過冷3）液相線斜

27、率mL ,mL越大,越有利于成分過冷4）原始成分濃度C0, C0越高,越有利于成分過冷5）液相中溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)DL, DL越底,越有利于成分過冷 6）平衡分配系數(shù)K0 ,K01時(shí)，K0 越 小,越有利于成分過冷；K01時(shí)，K0越大,越有利于成分過冷。(注:其中的GL和 R 為工藝因素,相對(duì)較易加以控制; mL , C0 , DL , K0 ,為材料因素,較難控制 ) 5、分別討論“成分過冷”對(duì)單相固溶體及共晶凝固組織形貌的影響？答 :“成分過冷”對(duì)單相固溶體組織形貌的影響:隨著“成分過冷”程度的增大，固溶體生長(zhǎng)方式由無“成分過冷”時(shí)的“平面晶”依次發(fā)展為：胞狀晶柱狀樹枝晶內(nèi)部等軸晶（自由樹枝晶）

28、。 “成分過冷”對(duì)共晶凝固組織形貌的影響:1)共晶成分的合金，在冷速較快時(shí)，不一定能得到100的共晶組織，而是得到亞共晶或過共晶組織，甚至完全得不到共晶組織；2）有些非共晶成分的合金在冷速較快時(shí)反而得到100的共晶組織；3）有些非共晶成分的合金，在一定的冷速下，既不出現(xiàn)100的共晶組織，也不出現(xiàn)初晶+共晶的情況，而是出現(xiàn)“離異共晶”。6、鑄件典型宏觀凝固組織是由哪幾部分構(gòu)成的，它們的形成機(jī)理如何?答：鑄件的宏觀組織通常由激冷晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和內(nèi)部等軸晶區(qū)所組成。表面激冷區(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)生很大的過冷度而大量非均質(zhì)生核。這些晶核在過冷

29、熔體中也以枝晶方式生長(zhǎng)，由于其結(jié)晶潛熱既可從型壁導(dǎo)出，也可向過冷熔體中散失，從而形成了無方向性的表面細(xì)等軸晶組織。柱狀晶區(qū)的形成：在結(jié)晶過程中由于模壁溫度的升高，在結(jié)晶前沿形成適當(dāng)?shù)倪^冷度，使表面細(xì)晶粒區(qū)繼續(xù)長(zhǎng)大（也可能直接從型壁處長(zhǎng)出），又由于固-液界面處單向的散熱條件（垂直于界面方向），處在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，以表面細(xì)等軸晶凝固層某些晶粒為基底，呈枝晶狀單向延伸生長(zhǎng)，那些主干取向與熱流方向相平行的枝晶優(yōu)先向內(nèi)伸展并抑制相鄰枝晶的生長(zhǎng)，在淘汰取向不利的晶體過程中，發(fā)展成柱狀晶組織。內(nèi)部等軸晶的形成：內(nèi)部等軸晶區(qū)的形成是由于熔體內(nèi)部晶核自由生長(zhǎng)的結(jié)果。隨著柱狀晶的

30、發(fā)展，熔體溫度降到足夠低，再加之金屬中雜質(zhì)等因素的作用，滿足了形核時(shí)的過冷度要求，于是在整個(gè)液體中開始形核。同時(shí)由于散熱失去了方向性，晶體在各個(gè)方向上的長(zhǎng)大速度是相等的，因此長(zhǎng)成了等軸晶。7、試分析溶質(zhì)再分配對(duì)游離晶粒的形成及晶粒細(xì)化的影響 。 答：對(duì)于純金屬在冷卻結(jié)晶時(shí)候沒有溶質(zhì)再分配，所以在其沿型壁方向晶體迅速長(zhǎng)大，晶體與晶體之間很快能夠連接起來形成凝固殼。當(dāng)形成一個(gè)整體的凝固殼時(shí)，結(jié)晶體再從型壁處游離出來就很困難了。但是如果向金屬中添加溶質(zhì)，則在晶體與型壁的交匯處將會(huì)形成溶質(zhì)偏析，溶質(zhì)的偏析容易使晶體在與型壁的交會(huì)處產(chǎn)生“脖頸”，具有“脖頸”的晶體不易于沿型壁方向與其相鄰晶體連接形成凝固

31、殼, 另一方面，在澆注過程和凝固初期存在的對(duì)流容易沖斷“脖頸”，使晶體脫落并游離出去，形成游離晶。一些游離晶被保留下來并發(fā)生晶體增殖，成為等軸晶的核心，形成等軸晶，從而起到細(xì)化晶粒的作用。8、液態(tài)金屬中的流動(dòng)是如何產(chǎn)生的，流動(dòng)對(duì)內(nèi)部等軸晶的形成及細(xì)化有何影響?答：澆注完畢后，凝固開始階段，在型壁處形成的晶體，由于其密度或大于母液或小于母液會(huì)產(chǎn)生對(duì)流，此外型壁處和鑄件心部的熔體溫度差也可造成對(duì)流，從而使熔體流動(dòng)。依靠熔體的流動(dòng)可將型壁處產(chǎn)生的晶體脫落且游離到鑄件的內(nèi)部，并發(fā)生增殖，從而為形成等軸晶提供核心，有利于等軸晶的形成，并細(xì)化組織。9、試分析影響鑄件宏觀凝固組織的因素，列舉獲得細(xì)等軸晶的常

32、用方法。 答：鑄件的三個(gè)晶區(qū)的形成是相互聯(lián)系相互制約的，穩(wěn)定凝固殼層的形成決定著表面細(xì)晶區(qū)向柱狀晶區(qū)的過度，而阻止柱狀晶區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵則是中心等軸晶區(qū)的形成，因此凡能強(qiáng)化熔體獨(dú)立生核，促進(jìn)晶粒游離，以及有助于游離晶的殘存與增殖的各種因素都將抑制柱狀晶區(qū)的形成和發(fā)展，從而擴(kuò)大等軸晶區(qū)的范圍，并細(xì)化等軸晶組織。 細(xì)化等軸晶的常用方法：（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；（2）冷卻條件的控制：對(duì)薄壁鑄件，可采用高蓄熱、快熱傳導(dǎo)能力的鑄型；對(duì)厚壁鑄件，一般采用冷卻能力小的鑄型

33、以確保等軸晶的形成，再輔以其它晶粒細(xì)化措施以得到滿意的效果；（3）孕育處理：影響生核過程和促進(jìn)晶粒游離以細(xì)化晶粒。（4）動(dòng)力學(xué)細(xì)化：鑄型振動(dòng);超聲波振動(dòng);液相攪拌;流變鑄造，導(dǎo)致枝晶的破碎或與鑄型分離，在液相中形成大量結(jié)晶核心，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。10、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)

34、部等軸晶形核的基底。游離過程中，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。 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

35、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。11、試述焊接熔池中金屬凝固的特點(diǎn)。答：熔焊時(shí)，在高溫?zé)嵩吹淖饔孟拢覆陌l(fā)生局部熔化，并與熔化了的焊接材料相互混合形成熔池，同時(shí)進(jìn)行短暫而復(fù)雜的冶金反應(yīng)。當(dāng)熱源離開后，熔池金屬便開始了凝固。因此，焊接熔池具有以下一些特殊性。（1）熔池金屬的體積小，冷卻速度快。在一般電弧焊條件下，熔池的體積最大也只有30cm3 ，冷卻速度通常可達(dá)4100/s，。（2）熔池金屬中不同區(qū)域溫差很大、中心部位過熱溫度最高。熔池金屬中溫度不均勻，且過熱度較大，尤其是中心部位過熱溫度最高，非自發(fā)形核的原始質(zhì)點(diǎn)數(shù)將大為減少。（3）動(dòng)態(tài)凝固過程。一般熔焊時(shí)，熔池是以

36、一定的速度隨熱源而移動(dòng)。（4） 液態(tài)金屬對(duì)流激烈。熔池中存在許多復(fù)雜的作用力，使熔池金屬產(chǎn)生強(qiáng)烈的攪拌和對(duì)流，在熔池上部其方向一般趨于從熔池頭部向尾部流動(dòng)，而在熔池底部的流動(dòng)方向與之正好相反，這一點(diǎn)有利于熔池金屬的混和與純凈。12、簡(jiǎn)述焊接熱影響區(qū)HAZ脆化的類型及產(chǎn)生條件。答：焊接熱影響區(qū)（HAZ）脆化的類型：粗晶脆化、組織脆化、析出脆化、氫脆等。粗晶脆化：熔合區(qū)和過熱區(qū)因熱循環(huán)峰值溫度高，常發(fā)生粗晶脆化；組織脆化：焊接低合金高強(qiáng)鋼時(shí)，因冷卻速度慢可能在HAZ某些區(qū)域形成MA組元。析出脆化：焊前母材為過飽和固溶體，在焊接熱作用下產(chǎn)生時(shí)效或回火效果，碳化物或氮化物析出造成塑性及韌性下降；氫脆：

37、氫擴(kuò)散至HAZ而引起的塑性下降。一、填空題1.液態(tài)金屬或合金中一般存在 起伏、 起伏和 起伏，其中在一定過冷度下，臨界核心由 起伏提供，臨界生核功由 起伏提供。2、影響液態(tài)金屬界面張力的因素主要有 、 和 。3、純金屬凝固過程中晶體的宏觀長(zhǎng)大方式可分為 和 兩種，其主要取決于界面前沿液相中的 。4、金屬（合金）凝固過程中由熱擴(kuò)散控制的過冷被稱為 。5、鑄件的宏觀凝固組織主要是指 ，其通常包括 、 和 三個(gè)典型晶區(qū)。6、孕育和變質(zhì)處理是控制金屬（合金）鑄態(tài)組織的主要方法，兩者的主要區(qū)別在于孕育主要影響 ，而變質(zhì)則主要改變 。7、液態(tài)金屬成形過程中在 附近產(chǎn)生的裂紋稱為熱裂紋，而在 附近產(chǎn)生的裂紋

38、稱為冷裂紋。8、鑄造合金從澆注溫度冷卻到室溫一般要經(jīng)歷 、 和 三個(gè)收縮階段。9、鑄件凝固組織中的微觀偏析可分為 、 和 等，其均可通過 方法消除。10、鑄件中的成分偏析按范圍大小可分為 和 兩大類。11、液態(tài)金屬的流動(dòng)性主要由 、 和 等決定。12、液態(tài)金屬（合金）凝固的驅(qū)動(dòng)力由 提供，而凝固時(shí)的形核方式有 和 兩種。13、鑄件凝固過程中采用 、 和 等物理方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)結(jié)晶，可以有效地細(xì)化晶粒組織。14、孕育和變質(zhì)處理是控制金屬（合金）鑄態(tài)組織的主要方法，兩者的主要區(qū)別在于孕育主要影響 ，而變質(zhì)則主要改變 。15、鑄件的凝固方式可以分為 逐層凝固 、 中間凝固 和 體積凝固 三種不同形式，影

39、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 。 16、Jakson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 。 17、在固相無擴(kuò)散，液相無對(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 形成成分過冷。 二、判斷題1、液態(tài)金屬的流動(dòng)性越強(qiáng)，其充型能力越好。 （ ）2、金屬結(jié)晶過程中，過冷度越大，則形核率越高。 （ ）3、穩(wěn)定溫度場(chǎng)通常是指溫度場(chǎng)內(nèi)各點(diǎn)的溫度不隨時(shí)間而變的溫度場(chǎng)。 （ ）4、實(shí)際液態(tài)金屬（合金）凝固過程中的形核方式多為異質(zhì)形核

40、。 （ ）5、壁厚不均勻的鑄件在凝固過程中，薄壁部位較厚壁部位易出現(xiàn)裂紋。（ ）三、名詞解釋1、平衡凝固2、偏析四、簡(jiǎn)答題1、簡(jiǎn)述為什么在鑄件凝固過程中降低澆注溫度是減少柱狀晶、獲得等軸晶的有效措施之一？2、什么是縮孔和縮松？請(qǐng)分別簡(jiǎn)述這兩種鑄造缺陷產(chǎn)生的條件和基本原因？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。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

41、程中，在低溫區(qū)域晶粒生長(zhǎng)，在高溫區(qū)域晶?？赡苤厝邸＞w游離過程也可能產(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。三、 選擇填空1關(guān)于均質(zhì)形核，以下正確的說法是： 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%的共晶組織。 c共晶成分的合金，也可能得不到100%的共晶組

42、織。 da和c 。 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關(guān)。 d隨著溫度的升高，熔渣對(duì)液態(tài)金屬的氧化性減弱。7生產(chǎn)中用來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以下與凝固過程中溶質(zhì)再分配無關(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

43、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。 第4章 材料成形過程中的化學(xué)冶金1.焊接和鑄造過程中的氣體來源于何處？它們是如何產(chǎn)生的？答： 焊接區(qū)內(nèi)的氣體：焊條藥皮、焊劑、焊芯的造氣劑，高價(jià)氧化物及有機(jī)物的分解氣體，母材坡口的油污、油漆、鐵銹、水分，空氣中的氣體、水分，保護(hù)氣體及其雜質(zhì)氣體鑄造過程中的氣體：熔煉過程，氣體主要來自各種爐料、爐氣、爐襯、工具、熔劑及周圍氣氛中的水分、氮、氧、氫、CO2、C

44、O、SO2和有機(jī)物燃燒產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锏?。來自鑄型中的氣體主要是型砂中的水分。澆注過程，澆包未烘干，鑄型澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，鑄型透氣性差，澆注速度控制不當(dāng)，型腔內(nèi)的氣體不能及時(shí)排除等，都會(huì)使氣體進(jìn)入液態(tài)金屬。2.氮、氫、氧等氣體對(duì)焊接金屬的質(zhì)量有何影響？答：（1）使材料脆化 鋼材中氮、氫或氧的含量增加時(shí)，其塑性和韌性都將下降，尤其是低溫韌性下降更為嚴(yán)重。（2）形成氣孔 氮和氫均能使金屬產(chǎn)生氣孔。液態(tài)金屬在高溫時(shí)可以溶解大量的氮或氫，而在凝固時(shí)氮或氫的溶解度突然下降，這時(shí)過飽和的氮或氫以氣泡的形式從液態(tài)金屬中向外逸出。當(dāng)液態(tài)金屬的凝固速度大于氣泡的逸出速度時(shí)，就會(huì)形成氣孔。（3）產(chǎn)生冷裂紋 冷裂紋

45、是金屬冷卻到較低溫度下產(chǎn)生的一種裂紋，其危害性很大。氫是促使產(chǎn)生冷裂紋的主要因素之一。（4）引起氧化和飛濺 氧可使鋼中有益的合金元素?zé)龘p，導(dǎo)致金屬性能下降；焊接時(shí)若溶滴中含有較多的氧和碳，則反應(yīng)生成的CO氣體因受熱膨脹會(huì)使熔滴爆炸，造成飛濺，影響焊接過程的穩(wěn)定性。此外應(yīng)當(dāng)指出，焊接材料具有氧化性并不都是有害的，有時(shí)故意在焊接材料中加入一定量的氧化劑，以減少焊縫的氫含量，改善電弧的特性，獲得必要的熔渣物化性能。3.焊接過程中氫對(duì)金屬的質(zhì)量影響有哪幾個(gè)方面？減少金屬中氫含量的主要措施有哪些？答：氫的影響主要體現(xiàn)在4個(gè)方面，即：氫脆、白點(diǎn)、氣孔和冷裂紋。 減少氫含量的主要措施有：限制氫的來源、冶金處

46、理脫氫、控制熔池存在的時(shí)間和冷卻速度、焊后加熱工件脫氫。4.如何控制鑄件或焊縫氫的含量？答：控制鑄件或焊縫氫的含量的措施有：1限制氣體的來源：氫主要來源于水分，包括原材料本身含有的水分、材料表面吸附的水分以及鐵銹或氧化膜中的結(jié)晶水、化合水等。此外材料內(nèi)的碳?xì)浠衔锖筒牧媳砻娴挠臀鄣纫彩菤涞闹匾獊碓?。因此原材料使用前均?yīng)進(jìn)行烘干、去油、除銹等處理；爐膛、除鋼槽、澆包等均應(yīng)充分干燥。2控制工藝參數(shù)：應(yīng)盡量采用短弧焊，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，可在一定程度上減少金屬中氫的含量。3冶金處理 采用冶金方法對(duì)液態(tài)金屬進(jìn)行脫氮、脫氧、脫氫等

47、除氣處理，是降低金屬中氣體含量的有效方法。在金屬冶煉過程中，常常通過加入固態(tài)或氣態(tài)除氣劑進(jìn)行除氫。3、熔渣的物理性能對(duì)熔焊質(zhì)量有什么影響？答：1）熔渣的熔點(diǎn)過高，在金屬熔煉和熔焊的過程中，將不能均勻覆蓋在液態(tài)金屬表面，保護(hù)效果差，還會(huì)影響焊縫外觀成型，產(chǎn)生氣孔和夾雜，一般熔渣熔點(diǎn)低于焊件熔點(diǎn)100200攝氏度。2）熔渣密度影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對(duì)位置與相對(duì)速度，要保證熔渣與金屬密度接近防止形成夾雜。3)熔渣的粘度越小，流動(dòng)性越好，擴(kuò)散越容易對(duì)冶金反應(yīng)進(jìn)行有利，焊接工藝要求出發(fā)，焊接熔渣粘度不能過小，否則容易流失，影響熔池在全位置焊時(shí)的成形和保護(hù)。4)熔渣的表面張力與液態(tài)金屬間界面張力對(duì)于冶金

48、過程動(dòng)力學(xué)及液態(tài)金屬中熔渣等雜質(zhì)相的排出有重要影響。它還影響到熔渣對(duì)液態(tài)金屬的覆蓋性能，并由此影響隔離保護(hù)效果及焊縫外觀成型。第5章 金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)1、簡(jiǎn)述滑移和孿生兩種塑性變形機(jī)理的主要區(qū)別。 答： 滑移是指晶體在外力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于另一部分發(fā)生相對(duì)移動(dòng)或切變?；瓶偸茄刂用芏茸畲蟮木婧途虬l(fā)生。孿生變形時(shí)，需要達(dá)到一定的臨界切應(yīng)力值方可發(fā)生。在多晶體內(nèi)，孿生變形是極其次要的一種補(bǔ)充變形方式。2、試分析多晶體塑性變形的特點(diǎn)。答：多晶體塑性變形體現(xiàn)了各晶粒變形的不同時(shí)性。 多晶體金屬的塑性變形還體現(xiàn)出晶粒間變形的相互協(xié)調(diào)性。多晶體變形的另一個(gè)特點(diǎn)還表

49、現(xiàn)出變形的不均勻性。多晶體的晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶界越多，塑性變形的抗力大，金屬的強(qiáng)度高。金屬的塑性越好。3、晶粒大小對(duì)金屬塑性和變形抗力有何影響？答：晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)晶界越多，塑性變形的抗力大，金屬的強(qiáng)度高。金屬的塑性越好。4、冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能有何影響？ 答：對(duì)組織結(jié)構(gòu)的影響：晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶；晶粒的形狀發(fā)生變化：隨變形程度的增加，等軸晶沿變形方向逐步伸長(zhǎng)，當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒組織成纖維狀；晶粒的位向發(fā)生改變：晶粒在變形的同時(shí)，也發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得各晶粒的取向逐漸趨于一致（擇優(yōu)取向），從而形成變形織構(gòu)。對(duì)金屬性能的影響：塑性變形改變了金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，因而改變了金屬

50、的力學(xué)性能。隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性和韌性相應(yīng)下降。即產(chǎn)生了加工硬化。 5、什么是加工硬化？產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？它對(duì)金屬的塑性和塑性加工有何影響？ 答：加工硬化：在常溫狀態(tài)下，金屬的流動(dòng)應(yīng)力隨變形程度的增加而上升。為了使變形繼續(xù)下去，就需要增加變形外力或變形功。這種現(xiàn)象稱為加工硬化。加工硬化產(chǎn)生的原因主要是由于塑性變形引起位錯(cuò)密度增大，導(dǎo)致位錯(cuò)之間交互作用增強(qiáng)，大量形成纏結(jié)、不動(dòng)位錯(cuò)等障礙，形成高密度的“位錯(cuò)林”，使其余位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力增大，于是塑性變形抗力提高。6、什么是金屬的超塑性？超塑性變形有什么特征？答：在一些特定條件下，如一定的化學(xué)成分、特定的顯微組織、特定

51、的變形溫度和應(yīng)變速率等，金屬會(huì)表現(xiàn)出異乎尋常的高塑性狀態(tài)，即所謂超常的塑性變形。超塑性效應(yīng)表現(xiàn)為以下幾個(gè)特點(diǎn)：大伸長(zhǎng)率、無縮頸、低流動(dòng)應(yīng)力、對(duì)應(yīng)變速率的敏感性、易成形。7、塑性成形時(shí)常用的流體潤(rùn)滑劑和固體潤(rùn)滑劑各有哪些？石墨和二硫化鉬如何起潤(rùn)滑作用？答：流體潤(rùn)滑劑有動(dòng)物油、植物油、礦物油和乳化液等。固體潤(rùn)滑劑又可分為干性固體潤(rùn)滑劑和軟（熔）化固體潤(rùn)滑劑，干性固體潤(rùn)滑劑有石墨、二硫化鉬等，軟（熔）化固體潤(rùn)滑劑有玻璃、琺瑯、天然礦物及無機(jī)鹽等。石墨和二硫化鉬是六方晶系的層狀結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合力比同層原子結(jié)合力小得多，用作潤(rùn)滑劑時(shí)層與層之間的內(nèi)摩擦力代替了坯料與工具之間的摩擦力，而且熱穩(wěn)定性好，石墨在5

52、40 以上才氧化，二硫化鉬在400 左右氧化。使用時(shí)可制成水劑或油劑。第6章 塑性成形力學(xué)基礎(chǔ)1、應(yīng)力張量不變量如何表達(dá)？答：應(yīng)力張量的三個(gè)不變量為 其中、為應(yīng)力張量第一、第二、第三不變量。2、應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量的物理意義是什么？答：應(yīng)力球張量：也稱靜水應(yīng)力狀態(tài)，其任何方向都是主方向，且主應(yīng)力相同，均為平均應(yīng)力。特點(diǎn)：在任何切平面上都沒有切應(yīng)力，所以不能使物體產(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。應(yīng)力偏張量：是由原應(yīng)力張量分解出應(yīng)力球張量后得到的。應(yīng)力偏張量的切應(yīng)力分量、主切應(yīng)力、最大切應(yīng)力及應(yīng)力主軸等都與原應(yīng)力張量相同。特點(diǎn)：應(yīng)力偏張量只使物體產(chǎn)生形狀變化，而不能產(chǎn)

53、生體積變化。材料的塑性變形是由應(yīng)力偏張量引起的。3、等效應(yīng)力有何特點(diǎn)？寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。答：等效應(yīng)力的特點(diǎn)：等效應(yīng)力不能在特定微分平面上表示出來，但它可以在一定意義上“代表”整個(gè)應(yīng)力狀態(tài)中的偏張量部分，因而與材料的塑性變形密切有關(guān)。人們把它稱為廣義應(yīng)力或應(yīng)力強(qiáng)度。等效應(yīng)力也是一個(gè)不變量。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：等效應(yīng)力在主軸坐標(biāo)系中定義為 在任意坐標(biāo)系中定義為4、已知受力物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量為 （MPa），試求外法線方向余弦為l=m=1/2，n=的斜切面上的全應(yīng)力、正應(yīng)力和切應(yīng)力。解：設(shè)全應(yīng)力為S， ，, 分別為S在三軸中的分量， 則有:=50+ 50+80=106.6 =50+0-75=-28.0=80-75-30=-18.7 則得到 S 111.79 MPa 則得到 26.1 MPa而 則得到 108.7 MPa5、已知受力體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量分別為(MPa)，1） 畫出該點(diǎn)的應(yīng)力單元體；2） 求出該點(diǎn)的應(yīng)力張量不變量、主應(yīng)力及主方向、主切應(yīng)力、最大切應(yīng)力、等效應(yīng)力、應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量；3） 畫出該點(diǎn)的應(yīng)力莫爾圓6、某理想塑性材料的屈服應(yīng)力為MPa，試用屈雷斯加準(zhǔn)則判斷下列應(yīng)力狀態(tài)處于什么狀態(tài)（是彈性或塑性）。（MPa）解：根據(jù)屈雷斯加準(zhǔn)則,三個(gè)式子只要滿足一個(gè),該點(diǎn)即進(jìn)入塑性狀態(tài), 發(fā)生屈服