材料成型原理考試整理

1、注：以下內(nèi)容有我們班和材加班同學(xué)整理， 只作復(fù)習(xí)參考使用!一、辨析題第二章：1、溫度梯度:對(duì)于一定溫度場(chǎng)，沿等溫面或等溫線某法線方向的溫度變化率。溫度梯度越大，圖形上反 映為等溫面（或等溫線）越密集。變化有兩種，一種是不斷升高，一種是不斷降低，即正溫度梯度和負(fù) 溫度梯度。溫度梯度是具有方向性的物理量。熱擴(kuò)散率：即熱導(dǎo)率與比熱和密度乘積的比值；單位為 W/（m k）2、 根據(jù)固液兩相區(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 兩相區(qū)很窄時(shí)稱為逐層凝固方式，反之為糊狀凝固方式（體積凝固方式），固液兩相區(qū)寬度介于兩者之間的 稱為“中間凝固方式”第三章：3、均質(zhì)形核

2、P53非均質(zhì)形核p55第四、五章4、成分過冷&熱過冷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?？沙霈F(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t柱 狀樹枝晶t內(nèi)部等軸晶（自由樹枝晶）。5、離異共晶組織有兩種情況“ 晶間偏析”和“暈圈”，它們有何區(qū)別？答：離異共晶組織有兩種情況：“晶間偏析” 和“暈圈”。晶間偏析的形成原因：由系統(tǒng)本身的原因：如果合金成分

3、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，而把另一相單獨(dú)留在枝晶間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，或因液體過冷傾向大而使 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。暈圈的形成原因：由兩相在生核能力和生長(zhǎng)速度上的差別所引起的，所以在兩相性質(zhì)差別較大的非小晶面-小晶面共晶合金中常見到暈圈組織。7、熔渣的物化性質(zhì)及與金屬的相互作用與熔渣的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系。關(guān)于熔渣的結(jié)構(gòu)，存在兩種理論： 分子理論和離子理論（a）分子理論的主要依據(jù)是室溫下

4、對(duì)凝固熔渣的相分析和成分分析的結(jié)果。其要點(diǎn)如下：液態(tài)熔渣是由自由狀態(tài)化合物和復(fù)合狀態(tài)化合物的分子所組成氧化物與復(fù)合物在一定溫度下處于平衡狀態(tài)只有渣中的自由氧化物才能與液體金屬和其中的元素發(fā)生作用。（b）離子理論基于對(duì)熔渣電化學(xué)性能的研究。其要點(diǎn)如下：液態(tài)熔渣是由正離子和負(fù)離子組成的電中性溶液離子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取決于其它的綜合矩。離子的綜合矩越大，說明其靜電場(chǎng)越強(qiáng)， 與異號(hào)離子的引力越大。溫度升高時(shí)，離子半徑增大，綜合矩減小液體熔渣與金屬之間相互作用的過程，是原子與離子交換電荷的過程。按照分子理論，熔渣的堿度就是熔渣中的堿性氧化物與酸性氧化物濃度的比值。按照離子理論，把液態(tài)熔渣中

5、自由氧離子的濃度定義為堿度。渣中自由氧離子的濃度越大，其堿度越大。二、填空題1、 熱量傳遞的基本方式有熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。P312、 凝固過程中，對(duì)凝固速度和凝固組織特征有重要影響的是固-液界面前沿液相中的溫度梯度。3、 熱傳導(dǎo)傳熱方式是凝固溫度場(chǎng)和焊接溫度場(chǎng)中熱量傳遞的主要形式。P324、 界面熱阻對(duì)凝固溫度場(chǎng)分布形態(tài)的影響程度取決于界面熱 P39第三章5、新相與母相的自由能之差 Gv即為相變驅(qū)動(dòng)力。6、 從原子尺度看固-液界面的微觀結(jié)構(gòu)可分為粗糙界面和光滑界面。P587、 固-液界面結(jié)構(gòu)主要取決于晶體牛長(zhǎng)時(shí)的熱力學(xué)條件和晶面取向。P58&晶體生長(zhǎng)方式有連續(xù)生長(zhǎng)和臺(tái)階方式生長(zhǎng)。臺(tái)階形成的

6、方式有三種：形成二維晶核、螺旋位錯(cuò)、P609、 描述“成分過冷”程度的兩個(gè)指標(biāo)：“成分過冷”的最大過冷度 Tmax及“成分過冷”的區(qū)域的寬度厶X10、金屬-金屬間共晶及金屬-金屬間化合物共晶多為粗糙-粗糙界面共晶；金屬-非金屬共晶屬于粗糙-光滑界面共晶；非金屬-非金屬屬于光滑-光滑界面共晶。11、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。12、細(xì)化等軸晶的常用方法：合理的澆注工藝、冷卻條件的控制、孕育處理、動(dòng)力學(xué)細(xì) 13、快速凝固方法(作業(yè)第 5題，可能為簡(jiǎn)答題)(a) 液滴技術(shù)：把金屬或合金熔體分散成小液滴(氣體沖擊霧化技術(shù)、離心霧化或噴射成形技術(shù))以使這 些小液滴在凝固前

7、成為過冷度很大的液態(tài)金屬氣體。(b) 急冷快速凝固技術(shù)：采用雙向高速噴槍的沖擊，通過旋轉(zhuǎn)杯或盤的邊緣離心力以及電場(chǎng)的作用來實(shí)現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)方法是采用高速氣流噴槍或水噴頭急冷技術(shù)。(c) 旋轉(zhuǎn)技術(shù)：使液流保持一個(gè)很小的截面并與高效冷卻器接觸，以獲得極大的冷卻速度。(d) 表面熔化技術(shù)：使材料的一個(gè)薄層快速熔化并與無限大散熱器緊密接觸，散熱器通常是同一種材料或 相關(guān)材料。14、焊接熔渣的類型(a) 鹽型熔渣：主要由金屬氟酸鹽、氯酸鹽和不含氧的化合物組成。熔渣氧化性很小，主要用于鋁、鈦等活 性金屬的焊接。(b) 鹽一氧化物型熔渣主要由氟化物和金屬氧化物組成。熔渣氧化性較小，主要用于重要的低合金高強(qiáng)鋼、合金

8、鋼及合金的焊接。(c) 氧化物型熔渣：含有較多的弱堿金屬氧化物，具有較強(qiáng)的氧化性，用于低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼的焊接。15、低氫型焊條又稱堿性焊條16、 焊接區(qū)內(nèi)的氣體來源(7章第1題)(a) 焊接材料 (b)焊接區(qū)周圍的氣體介質(zhì)(c)焊件表面 (d)焊接區(qū)內(nèi)的物理化學(xué)反應(yīng)：有機(jī)物的分解和燃燒、材料的蒸發(fā)、氣體的分解(簡(jiǎn)單氣體、復(fù)雜氣體的分解)第9、10章17、脫氧的方式：先期脫氧：在藥皮加熱階段，固態(tài)藥皮受熱后發(fā)生的脫氧反應(yīng)。沉淀脫氧：溶解在液態(tài)金屬中脫氧劑與氧化鐵直接反應(yīng)，把鐵還原，且脫氧產(chǎn)物浮出液態(tài)金屬的過程。 擴(kuò)散脫氧：在金屬液面凝固進(jìn)行，以分配定律為基礎(chǔ)的脫氧過程。真空脫氧：實(shí)質(zhì)上是以降

9、低 CO分壓為手段加強(qiáng)鋼液中碳的脫氧能力。18、熱源的方式：點(diǎn)熱源、線熱源、面熱源二、簡(jiǎn)述題1、傳熱基本方式 P312、 鑄件凝固方式的影響因素P41合金凝固溫度區(qū)間的影響溫度梯度的影響3、影響溫度場(chǎng)的因素 P43 （最有可能）熱源的種類和焊接規(guī)范焊件的形態(tài)與熱物理性能的影響第三章：P59 （非常可能）a2的物質(zhì)，晶體表面有一半空缺位置時(shí)自由能最a5的物質(zhì)凝固界面為4、結(jié)合圖3-9分析Jackson因子對(duì)固-液界面結(jié)構(gòu)的影響？ Jackson因子a可作為液-固微觀界面結(jié)構(gòu)的判據(jù)：凡常為多種方式的混合。低，此時(shí)的固液界面（晶體表面）形態(tài)被稱為粗糙界面，大部分金屬屬于此類; 光滑，有機(jī)物及無機(jī)物屬

10、于此類；=25的物質(zhì)，5、KoP52怎樣理解溶質(zhì)平衡分配系數(shù) Ko的物理意義及熱力學(xué)意義? 答：（1） Ko的物理意義如下：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CL達(dá)到平衡時(shí)的比值:KoKo 1時(shí)，固相線、液相線構(gòu)成的張角朝上，Ko越大，固相線、液相線張開程度越大，開始結(jié)晶時(shí)與終了 結(jié)晶時(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。（2） Ko的熱力學(xué)意義如下： 根據(jù)相平衡熱力學(xué)條件，平衡時(shí)溶質(zhì)在固相及液相中化學(xué)位相等百(T)十(T)平衡分配系數(shù)Ko的物理意義經(jīng)推導(dǎo)稀溶液時(shí)，fiKoCsCl=1,于是有:巧exp臨T)=帥) fiR

11、TKo辛計(jì)也叮込CL（ 2）RT相等，即欲達(dá)到建立新晶成分兩相中的活度系數(shù)f影響。平衡時(shí)溶質(zhì)在固相和液相中化學(xué)位M） JS（T）。當(dāng)平衡被打破時(shí)，葉仃）JS（T）。新平衡，只有通過溶質(zhì)擴(kuò)散改變液固兩相溶質(zhì)組元活度，從而 的平衡，使血）JS（T）。第四、五章6、產(chǎn)生晶間偏析的原因？答：晶間偏析的形成原因如下：（1）由系統(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 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，而把 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

12、液體過冷傾向大 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。7、枝晶間距與材料性能的關(guān)系？答：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就越小，故越容易通過熱處理而均勻 化。而且，這時(shí)的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（如鑄件及焊縫 的熱裂）也會(huì)減輕，因而也就越有利于性能的提高。8、試分析影響鑄件宏觀凝固組織的因素？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

13、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。9、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?，母材發(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?？蛇_(dá) 4100C/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

14、固過程。一般熔焊時(shí)，熔池是以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。第6、7、8章10、 氣體的溶解度的影響因素（作業(yè)第2題）（a）壓力的影響理想氣體溶解度的平方根定律：P為氣體分壓，Pf t SfK為常數(shù)，取決于T和金屬種類.（b）溫度的影響當(dāng)P不變時(shí)，S與溫度的關(guān)系決定于溶解反應(yīng)類型。反應(yīng)吸熱時(shí)，T f, Sf;反應(yīng)放熱時(shí)，T f, S J。(c) 合金元素的影響液態(tài)金屬中加入能提高氣體含量的合金元素，可提

15、高氣體的溶解度。若加入的合金元素能與氣體形成穩(wěn)定化合物，則可降低氣體的溶解度。(d) 其它因素的影響：電流極性的影響焊接區(qū)氣氛性質(zhì)的影響11、 氣體對(duì)金屬質(zhì)量的影響(作業(yè)第3題，可能為簡(jiǎn)答題)(a) 使材料脆化：鋼材中 H、N、0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1、氮分布于晶界和晶內(nèi)，使金屬強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性降低2、氫導(dǎo)致鋼材脆化主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：氫脆和白點(diǎn)。白點(diǎn)中心常有夾雜物或氣孔。金屬中含氫量越高，出現(xiàn)白點(diǎn)的可能性越大。一旦產(chǎn)生白點(diǎn)，金屬塑性便會(huì)大大降低3、氧使金屬強(qiáng)度、塑性和韌性明顯下降。氧含量增加還會(huì)引起金屬紅脆、冷脆和時(shí)效硬化(b) 形成氣孔：H

16、和N均能使金屬產(chǎn)生氣孔。溶解在液態(tài)金屬中的0能與C反應(yīng)生成CO來不及逸出也會(huì)產(chǎn)生氣孔。(c) 產(chǎn)生冷裂紋：H是促使產(chǎn)生冷裂紋的主要因素之一(d) 引起氧化和飛濺：0可使鋼中有益合金元素?zé)龘p，導(dǎo)致金屬性能下降；焊接時(shí)若熔滴中含有較多0和C,則反應(yīng)生成CO氣體因受熱膨脹會(huì)使熔滴爆炸而造成飛濺，影響焊接穩(wěn)定性12、 氣體的控制措施(作業(yè)第4題，可能為簡(jiǎn)答題)(a) 限制氣體的來源控制氮的首要措施是加強(qiáng)對(duì)液態(tài)金屬的保護(hù)，防止空氣與金屬接觸。熔煉時(shí)造渣覆蓋(真空、惰性氣體)保護(hù)；焊接時(shí)，惰性氣體或氣渣聯(lián)合保護(hù)氫主要來源于水分，限制措施為焊材存放過程中防吸潮、焊前烘干和去油污氧主要來源于焊材，應(yīng)盡量選用不

17、含氧或氧含量少的焊接材料。(b) 控制工藝參數(shù)增大電弧電壓時(shí)，保護(hù)效果變差，液態(tài)金屬與空氣接觸機(jī)會(huì)增多，使焊縫中氮、氧的含量增加。應(yīng)盡 量采用短弧焊焊接電流增加時(shí)，熔滴過渡頻率增加，氣體與熔滴作用時(shí)間縮短，焊縫中氮、氧含量減少。焊接方法、 熔滴過渡特性、電流種類等也有一定的影響鑄造過程中控制液態(tài)金屬的保溫時(shí)間、澆注方式和冷卻速度，可在一定程度上減少金屬中氮、氫、氧的含量(c) 冶金處理第9章為什么Mn能用于酸性渣的脫氧劑而堿性渣的鋼液中不單獨(dú)錳鐵做脫氧劑？(p147)在酸性渣中含有較多的Si02和Ti02 ,他們與脫氧產(chǎn)物 MnO,生成復(fù)合物 MnO.SiO2從而使MnO的活度系數(shù)減小，因此脫

18、氧效果較好。相反，在堿性渣中MnO的活度系數(shù)較大，不利于錳脫氧，且堿度較大，錳的脫氧效果越差。所以酸性渣的鋼液一般用錳鐵作脫氧劑，而堿性渣的鋼液中不單獨(dú)用錳鐵作脫氧劑。為什么在堿性渣中用硅錳聯(lián)合脫氧，而不單獨(dú)用硅？ (p147-148)硅的脫氧能力比錳大，但生成的SiO2熔點(diǎn)高。通常認(rèn)為 SiO2處于固態(tài)，不易聚合為大的質(zhì)點(diǎn)；同時(shí)SiO2與鋼液的界面張力小，潤(rùn)濕性好，不易從鋼液分離，所以易造成夾雜。把硅和錳按適當(dāng)?shù)谋壤尤胍簯B(tài)金屬中進(jìn)行復(fù)合脫氧時(shí)，其脫氧產(chǎn)物為不飽和液態(tài)硅酸鹽，它的密度小，熔點(diǎn)低，易于浮出，并易被熔渣吸收，從而減少鋼中的夾雜物和含氧量，脫氧效果十分顯著。綜合分析熔渣的堿度對(duì)脫氧

19、。脫磷、脫硫的影響(作業(yè)4)脫氧：在熔渣脫氧時(shí)，堿度高不利于脫氧，但在用硅沉淀脫氧時(shí)，堿度高可以提高硅的脫氧效果。脫硫：熔渣的還原性和堿度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)的行因此，在還原期中脫硫是有利的。熔渣堿度高也有利于脫硫。脫磷：脫磷的有利條件是高堿度和強(qiáng)氧化性的、粘度小的熔渣，較大的渣量和較低的溫度。第十一章都很重要，看作業(yè)題16、 偏析是如何形成的？影響偏析的因素有哪些？生產(chǎn)中如何防止偏析的形成？ 偏析主要是由于合金在凝固過程中擴(kuò)散不充分、溶質(zhì)再分配而引起的。影響偏析的因素有：1）合金液、固相線間隔；2 ）偏析元素的擴(kuò)散能力；3）冷卻條件。針對(duì)不同種類的偏析可采取不同的

20、防止方法，具體有：（1） 生產(chǎn)中可通過擴(kuò)散退火或均勻化退火來消除晶內(nèi)偏析，即將合金加熱到低于固相線100200C的溫度，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間保溫，使偏析元素進(jìn)行充分?jǐn)U散，以達(dá)到均勻化；（2）預(yù)防和消除晶界偏析的方法與晶內(nèi)偏析所采用的措施相同，即細(xì)化晶粒、均勻化退火。但對(duì)于氧 化物和硫化物引起的晶界偏析，即使均勻化退火也無法消除，必須從減少合金中氧和硫的含量入手。（3）向合金中添加細(xì)化晶粒的元素，減少合金的含氣量，有助于減少或防止逆偏析的形成。（4）降低鑄錠的冷卻速度，枝晶粗大，液體沿枝晶間的流動(dòng)阻力減小，促進(jìn)富集液的流動(dòng)，均會(huì)增加 形成V形和逆V形偏析的傾向。（5） 減少溶質(zhì)的含量，采取孕育措施細(xì)化晶粒

21、，加強(qiáng)固-液界面前的對(duì)流和攪拌，均有利于防止或減少 帶狀偏析的形成。（6） 防止或減輕重力偏析的方法有以下幾種：1）加快鑄件的冷卻速度，縮短合金處于液相的時(shí)間，使初生相來不及上浮或下沉；2）加入能阻礙初晶沉浮的合金元素。例如，在Cu-Pb合金中加少量Ni，能使Cu固溶體枝晶首先在液體中形成枝晶骨架，從而阻止Pb下沉。再如向Pb-17% Sn合金中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的Cu，首先形成 Cu-Pb骨架，也可以減輕或消除重力偏析；3）澆注前對(duì)液態(tài)合金充分?jǐn)嚢瑁⒈M量降低合金的澆注溫度和澆注速度。17、分析縮孔的形成過程，說明縮孔與縮松的形成條件及形成原因的異同點(diǎn)純金屬、共晶成分合金和結(jié)晶溫度范圍窄

22、的合金，在一般鑄造條件下按由表及里逐層凝固的方式凝固。 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 尺寸較大的集中縮孔。其形成過程如下圖所示。鑄件中縮孔形成過程示意圖從圖中可以看出，液態(tài)金屬充滿型腔后，由于鑄型的吸熱作用，其溫度下降，產(chǎn)生液態(tài)收縮。此時(shí)， 液態(tài)金屬可通過澆注系統(tǒng)得到補(bǔ)充，因而型腔始終保持充滿狀態(tài)（圖a）。當(dāng)鑄件外表溫度降至凝固溫度時(shí),鑄件表面就凝固成一層固態(tài)外殼，并將內(nèi)部液體包?。▓Db）。這時(shí)，內(nèi)澆口已經(jīng)凝結(jié)。當(dāng)鑄件進(jìn)一步冷卻時(shí)，殼內(nèi)的液態(tài)金屬因溫度降低一方面產(chǎn)生液態(tài)收縮，另一方面繼續(xù)凝固使殼層增厚并產(chǎn)生凝固收縮；與 此同時(shí)，殼

23、層金屬也因溫度降低而發(fā)生固態(tài)收縮。如果液態(tài)收縮和凝固收縮造成的體積縮減等于固態(tài)收縮 引起的體積縮減，則殼層金屬和內(nèi)部液態(tài)金屬將緊密接觸，不會(huì)產(chǎn)生縮孔。但是，由于金屬的液態(tài)收縮和 凝固收縮大于殼層的固態(tài)收縮，殼內(nèi)液體與外殼頂面將發(fā)生脫離（圖c）。隨著冷卻的進(jìn)行，固態(tài)殼層不斷加厚，內(nèi)部液面不斷下降。當(dāng)金屬全部凝固后，在鑄件上部就形成了一個(gè)倒錐形的縮孔（圖d）。形成縮松和縮孔的基本原因是相同的，即金屬的液態(tài)收縮和凝固收縮之和大于固態(tài)收縮。但形成條件 是不同的：產(chǎn)生縮孔的條件是鑄件由表及里逐層凝固。形成縮松的條件是金屬的結(jié)晶溫度范圍較寬，傾向 于體積凝固或同時(shí)凝固方式。18、焊件和鑄件的熱應(yīng)力是如何形

24、成的？應(yīng)采取哪些措施予以控制？工件在加熱和冷卻過程中，由于各部分的溫度不同造成工件上同一時(shí)刻各部分的收縮或膨脹量不同， 從而導(dǎo)致內(nèi)部彼此相互制約而產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力是由不均勻溫度場(chǎng)引起的，故稱為熱應(yīng)力。焊件中的熱應(yīng)力是由于焊接過程中，移動(dòng)熱源對(duì)焊件的加熱是局部的、不均勻的。在同一時(shí)刻，工件上 離熱源中心距離不同的部位其溫度不同，熱源下方的熔池部位溫度最高，距離熔池越遠(yuǎn)溫度越低。焊接時(shí)， 鄰近熔池的高溫區(qū)金屬由于熱膨脹受到周圍低溫金屬的限制，產(chǎn)生壓縮塑性變形；而在冷卻過程中，已發(fā) 生壓縮塑性變形的這部分金屬又受到周圍條件的制約，不能自由收縮，在不同程度上又被拉伸。與此同時(shí)， 熔池凝固形成焊縫。溫

25、度繼續(xù)降低時(shí)，焊縫金屬因冷卻收縮受阻而受到拉伸，但在溫度高于力學(xué)熔點(diǎn)的時(shí) 間內(nèi)，焊縫內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力；而在溫度低于力學(xué)熔點(diǎn)以下時(shí)，由于材料的彈性得以恢復(fù)，從而使焊縫相 應(yīng)產(chǎn)生了收縮拉應(yīng)力。鑄件中的熱應(yīng)力是由于在凝固后的冷卻過程中，各部分冷卻速度不一致，從而引起收縮量不同。但因各 部分彼此相聯(lián)，又互相制約，因而產(chǎn)生了熱應(yīng)力。控制應(yīng)力的措施：（1） 合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)中，應(yīng)避免焊縫交叉和密集，盡量采用對(duì)接而避免搭接；在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 的前提下，盡量減少不必要的焊縫；采用剛度小的結(jié)構(gòu)代替剛度大的結(jié)構(gòu)等。在鑄造結(jié)構(gòu)中，鑄件的壁厚差要盡量?。缓癖”谶B接處要圓滑過渡；鑄件厚壁部分的砂層要減薄，或放 置冷鐵

26、；合理設(shè)置澆冒口，盡量使鑄件各部分溫度均勻。（2） 合理選擇工藝 在焊接中，應(yīng)根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的具體情況，盡量采用較小的線能量（如采用小直徑焊 條和較低的焊接電流），以減小焊件的受熱范圍。采用合理的裝焊順序，盡可能使焊縫能自由收縮，收縮量 大的焊縫應(yīng)先焊。此外，采取預(yù)熱措施可降低工件中的溫度梯度，從而減小焊接應(yīng)力。澆注鑄件時(shí)，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)選擇彈性模量和收縮系數(shù)小的材料；提高鑄型的預(yù)熱溫度可 減小鑄件各部分的溫差；采用較細(xì)的面砂和涂料，減小鑄件表面的摩擦力；控制鑄型和型芯的緊實(shí)度，加 木屑、焦炭等提高鑄型和型芯的退讓性；控制鑄件在型內(nèi)的冷卻時(shí)間，避免過早或過遲打箱。（3） 消除殘余應(yīng)力

27、減小或消除殘余應(yīng)力的方法有多種，如熱處理法、自然失效法、振動(dòng)法、加載法和 錘擊法等。19、分析氫在形成冷裂紋中的作用，簡(jiǎn)述氫致裂紋的特征和機(jī)理1）氫的作用焊縫凝固時(shí)，高溫下溶入液態(tài)金屬中的氫將來不及析出，呈過飽和態(tài)殘留在接頭中。由于氫原子的體 積小，因此可以在接頭中自由擴(kuò)散，稱之為接頭中的擴(kuò)散氫。擴(kuò)散氫易于在焊接熱影響區(qū)、焊趾、焊根等 部位偏聚，使金屬脆化。尤其是當(dāng)這些部位存在顯微裂紋時(shí)，擴(kuò)散氫易向裂紋尖端的三向拉伸應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散、 聚集，當(dāng)接頭中的擴(kuò)散氫達(dá)到氫的臨界含量時(shí)，將導(dǎo)致冷裂紋的出現(xiàn)。（2）氫致裂紋的形成機(jī)理及特征形成機(jī)理：接頭中的擴(kuò)散氫不僅使金屬脆化，當(dāng)金屬內(nèi)部存在顯微裂紋等缺陷時(shí)，在

28、應(yīng)力的作用下， 裂紋前沿會(huì)形成應(yīng)力集中的三向應(yīng)力區(qū)，誘使接頭中的擴(kuò)散氫向高應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散并聚集為分子態(tài)氫，體積膨 脹使裂紋內(nèi)壓力增高，裂紋向前擴(kuò)展，在裂紋尖端形成新的三向應(yīng)力區(qū)，這一過程周而復(fù)始持續(xù)進(jìn)行。當(dāng) 接頭中的氫含量超過臨界值時(shí)，顯微裂紋將擴(kuò)展成為宏觀裂紋。特征：氫致裂紋從潛伏、萌生、擴(kuò)展直至開裂具有延遲特征；存在氫致延遲裂紋的敏感溫度區(qū)間（Ms以下200 C至室溫范圍）；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。四、論述題1、C。、R、GL對(duì)晶體形貌的綜合影響分析（P77圖4 15）2、討論分析影響焊接彎曲柱狀晶形態(tài)的因素。哪種形態(tài)的柱狀晶最易于產(chǎn)生焊接縱向裂紋?答：由于在焊接熔池中

29、，晶體的生長(zhǎng)線速度 R與焊接速度u之間存在以下關(guān)系：R - u cos 式中；：一晶 粒生長(zhǎng)方向與熔池移動(dòng)方向之間的夾角。在熔池液相等溫線上各點(diǎn)的 ？角是變化的，說明晶粒成長(zhǎng)的方向和線速度都是變化的。在熔合區(qū)上晶粒開始成長(zhǎng)的瞬時(shí)，？-90o,coS=0，晶粒生長(zhǎng)線速度為零，即焊縫邊緣的生長(zhǎng)速度最慢。而在熱源移動(dòng)后面的焊縫中心，X； =0o,coST =1，晶粒生長(zhǎng)速度與焊接速度相等，生長(zhǎng)最快。一般情況下，由于等溫線是彎曲的，其曲線上各點(diǎn)的法線方向不斷地改變，因此晶粒生長(zhǎng)的有利方向也隨之變化，形成了特有的 彎曲柱狀晶的形態(tài)。焊接速度影響焊接彎曲柱狀晶形態(tài)。焊接速度大時(shí)，焊接熔池長(zhǎng)度增加，柱狀晶便

30、趨向垂直于焊縫中心線生長(zhǎng)。焊接速度慢時(shí)，柱狀晶越彎曲。垂直于焊縫中心線的柱狀晶，最后結(jié)晶的低熔點(diǎn)夾雜物被推移到焊縫中 心區(qū)域，易形成脆弱的結(jié)合面，導(dǎo)致縱向熱裂紋的產(chǎn)生。熱裂敏感性大的奧氏體鋼和鋁合金最易于產(chǎn)生焊 接縱向裂紋。3、熔渣的作用（A）積極的作用：（a）機(jī)械保護(hù)作用熔渣的比重一般輕于液態(tài)金屬，高溫下浮在液態(tài)金屬表面，使之與空氣隔離，可避免液態(tài)金屬中合金元素的氧化燒損 能防止氣相中的氫、氮、氧、硫等直接溶入，從而減少液態(tài)金屬的熱損失 熔渣覆蓋在焊縫上，可以繼續(xù)保護(hù)處在高溫下的焊縫金屬免受空氣的有害作用（b）冶金處理作用 去除金屬中有害雜質(zhì) 吸附或溶解液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物 向焊縫中過渡

31、合金，調(diào)整焊縫合金成分（c）改善成形工藝性能作用適當(dāng)?shù)娜墼鼧?gòu)成，對(duì)于引弧、穩(wěn)弧、減少飛濺，改善脫渣性能及焊縫外觀成形等焊接工藝性能的影響至關(guān)重要（B）不利作用：如強(qiáng)氧化性熔渣可使液態(tài)金屬增氧，可侵蝕爐襯密度大或熔點(diǎn)高的熔渣殘留在金屬中形成夾渣第十章4、 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？（作業(yè)2）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

32、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1100C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1100C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

33、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溫度之間的熱影響區(qū)。快速加熱和冷卻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