材料成型理論基礎(chǔ)練習(xí)題(上)

1、第1章 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)1.液體原子的分布特征為 無序、 有序，即液態(tài)金屬原子團的結(jié)構(gòu)更類似于 。2.實際液態(tài)金屬內(nèi)部存在 起伏、 起伏和 起伏 。3.物質(zhì)表面張力的大小與其內(nèi)部質(zhì)點間結(jié)合力大小成 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 比。衡量界面張力大小的標(biāo)志是潤濕角的大小，潤濕角越小，說明界面能越 。4.界面張力的大小可以用潤濕角來衡量，兩種物質(zhì)原子間的結(jié)合力 ，就潤濕，潤濕角 ；而兩種物質(zhì)原子間的結(jié)合力 ，就不潤濕，潤濕角 。5.影響液態(tài)金屬表面張力的主要因素是 ， ，和 。6.鋼液中的MnO，當(dāng)鋼液的溫度為1550時，對于r=0.0001m的球形雜質(zhì)，其上浮速度是多少？參

2、考答案：0.0071m/s7.影響液態(tài)金屬充型能力的因素可歸納為 合金本身性質(zhì) 、 鑄型性質(zhì) 、 澆注方面 、 鑄件結(jié)構(gòu)方面 四個方面的因素。8.影響液態(tài)金屬黏度的因素有 合金成分 、 溫度 、 非金屬夾雜物 。9.合金流動性：合金本身的流動能力；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。10.液態(tài)合金的流動性和充型能力有何異同？如何提高液態(tài)金屬的充型能力？答：液態(tài)金屬的流動性和充型能力都是影響成形產(chǎn)品質(zhì)量的因素；不同點：流動性是確定條件下的充型能力，它是液態(tài)金屬本身的流動能力，由液態(tài)合金的成分、溫度、雜質(zhì)含量決定，與外界因素?zé)o關(guān)。而充型能力首先取決于流動性，同時又與

3、鑄件結(jié)構(gòu)、澆注條件及鑄型等條件有關(guān)。提高液態(tài)金屬的充型能力的措施：（1）金屬性質(zhì)方面：改善合金成分；結(jié)晶潛熱L要大；比熱、密度大，導(dǎo)熱率小;粘度、表面張力小。（2）鑄型性質(zhì)方面：蓄熱系數(shù)?。贿m當(dāng)提高鑄型溫度；提高透氣性。（3）澆注條件方面：提高澆注溫度；提高澆注壓力。（4）鑄件結(jié)構(gòu)方面：在保證質(zhì)量的前提下盡可能減小鑄件厚度；降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。11.設(shè)凝固后期枝晶間液體相互隔絕，液膜兩側(cè)晶粒的拉應(yīng)力為1.5×103Mpa，液膜厚度為1.1×10-6mm，根據(jù)液膜理論計算產(chǎn)生熱裂的液態(tài)金屬臨界表面張力= 0.825 N/m。12.表面張力：表面上平行于表面切線方向且各方向大小相

4、等的張力。13.粘度表達(dá)式：，雷諾數(shù)：第2章 凝固溫度場1.鑄件的凝固方式可以分為 、 和 三種不同形式，影響合金凝固方式的兩個主要因素是： 和 。2.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。3.研究鑄件溫度場的方法有數(shù)學(xué)解析法 、 數(shù)值模擬法和 實測法 等。4. “平方根定律”公式為，寫出公式中三個符號所代表的含義 ：凝固時間 、 ：凝固層厚度 、 K:凝固系數(shù) 5.比較同樣體積大小的球狀、塊狀、板狀及桿狀鑄件凝固時間的長短。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

5、凝固時間依次為： t球>t塊>t板>t桿。6.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”分析砂型鑄造時底座的最后凝固部位，并估計凝固終了時間.1000160160600120解：將底座分割成A、B、C、D四類規(guī)則幾何體（見右下圖）查表2-3得：K=0.72()對A有：RA= VAAA=1.23cmtA=RA²KA²=2.9min對B有: RB= VBAB=1.33cmtB=RB²KB²=3.4min對C有：RC= VCAC=1.2cmtC=RC²KC²=2.57min對D有：RD= VDAD=

6、1.26cmtD=RD²KD²=3.06min因此最后凝固部位為底座中肋B處，凝固終了時間為3.4分鐘。l 1000l 160l 160l 600l 120 A A A A B BCCCCDDD7.寫出平方根定律和折算厚度法則的公式，并解釋兩個公式的差別。答：1）平方根定律：即；折算厚度法則：2）代表鑄件凝固層厚度，適應(yīng)薄板類鑄件；為折算厚度,可適用各種形狀的鑄件。8. 影響鑄件凝固方式的因素是什么？凝固方式與鑄造性能和鑄件質(zhì)量之間有什么關(guān)系？ 答：1)影響鑄件凝固方式的因素:結(jié)晶溫度范圍和溫度梯度；2)a逐層凝固：集中縮孔大，易補縮，鑄件較致密；熱裂傾向??；流動性好。所以

7、，鑄件質(zhì)量好。b體積凝固：不易補縮，易形成縮孔；流動性差；熱裂傾向大；鑄件不致密，性能較差。c中間凝固：介于以上兩者之間第3章 金屬凝固熱力學(xué)與動力學(xué)1金屬結(jié)晶形核時，系統(tǒng)自由能變化G由兩部分組成，其中相變驅(qū)動力為 ，相變阻力為 。2.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)形核功越 ，形核率越 ；非均質(zhì)形核臨界半徑與均質(zhì)形核的關(guān)系為 。 3.為什么金屬必須要有一過冷度才能發(fā)生液-固相變？4什么是溶質(zhì)平衡分配系數(shù)？設(shè)狀態(tài)圖中液相線和固相線為直線，證明其k0為常數(shù)。特定溫度下固相合金成分濃度與液相合金成分濃度達(dá)到平衡時的比值如上圖：液相線：T*Tm (Cl*-0) 固相線：T*Tm

8、(Cs*-0) ÷得：1即 k05.名詞解釋1）非均質(zhì)形核與均質(zhì)形核答：非均質(zhì)形核：液態(tài)金屬中新相以外來質(zhì)點為基底進行形核的方式。 均質(zhì)形核 ：形核前液相金屬或合金中無外來固相質(zhì)點而從液相自身發(fā)生形核的過程，所以也稱“自發(fā)形核”。 2）粗糙界面與光滑界面 答：粗糙界面：a2，固液界面上有一半點陣位置被原子占據(jù)，另一半位置則空著，微觀上是粗糙的；光滑界面：a2，界面上的位置幾乎被原子占據(jù)，微觀上是光滑的。 3）粗糙界面與光滑界面及其判據(jù)答：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；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

9、少數(shù)空位或臺階，稱為光滑界面。根據(jù)jachson因子（）大小可以判斷： 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， 6.液態(tài)金屬（合金）凝固的驅(qū)動力由 提供，而凝固時的形核方式有 、 兩種。7.對于溶質(zhì)平衡分配系數(shù)K0>1時，K0越大，最終凝固組織的成分偏析越 。常將1- K0稱為 。 8.設(shè)理想液體在凝固時形成的臨界核心是邊長為a*的立方體形狀;(1)求均質(zhì)形核時的a*和G*的關(guān)系式。(2)證明在相同過冷度下均質(zhì)形核時，球形晶核較立方形晶核更易形成。 9.設(shè)Ni的最大過冷度為319，已知Tm1453,Hm1870J/mol，LS=2.25×10-5J

10、/cm2,摩爾體積為Vs=6.6cm3.求G*均和r*均參考答案：r*均=8.59*109 m G*均=6.95*1017 J 10.晶體長大時，有三種長大方式，長大速度按順序依次為： 連續(xù) 、 缺陷 、和 二維形核 。金屬從其自身熔體中結(jié)晶，一般以 連續(xù) 方式長大。11.為什么均質(zhì)生核和非均質(zhì)生核的臨界晶核半徑相同，而臨界生核功不同？答：臨界晶核半徑的含義：當(dāng)晶核達(dá)到此半徑時，如液相原子向此堆砌生長，造成的表面能的增加比體積自由能的下降小，即自由能下降，此時，晶體生長是穩(wěn)定的，所以晶核能逐漸長大。如是均質(zhì)生核，臨界晶核是近似球形，其所包含的原子數(shù)較多，所需要的能量起伏較大，即生核功較大；如是

11、非均質(zhì)生核，臨界晶核的大小與潤濕角有關(guān)，同樣的晶核半徑時，當(dāng)晶體與襯底的潤濕角越小，晶核所包含的原子個數(shù)越少，因此所需的形核功越小。所以，雖然均質(zhì)生核和非均質(zhì)生核的臨界晶核半徑相同，而臨界生核功不同。12.從原子尺度看，固液界面結(jié)構(gòu)有哪幾種？它們與生長機理有何聯(lián)系？ 答：有兩種固液界面結(jié)構(gòu)：平整界面和粗糙界面平整界面的生長機理：a.理想的平整界面依靠平整界面上生產(chǎn)二維晶核，然后在晶核周圍的臺階上生長；b.當(dāng)界面上有缺陷時，可依靠螺旋位錯、旋轉(zhuǎn)孿晶、反射孿晶等缺陷提供的臺階生長。粗糙界面由于液相原子堆砌而被彈回的幾率很小，因此生長速度較大，此時稱為連續(xù)生長或正常生長。14. 隨顆粒尺寸的減小，金

12、屬的熔點會下降，其原因是什么？這種效應(yīng)通常在什么尺寸量級才會明顯地表現(xiàn)出來？參考：表面能（張力）作用突顯，納米，第4章 單相及多相合金的結(jié)晶1.根據(jù)成份過冷理論的分析，由于過冷程度的不同就會使焊縫組織出現(xiàn)不同的結(jié)晶形態(tài)，主要有平面結(jié)晶 、胞狀結(jié)晶 、胞狀樹枝結(jié)晶 、樹枝狀結(jié)晶 和等軸結(jié)晶 。2.根據(jù)界面結(jié)構(gòu)的不同，可將共晶合金分為兩大類 非小面-小面 和 非小面-非小面 3.用圖形表示K01的合金鑄件單向凝固時，在以下四種凝固條件下所形成的鑄件中溶質(zhì)元素的分布曲線： （1） 平衡凝固；（2） 固相中無擴散而液相中完全混合； （3） 固相中無擴散而液相中只有擴散；（4） 固相中無擴散而液相中部分

13、混合。 答：幾種條件下的溶質(zhì)分布如圖所示：4. 內(nèi)生生長和外生生長 凝固自型壁行核，由外向內(nèi)的生長稱為外生生長，如柱狀晶，胞狀晶的生長； 在熔體內(nèi)部形核，由內(nèi)向外的自由生長稱為內(nèi)生生長，如等軸晶的生長。5. 共生生長和離異生長 共生生長：共晶結(jié)晶時，兩相相互依附，借助于對方析出的多余原子的橫向擴散而同步偶合生長的方式。 離異生長：共晶的兩相間沒有共同生長的界面，析出和生長在時間上與空間上都相互獨立的生長方式。6.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。 7. 固相無擴散、液相

14、只有擴散情況下產(chǎn)身成分過冷的判據(jù)及影響成分過冷的因素，說明成分過冷對結(jié)晶形貌的影響？答：成分過冷判據(jù)：影響成分過冷的因素：液相中溫度梯度GL越小，成分過冷越大；生長速度R越大，成分過冷越大；液相線斜率mL越大，成分過冷越大；合金原始成分C0越大，成分過冷越大； 擴散系數(shù)DL越小，成分過冷越大；分配系數(shù)K0越小，成分過冷越大。成分過冷對結(jié)晶形貌的影響：當(dāng)C0一定時，隨著GL減小，或R增大時，晶體形貌由平面晶依次發(fā)展為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等軸樹枝晶；而當(dāng)GL、R一定時，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簡述晶體生長形貌隨成分過冷大小變化的規(guī)律

15、。 參考：隨“成分過冷”程度的增大，固溶體生長方式由無“成分過冷”時的“平面晶”依次發(fā)展為：胞狀晶柱狀樹枝晶內(nèi)部等軸晶。9.Al-Cu相圖的主要參數(shù)為CE33%Cu,=5.65, Tm660,TE548。用Al1Cu合金澆一細(xì)長試樣，使其從左至右單向凝固，冷卻速度足以保持固液界面為平界 面，當(dāng)固相無Cu擴散，液相中Cu充分混合時，求：(1)凝固10時，固液界面的CS*和CL*。(2)共晶體所占的比例。答：（1）溶質(zhì)分配系數(shù) k0=0.171 當(dāng)10時，有 0.1871.09（2）設(shè)共晶體所占的比例為，則則0.014710.何謂熱過冷和成分過冷？成分過冷的本質(zhì)是什么？答：金屬凝固時，完全由熱擴散

16、控制，這樣的過冷稱為熱過冷；由固液界面前方溶質(zhì)再分配引起的過冷稱為成分過冷。成分過冷的本質(zhì)：由于固液界面前方溶質(zhì)富集而引起溶質(zhì)再分配，界面處溶質(zhì)含量最高，離界面越遠(yuǎn)，溶質(zhì)含量越低。由結(jié)晶相圖可知，固液界面前方理論凝固溫度降低，實際溫度和理論凝固溫度之間就產(chǎn)生了一個附加溫度差T，即成分過冷度，這也是凝固的動力。11.影響成分過冷的因素有哪些？哪些是屬于可控制的工藝因素？成分過冷對晶體的生長方式有何影響？晶體的生長方式只受成分過冷的影響嗎？答：影響成分過冷的因素有G、v、DL、m、k0、C0，可控制的工藝因素為DL。過冷對晶體的生長方式的影響：當(dāng)稍有成分過冷時為胞狀生長，隨著成分過冷的增大，晶體由

17、胞狀晶變?yōu)橹鶢罹?、柱狀樹枝晶和自由樹枝晶，無成分過冷時，以平面方式或樹枝晶方式生長。晶體的生長方式除受成分過冷影響外，還受熱過冷的影響。12.影響成分過冷范圍的因素有哪些？它對材質(zhì)或成形產(chǎn)品（鑄件）的質(zhì)量有何影響？答：影響成分過冷范圍的因素有：成分過冷的條件為 <成分過冷的范圍為 上式中，為不變量，所以影響成分過冷范圍的因素只有DL、GL和v。對于純金屬和一部分單相合金的凝固，凝固的動力主要是熱過冷，成分過冷范圍對成形產(chǎn)品沒什么大的影響；對于大部分合金的凝固來說，成分過冷范圍越寬，得到成型產(chǎn)品性能越好。13.小面非小平面共晶生長的最大特點是什么？它與變質(zhì)處理有何關(guān)系？答：小面非小平面生長

18、最大的特點是：有強烈的方向性。變質(zhì)處理改變了小平面的形態(tài)，使得晶體生長方式發(fā)生改變。14.Mg、S、O等元素如何影響鑄鐵中石墨的生長。答：S、O等活性元素吸附在旋轉(zhuǎn)孿晶臺階處，顯著降低了石墨棱面（）與合金液面間的界面張力，使得（）方向的生長速度大于（0001）方向，石墨最終長成片狀。Mg是反石墨化元素，在它的作用下，石墨最終長成球狀。15.Al-Cu合金相圖的主要參數(shù)：CE=33%,Csm=5.65%,Tm=660,TE=548, 用Al-1%Cu（即：Co=1%）合金澆一細(xì)長圓棒試樣，使其從左至右單向凝固，冷卻速度足以保持固-液界面為平面。當(dāng)固相中無Cu擴散，液相中Cu有擴散而無對流，達(dá)到穩(wěn)

19、態(tài)凝固時，求：（1）固-液界面的Cs*和CL*（2）固-液界面的Ti（忽略動力學(xué)過冷度Tk）（1） （2） 16.某二元合金相圖如圖所示。合金液成分為WB=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。1）假設(shè)固相無擴散，液相均勻混合。試求：相與液相之間的平衡分配系數(shù)k0；凝固后共晶體的數(shù)量占試棒長度的百分之幾？畫出凝固后的試棒中溶質(zhì)B的濃度沿試棒長度的分布曲線，并注明各特征成分及其位置。2）假設(shè)固相無擴散，液相有擴散而無對流。求達(dá)到穩(wěn)態(tài)凝固時：固-液界面的Cs*和CL*L900500A30 4060Bt/wB×1001）液相均勻混合時：a) b) 共

20、晶體所占的百分?jǐn)?shù)應(yīng)該是，在共晶溫度時所剩余的液相，此時應(yīng)利用夏爾公式 ，40 6040× 44.4% 所以，共晶體占試棒長度的44.4c) C%f00.55612030602) 達(dá)到穩(wěn)態(tài)凝固時Cs*=C0=40% CL*= C0/k0=40%/0.5=80% 17.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，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，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

21、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，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，固溶體生長方式由無成分過冷時的“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: 對于合金凝固，當(dāng)出現(xiàn)“熱過冷”的影響時，必然受“成分過冷”的影響，而且后者往往更為重要。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

22、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。18.焊接熔池凝固結(jié)晶的特點。答：熔池結(jié)晶的特點是：（1）聯(lián)生結(jié)晶，或外沿生長（2）擇優(yōu)生長，柱狀晶彎曲地指向焊縫中心。 19晶體擇優(yōu)生長答:在樹枝晶生長過程中，那些與熱流方向相平行的枝晶較之取向不利的相鄰枝晶會生長得更為迅速，其優(yōu)先向內(nèi)伸展并抑制相鄰枝晶的生長，這種相互競爭淘汰的晶體生長過程稱為晶體的擇優(yōu)生長。20.通常條件下，都盡可能使鑄件獲得細(xì)小的等軸晶組織，請問： （1）細(xì)小的等軸晶組織對于減少凝固缺陷、提高力學(xué)性能有何重要意義？ （2）通過哪些實際措施可以使鑄件獲得細(xì)小的等軸晶組織？答：（1） 細(xì)小的等軸

23、晶組織可以使材料具有較高的強度和良好的塑性、韌性。除此之外，如果合金的凝固組織是均勻細(xì)小的等軸晶，那么凝固過程中的雜質(zhì)元素與溶質(zhì)元素偏析的傾向都可以得到有效的抑制，從而可以減少由于偏析所產(chǎn)生的氣孔、夾雜、熱裂紋等凝固缺陷，并提高其化學(xué)成分、組織與力學(xué)性能的均勻性。 （2） 獲得細(xì)小的等軸晶組織的途徑在于強化熔體獨立生核，促進晶粒游離，具體有以下三個方面措施： 1） 合理地控制澆注工藝和冷卻條件 2） 孕育處理 3）動力學(xué)細(xì)化 21.某二元合金相圖如下圖所示。合金液成分為C0=CB=10%，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。 證

24、明已凝固部分（）的平均成分為當(dāng)試棒凝固時，液體成分增高，而這又會降低液相線溫度。證明液相線溫度與之間關(guān)系（為純組元A的熔點，為液相線斜率的值）為：答：證明： 第7章 液態(tài)金屬與氣相的相互作用1.在一個由金屬、金屬氧化物、和氧化性氣體組成的體系中，若金屬氧化物的分解壓為PO2，氧的實際分壓為PO2。則，當(dāng) ，金屬被氧化，當(dāng) 時，金屬被還原，當(dāng) 時，處于平衡狀態(tài)。2.對于氣體在金屬中溶解為吸熱反應(yīng)的，氣體的溶解度隨溫度 升高 而升高。氫在合金液中溶解度隨焊接氣氛氧化性的 增強 而降低。3.CO2、H2O和空氣在高溫下哪個對金屬的氧化性更大？答：在液態(tài)鐵存在的溫度，空氣對金屬的氧化性是最大的，而H2

25、O 氣的氧化性比 CO2小。4.電弧焊時，氣體在金屬中的溶解度是否服從平方根定律？為什么？答：當(dāng)溫度一定時，雙原子氣體的溶解度與其分壓的平方根成正比，這一規(guī)律稱為平方根定律，但是電弧焊時，金屬液體的溫度是變化的，所以氣體在金屬中的溶解度不服從平方根定律。5.氣體對金屬質(zhì)量有哪些影響？答：1)使材料脆化 鋼材中氮、氫或氧的含量增加時，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)金屬在高溫時可以溶解大量的氮或氫，而在凝固時氮或氫的溶解度突然下降，這時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，就會形成氣

26、孔。3)產(chǎn)生冷裂紋 冷裂紋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。6.焊接區(qū)內(nèi)的氣體，對焊接質(zhì)量有重要影響的是 N2 、 H2 、O2、H2O和 CO2 。7.氣體是如何溶解到金屬中的？電弧焊條件下，氮和氫的溶解過程一樣嗎？答：氣

27、體溶解到金屬中分四個階段：（1）氣體分子向金屬-氣體界面上運動；（2）氣體被金屬表面吸附；（3）氣體分子在金屬表面上分解為原子；（4）原子穿過金屬表面層向金屬內(nèi)部擴散。電弧焊條件下，氮和氫的溶解過程不一樣，氫在高溫時分解度較大，電弧溫度下可完全分解為原子氫，其溶解過程為分解 吸附 溶入 。在電弧氣氛中，氮以分子形式存在，其溶解過程為吸附 分解 溶入 。8.哪些因素影響氣體在金屬中的溶解度，其影響因素如何？答：氣體在金屬中的溶解度與壓力，溫度，合金成分等因素有關(guān)：（1）當(dāng)溫度一定時，雙原子的溶解度與其分壓的平方根成正比（2）當(dāng)壓力一定時，溶解度與溫度的關(guān)系決定于溶解反應(yīng)類型，氣體溶解過程為吸熱反

28、應(yīng)時，H為正值，溶解度隨溫度的升高而增加；金屬吸收氣體為放熱反應(yīng)時，H為負(fù)值，溶解度隨溫度的上升而降低。（3）合金成分對溶解度的影響：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（即氮、氫、氧化合物），則可降低氣體的溶解度。此外，合金元素還能改變金屬表面膜的性質(zhì)及金屬蒸氣壓，從而影響氣體的溶解度。（4）電流極性的影響：直流正接時，熔滴處于陰極，陽離子將向熔滴表面運動，由于熔滴溫度高，比表面積大，故熔滴中將溶解大量的氫或氮；直流反接時，陽離子仍向陰極運動，但此時陰極已是溫度較低的溶池，故氫或氮的溶解量要少。（5）焊接區(qū)氣氛性質(zhì)的影響：氣體分

29、子或原子受激后溶解速度加快；電弧氣氛中的陽離子N+或H+可直接在陰極溶解；在氧化性電弧氣氛中形成的NO，遇到溫度較低的液態(tài)金屬時可分解為N和O，而N能迅速溶入金屬。第8章 液態(tài)金屬與熔渣的相互作用1. 熔渣對于焊接、合金熔煉過程起著積極作用。主要作用有： 作用、 作用和 作用。2.熔渣分子理論和離子理論的基本觀點是什么？3.熔渣的堿度的分子理論和離子理論？4.根據(jù)熔渣隨溫度變化的速率可將焊接熔渣分為“長渣”與“短渣”。“長渣”是指隨溫度下降粘度 的渣，“短渣”是指隨溫度下降粘度 的渣。5.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 。實際焊接鋼時，堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條

30、的 。6.熔渣對液態(tài)金屬的氧化方式有哪些？寫出氧化的原理。7.由熔渣的離子理論可知，液態(tài)堿性中自由氧離子的濃度遠(yuǎn)高于酸性渣，這是否意味著堿性渣的氧化性要比酸性渣更強？為什么？答：不一定比酸性渣強。因為離子理論把液態(tài)熔渣中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，其堿度就越大，雖然液態(tài)堿性渣中自由氧離子的濃度遠(yuǎn)大于酸性渣，但是它不一定與熔渣中的某些物質(zhì)反應(yīng)，進而不能體現(xiàn)出其具有氧化性，而酸性渣則可以，熔渣的氧化性通常是用渣中含有最不穩(wěn)定的氧化物FeO 的高低及該氧化物在熔渣中的活度來衡量的。8.1600攝氏度時，煉鋼熔池中熔渣的成分為： 氧化物 Cao Mgo Mno Feo Fe2

31、O3 SiO2 P2O5 重量（%） 46.59 3.2 5.68 13.82 4.47 24 2.24鋼水含氧0.07%，問熔渣對鋼水而言是氧化渣還是還原渣？解：W（SiO2+P2O5）=26.24%W(Cao+Mgo+Mno)=55.47%查圖8-4得：Feo的堿度系數(shù)為0.65Lg%Omax= -6320/T+2.734當(dāng)T=1600時，%O max =0.23因為在1600攝氏度時熔渣與液態(tài)金屬構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到平衡時的液態(tài)金屬中含氧量為0.15%，而實際中鋼水含氧0.07%0.15%，固熔渣對鋼水而言是氧化渣。9.為什么Feo在堿性渣中活度系數(shù)比在酸性渣中大？這是否說明堿性渣的氧化性高于

32、酸性渣？為什么？答：1）渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物較少，F(xiàn)eO大部分以自由態(tài)存在，即FeO在渣中活度系數(shù)比在酸性渣中大。2）但這并不能說明堿性渣 的氧化性大于酸性渣3）雖然堿性渣中FeO的活度系數(shù)大，但堿性渣中FeO的含量并不高，因此堿性渣對液態(tài)金屬的氧話性比酸性渣小。第9章 液態(tài)金屬的凈化與精煉1.沉淀脫氧及其優(yōu)、缺點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。優(yōu)點：脫氧速度快，脫氧徹底。缺點：脫氧產(chǎn)物不能清除時易形成夾雜。2.擴散脫氧：通過降低熔渣中（Feo）含量，或通過改變界面兩側(cè)Feo的平衡條件促使F

33、eo向熔渣中轉(zhuǎn)移而降低液態(tài)金屬中的（Feo）含量的方法稱為擴散脫氧。3.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 的溫度、高堿度、 氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足夠的渣量。4.簡述擴散脫氧的原理。說明熔渣堿度對擴散脫氧的影響？答：在液態(tài)金屬與熔渣的界面上進行的，以分配定律為理論基礎(chǔ)：L=FeO/(FeO) 通過減少熔渣中的(FeO)含量使金屬液中的FeO向熔渣中擴散，從而脫去金屬中的氧的方法。酸性渣中的酸性氧化物與FeO生成復(fù)合物使其活度減小，而有利于液態(tài)金屬的氧向熔渣擴散，因此脫氧能力強，相反堿性渣中FeO的活度大，擴散脫氧的能力小。5. 通過熔渣進行脫硫和脫磷有何矛盾

34、（請寫出相應(yīng)的冶金反應(yīng)式）？在煉鋼過程中是如何解決這一矛盾的？ （1） 通過熔渣脫硫：渣中的堿性氧化物MnO、CaO、MgO 等都具有脫硫作用：吸熱反應(yīng)提高溫度，提高堿度，減少（FeO）含量（熔渣氧化性），有利脫硫。（2） 通過熔渣脫磷：降低溫度、提高堿度、增加（FeO）含量（熔渣氧化性），有利脫磷。（3） 矛盾：脫磷加強氧化性和降低溫度與脫硫的提高溫度和熔渣氧化性的要求相矛盾的。（4） 在煉鋼時解決這一矛盾的辦法是采取分階段的措施。脫磷可在氧化期進行，然后扒出含磷高的氧化性渣，另造新渣進入還原期，此時進行脫氧和脫硫。6.請寫出練鋼時擴散脫氧和沉淀脫氧的表達(dá)式，并簡述熔渣堿度對脫氧效果的影響。

35、（1）擴散脫氧：FeO（FeO），熔渣堿度提高，不利于擴散脫氧；（2）沉淀脫氧：M+FeO（MO）+Fea.Mn脫氧時：Mn+FeO（MnO）+Fe，熔渣堿度提高，不利于脫氧；b.Si脫氧時：Si+2FeO（SiO2）+2Fe，熔渣堿度提高，有利脫氧。7.沉淀脫氧應(yīng)具備的三個條件？ 對氧親和力較大的元素； 脫氧產(chǎn)物應(yīng)不溶于金屬而成為獨立液相轉(zhuǎn)入熔渣； 熔渣的酸堿性質(zhì)應(yīng)與脫氧產(chǎn)物的性質(zhì)相反，以利于熔渣吸收脫氧產(chǎn)物 。8.擴散脫氧的優(yōu)缺點？實現(xiàn)擴散脫氧的條件？擴散脫氧的優(yōu)點：脫氧產(chǎn)物留在熔渣中，液態(tài)金屬不會因脫氧而造成夾雜缺點：擴散過程進行緩慢，脫氧時間長。條件：還原性爐氣，高的爐溫，爐渣粘度小。

36、9.為什么說一般煉鋼過程中，脫碳是手段而不是目的？10.脫磷的有利條件是高堿度和強氧化性的、粘度小的熔渣，較大的渣量和較低的溫度。11.熔渣脫硫的影響因素：還原性爐渣、熔渣的高堿度、粘度小的爐渣、高的爐溫、硫的活度大。12.為什么酸性焊條常采用錳鐵作為脫氧元素？答：酸性渣中含有較多的 SiO2 和 TiO2，它們?nèi)菀着c錳的脫氧產(chǎn)物 MnO 生成復(fù)合物 MnO·SiO2 和 MnO·TiO2，使 MnO 的活度系數(shù)減小，因此脫氧效果較好。相反，在堿性渣中 MnO 的活度較大，不利于錳脫氧。堿度越大，錳的脫氧效果越差。 13.為什么堿性焊條不單獨采用硅鐵作為脫氧元素？答：硅的脫

37、氧能力比錳大，但生成的 SiO2熔點高，通常認(rèn)為處于固態(tài)，不易聚合為大的質(zhì)點；同時SiO2與鋼液的界面張力小，潤濕性好，不易從鋼液中分離，易造成夾雜。 因此，堿性焊條一般不單獨用硅脫氧。14、何謂沉淀脫氧？試述生產(chǎn)中常用的幾種沉淀脫氧反應(yīng)。答：（1）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，并析出轉(zhuǎn)入熔渣的一種脫氧方式。（2）生產(chǎn)中幾種常用的沉淀脫氧反應(yīng)： a 錳的脫氧反應(yīng)，Mn+FeO=Fe+(MnO) b 硅的脫氧反應(yīng)，Si+2FeO=2Fe+(SiO2) c 硅錳聯(lián)合脫氧反應(yīng)。15.綜合分析熔渣的堿度對脫氧、脫磷、脫硫的影響。脫氧

38、在熔渣脫氧時，堿度高不利于脫氧，但在用硅沉淀脫氧時，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氧化性的、粘度小的熔渣，較大的渣量和較低的溫度。16.試述熔渣脫硫的原理及影響因素。答：（1）熔渣脫硫的原理與擴散脫氧相似,。根據(jù)它是利用FeS在熔渣中和金屬液中的分配定律，通過在熔渣中脫S，達(dá)到對金屬的脫S作用。CaO、CaC2、MnO、MgO與熔渣中的FeS反應(yīng)而進行脫硫，當(dāng)熔渣中的FeS含量減少時，鋼液中的FeS就向熔渣中擴散，這樣就間接達(dá)到了脫

39、去鋼液中FeS的目的。 （2）影響因素 a、熔渣的還原性和堿度。在熔渣還原期中和熔渣的堿度高時都有利于脫硫。 b、粘度。粘度小有利于脫硫。 c、溫度。脫硫反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此溫度高有利于脫硫。 d、硫的活度。硫的活度大，容易從金屬液中析出，有利于脫硫。17.磷在鋼中有何危害？試述影響脫磷的因素有哪些。答：（1）當(dāng)鋼中含磷量過多時，將增加材料的冷脆性，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，磷也會促使產(chǎn)生熱裂紋。 （2）影響脫磷的因素： a、熔渣的堿度和氧化性。高堿度和強氧化性的熔渣有利于脫磷反應(yīng)進行。但當(dāng)堿度超過3.0以上時，進一步提高堿度并不能將磷的分配比提得更

40、高。實際上，熔渣堿度太高時，使得熔渣的粘度增大，反而使脫磷效果降低。 b、熔渣的粘度。粘度小有利于脫磷。 C、溫度。脫磷反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，降低溫度有利于反應(yīng)的進行。但是，只有在高溫下才能獲得流動性良好的高堿度熔渣，所以溫度必須適當(dāng)，才能有效地脫磷。 d、渣量。渣量大有利于脫磷。但渣量也不能過多，因為造渣需要消耗大量的熱，使耗電量增加，冶煉時間延長。18.FeO在熔渣及鋼液中的分配常數(shù)L隨溫度升高而減小，焊接時FeO在熔滴階段和熔池前部高溫區(qū)容易向 鋼液 中過渡；酸性氧化物使熔渣中FeO活度 減小 ，因此酸性渣有利于熔渣中脫氧元素的擴散脫氧。第10章 焊接熱影響區(qū)的組織和性能1.焊接熱影響區(qū)：熔

41、焊時在高溫?zé)嵩醋饔孟?，靠近焊縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域稱為“焊接熱影響區(qū)” 。2.焊接熱循環(huán)：在焊接熱源的作用下，焊件上某點的溫度隨時間的變化過程稱為焊接熱循環(huán)。 3.焊接熱循環(huán)的參數(shù)及特征 加熱速度H、最高加熱溫度m、相變溫度以上的停留時間tH、冷卻速度c4.低碳鋼焊接熱影響區(qū)由哪幾部分構(gòu)成？分別敘述各區(qū)域的組織與性能特點。 答：低碳鋼的熱影響區(qū)為： 1) 熔合區(qū) 焊縫與母材之間的過渡區(qū)域。熔合區(qū)最大的特征是具有明顯的化學(xué)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。 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大溫度(

42、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。 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得到均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體，相當(dāng)于熱處理時的正火組織，故亦稱正火區(qū)。由于組織細(xì)密，此區(qū)的塑性和韌性均較好，是熱影響區(qū)中組織性能最佳的區(qū)段。 4) 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

43、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(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。所以此區(qū)特點是晶粒大小不一，組織不均勻，因此力學(xué)性能也不均勻。 5.焊接熱影響區(qū)的脆化類型有哪幾種？答：粗晶脆化、組織轉(zhuǎn)變脆化、析出脆化、熱應(yīng)變時效脆化6.熔化焊的焊接接頭包括焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三部分。7.焊接熱循環(huán)過程具有以下特點：峰值溫度高 ，加熱速度快 ，高溫停留時間短 ，冷卻速度快 ，加熱的局部性和移動性 。8. M-A組元：焊接低合金鋼時，以一定冷卻速度連續(xù)冷卻到400350時，殘余奧氏體的碳濃度可達(dá)0.5%0.8%，隨后這些高碳奧氏體可轉(zhuǎn)變?yōu)楦咛捡R氏體與殘余奧氏體的混合物，即M-A組元。9簡要說明易淬火鋼和不易淬火鋼HAZ粗晶區(qū)的組織特點和對性能的影響？答：（1）易淬火鋼HAZ粗晶