塑性成形原理習(xí)題及答案

1、一、名詞解釋（每題3分，共15分）1非均質(zhì)形核答：液態(tài)金屬中新相以外來質(zhì)點(diǎn)為基底進(jìn)行形核的方式。2粗糙界面與光滑界面答：粗糙界面：aW2,固液界面上有一半點(diǎn)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內(nèi)生生長與外生長答：內(nèi)生生長：晶體自型壁生核，然后由外向內(nèi)單向延伸的生長方式外生生長：在液體內(nèi)部生核自由生長的生長方式。4沉淀脫氧答：沉淀脫氧是指將脫氧元素（脫氧劑）溶解到金屬液中與FeO直接進(jìn)行反應(yīng)而脫氧，把鐵還原的方法。5縮孔縮松答：縮孔：純金屬或共晶合金鑄件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞；縮松：具有寬結(jié)晶溫度范圍的合金

2、鑄件凝固中形成的細(xì)小而分散的縮孔。二、填空（每空1分，共15分）1液體原子的分布特征為長程無序、短程有序，即液態(tài)金屬原子團(tuán)的結(jié)構(gòu)更類似于固態(tài)金屬。2界面張力的大小與界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)結(jié)合力大小成反比。衡量界面張力大小的標(biāo)志是潤濕角0的大小。潤濕角越小，說明界面能越小.金屬結(jié)晶形核時(shí)，系統(tǒng)自由能變化AG由兩部分組成，其中相變驅(qū)動(dòng)力為體積自由能的降低，相變阻力為表面能的升高。一般鑄件的宏觀組織由表面細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和內(nèi)部等軸晶區(qū)三個(gè)晶區(qū)組成。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”是指隨溫命題教師注意事項(xiàng)：1、主考教師必須于考試一周前將試卷經(jīng)教研室主任審批簽字后送教務(wù)科印刷。

3、2、請(qǐng)命題教師用黑色水筆工整地書寫題目或用A4紙橫式打印貼在試卷版芯中。人曰斗厶人vrZ亠宀、八丄丄LrIr皿Vt答：幾種條件下的溶質(zhì)分布如圖所示：共晶凝固過程中的共生生長與離異生長答：共生生長：共晶結(jié)晶時(shí)，后析出的相依附于領(lǐng)先析出的相表面析出，兩相具有共同的生長界面，依靠溶質(zhì)原子在界面前沿的橫向擴(kuò)散，彼此偶合地共同向前生長。離異生長：共晶兩相的析出在時(shí)間上和空間上是彼此分離的，沒有共生共晶的特征。簡述擴(kuò)散脫氧的原理。說明熔渣堿度對(duì)擴(kuò)散脫氧的影響？答：在液態(tài)金屬與熔渣的界面上進(jìn)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(kuò)散，從而脫

4、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(kuò)散，因此脫氧能力強(qiáng)，相反堿性渣中FeO的活度大，擴(kuò)散脫氧的能力小。焊接熔池凝固結(jié)晶的特點(diǎn)。答：熔池結(jié)晶的特點(diǎn)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。簡述凝固裂紋的形成機(jī)理。答：具有寬結(jié)晶溫度范圍的合金，以枝晶凝固方式，在凝固后期，枝晶形成骨架，即固液態(tài)下，尚未凝固的低熔點(diǎn)成分分布于枝晶之間，形成液膜，在收縮應(yīng)力作用下，液膜被拉開形成微小縫隙，即熱裂紋。四、綜合分析（共40分）固相無擴(kuò)散、液相只有擴(kuò)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(duì)結(jié)晶形

5、貌的影響？（15分丿答：成分過冷判據(jù)：丄影響成分過冷的因素：液相中溫度梯度G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m越大，成分過冷越大；合金原始成分c越大，成分過冷越大；Lr散系數(shù)D越小，成分過冷越大；分配系數(shù)K越小，成分過冷越大。成分過冷對(duì)結(jié)晶形貌的影響：當(dāng)C一定時(shí)，隨著G減小，.-或R增大時(shí)，晶體形貌由平面晶依次發(fā)展為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝廠晶、等軸樹枝晶；而當(dāng)G、R一定時(shí)，隨C的增加，晶體形貌也同樣由L0平面晶依次發(fā)展為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等軸樹枝晶。一、名詞解釋及簡答題（共18分）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(diǎn)陣位置有一半左右被固相原子所

6、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(diǎn)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(tái)階，稱為光滑界面。（2分）根據(jù)Jackson因子（）大小可以判斷：（2分）aW2的物質(zhì)，凝固時(shí)固-液界面為粗糙面，a5的物質(zhì)，凝固時(shí)界面為光滑面，集中縮孔的形成機(jī)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(dāng)液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮時(shí)，便會(huì)在最后凝固部位形成尺寸較大的集中縮孔。沉淀脫氧及其優(yōu)、缺點(diǎn)（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)

7、點(diǎn)：脫氧速度快，脫氧徹底。（1分）缺點(diǎn)：脫氧產(chǎn)物不能清除時(shí)易形成夾雜。（1分）焊接熔渣的長渣與短渣（4分）藥皮焊條電弧焊時(shí)，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(shí)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)表面張力的大小與其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)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(diǎn)間結(jié)合力大小成反比。衡量界面張力大小的標(biāo)志是潤濕角e的大小，潤濕角e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(dòng)性越差，鑄

8、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(shí)，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(shí)晶體以對(duì)向生長的傾向越大,焊縫中心低熔點(diǎn)物質(zhì)偏析程度越嚴(yán)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4G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。6、細(xì)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(dòng)力學(xué)細(xì)化等三個(gè)方面。7、共晶組織生長中，共晶兩相通過原子的橫向擴(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(duì)于氣

9、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(qiáng)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(duì)鋼液的氧化性更強(qiáng)。實(shí)際焊接鋼時(shí)，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。11、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(shí)，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(qiáng)氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足夠的渣量。三、解答、問答

10、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(kuò)散，液相均勻混合。試求：6.a目與液相之間的溶質(zhì)平衡分配糸數(shù)KO；凝固后共晶體數(shù)量占試棒長度的百分?jǐn)?shù)?畫出凝固后的試棒中溶質(zhì)B的濃度C沿試棒長度的分布曲線，并注明各特征成分及其位置。（15分丿S答:（1）平衡分配系數(shù)：從相圖上取500C時(shí)固相與液相的成分分別為30%與60%，再由K=C/C，得K=0.5。（3分）0sL0（2）取C=30%，再由固相無擴(kuò)散，液相無對(duì)流時(shí)的固相中溶質(zhì)濃度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間的關(guān)系式，求得f=55.6%,f=l-f=

11、44.4%，即剩余ssLs共晶體數(shù)量占整個(gè)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(diǎn)。（不要求畫圖丿（10分丿答：不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)由：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1500C左右），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(duì)焊接接頭的強(qiáng)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1100C左右）范圍內(nèi)的區(qū)域叫過熱區(qū)。由

12、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。正火區(qū)：該區(qū)的母材金屬被加熱到AC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3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)。不完全重結(jié)晶區(qū)：焊接時(shí)處于ACAC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CAC范圍內(nèi)只有一部分組織發(fā)生1313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

13、保留粗大晶粒。所以此區(qū)特點(diǎn)是晶粒大小不一，組織不均勻，因此力學(xué)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(gè)方面，進(jìn)而分析凝固溫度區(qū)間、鋼的成分（只對(duì)S、P、C、Mn）對(duì)鋼凝固熱裂紋的影響規(guī)律及其原因。（15分丿答：凝固熱裂紋的形成主要取決于：（1）脆性溫度區(qū)間；T,T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6,6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?cè)鲩L率，應(yīng)變?cè)鲩L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(yán)重，T越大，因此，熱裂紋傾向越大。（3分）B化學(xué)成分對(duì)熱裂裂紋傾向的影響：S、P的影響：S、P在鋼中形成低熔點(diǎn)共晶體，如FeS,FeP、FeP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）為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等軸展為胞狀樹枝晶、柱狀樹枝晶、等C的影響：隨著含C量增加，鋼的凝固溫度區(qū)間增大，即T越大因此增加熱裂紋傾向，同時(shí)C還加劇S、P的有害作用；（2分）BMn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(kuò)散，液相為有限擴(kuò)散”條件下丿，討論溶質(zhì)原始含量C、晶體生