原理07复习资料.docx

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1、华中科技高校2007年招收硕士探讨生入学考试试题答案考试科目：材料成形原理 适用专业：材料加工工程, 数字化材料成形, 环境科学及工程(本答案按“液态成形理论根底, “连接成形理论根底和“金属塑性成形力学三个局部列出)(A卷局部)三, 简述题1. 影响液态金属界面张力的主要因素是什么？ 影响液态金属界面张力的主要因素是：(1)金属的熔点，金属的熔点, 沸点越高，那么外表张力往往就越大；(2)温度，大多数金属和合金的外表张力随温度上升而降低，但对铸铁, 碳钢, 铜及其合金那么相反。(3)溶质元素，说明活性元素降低界面张力，非说明活性元素增加外表张力, 2. 简述纯金属晶体宏观长大方式。晶体的宏观

2、长大方式有平面生长方式和树枝晶生长方式。当固液界面前方液体中的为正温度梯度时，界面前方液体的过冷区及过冷度很小，晶体生长时凝固潜热的析出方向同晶体生长方向相反，一旦某一晶体生长伸入液相区就会被重新熔化，导致晶体以平面方式生长。当固液界面前方液体中的为负温度梯度时，界面前方液体的过冷区较大，界面上凸起的晶体将快速伸入过冷液体中，成为树枝晶生长方式。3. 影响铸件凝固方式的因素有哪些？影响铸件凝固方式的因素有二，一是合金的化学成分；二是铸件断面上的温度梯度。纯金属和共晶成分的合金，凝固区0，属层状凝固；当合金的液相线温度和固相线温度相差很大时，此时凝固范围很宽，那么称为体积凝固方式或称糊状凝固方式

3、。但是，假设温度梯度较小时，铸件的凝固方式由层状变成糊状的凝固方式。 4. 成分过冷的判据是什么？ 成分过冷的判据是： 其中：为固液界面前方的温度梯度，v为生长速度，为液相线斜率，C0为溶质的原始浓度，k0为溶质支配系数，为溶质在液相中的扩散系数。5. 何为反响性气孔，有何特征？金属液和铸型之间或在金属液内部发生化学反响所产生的气孔，称为反响性气孔。 金属一铸型间反响性气孔，通常分布在铸件外表皮下13，外表经过加工或清理后，就暴露出许多小气孔，所以通称皮下气孔，形态有球状, 梨状。 另一类反响性气孔是金属内部化学成分之间或及非金属夹杂物发生化学反响产生的，呈梨形或团球形，匀整分布。B卷(75分

4、)液态成形理论根底1. 答案要点： (1) 立方体晶核的吉布斯自由能的变更：对上式求导：令，可得临界晶核的边长 又： 所以： (2) 在过冷度时，球形晶核的临界自由能变更为因为 , , L, 一样，所以，球形晶核比立方晶核更简洁形成。2. 答案要点： (1) 由题目给出的参数可计算出k0。 凝固10%时， = 10%, = 90%, C0 = 1%(2) 共晶体所占比例为为时的即凝固完毕时，共晶体所占比例为：1.47 (3) 成分的分布如图：0.17%33%单相共晶体5.65%3. 答案要点：由于灰铸铁和球墨铸铁的共晶凝固方式和石墨长大的机理不同，产生缩孔和缩松的倾向性有很大差异。 灰铸铁共晶

5、团中的片状石墨，及枝晶间的共晶液体干脆接触，因此片状石墨长大时所产生的体积膨胀大局部作用在所接触的晶间液体上，迫使它们通过枝晶间通道去充填奥氏体枝晶间由于液态收缩和凝固收缩所产生的小孔洞，从而大大降低厂灰铸铁产生缩松的严峻程度。这就是灰铸铁的所谓“自补缩实力。被共晶奥氏体包围的片状石墨由于碳原子的扩散作用，在横向上也要长大，但是速度很慢。石墨片在横向上长大而产生的膨胀力作用在共晶奥氏体上，使共晶团膨胀，并传到邻近的共晶团上或奥氏体枝晶骨架上，使铸件产生缩前膨胀。这种缩前膨胀会抵消一局部自补缩效果，但是，由于这种横向的膨胀作用很小而且是慢慢发生的，同时因灰铸铁在共晶凝固中期，在铸件外表已经形成硬

6、壳，因此灰铸铁的缩前膨胀一般只有0.10.2%左右。所以，灰铸铁件产生缩松的倾向性较小。球墨铸铁在凝固过程中，当石墨球长大到确定程度后四周形成奥氏体外壳, 碳原于是通过奥氏体外壳扩散到共晶团中使石墨球长大，当共晶团长大到相互接触后，石墨化膨胀所产生的膨胀力，只有一小局部作用在晶间液体上，而大局部作用在相邻的共晶团上或奥氏体枝晶上，趋向于把它们挤开。因此，球墨铸铁的缩前膨胀比灰铸铁大得多。由于依据体积凝固方式凝固，铸件外表在凝固后期没有形成巩固的外壳，假如铸型刚度不够，膨胀力将迫使型壁外移。随着石墨球的长大，共晶团之间的间隙逐步扩大，使得铸件普遍膨胀。共晶团之间的间隙就是球墨铸铁的显微缩松，并布

7、满铸件整个断面，所以球墨铸铁铸件产生缩松的倾向性很大。假如铸件厚大，球墨铸铁铸件这种较大的缩前膨胀也会导致铸件产生缩孔。假如铸型刚度足够大，石墨化的膨胀力能够将缩松挤合。在这种状况下，球墨铸铁也可看作是具有“自补缩实力。4. 答案要点 内部等轴晶区的形成是由于剩余熔体内部晶核自由生长的结果。关于等轴晶晶核来源及形成有四种理论(1) 过冷熔体干脆形核理论随着柱状晶层向内推移和溶质再支配，在固液界面前沿产生成分过冷，当成分过冷的过冷度大于非自发生核所需过冷度时，那么产生晶核并长大，导致内部等轴晶的形成。(2) 激冷晶游离理论浇注期间和凝固初期的激冷晶游离随着液流漂移到铸件心部，通过增殖，长大形成内

8、部等轴晶。(3) 型壁晶粒脱落和枝晶熔断, 游离理论型壁晶体或柱状枝晶在凝固界面前方的熔断, 游离和增殖理论基点为溶质再支配。(4) “结晶雨游离理论依据这一理论，凝固初期在液面处的过冷熔体中产生过冷并形成晶核及生长成小晶体，这些小晶体或顶部凝固层脱落的分枝由于密度比液态金属大而像雨滴似地着陆，形成游离晶体。这些小晶体在生长的柱状晶前面的液态金属中长大形成内部等轴晶。 (A卷局部)二, 推断题：推断以下论述是否正确。答错不扣分，答对每题1.5分(1) 速度快，焊缝中柱状晶成长的最大速度有时可能超过焊接速度。错(2) 低合金高强钢焊接时，通常的焊接工艺为：实行预热, 后热处理，大的线能量。错(3

9、) 当电弧电压增加时，熔池的最大深度增大；焊接电流增加，熔池的最大宽度增大。错(4) 电弧电压增加，焊缝含氮量增加；焊接电流增加，焊缝含氮量削减。(对)(5) 药皮熔点高于熔渣熔点，而且药皮熔点越高，那么熔渣的熔点越高。(对)(6) 酸性渣一般称为长渣，碱性渣为短渣。前者不适宜于仰焊，后者可适用于全位置焊。(对)三, 简述题16分(6) 是碱性焊条还是酸性焊条对工件外表铁锈2O更敏感？简述其理由。4分答：碱性焊条对铁锈更敏感。1.5分碱性渣中含2，2等酸性氧化物少，的活度大，简洁向液态金属扩散，使其焊缝含氧量增加。2.5分(7) 什么是？简述脆化的类型及产生条件。6分答：熔焊时在焊接热源作用下

10、，焊缝四周母材发生组织和性能变更的区域称为热影响区。1.5分 脆化有多种类型：粗晶脆化, 组织脆化, 析出脆化, 氢脆等。1分 粗晶脆化：熔合区和过热区因热循环峰值温度高，常发生粗晶脆化；1分组织脆化：焊接低合金高强钢时，因冷却速度慢可能在某些区域形成组元；1分析出脆化：焊前母材为过饱和固溶体，在焊接热作用下产生时效或回火效果，碳化物或氮化物析出造成塑性及韧性下降；1分氢脆：氢扩散至而引起的塑性下降脆化。0.5分(8) 简述焊接熔池的特征。6分答：熔池体积小，冷却速度大；1.5分 熔池温度高，熔池金属处于过热状态；1.5分 熔池金属处于运动状态，熔池中存在着各种力的作用；1.5分 熔池界面的导

11、热性好，温度梯度大。1.5分C卷(75分)连接成形理论根底三, 论述题75分(1) 以手弧焊为例，试分析对接焊缝横向焊接剩余应力的分布状态及消退或减小焊接剩余应力的方法。15分答：1横向剩余应力由两局部组成：一是由焊缝及的纵向收缩引起的；二是由于焊缝及的横向收缩引起的。离焊缝距离越远，应力值越低。1分 2纵向收缩引起的横向应力，焊缝两端产生横向压应力，焊缝中段产生横向拉应力，焊缝两端压应力最大值比拉应力最大值大得多。焊缝越长，中间段拉应力会有所降低，并慢慢趋于零。6分，未能正确画出示意图扣1-2分 3横向收缩引起的横向剩余应力分布及焊接方向, 焊接依次有关。2分 直通焊, 从中间向两端焊, 从

12、两端向中间焊时的横向应力分布：画出以下示意图a，b，c各给1分，共3分 4减小或消退焊接剩余应力的方法： 合理的构造设计；合理的焊接工艺；接受热处理方法, 机械法, 共振法等方法。3分，没有确定的绽开论述，酌扣11.5分 (2) 分析焊接时热裂纹产生的缘由，并以奥氏体钢焊接为例说明防止热裂纹的措施。15分答：热裂纹主要有凝固裂纹和液化裂纹。焊接热裂纹的形成缘由：(7分) 焊接热裂纹是一种高温沿晶断裂而形成的裂纹。焊缝凝固过程中，在枝晶间存在低熔共晶的薄层，此时材料的塑性变形实力很低，在冷却过程中不行防止的产生收缩应变，当收缩应变大于材料此时的塑性应变的实力时，即产生焊接热裂纹。 焊缝在凝固过程

13、中所出现的晶间塑性应变实力的应变区间叫做脆性温度区，不同材料有不同的脆性温度区，温度区越大，产生热裂纹的紧急性越大。奥氏体钢焊接热裂纹的影响因素(4分，未答全者酌扣0.51分)a.化学成分偏析：奥氏体钢由于含镍量高,有害杂质P和S的有害作用显著增加。单相奥氏体焊缝中，P的偏析, 的偏析，形成低熔共晶。 b.焊缝的组织：奥氏体钢焊缝晶粒大小的影响，晶粒越粗越易产生裂纹。 c.焊缝冷却的速度 层间温度, 热输入量 d.焊缝的形态 成形系数 e.拘束度焊接热裂纹的限制措施(4分，未答全者酌扣0.51分) a.成分限制：限制含硫量, 含磷量； 焊接材料的选择，奥氏体焊条的选择，焊缝组织限制限制含量，参

14、加细化晶粒元素, V, , b.工艺措施 限制过热, 限制成形系数, 限制熔合比, 降低拘束度, 严格要求装配质量(3) 焊条药皮质量系数为0.4，焊丝中含9，其过渡系数为0.8，母材中含1.5%, 熔合比0.2。要求焊缝中含12以确保其耐磨性能，药皮中要参加多少含75的锰铁合金粉？15分答：计算依据合金元素的过渡系数：熔敷金属中的实际含量及它原始含量之比。式中，为合金元素在熔敷金属中的含量；为合金元素的原始含量；为合金元素在焊丝中的含量；药皮中的含量；焊条的质量系数，即单位长度焊条药皮质量及焊芯质量之比。写出上式，5分 而焊缝金属中合金元素的实际浓度及熔合比的关系为：写出上式，5分由此两式，

15、可以计算，假设焊缝中12，药皮中的含量至少为23.2%。计算至此加3分那么需加至少30.9%的含75的锰铁合金粉。计算至此加2分(4) 试述焊接时活性熔渣对金属的氧化方式，并以2气体爱惜焊为例，说明选择焊丝的原那么及脱氧措施。15分答：活性熔渣对金属的氧化方式：1扩散氧化4分既溶于渣，又溶于钢液，因此能在熔渣及钢液之间进展扩散支配，在确定温度下平衡时，它在两相中的浓度符合支配定律：温度不变时，增加熔渣中的浓度，它将向液态金属中扩散，使金属中的氧含量增加。2置换氧化4分铁或其它金属置换出其它氧化物中元素而自身氧化的过程。+() ()+X 32气体爱惜焊时，硅-锰联合脱氧原那么。常在焊丝中加适当比

16、例的锰和硅，可以削减焊缝中的夹杂物，脱氧产物可形成硅酸盐2，各国好用的焊丝中/=1.53。4分常用脱氧方法：锰的脱氧, 硅的脱氧, 硅锰联合脱氧, 扩散脱氧等。3分，(5) 以下图是几种因素对结晶形态的影响，其中纵, 横坐标各代表什么？并结合该图探讨焊接熔池凝固组织的特点。？并结合该图探讨焊接熔池凝固组织的特点。15分答：纵坐标C0%表示溶质浓度，横坐标为1/2 ，(3分)其中G表示温度梯度，R表示结晶速度。2分1/2平面晶胞状晶胞状树枝晶柱状树枝晶等轴树枝晶C0, 0该图说明，焊缝结晶形态主要确定于合金中的溶质的浓度C0, 结晶速度R和液相中温度梯度G的综合作用。(1分)在熔池两侧翼边界，由于结晶速度R 特殊小，温度梯度G 较大，1/2那么很大，成分过冷接近于零，满足平面晶生长的条件。3分随着凝固界面远离熔合区边界向焊缝中心推动时, 结晶速度R 慢慢增大，而温度梯度G 减小, 在某一时刻以后，将发生成分过冷，平面生长将转为胞状生长；3分随着成分过冷的进一步加大，树枝晶生长的方式慢慢占主导地位，在到达熔池尾端完毕凝固时， 1/2最小, 成分过冷度最大，有可能形成等轴树枝晶区。3分A卷局部D卷金属塑性力学