材料成型原理复习题

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材料成型原理复习题.1说明焊接定义，焊接的物理本质是什么？采取哪些工艺措施可以实现焊接。答：1.焊接是通过加热火加压，或者两者并用，用或不用填充材料，是两个分离工件（同种或异种金属或非金属，也可以是金属与非金属）产生原子（分子）间结合儿形成永久性连接的工艺过程2.焊接的物理本质是使两个独立的工件实现了原子间结合，对金属材料而言，即实现了金属键结合，可见，焊接不仅在宏观上形成了永久的接头，而且在微观上建立了组织上的内在联系。3.加热与加压7.2传统上焊接方法分为哪三大类，说明焊接的定义答：根据焊接工艺特点，一般讲焊接分为熔焊，压焊和钎焊三大类熔焊是通过局部加热使连接处达到熔化状态，然后冷却结晶，形成共同晶粒、7.4如何控制焊接金属的组织和性能？答：一是控制焊接金属中夹杂物得种类，直径大小，做为形核质点细化焊接金属晶粒，提高焊接的强度与韧性；二是往焊接中加入微量合金元素进行变质处理，三是适当降低焊接的碳含量，并最大限度地排除焊接中的S、P、O、N、H等杂质，是焊接净化，也可以提高焊接的韧性。7.5说明WM------CCT的意义及其应用？答：意义：低合金钢焊接金属连续冷却组织转变图 应用：根据焊接金属的WM——CCT图和焊接条件，可以推断焊接金属的组织和性能，反之，由焊接性能要求可以确定其组织组成，选择母材与焊接材料，制定焊接参数。7.6描述HAZ的概念焊接接头由那几部分组成答：1.在焊接进行过程中，焊接缝周围未融化的母材在加热和冷却过程中，发生了显微组织和力学性能变化的区域称为热影响区。1.焊接接头由焊缝，熔化区，热影响区和母材组成。7.7焊接热循环有那几个参数？说明Om、t8/5的含义答：1.加热速度VH，最高温度Om，相变温度以上的停留时间tH，冷却速度Vc和冷却时间tc。2.Om表示焊接热循环的最高温度T8/5表示从800℃冷却到500℃的冷却时间7.8说明不易淬火钢HAZ的组织分布答：熔合区、过热区、相变重结晶区、不完全重合区7.9、那些因素会造成HAZ的脆化？如何改善HAZ的韧性？答：1.粗晶脆化、析出脆化、组织脆化、氢脆化2、调整低合金高强度钢的成分与HAZ组织形态；合理制定焊接工艺 8.2金属在焊接时，气相中的气体的主要来源是什么？气相的成分如何？答：1，焊接区内的气体主要来源于焊接材料；焊丝表面和母材坡口附近的铁锈、油污和水；空气2、焊接区域内气体是由CO，CO2，H2O，O2，H2，N2、金属和熔渣的蒸汽以及他们分解或殿里产物所组成的混合物。8.4氢对金属的质量有何影响？1，氢脆2，白点3，形成气孔4，冷裂纹8.5控制焊缝中的含氮量的重要措施是什么？a，加强保护，防止空气侵入b，正确选择焊接参数，如电流电压c，控制合金元素的含量8.6如何控制焊缝中的含氢量？答1.限制氢的来源：制造低H的焊条焊剂；焊具、焊剂烘干；清除焊丝和焊剂表面杂质2、冶金处理a在焊皮药皮和焊剂中加入氟化物b增加熔池的含氧量c在药皮或焊芯中加入微量稀土元素3.控制工艺过程，调整焊接参数4脱氧处理8.8氧对金属的质量有哪些影响？采取哪些措施可以减少焊缝中的氧含量？答1.氧含量的增加，金属的强度，塑性，韧性都明显下降2.产生脆化 3.使焊缝的物理，化学性能下降，导电，导磁性下降，抗腐蚀性下降4.导致气孔的形成C+O=CO（反应性气孔）O2H2N2析出性气孔5.可能烧损合金元素措施1纯化焊接材料2控制焊接参数3进行脱氧处理8.9CO2焊时，应采用什么焊丝？为什么？答：高硅高锰焊丝，CO2是氧化性气体，不采取措施焊缝中CO2含量上升，故采用锰与硅进行联合，这样有利于脱氧8.11.熔渣在焊接中有哪些作用？1机械保护作用2冶金处理3改善焊接工艺性能8.12为什么酸性焊条要用锰做为脱氧剂，而碱性焊条要用钛锰硅做为脱氧剂？在酸性熔渣中，由于含有较多的SiO2和TiO2，它们能与脱氧产物MnO生成低熔点复合物MnO`SO2或MnO`TiO2，从而使r(MnO)减小，因此脱氧效果较好在碱性熔渣中，由于含有较多的碱性氧化物，因而r(MnO)较大，不利于锰的脱氧。而且碱度越大，锰的脱氧效果越差..9.8简述裂纹的种类：热裂纹，冷裂纹，消除应力裂纹，层状撕裂，应力腐蚀裂纹。 8.15.写出Mn的沉淀脱氧反应式，简述熔渣的酸碱度性对Mn沉淀效果的影响答：[Mn]+[FeO]=[Fe]+[MnO]酸性有利于反应碱性不以利于反应9.10简述凝固裂纹的形成机理答：内因：液态薄膜的存在，外因：拉伸应力的存在凝固过程的四个阶段：液相阶段，液固阶段，固液阶段，完全凝固阶段。20.试分析请在形成裂缝中的作用，简述氢致裂纹的特征和机理答：1.决定了裂纹形成过程中的延迟特点和其断面上的氢脆开裂特征3.特征：只有当温度在-100℃~100℃的范围内时，氢在金属的晶格中能自由扩散，成为氢扩散，才对氢致裂纹起决定性的作用。机理：在“相变诱导扩散”“应力诱导扩散”和“浓度扩散|”等却动力的作用下，将9.15为什么碳当量越高，冷裂纹的敏感性越大？答，碳当量越高，钢材的淬硬倾向越大，越容易形成马氏体组织，氢脆的敏感性越强，当形成高碳马氏体时，由于其硬度很高性能很脆，因此裂纹的敏感性越强9.19焊缝气孔的类型？析出型气孔，反应型气孔。9.23热裂纹的两个形成要素：液态薄膜，拉伸应力 9.23冷裂纹的三大形成要素：钢材的淬硬倾向，接头的含氢量分布，接头的应力状态。1.影响液态金属凝固过程的主要因素有哪些？答：1、合金的化学成分是影响液态金属凝固的主要因素2.冷却速度是影响液态金属凝固的主要工艺因素3.液态金属的结构和性质，冶金处理及外力的作用是影响液态金属的重要的影响2.液态成型：液态成型（铸造）是将液态金属浇入铸型后，经凝固和冷却后获得一定形状和性能的铸件或铸锭的加工方法。3.熔化潜热：在熔点温度的固态变为同温液态时，金属要吸收大量的热量，成为融化潜热流动铸造：金属或合金在凝固温度区间给以强烈的搅拌，使晶体的生长形态发生变化，由本来是静止的树枝晶转变为梅花状或近似于球形的晶粒4.试解释金属的融化是从晶界开始的？答：在实际晶体中，除按一定点阵排列外，尚有离位原子与空穴，当这些原子的数量达到某一定数值时，首先在晶界处的院子跨越势垒而处于激活状态，以致能脱离晶粒的表面而向邻近的晶粒跳跃，导致原有晶粒失去固定的形状与尺寸，晶粒间出现相对流动，称为晶界粘性流动，此时，金属处于融化状态。 5.金属熔化后性质发生了那些变化？答：1.体积膨胀了3%~5%2、金属的其他性质如电阻、粘性也会发生突变3、金属要洗手大热量，温度不升高6.纯金属与实际液态金属的结构有何异同？答：1、纯金属的液态结构a、由原子集团、游离原子和空穴组成b、在原子团和内部、原子排列具有一定的规律即近程有序c、存在结构起伏d、存在大量的能力起伏2.实际液态金属结构：a、除了包括原子集团、游离原子和空穴之外还抱过夹杂物及气泡等b、近程有序c、结构起伏d、能力起伏e、成分起伏7.粘度的实质及其影响因素？答：实质：原子间的结合力影响因素：化学成分、温度和夹杂度8.界面张力的实质及其影响因素？答：实质：质点（原子、分子）间作用力不平衡引起的因素：熔点、温度、溶质元素9.液态金属和流动性与充型能力的区别与联系？ 答：液态金属本身的流动能力成为“流动性”是由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界因素无关。而充型能力是指液态金属充满铸型腔，获得形状完整，轮廓清晰的铸件的能力，是一种基本性能，它取决于液态金属本身的流动能力，与外界条件密切相关，流动性可以为是确定条件下的充型能力，金属的流动性好，其充型能力强；繁殖，其充型能力差。10.纯金属（共晶成分合金）及很窄凝固区合金停止流动机理答：I、金属过热为散失尽以前为纯液态流动II，金属液继续流动，冷却前端在型壁上凝固结壳，但过热度又将已凝固的壳重新熔化III，未完全熔化而保留下来的一部分固体，在该区终点金属耗尽了过热热量IV，液相与固相具有相同的温度，即结晶温度11.结晶温度范围很窄的合金停止流动机理答：I在过热热量未散失以前为纯液态流动II、温度下降到液相线以下时，析出晶体，顺流前并进并长大III、液流前端不断与冷的型壁接触，冷却最快，晶粒数量最多，是金属液的粘度增加，流速减慢，当晶粒达到一定数量，堵塞而停止流动。12.影响充型能力的因素有那些？答：1、金属性值方面的因素a合金的成分b结晶潜热c金属的比热容、密度和热导率d液态金属的粘度e表面张力2.铸件性质方面的因素：a铸锭的蓄热系数b铸锭的温度 3浇筑的条件方面的因素：a浇注温度b充型压力c浇注系统的结构4、铸件结构方面的因素：a铸件的折算厚度b铸件的复杂程度13.过冷度：金属的熔点温度与直接凝固温度之差，成为形核速率：为单位时间、单位体积生成固相核心的数目均质形核：指在没有任何外来界面的均匀熔体中的形核过程异质形核：指在不均匀的熔体中依靠外来杂质或型壁界面提供的衬底进行形核的过程粗糙界面：是指界面固相一侧的点阵位置只有50%左右被固相原子所占据，这些原子散乱的随机分布在界面上，形成一个坑坑洼洼凸凹不平的界面层。光滑界面：平整界面，固相界面的点阵位置几乎全部被固相原子所占据，只留下少数空位，或者是在充满固相原子的界面上存在有少数不稳定的、孤立的固相原子，从而形成了一个总体上是平整光滑的界面。14.何为凝固过程中的热力学能障和动力学能障？如何克服？答：热力学能障是由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生的，它能直接影响到系统自由能的大小，界面自由能即属于这种情况，能力学能障是由金属原子穿越界面过程所引起的，它与驱动力的大小无关，而反取决于界面的结构和性质，激活自由能即属于着这种情况，液态金属在成分、温度、能量上是不均匀的，即存在成分、相结构和能量三个起伏，也正是这三个起伏才能克服凝固过程中的热力学能障和动力学能障，是凝固过程不断地进行下去。 15异质形核率的影响因素有哪些？答：过冷度、界面和液态金属的过热及持续时间的影响16.纯金属的宏观长大方式与微观长大方式？答：晶粒的宏观长大方式取决于界面前方液体中的温度梯度，当温度梯度为正时，晶体以平面方式长大；当温度梯度为负时，以树枝晶方式长大，微观长大方式为垂直生长17.写出内热源三维付立叶导热微分方程，并说明各符号的物理意义。答：19.铸件的凝固方式及其影响因素。答：铸件的凝固方式有层状凝固方式，体积凝固，及介于两者之间的中间的凝固方式。影响因素一是合金的化学成分；二是铸件断面上的温度梯度20.铸件的凝固时间：是指液态金属充满铸型的时刻至凝固完毕所需要的时间；凝固速度：单位时间凝固层增长的厚度成为凝固速度。25.液体流动两种类型，何为双扩充对流：自然对流和强迫对流。凝固工程中由传热，传质和溶质再分配引起液相合金密度的不均匀，密度小的液相上浮，密度大的液相下沉，成为~26.热过冷和成分过冷有何本质区别：热过冷，过冷状态仅仅与界面前沿的温度有关，过冷度的大小取决于液相实际温度，即金属凝固时需要的过冷度完全由热扩散控制，成分过冷，不仅受热扩散控制，更受溶质扩散控制。 27.产生成分过冷必须具备那两种条件：第一：固—液界面前沿溶质的富集而引起的成分再分配；第二：是固—液界面前方液相的实际温度分布，或实际温度分布梯度Gl必须达到一定的值。28.形成成分过冷的判断29.影响成分过冷的因素有哪些，其中安歇属于可以控制的工艺因素。答：影响因素：1界面前沿温度梯度2凝固速度3溶质的扩散系数4液相线的斜率5溶质元素分配的系数6溶质元素成分。其中12属于可控制的工艺因素30.成分过冷对晶体形貌的影响：在无成分过冷时，合金同纯金属一样，界面为平界面，在负温度梯度时树枝形状，在温度梯度下，界面生长方式产生多样性，当稍有成冷时为胞状生长，随着成分过冷的增加，晶体由胞状晶变为柱状晶、柱状枝晶和自由树枝晶。31:、外生生长、内生生长、枝晶臂间距：就合金的宏观晶状态而言，平面生长、胞状生长和柱状树枝晶生长都属于一种晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式，成为外生生长；而等轴晶是在液体内部自由生长的，称为内生生长。32.铸造典型宏观凝固组织是由哪几部分组成构成的？他们的形成和机理如何？答：表面细晶粒区是紧靠铸型壁的激冷组织，也称激冷区，由无规则排列的细小等轴晶所组成；柱状晶区由垂直于型腔壁且彼此平行排列的柱状晶粒所组成；内部等轴区由各向同性的等轴晶组成，等轴晶的尺寸往往比表面细晶粒区得晶粒尺寸粗大。 33对于厚度金属型钢锭如何获得细等轴晶组织？答：1降低浇筑温度2向熔体中加入强生核剂3动态下晶粒细化：搅动34.对于厚大砂型铸件如何获得细等轴晶组织？答：1降低浇筑温度2.向熔体中加入强生核剂3.采用合理的浇筑工艺：浇筑系统的设计要考虑到低温快速浇注，使游离晶体不重熔，因此铸型内熔体流动，增加游离晶粒数量，以获得细等轴晶组织