材料成型原理名词解释及分析

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date材料成型原理名词解释及分析第一章名词解释 能量起伏：原子能量存在不均匀性。 结构起伏：原子时聚时散。 浓度起伏：同种原子在不同原子团的分布量不同。 表面张力：一小部分液体单独在大气中出现时，力图保持球状形态，说明总有一个力的作用使其趋向球状，这个力为表面张力。 传热的基本方式：传到传热、对流换热和辐射换热。 三种计算凝固时间的方法：1理论计算法；2平方根定律；3折算厚

2、度法。 匀质形核：在没有任何外来界面的均匀熔体的形核过程。 非均质形核：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：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，凹凸不平的界面。 平整界面：固相表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少数不稳定的孤立的固相原子，从而形成了一个总体上的平整光滑界面。 溶质再分配：从形核开始到凝固结束，在整个结晶过程中固液两相内部将不断进行着溶质元素的重新分布过程，称为合金结晶过程中的溶质再分配 平衡凝固：在一定压力条件下，凝固

3、体系的温度和成分完全由相应合金系的平衡相图所规定，这种理想状态下的凝固过程称为平衡凝固。 近平衡凝固过程：在固液界面处合金成分符合平衡相图，这种情况称为界面平衡，相应的凝固过程称为近平衡凝固过程，也成为正常凝固过程。 非平衡凝固过程：即使在固液界面处也不符合平衡相图的规定，产生所谓的溶质捕获现象，这类凝固过程称为非平衡凝固过程溶质平衡分配系数：平衡固相溶质浓度Cs与液相溶质浓度Cl之比为溶质平衡分配系数 热过冷液态凝固时所需过冷完全由传热所提供。 成分过冷：凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。 非小平面-非小平面共晶合金（又称

4、规则共晶合金）：该类合金在结晶过程中，共晶两相和具有非小平面生长的粗糙界面，组成相的形态为规则的棒状或层片状。 非小平面-小平面共晶合金（又称为非规则共晶合金）：该类合金在结晶过程中，一个相的固液界面为非小平面生长的粗糙界面，另一个相则为小平面生长的平整界面，故又称金属-非金属共晶合金。 伪共晶组织：非共晶成分合金发生共晶凝固而获得的共晶组织称为伪共晶组织。 离异共晶：两相的析出在时间和空间上都是彼此分离的，因而在形成的组织上没有共生共晶的特征。这种非共生共晶生长的共晶结晶方式称为离异生长，所形成的组织称为离异共晶。 一相大量析出，另一相尚未开始结晶时，将形成偏析型离异共晶组织。 当领先相为另

5、一相的晕圈所封闭是，将形成领先相呈球团状结构的离异共晶组织。 层片状共晶：组织中共晶两相呈片状交叠生长。 棒状共晶：组织中一个相成相以棒状或纤维状形态沿着生长方向规则地分布在另一相的连续基体中。 孕育处理：指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。 孕育衰退：大多数生核剂的有效性均与其在液态金属中存在的时间有关，随着时间的延长，生核效果减弱甚至消失。 析出性气孔：金属液在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从液面排出而产生的气孔。 侵入性气体：砂型和砂芯等在液态金属高温作用下产生气体（并无明显的化学反应），侵入金属内部所形成的气孔。

6、反应性气体：金属液和铸型之间或在金属液内部发生化学反应所产生的气孔，称为反应性气孔。 收缩：金属在液态、凝固态和固态冷却过程中发生的体积减小的现象。 液态收缩：液态金属从浇注温度T浇 冷却到液相线温度TL 产生的体收缩。 凝固收缩：金属从液相线冷却到固相线产生的体收缩。 固态收缩：金属在固相线以下的收缩。 缩松：铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现空洞。密集而集中地空洞称为缩松。 缩松：铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现空洞。细小而分散的孔洞称为缩松。 顺序凝固：铸件的顺序凝固原则是采取各种措施，保证铸件各部分按

7、照距离冒口的远近，由远及近朝着冒口方向凝固，冒口本身最后凝固。 同时凝固：同时凝固原则是采取工艺措施保证铸件各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。 偏析：液态合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀的现象称为偏析。 晶内偏析：对于溶质分配系数k1的固溶体，晶粒内先结晶部分含溶质较少，后结晶部分含溶质较多的成分不均匀现象。 晶界偏析：在合金凝固过程中，溶质元素和非金属夹杂物富集于晶界，使晶界与晶内的化学成分出现差异的成分不均匀现象。 正常偏析：当合金的溶质分配系数k1时与之相反，越是后来的结晶的固相，溶质浓度越低，这种按照溶质再分配规律的正常偏析现象。 逆偏析：k1时，铸件表面或底部溶质

8、元素较多，而中心部位或上部溶质较少的现象。 V形偏析：呈锥形，偏析带中含较高的C、S、P等杂质的偏析。 带状偏析：在铸锭或厚壁铸件中出现的和凝固液出界面相平行的偏析，有时是连续出现，有时则是间断的。 重力偏析：也称密度偏析，由于重力作用而出现的化学成分不均匀现象。 快速冷却：采用急冷或大过冷技术获得很高的凝固前沿推进速度的一种凝固过程，其界面推进速度大于10mm/s 急冷凝固技术：模冷技术、雾化技术、表面融化与沉积技术 定向凝固：使金属或合金在熔体中定向生长晶体的工艺方法。 非重力凝固：在重力场中，采取某种技术使某一区域内的重力加速度远小于应有的或远大于重力加速度的条件下进行凝固。 熔焊：通过

9、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。 压焊：利用加压、摩擦及扩散等物理作用克服连接表面的不平度，挤除氧化膜等污物，在固态条件下实现连接。 钎焊：采用熔点低于母材的金属材料做钎料，加热的温度仅使钎料熔化而母材并不熔化。液态钎料通过毛细作用渗入接头间隙并润湿母材金属表面，形成钎焊接头。 HAZ：在焊接进行过程中，焊缝周围未熔化的母材在加热和冷却过程中，发生了微观组织和力学性能的变化的区域称为热影响区。 焊接接头：焊接接头主要由焊缝、热影响区和母材组成。 回火软化：焊接调质钢或淬火钢时，HAZ受热温度超过回火温度，在Ac1 附近强度下降的现象。 焊接热循环：在焊接过程中，焊件上某

10、点的温度由低到高达到最大值后又由高到低随时间变化的过程。主要参数1）加热速度VH 2）高温停留时间TH 3）冷却速度Vc或冷却时间Tc 4）最高温度m 化学冶金过程：在材料成型过程中，由于液态金属和周围的物质，如气体、熔渣等处于高温状态，各种物质在高温下将发生相互作用，这是一个极其复杂的物理化学变化过程。 扩散氢：能在金属的晶格中自由扩散的氢。 残留氢：被滞留在缺陷中的氢。 浓度扩散：氢总是由高浓度区向低浓度区进行扩散。 相变诱导扩散：氢由体心立方点阵组织向面心立方点阵组织扩散。 应力诱导扩散：氢总是向拉应力大的方向扩散。 氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降。 白点（鱼眼）：碳钢或低合金钢中

11、，若氢含量高，则常常在拉伸弯曲断面上出现银白色的圆形局部脆断点，称之为白点。 脱氢处理：即焊后把焊件加热到一定温度，促使氢扩散外逸的工艺。 熔渣：在熔炼金属的过程中，固体熔渣材料如石灰石、氟石、硅砂等，在高温炉中被熔化生成的低熔点复杂化合物。 盐型熔渣：它主要由金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成。 盐-氧化物型熔渣：主要由氟化物和强金属氧化物组成。 氧化物型熔渣：主要由金属氧化物组成。 长渣：酸性渣的对应温度变化量较大。 短渣：碱性渣的较小，凝固时间短。 熔渣的熔点：固体熔渣开始熔化的温度。 造渣温度：焊条药皮开始熔化的温度。 合金化：就是把所需的金属合金元素加入到金属中去的过程。 过度系

12、数：合金元素在熔敷金属中的实际含量与它原始含量之比。 熔合比：在焊缝中局部熔化的母材所占的比例。 内应力：没有外力作用条件下，平衡于物体内部的应力。 焊接瞬时应力：在焊接加热冷却过程中某一瞬时焊件中存在的应力。 焊接残余应力：焊件完全冷却、温度均匀化后残存于焊件中的应力。 热应力：工件在受热及冷却过程中，由于各部分的温度不同，冷却速度不同造成工件在同一时刻各部分的收缩或膨胀量不同，从而导致内部彼此相互制约而产生的应力，该应力是由热胀冷缩引起，故称热应力。 相变应力：金属材料在固态相变过程中，各部分因发生相变的先后时刻不同，各部分发生的相变程度也不同，由此而产生的应力称为相变应力。 机械阻碍应力

13、：焊件冷却过程中产生的收缩，受到外界的阻碍而产生的应力。 纵向应力：沿焊缝方向的应力。 横向应力：垂直于焊缝方向的应力。 厚度向应力：沿板厚度方向的应力。 焊接变形：由焊接所导致的变形。 焊接变形基本形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形。 裂纹：在应力与致脆作用的共同作用下，使原子结合遭到破坏，形成新界面时产生的缝隙。 热裂纹：焊接过程中，在高温阶段产生的开裂现象，多在固相线附近发生。 高温失延裂纹：若温度低于实际固相线时不存在液膜，此时所产生的晶间断裂称为高温失延裂纹。 成形系数：焊缝宽度B与焊缝计算厚度H之比用表示，被称为成形系数。 冷裂纹：焊件在室温附近出现的裂纹。 淬火

14、裂纹：主要与淬硬组织有关的冷裂纹。 氢致裂纹：主要与氢脆有联系的裂纹。 低塑性脆化裂纹：主要与材料本身低塑性有关，不需要其他致脆因素作用而形成的冷裂纹。 拘束应力：焊接过程中，由于不均匀的加热、冷却过程产生的应力。 层状偏析：焊缝金属横剖面的化学成分不均匀，称为层状偏析或结晶层偏析。 区域偏析：焊缝柱状晶晶体在从熔合线向焊缝中心外延生长过程中，会将溶质或杂质赶向中心，导致焊缝中心结晶界面的溶质或杂质含量增高，形成偏析，称为区域偏析，也称宏观偏析。 超塑成形/扩散连接，一种利用材料的超塑性，采用吹胀或模锻法将超塑成形与扩散连接结合在一起，形成高精度大型零件的近无加工余量的方法。 塑性：固体材料在

15、外力作用下发生永久变形而不被破坏其完整性的能力。 塑性成形：利用金属的塑性，在外力作用下使其成形的加工方法。 最小阻力定律：如果物体在变形过程中其质点有向各方向移动的可能性时，则物体各质点将向着阻力最小的方向移动。 加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。 包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形（残余应变为1%2%），卸载后再同向加载，规定残余应力（弹性极限或屈服强度）增加；反向加载，规定残余应力降低（特别是弹性极限在反向加载时几乎降低到零）的现象，称为包申格效应。 屈服准则：描述不同应力状态下变形体内某点由弹性状态进入塑性状态，并使塑

16、性变形状态持续进行所必须遵守的条件，因此又称为屈服条件。 塑性指标：衡量材料塑性的好坏的数量指标。 屈服表面：屈服函数在主应力空间所构成的几何曲面为屈服表面。 简答及分析1.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，则表面张力往往就越大；(2) 温度，大多数金属和合金的表面张力随温度升高而降低，但对铸铁、碳钢、铜及其合金则相反。(3) 溶质元素，表面活性元素降低界面张力，非表面活性元素增加表面张力。2.液态合金的流动性和充型能力有何本质区别？ 液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮毂清晰的铸件的能力，称为液态金属的充型能力。液态金属的充型能力首先取决于金属本身

17、的流动能力，同时又受到外界条件，如铸型的性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。 液态金属本身的流动能力，称为流动性。由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界条件无关。因此，流动性也可认为是确定条件下的充型能力。 3. 提高液态金属充型能力的措施？（1） 金属性质方面：1）改善合金成分；2）结晶潜热L要大；3）比热、密度大、导热系数小；4）粘度、表面张力大。（2） 铸型性质方面：1）蓄热系数小；2）适当提高铸型温度；3）提高透气性.（3） 浇注条件方面：1）提高浇注温度；2）提高浇注压力。（4） 逐渐结构方面：1）在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度；2）降低结构

18、复杂程度。4.为什么过冷度是液态合金结晶的驱动力？ 结晶过程的发生必须是液相的自由能高于固相的自由能，液相金属与固相金属自由能之差即为结晶的驱动力，要获得结晶过程所必需的驱动力，一定要使实际结晶的温度低于理论结晶温度，即要有一定的过冷度，才能满足热力学条件。5.何谓热力学能障和动力学能障？凝固过程使如何克服这两个能障的？ 热力学能障由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生，能直接影响到体系自由能的大小，界面自由能即属于这种情况。 动力学能障由金属原子穿越界面过程所引起，原则上与驱动力的大小无关而仅取决于界面的结构与性质，激活自由能即属于这种情况。 热力学能障对生核过程影响很大，动力学能障在

19、晶体生长过程中则具有重要的作用。液态金属凝固过程中必须克服热力学和动力学两个能障。 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，使凝固过程不断地进行下去。 凝固过程中产生的固液界面使体系自由能增加，导致凝固过程不可能瞬时完成，也不可能同时在很大约范围内进行，只能逐渐地形核生长，逐渐地克服两个能障，才能完成液体到固体的转变。同时，界面的特征及形态又影响着晶体的形核和生长。也正是由于这个原因，使高能态的界面范围尽量缩小，至凝固结束时成为范围很小的晶界。6.简述纯金属晶体宏观长大方式。 晶体的宏观长大方式有平面

20、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。7、什么样的界面才能成为异质形核的衬底？ 界面两侧夹杂和晶核的原子排列方式相似，原子间距相近，或在一定范围内成比例，就可能实现界面的共格对应。当点阵的失配度5%，为完全共格，形核能力强；5%25%为部分共格，夹杂物衬底有一定的形核能力；25%为不共格，夹杂物衬底

21、无形核能力。8、晶体的生长机理有哪些？1连续生长机理2晶体的二维生长3晶体从缺陷处生长 :1）螺旋位错生长 2）旋转孪晶生长3）反射孪晶生长连续生长的速率最快，其次是螺旋生长，最后是二维生长9、 产生成分过冷的条件？ 第一是固液界面前沿溶质的富集而引起成分再分配：第二是固液界面前方的实际温度分布，或实际温度分布梯度必须达到一定的值。 10、液态合金凝固时的热过冷和成分过冷有何区别？成分过冷对单相合金晶体生长方式有何影响？ 热过冷液态凝固时所需过冷完全由传热所提供。 成分过冷：凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。 成分过冷对单相

22、合金晶体生长方式影响： (1) 无“成分过冷”的平面生长。当单相合金晶体生长条件符合： 界面前方不产生成分过冷。界面将以平向生长方式生长。宏观平坦的界面是等温的，以恒定的平衡成分向前推进。获得成分完全均匀的单相固溶体柱状晶甚至单晶体。 (2) 窄成分过冷区的胞状生长。当单相合金晶体生长符合条件： 时，界面前方产生一个窄成分过冷区，晶体生长以胞状晶方式生长。 (3) 较宽成分过冷区的柱状树枝晶生长。随着界面前方成分过冷区加宽，凸起晶胞将向熔体伸展更远；原来胞晶抛物状界面逐渐变得不稳定。晶胞生长方向开始转向优先的结晶生长方向，胞晶的横向也将受晶体学因素的影响而出现凸缘结构，当成分过冷加强时，凸缘上

23、又会出现锯齿结构即二次枝晶。将出现二次枝晶的胞晶称为胞状树枝晶，或柱状树枝晶。 (4) 宽成分过冷区的自由树枝晶生长。当固一液界面前方液体中成分过冷的最大值大于液体中非均质生核所需要的过冷度T异时,在柱状枝晶生长的同时，界面前方这部分液体将发生新的形核过程，导致晶体在过冷的液体中自由成核生长，并长成树枝晶，这称为自由树枝晶，此后的凝固过程便是等轴晶不断向液体内部推进的过程。 纯金属的枝间间距取决于界面处结晶潜热的散失条件，而一般单相合金与潜热的扩散和溶质元素在枝间的行为有关，需将温度场和溶质扩散场耦合起来进行研究。11、 什么是规则共晶，分析影响层片状规则共晶间距的因素？ 该类合金在结晶过程中

24、，共晶两相和具有非小平面生长的粗糙界面，组成相的形态为规则的棒状或层片状。,共晶片间距与凝固速率的平方成反比，即凝固速率越大，片间距越小。12、金属基复合材料包括？1) 金属基纤维强化型复合材料。2) 金属基颗粒增强型复合材料。13、铸件生产过程中，获得细小等轴晶的途径有哪些？并就每一途径列举出至少两种措施。 获得细小的等轴晶组织的途径在于强化熔体独立生核，促进晶粒游离，具体有以下三个方面措施： 1） 合理地控制浇注工艺和冷却条件 通过控制浇注方式来促进游离晶的形成，通过控制浇注温度减少游离晶的重熔消失； 通过对铸型冷却条件的合理控制或采用悬浮铸造法获得小的温度梯度和高的冷却速度，从而形成宽的

25、凝固区域和大的过冷，促进熔体生核和晶粒游离。 2） 孕育处理 在浇注之前或浇注过程中向液态金属中添加少量孕育剂或变质剂以促进非均质形核与枝晶熔断，达到细化晶粒、改善宏观组织目的。3）动力学细化 采用机械力或电磁力引起固相和液相的相对运动，导致枝晶的破碎或与铸型分离，在液相中大量形核，达到细化晶粒的目的。常用的动力学细化方法有铸型振动、超声波振动、液相搅拌和流变铸造等。14、铸件典型宏观组织由表面细晶粒区、柱状晶区和内部等轴晶区三个部分组成。他们的特征分别是： 1）表面细晶粒。是紧靠型壁的激冷组织，也成激冷晶区，由无规则的细小等轴晶区所组成。2）柱状晶区。由垂直于型壁（沿热流方向）彼此平行排列的

26、柱状晶粒所组成。3）内部等轴晶区。由各向同性的等轴晶组成。等轴晶的尺寸比表面细晶粒区的晶尺寸粗大。 1) 表面细晶粒区的形成。铸型壁附近熔体受到强烈的激冷作用而大量形核，形成无方向性的表面细等轴晶组织，也叫“激冷晶”。此区形成的前提条件是，抑制铸件形成稳定的凝固壳层，凝固壳层形成，界面处晶粒单向散热，则晶粒逆热流方向择优生长而形成柱状晶。 2) 柱状晶主要是从表面细晶粒区形成并发展而来的，稳定的凝固壳层一旦形成，处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，便转而以枝晶状延伸生长。由于各技晶主干方向互不相同，那些主干与热流方向相平行的枝晶，较之取向不利的相邻枝晶生长得更为迅速它们优先向

27、内伸展并抑制相邻枝晶的生长。 在逐渐淘汰掉取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。3) 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15、内部等轴晶形成机理？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) 过冷熔体直接形核理论 随着柱状晶层向内推移和溶质再分配，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，则产生晶核并长大，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

28、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分配。 (4) “结晶雨”游离理论 根据这一理论，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降落，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。 16、细化凝固组织的生核剂主要有哪几类，其生核作用的机理分别是什么？ 加入生核剂的目的是强化非均质形核。根据生核质点的作用过程，生核剂主要有以下四类：(1) 直接作为外加晶核的生核剂，这种生核剂通常是与欲细化相具有界面共格对应的高熔点物质或同类金属、非金属碎粒它们与欲细化相间具有较小的界

29、面能，润湿角小，直接作为有效衬底促进非自发生核。(2) 生核剂中的元素能与液态金属中的某元素形成较高熔点的稳定化合物，这些化合物与欲细化相间具有界面共相对应关系和较小的界面能，促进非均质生核。(3) 通过在液相中造成很大的微区富集而造成结晶相通过非均质形核而提前弥散析出的生核剂，其余以此为基底形核，易为共晶析出。(4) 含强成分过冷元素的生核剂，这类生核剂使晶粒根部或分枝，产生缩颈，易于通过熔体流动及冲击产生晶粒的游离；强化界面前沿熔体内部的非均质形核；强成分过冷元素的界面富集对晶体生长具有抑制作用，降低晶体生长速度，也使品粒细化。17、试述析出性气孔的特征、形成机理及主要防止措施。 金属液在

30、冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从液面排除而产生的气孔称为析出性气孔。 这类气孔在铸件断面上大面积分布，靠近冒口、热节等温度较高的区域，其分布较密集，形状呈团球形，裂纹多角形，断续裂纹状或混合型。 析出性气孔的形成机理是：合金凝固时，气体溶解度急剧下降，由于溶质的再分配， 在固液界面前的液相中气体溶质富集，当其浓度过饱和时，产生很大的析出动力，在现成的衬底上气体析出，形成气泡，保留在铸件中成为析出性气孔。 防止措施： (1) 减少金属液的原始含气量(减少金属液的吸气量、对金属液进行除气处理)； (2) 阻止金属液气体析出(提高冷却速度、提高铸件凝固时的外压)； (3) 型(

31、芯)砂处理(减少砂型(芯)在浇注时的发气量、使砂型(芯)易于排气) 18、 何谓析出性气孔，有何特征？ 析出性气孔金属液在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从液面排除而产生的气孔；这类气孔在铸件断面上大面积分布，靠近冒口、热节等温度较高的区域，其分布较密集，形状呈团球形，裂纹多角形，断续裂纹状或混合型。 19、 何为侵入性气孔，有何特征？ 侵入性气体-砂型和砂芯等在液态金属高温作用下产生气体（并无明显的化学反应），侵入金属内部所形成的气孔，其特征是数量较少，体积比较大、孔壁光滑、表面有氧化色，常出现在铸件表层或近表层。形状呈梨形、椭圆形或圆形，梨尖一般指向气体侵入方向。防止措

32、施：1) 控制侵入气体来源。2) 控制砂型的透气性和紧实度3) 提高砂型和型芯的排气能力4) 适当提高浇注温度5) 提高液态金属的熔炼质量20、何为反应性气孔，有何特征？ 金属液和铸型之间或在金属液内部发生化学反应所产生的气孔，称为反应性气孔。 金属一铸型间反应性气孔，通常分布在铸件表面皮下13mm，表面经过加工或清理后，就暴露出许多小气孔，所以通称皮下气孔，形状有球状、梨状。 另一类反应性气孔是金属内部化学成分之间或与非金属夹杂物发生化学反应产生的，呈梨形或团球形，均匀分布。 防止措施：1）采取烘干、除湿等措施。2）严格控制合金中强氧化性元素的含量。3）适当提高液态金属的浇注温度。21、缩孔

33、与缩松产生的机理及其异同？缩孔形成原理：逐渐产生集中缩孔的基本原因是金属的液态收缩和凝固收缩之和大于固态收缩；产生缩孔的条件是由表及里地逐层凝固（而不是整个体积同时凝固），缩孔集中在最后凝固的地方。形成缩松的基本原因也是由于合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但是缩松产生的条件是合金的结晶温度范围较宽，倾向于体积凝固，缩孔分散，或是在缩松区域内铸件断面的温度梯度小，凝固区域较宽，合金液几乎同时凝固，因液态和凝固收缩所形成的细小孔洞分散且得不到外部合金液的补充而造成的。铸件的凝固区域越宽，就越倾向于产生缩松。 22、 防止凝固组织产生缩松缩孔的途径？1) 定向凝固或同时凝固2) 调整浇注温度和

34、浇注速度3) 冒口、补贴和冷铁的应用4) 加压补缩 23、生产中如何防止密度偏析的形成？ 防止或减轻密度偏析的方法有以下几种：(1) 增加铸件的冷却速度、使初生相来不及上浮或下沉。 (2) 加入第三种合金元素，形成熔点较高的、密度与液相接近的树枝状化合物，使其首先结晶并形成树枝状骨架，阻止偏折相的沉浮。 (3) 尽量降低合金的浇注温度和浇注速度。 24、焊接工艺参数（有效热功率q和焊接速度v）对低碳钢薄板焊接（平对接焊缝）的温度场有何影响？ 当热源的有效热功率q一定时，焊接速度v越大，某一温度的等温线所包围的范围显著缩小；当焊接速度v一定，随q的增大，一定温度的等温线所包围的范围显著增大； 当

35、q/v保持一定，即线能量E为常数时，同时增大q和v，此时等温线在热源移动方向会伸长，而在宽度方向变化较小。25、 焊接熔池的特征？1) 熔池的体积较小，冷却速度大2) 焊接熔池的液态金属处于过热状态3) 焊接熔池的液态金属始终处于运动状态，各种力作用4) 熔池界面的导热性良好，温度梯度大26、 焊接热循环特点？1) 焊接热影响区加热温度高2) 加热速度快3) 高温停留时间短4) 局部受热27、低碳钢焊缝的室温组织是什么？ 低碳钢焊缝碳含量较低，高温奥氏体固态相变后得到铁素体加珠光体组织。固态相变时首先沿奥氏体晶界析出共析铁素体，然后发生共析反应 AP(F+ Fe3C) 式中的A是奥氏体；P是珠

36、光体；F是铁素体；Fe3C是渗碳体。焊缝金属过热时，还会出现魏氏组织，即铁素体在奥氏体晶界呈网状析出，或在奥氏体晶内沿一定方向析出的呈长短不一的针状或片条状脆性组织。28、 低碳钢及不易淬火的低合金钢HAZ分布？16Mn为不易淬火的低合金钢。HAZ分为四个区。(1) 熔合区，是焊缝与母材相邻的部位，最高温度处于固相线与液相线之间。所以又称为半熔化区。此区虽然较窄、但是，由于晶界与品内局部熔化，成分与组织不均匀分布，过热严重，塑性差，所以是焊接接头的薄弱环节。 (2) 过热区，过热区的温度范围处于固相线到1100左右。由于加热温度高，奥氏体过热，晶检严重长大，故又称之为祖晶区。焊后冷却时奥氏体相

37、变产物也因晶粒粗化使塑性、韧性下降，慢冷时还会出现魏氏组织。过热区也是焊接接头的簿弱环节。 (3) 相变重结晶区(正火区)，该区母材已完全A化，该区处于1100Ac3(约900)之间由于奥氏体晶粒细小，空冷后得到晶粒细小而均匀的珠光体和铁素体，相当于热处理时的正火组织。因此，其塑性和韧性很好。 (4) 不完全重结晶区，Ac1Ac3范围内的HAZ属于不完全重结晶区。由于部分母材组织发生相变重结晶F+PA，且奥氏体晶粒细小，冷却转变后得到细小的F+P，而未奥氏体化的F受热后长大，使该晶粒大小、组织分布不均匀，虽然受热不严重但性能不如相变重结晶区。29、 易淬火钢HAZ组织分布？1) 焊前为正火或退

38、火状态，焊前母材为F、P（S、B）组织。HAZ主要由完全淬火和不完全淬火区组成。完全淬火区，M（或M+B），靠近焊缝高温区为粗大的M组织。不完全淬火区为M+F.2) 焊前为调质态，母材为回火组织，HAZ可分为完全淬火区、不完全淬火区和回火区。30、什么是HAZ？简述HAZ脆化的类型及产生条件。 答：熔焊时在焊接热源作用下，焊缝周围母材发生组织和性能变化的区域称为热影响区（HAZ）。 HAZ脆化有多种类型：粗晶脆化、组织脆化、析出脆化、氢脆等。 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； 组织脆化：焊接低合金高强钢时，因冷却速度慢可能在HAZ某些区域形成M-A组元； 析出脆化：

39、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； 氢脆：氢扩散至HAZ而引起的塑性下降（脆化）。31、如何改善HAZ韧性？1) 调整低合金高强钢的成分与HAZ组织状态2) 合理制定焊接工艺（合理的线能量、预热）32、 氮对焊缝成形的影响及其控制？ 氮是低碳钢的有害元素，其突出影响之一是使材料变脆，即严重降低金属的塑性和韧性，尤其是低温韧性；氮还是促使时效脆化的元素；若焊缝中有过多的铝，而生成大量AlN，也能使材料脆化；氮气也是促使焊缝产生气孔的主要原因之一。1) 加强保护，防止空气入侵。2) 正确选择焊接参数，如加大焊接电流、反极性焊接。3) 控

40、制合金元素的量，严格控制加铝量。33、 氢的影响及其控制？影响：1) 氢脆 氢在室温附近使钢的塑性严重下降。2) 白点 碳钢或低合金钢中，若含氢量高，则常常在拉伸或弯曲断面上出现银色的圆形局部脆断点。3) 形成气孔4) 冷裂纹控制：5) 限制氢的来源6) 冶金处理7) 控制工艺过程，调整工艺参数，控制熔池存在时间和冷却速度。8) 脱氢处理，即焊后把温度加热到一定温度，使氢外逸34、 氧的影响及控制？影响：1) 随着氧含量增加，金属的强度、塑性韧性都明显下降。特别是低温冲击韧度，急剧下降。2) 形成气孔3) 影响焊接过程的稳定性控制：4) 纯化焊接材料5) 控制焊接参数6) 进行脱氧处理36、熔

41、渣分类及其特点？在焊接中，根据熔渣的成分和性能可以分为三种：盐型熔渣（主要由金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成）、盐-氧化物型熔渣（主要由氟化物和强金属氧化物组成）、氧化物型熔渣（主要由金属氧化物组成）。 作用：1）机械保护，与空气隔离，防止液态熔池氧化和氮化，防止高温时金属被氧化。 2）冶金处理作用，如脱O、S、P；去H；去杂质；合金化 3）改善焊接工艺性能，电弧易于引燃、稳定，易操作易脱渣；保证焊缝成形 36、是碱性焊条还是酸性焊条对工件表面铁锈（FeOnH2O）更敏感？简述其由。 碱性焊条对铁锈更敏感。 碱性渣中含SiO2，TiO2等酸性氧化物少，FeO的活度大，容易向液态金属扩散，

42、使其焊缝含氧量增加。37、试述焊接时活性熔渣对金属的氧化方式，并以CO2气体保护焊为例，说明选择焊丝的原则及脱氧措施。 答：活性熔渣对金属的氧化方式： 1）扩散氧 既溶于渣，又溶于钢液，因此能在熔渣与钢液之间进行扩散分配，在一定温度下平衡时，它在两相中的浓度符合分配定律： 温度不变时，增加熔渣中的FeO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 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。 Fe+(XO) +X 3） CO2气体保护焊时，硅-锰联合脱氧原则。常在焊丝中加适当比例的锰和硅，可以减少焊缝中的夹杂物，脱氧产物可形成硅酸盐MnOSiO2，各国实用的焊丝中M

43、n/Si=1.53。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。38、在焊接工艺中，合金化的目的是什么？常采用哪几种合金化方式？ 合金化的目的首先是为了补偿在高温下金属由于蒸发或氧化等造成的损失。其次是为了消除缺陷，改善焊缝金属的组织与性能，或为了获得具有特殊性能酌堆焊金属。如用堆焊的方法过渡Cr、Mo、W、Mn等合金元素，使工件表面具有耐磨性、热硬性、耐热和耐蚀等性能。常用的合金化方式有： (1)通过合金焊丝或带极，把所需的合金元素加入焊丝或带极内。 (2)通过药芯焊丝或药皮(或焊剂)，把所需合金元素以铁合金或纯金属的形式加入药芯焊丝的药芯内或焊条药皮(或焊剂)内。(3)通过

44、合金粉末，将合金元素按比例配制成具有一定粒度的合金粉末，把它送人焊接区或直接涂敷在焊件表面。 此外，还可以通过从金属氧化物中还原金属的方式(如锰、硅的还原反应)来合金化，但这种合金化的程度有限，并还会造成焊缝的增氧。39、以手弧焊为例，试分析对接焊缝横向焊接残余应力的分布状态及消除或减小焊接残余应力的方法。 1）横向残余应力由两部分组成：一是由焊缝及HAZ的纵向收缩引起的；二是由于焊缝及HAZ的横向收缩引起的。离焊缝距离越远，应力值越低。 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，并逐

45、渐趋于零。3）横向收缩引起的横向残余应力分布与焊接方向、焊接顺序有关。 直通焊、从中间向两端焊、从两端向中间焊时的横向应力分布：4）减小或消除焊接残余应力的方法： 合理的结构设计；合理的焊接工艺；采用热处理方法、机械法、共振法等方法40、简述产生焊接应力与变形的原因及消除或减少残余应力与变形的方法。 温度改变导致“热胀冷缩”，非均匀的温度变化（如局部的加热、冷却）导致金属内部的不均匀“热胀冷缩”从而产生应力。工件冷却后保留在工件内部的内应力称为残余应力。局部的固态相变也能产生内应力。 减小或消除应力方法：结构设计、工艺措施、热处理、机械振动、机械加载等。 变形：残余应力的存在必然导致原工件形状

46、的少量改变，也称为残余变形。 有整体变形、局部变形。收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪边形、扭曲变形。 影响因素：材料热物理性能、膨胀系数、导热性、工艺因素、焊接热输入、焊接次序等。 防止方法：结构设计、工艺（反变形、刚性固定、预留收缩量）、矫正（机械、火焰、综合）。 41、 分析焊接时热裂纹产生的原因，并以奥氏体钢焊接为例说明防止热裂纹的措施？热裂纹主要有凝固裂纹和液化裂纹。 焊接热裂纹的形成原因： 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能力很低，在冷却过程中不可避免的产生收缩应变，当收缩应变大于材料此时的塑性应变的能力时，即产

47、生焊接热裂纹。 焊缝在凝固过程中所出现的晶间塑性应变能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，产生热裂纹的危险性越大。 奥氏体钢焊接热裂纹的影响因素：a.化学成分偏析：奥氏体钢由于含镍量高,有害杂质P和S的有害作用显著增强。单相奥氏体焊缝中，P的偏析、Si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.焊缝的形状 （成形系数） e.拘束度 焊接热裂纹的控制措施：a. 成分控制：1）控制含硫量、含磷量； 2）焊接材料的选择，奥氏体焊条的选择，焊缝组织控制（控制含量），加入细化晶

48、粒元素（Mo、V、Ti、Nb） b.工艺措施 限制过热、控制成形系数、控制熔合比、降低拘束度、严格要求装配质量。42、何谓塑性加工？它有何优点？ 材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形。 与其他加工方法(如金属的切削加工、铸造、焊接等)相比，金属塑性成形有如下优点: (1) 组织、性能好； (2) 材料利用率高； (3) 尺寸精度高； (4) 生产效率高，适于大批量生产。 43、简述塑性变形的基本力学方程有哪几种？其作用如何？ 有力平衡方程、几何方程、应变连续方程、屈服准则、应力应变关系(本构关系)五种。 力平衡方程: 反映微元体的力平衡, 应力分

49、量之间的关系。 几何方程: 位移与应变之间的关系。 应变连续方程: 应变分量之间的关系。 屈服准则: 材料产生初始屈服和后继屈服的判据。 应力应变关系: 应变增量与应力偏量之间的关系。 44、试写出摩擦应力计算的两种常用公式，并说明在塑性加工中的应用条件。 (1) 库伦摩擦条件 不考虑接触面上的粘合现象，认为摩擦符合库伦定律，即摩擦力与接触面上的正压力成正比，其数学表达式为 或式中 T摩擦力； 摩擦切应力； 接触面上的正压应力； 外摩擦系数(简称摩擦系数)。 适用于正压力不太大、变形量较小的冷成形工序 (2) 常摩擦力条件 接触面上的摩擦切应力与被加工金属的剪切屈服强度K成正比，即 式中， m

50、摩擦因子，取值范围为01。 在热塑性成形时，常采用最大摩擦力条件。 45、试写出屈服准则的两种常用公式，并说明在塑性加工中的应用条件。 Tresca屈服准则: 式中，、分别代表最大、最小的主应力。 K为材料屈服时的最大切应力值，也称剪切屈服强度。 意义: 当受力物体(质点)中的最大切应力达到某一定值时，该物体就发生屈服。 Mises屈服准则: 或 式中 : 材料的屈服点； K材料的剪切屈服强度。 意义: 在一定的变形条件下，当受力物体内一点的应力偏张量的第二不变量达到一定值时，该点就开始进入塑性状态。 46影响金属塑性的因素有哪些？48、 张量的性质？1) 存在张量不变量2) 张量可以叠加分解3) 张量可分为对称张量、非对称张量、反对称张量49、 一阶二阶张量不变量的公式及物理意义？50、 塑性变形体积不变条件的力学意义？51、在金属塑性加工的理论分析中，常将实际的金属材料分成哪几种材料模型？并画出其对应的真实应力-应变曲线的示意图。 52、画出平面断牙和拉拔的主应力图与主应变图，并说明他们对金属变形抗力和塑性有何影响。-