材料加工原理总复习.doc

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1、一、名词解释粗糙界面；光滑界面；共生生长；小变形增量理论；溶质平衡分配系数K0；塑料的粘度；简单加载；应力球张量；过冷度；淬透性；应力状态；调质处理；珠光体P；铁素体F；淬火；形核率；凝固形核；主应力；屈雷斯加屈服准则；加工硬化；焊接热循环电阻焊；动态回复成分过冷；凝固偏析动态再结晶主剪应力密塞斯屈服准则应力状态应变贝氏体二、填空题1、在聚合物流变学理论中，凡是服从指数流动规律的非牛顿流体统称为粘性流体。2、材料的体积变化是由应力球张量引起的，材料的塑性变形是由应力偏张量引起的。3、焊接内应力按其产生的原因可分为：热应力、相变应力和机械阻碍应力。4液态金属凝固方式一般由合金固液相线温度间隔和凝

2、固件断面温度梯度两个因素决定。5、凝固成形的方法包括砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、熔模铸造等。6、铸件的缺陷类型包括缩孔、缩松、裂纹、变形等。7、冲压模具工作零件是指对坯料直接进行加工的零件；定位零件是指用来确定加工中坯料正确位置的零件。8、手工电弧焊焊条药皮的主要作用有保护作用、冶金作用、提高焊接工艺性能。9、写出5种常用热塑性塑料的英文代号ABS、PC、PVC、PP、PE、POM等。10、形核时，仅依靠液相内部自发形核的过程，一般需要较大的过冷度才能得以完成；而实际凝固过程中，往往依靠外来质点或容器壁面形核，这就是所谓的非自发形核过程。11、晶体生长方式决定于固一液界面结构。一般粗糙界面

3、对应于连续长大；光滑界面对应于侧面长大。12、一般凝固温度间隔大的合金，其铸件往往倾向于糊状凝固,否则倾向于逐层凝固。13、塑料按成形性能分为热塑性塑料和热固性塑料。14、在Fe-Fe3C 相图中，5个相分别为：液相、奥氏体、渗碳体、铁素体、高温铁素体。15、在共析钢结晶时，从液态冷却至室温的过程中首先发生匀晶反应（转变），然后发生共析反应（转变），室温组织是珠光体。16、在在Fe-Fe3C 相图中的各组织和相中，硬度最高的是渗碳体，强度最高的是珠光体，塑性最好的是奥氏体。17、铁碳合金中结晶温度范围越小，其铸造性能越好，铸造性能最好的合金为共晶铸铁。18、根据马氏体组织形态的不同，通常将马氏

4、体分为板条状马氏体和针状马氏体两大类。19、退火适用于亚共析钢，其加热温度为Ac3以上30-50，冷却速度缓慢，得到珠光体和铁素体组织。20、正火，其加热温度为AC3以上30-50，该温度下的组织为奥氏体；冷却方式为空冷；该钢经正火后的组织为索氏，相为铁素体和渗碳体。21、中碳钢淬火后，再经低温回火后的组织为回火马氏体，经中温回火后的组织为回火屈氏体，经高温回火后的组织为回火索氏体，其中以低温回火后的组织硬度最高。+工程材料课后复习题（武建军主编，国防工业出版社）三、选择题全部为工程材料课后复习题（武建军主编，国防工业出版社）三、简答题1、 为什么说非自发形核比自发形核容易？答：非自发形核的临

5、界形核半径与自发形核的临界形核半径相等，但非自发形核的临界形核功小于自发形核的临界形核功，非自发形核临界晶核原子数也小于自发形核临界晶核原子数，因此非自发形核比自发形核容易。2、 米泽斯屈服准则与屈雷斯加屈服准则有何差别？在什么状态下两个屈服准则相同？什么状态下差别最大？答：对于屈雷斯加屈服准则，中间应力2在1和3之间任意变化，也不影响材料的屈服，但在密塞斯屈服准则中，中间应力2是有影响的。当2=1或2=3（即轴对称应力状态）时，两个屈服准则一致；当2=0.5（1+ 3）时（平面应力状态），两个屈服准则差别最大，达15.5%；而在其余应力状态下，两个屈服准则的差别小于15.5%，视中间应力2的

6、相对大小而定。3、 热塑形变形对金属组织和性能有何影响？答：1）改善晶粒组织.对于铸态金属，粗大的树枝状晶经塑性变形及再结晶而变成等轴（细）晶粒组织；对于经轧制、锻造或挤压的钢坯或型材，在以后的热加工中通过塑性变形与再结晶，其晶粒组织一般也可得到改善。2）锻合内部缺陷.铸态金属中的疏松、空隙和微裂纹等内部缺陷被压实，从而提高了金属的致密度。3）破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布.通过锻造或轧制，可内部碳化物打碎、并均匀分布。4）形成纤维组织.在热塑性变形过程中，脆性夹杂物（如氧化物、氮化物和部分硅酸盐等）被破碎呈链状分布；而塑性夹杂物（如硫化物和多数硅酸盐等）则被拉成条带状、线状或薄片

7、状。4.多道焊为什么可以提高焊缝金属的塑性？答：多道焊可以提高焊缝金属的质量，特别是塑性，这是因为后道焊缝对前道焊缝具有热处理的作用，相当于对前道焊缝进行了一次正火处理，因而改善了组织、提高了焊缝金属的塑性。4、 板料成型模具一般有哪几部分组成？每部分各起到什么作用？答：1)工作零件，直接接触坯料并对坯料直接进行加工；2）定位零件，用来确定加工中坯料正确位置；3）压料、卸料和出料零件，对板料增加约束，由凸模、凹模和凸凹模上卸下、顶出或推出工件或废料；4）导向零件，保证模具上、下部分正确的相对位置；5）固定、紧固零件，用来承装其它模具零件，将模具安装固定到成形设备上和连接紧固其它模具零部件。5、

8、 何谓热过冷和成分过冷？成分过冷的本质是什么?答：金属凝固时，完全由热扩散控制，这样的过冷称为热过冷；由固液界面前方溶质再分配引起的过冷称为成分过冷.成分过冷的本质：由于固液界面前方溶质富集而引起溶质再分配，界面处溶质含量最高，离界面越远，溶质含量越低。由结晶相图可知，固液界面前方理论凝固温度降低，实际温度和理论凝固温度之间就产生了一个附加温度差T，即成分过冷度，这也是凝固的动力。6、 已知材料的真实应力一应变曲线方程为，若试样已有伸长率，试问试样还要再增加多少才会发生缩颈？ 答：由真是应力-应变方程可知，根据材料失稳时性质，所以材料缩颈失稳时。由真是应变与伸长率关系，可以算出缩颈失稳时：。试

9、样已有伸长率，伸长率再继续增加0.24 即可发生缩颈失稳。7、 焊接熔池有何特征？ 答： 焊接熔池的特征：（1）熔池体积小；（2）熔池温度高；（3）熔池金属处于流动状态；（4）熔池界面的导热条件好，焊接熔池周围的母材与熔池间没有间隙。8、 等效应力有何特点？写出其数学表达式。答：等效应力的特点：等效应力不能在特定微分平面上表示出来，但它可以在一定意义上“代表”整个应力状态中的偏张量部分，因而与材料的塑性变形密切有关。人们把它称为广义应力或应力强度。等效应力也是一个不变量。其数学表达式如下：等效应力在主轴坐标系中定义为 在任意坐标系中定义为9、 简述塑料熔体在模具型腔中的复杂流动情况。答：型腔充

10、填过程可以分为三个阶段，但为了避免和程序注塑中采用的阶段相混淆，习惯上不叫阶段，而称为相。（）充填相 在充填相中，注塑机的柱塞以稳定的速度向前运动，将塑料熔体注入型腔。充填相一直继续到型腔恰好充满为止。（）增压相(或称压缩相) 在增压相，注塑机柱塞仍继续向前运动。塑料熔体仍不断注入型腔，一直到模具承受到一定压力为止。 在增压相开始时，塑料熔体己将型腔充满，柱塞向前运动的速度也已下降，但仍要向前移动一段距离，这是因为塑料熔体有很大的可压缩性，在此相中约有15的额外材料在压力作用下进入型腔。（）补偿相塑料由熔态冷却至固态时体积变化约有25，而在增压相最多只补充了约15的材料，故补偿相总是必须的。1

11、0、 奥氏体不锈钢熔焊的主要问题是什么？预防措施有哪些？答：奥氏体不锈钢熔焊的主要问题是：（1）热裂纹，防止措施是严格控制硫磷含量；调解焊接金属组织；调解焊缝金属合金成分。（2）接头脆化，防止措施是严格控制焊缝金属中铁素体含量；多层焊时采用较小线能量。（3）晶间腐蚀，防止措施是尽量降低母材及焊缝中的含碳量；采用热量集中的焊接方法；在钢中添加稳定化元素Ti、Nb等；在钢和焊缝金属中添加铁素体形成元素；焊后进行固熔处理或稳定化处理。（4）应力腐蚀开裂，防止措施是焊后消除或减小焊接残余应力；选用奥氏体-铁素体双相组织的母材或焊接材料；采用高Ni的铬镍不锈钢焊条。11、 简述钨极氩弧焊的优点？答：（1

12、）氩气属于惰性气体，不溶于金属，比重比空气大，有效地割断电弧与周围的空气，起到保护作用；（2）明弧无渣，溶池可见度好，便于控制，易于实现机械化、自动化和全方位焊接。（3）直流正接电弧稳定，即使在很小的焊接电流下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板、超薄板的焊接；（4）电弧热源与填充焊丝分别控制，易于实现单面焊双面成形，无飞溅，焊缝美观。12、 锤上模锻与压力机模锻变形特点有何不同？13、 手工电弧焊的原理、特点是什么？14、 简述焊接工艺参数对焊接温度场的影响。15、 试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。答：滑移系能否一个晶粒转移到另外一个晶粒，引起宏观塑性变形取决于晶界附近位错塞积群所产生的应

13、力场能否激发相邻晶粒中的位错源也开动起来。 而位错塞积群应力场的强弱与塞积的位错数目相关，数目越大，应力场就越强。在相同的外力作用下，晶粒愈大，晶粒内空间也越大，位错源开动时间越长，晶界堆积的位错也就越多，应力场越强。由此可见，粗晶粒金属的变形由一个晶粒转移到另外一个晶粒会容易些，而细晶粒则需要在更大的外力作用下才能使相邻晶粒发生塑性变形。这就是为什么晶粒越小金属屈服强度越大的原因。在一定体积内,细晶粒金属的晶粒数目比粗晶粒金属的多，因而，塑性变形时位向有利的晶粒较多，变形能较均匀分散到各个晶粒上；又从每个晶粒的应变分布看，细晶粒时晶界的影响区域相对较大，使得晶粒心部的应变和晶界处的应变差异减

14、少。由于细晶粒金属的变形不均匀性较小，由此引起的应力集中必然也较小，内应力分布较均匀，因而金属断裂前可承受的塑性变形量就较大。16、 液态合金的流动性和充型能力有何异同？如何提高液态金属的充型能力？答：液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确定条件下的冲型能力，它是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂质含量决定，与外界因素无关。而冲型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。提高液态金属的冲型能力的措施：（1）金属性质方面：改善合金成分；结晶潜热L要大；比热、密度、导热系大;粘度、表面张力大。（2）铸型性质方面：蓄热系数大；

15、适当提高铸型温度；提高透气性。（3）浇注条件方面：提高浇注温度；提高浇注压力。（4）铸件结构方面：在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度；降低结构复杂程度。17、 什么样的界面才能成为异质结晶核心的基底？答：从理论上来说，如果界面与金属液是润湿得，则这样的界面就可以成为异质形核的基底，否则就不行。但润湿角难于测定，可根据夹杂物的晶体结构来确定。当界面两侧夹杂和晶核的原子排列方式相似，原子间距离相近，或在一定范围内成比例，就可以实现界面共格相应。安全共格或部分共格的界面就可以成为异质形核的基底，完全不共格的界面就不能成为异质形核的基底。18、 焊接熔池有何特征？对凝固过程有何影响？ 答： 焊接熔池

16、的特征：（1）熔池体积小；（2）熔池温度高；（3）熔池金属处于流动状态；（4）熔池界面的导热条件好，焊接熔池周围的母材与熔池间没有间隙。焊接熔池对凝固过程的影响：(1)母材作为新相晶核的基底，使新相形核所需能量小，出现非均匀形核，产生联生结晶（外延结晶）；(2)熔池金属是在运动状态凝固的，焊缝的柱状晶总是朝向焊接方向并且向焊缝中心生长，即对向生长；(3)焊接熔池的实际凝固过程并不是连续的，柱状晶的生长速度变化不是十分有规律。19、 简述焊接熔池的凝固组织形态，并分析结晶速度、温度梯度和溶质浓度对组织形态的影响。答：焊缝的晶体形态主要是柱状晶和少量的等轴晶。每个柱状晶内还可能有不同的结晶形态，如

17、平面晶、胞状晶和树枝晶等。等轴晶内一般都呈现为树枝晶。焊缝金属中晶体的不同形态，与焊接熔池的凝固过程密切相关。焊缝边界处，界面附近的溶质富聚程度较小，由于温度梯度大，结晶速度小，成分过冷接近于零，有利于平面晶的生长。当结晶速度和温度梯度一定时,随合金中溶质浓度的提高，则过冷度增加，从而使结晶形态由平面晶变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、等轴晶。当合金中溶质浓度一定时，结晶速度越快，成分过冷度越大，结晶形态也可由平面晶变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、等轴晶。当溶质浓度和结晶速度一定时，随液相温度梯度的提高，成分过冷度减小，结晶形态的演变则刚好相反。21、阐述影响晶体生长的因素。22、何谓凝固过

18、程的溶质再分配？它受哪些因素的影响？溶质再分配：合金凝固时液相内的溶质一部分进入固相，另一部分进入液相，溶质输使溶质在固液界面两侧的固相和液相中进行再分配。 影响溶质再分配的因素有热力学条件和动力学条件。23、设状态图中液相线和固相线为直线，证明平衡常数k0Const。 设液相线和固相线的斜率分别为和， 如上图：液相线：T*Tm (Cl*-0) 固相线：T*Tm (Cs*-0) 得：1即 k0由于、均为常数，故k0Const.24、何谓热过冷和成分过冷？成分过冷的本质是什么/金属凝固时，完全由热扩散控制，这样的过冷称为热过冷；由固液界面前方溶质再分配引起的过冷称为成分过冷. 成分过冷的本质：由

19、于固液界面前方溶质富集而引起溶质再分配，界面处溶质含量最高，离界面越远，溶质含量越低。由结晶相图可知，固液界面前方理论凝固温度降低，实际温度和理论凝固温度之间就产生了一个附加温度差T，即成分过冷度，这也是凝固的动力。25、影响成分过冷的因素有哪些？哪些是属于可控制的工艺因素？成分过冷对晶体的生长方式有何影响？晶体的生长方式只受成分过冷的影响吗？影响成分过冷的因素有G、v、DL、m、k0、C0，可控制的工艺因素为DL。 过冷对晶体的生长方式的影响：当稍有成分过冷时为胞状生长，随着成分过冷的增大，晶体由胞状晶变为柱状晶、柱状树枝晶和自由树枝晶，无成分过冷时，以平面方式或树枝晶方式生长。晶体的生长方

20、式除受成分过冷影响外，还受热过冷的影响。26、影响成分过冷范围的因素有哪些？它对材质或成形产品（铸件）的质量有何影响？影响成分过冷范围的因素有：成分过冷的条件为 成分过冷的范围为 上式中，为不变量，所以影响成分过冷范围的因素只有DL、GL和v。 对于纯金属和一部分单相合金的凝固，凝固的动力主要是热过冷，成分过冷范围对成形产品没什么大的影响；对于大部分合金的凝固来说，成分过冷范围越宽，得到成型产品性能越好。28、在普通工业条件下为什么非共晶成分的合金往往能获得100的共晶组织？用相图说明之。这与单相合金固相无扩散、液相均匀混合凝固产生的共晶组织有何不同？（1）在普通工业条件下，从热力学考虑，当非

21、共晶成分的合金较快地冷却到两条液相线地延长线所包围的影线区域时，液相内两相打到饱和，两相具备了同时析出的条件，但一般总是某一相先析出，然后再在其表面析出另一个相，于是便开始了两相竞相析出的共晶凝固过程，最后获得100的共晶组织。 （2）伪共晶组织如（1）所述，有较高的机械性能；而单相合金固相无扩散，液相混合均匀凝固产生的共晶组织为离异共晶，即：合金冷却到共晶温度时，仍有少量的液相存在，此时的液相成分接近于共晶成分，这部分剩余的液体将会发生共晶转变，形成共晶组织，但是，由于此时的先共晶相数量很多，共晶组织中的相可能依附于先共晶相上长大，形成离异共晶，即相单独存在于晶界处，给合金的性能带来不良影响

22、。29、小面非小平面共晶生长的最大特点是什么？它与变质处理有何关系？小面非小平面生长最大的特点是：有强烈的方向性。变质处理改变了小平面的形态，使得晶体生长方式发生改变。如何改变？30、界面作用对人工复合材料的凝固有何影响/当强化相表面与合金液表面相互浸润时，其本身就可以作为异质形核的核心，按异质形核的规律进行结晶，使组织得到细化。当强化相与合金液不浸润时，强化相被排斥于枝晶间或界面上，严重影响着复合材料的性能。31、铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的，它们的形成机理如何？铸件的典型凝固组织为：表面细等轴晶区、中间柱状晶区、内部等轴晶区。 表面细等轴晶的形成机理：非均质形核和大量游离晶粒提供

23、了表面细等轴晶区的晶核，型壁附近产生较大过冷而大量生核，这些晶核迅速长大并且互相接触，从而形成无方向性的表面细等轴晶区。 中间柱状晶的形成机理：柱状晶主要从表面细等轴晶区形成并发展而来，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。由于择优生长，在逐渐淘汰掉取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。 内部等轴晶的形成是由于剩余熔体内部晶核自由生长的结果。32、试分析影响铸件宏观凝固组织的因素，列举获得细等轴晶的常用方法。影响铸件宏观凝固组织的因素：液态金属的成分、铸型的性质、浇注条件、冷却条件。 获得细等轴晶的常用方法：1、 向熔体中加入强生核

24、剂。2、 控制浇注条件：（1）采用较低的浇注温度；（2）采用合适的浇注工艺。3、 铸型性质和铸件结构：（1）采用金属型铸造；（2）减小液态金属与铸型表面的润湿角；（3）提高铸型表面粗糙度。 4、动态下结晶细化等轴晶：振动、搅拌、铸型旋转等方法。33、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？焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使被焊金属的材质达到原间结合而形成永久性连接的工艺过程。 焊接的物理本质：使两个独立的工件实现了原子间的结合，对金属而言，实现了金属键的结合。焊接工艺措施有两种：加热和加压。34、如何控制焊缝金属的组织和性能？控制焊缝金属组织和

25、性能的措施有：(1)焊缝合金化和变质处理。采取固溶强化、细晶强化、弥散强化、相变强化等措施保证焊缝金属焊态强度与韧性。加入少量钛、硼、锆、稀土元素等变质处理，可以细化焊缝组织，提高韧性。(2)工艺措施：调整焊接方法例如振动结晶、焊后热处理等措施提高焊缝性能。35、何为定向凝固？主要方法有几种？定向凝固技术主要有以下几种： （1）发热剂法；（2）功率降低法；（3）快速凝固法；（4）液态金属冷却法。36、简述焊接熔池的凝固组织形态，并分析结晶速度、温度梯度和溶质浓度对组织形态的影响。焊缝的晶体形态主要是柱状晶和少量的等轴晶。每个柱状晶内还可能有不同的结晶形态，如平面晶、胞状晶和树枝晶等。等轴晶内一

26、般都呈现为树枝晶。焊缝金属中晶体的不同形态，与焊接熔池的凝固过程密切相关。焊缝边界处，界面附近的溶质富聚程度较小，由于温度梯度大，结晶速度小，成分过冷接近于零，有利于平面晶的生长。当结晶速度和温度梯度一定时,随合金中溶质浓度的提高，则过冷度增加，从而使结晶形态由平面晶变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、等轴晶。当合金中溶质浓度一定时，结晶速度越快，成分过冷度越大，结晶形态也可由平面晶变为胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶、等轴晶。当溶质浓度和结晶速度一定时，随液相温度梯度的提高，成分过冷度减小，结晶形态的演变则刚好相反。37、试述影响焊接热裂纹的形成因素及防止措施。热裂纹具有高温断裂的性质。热裂纹有凝

27、固（结晶）裂纹、液化裂纹、高温失延裂纹等类型。焊接热裂纹可出现在焊缝，也可出现在近缝区或多层焊焊道间的HAZ。影响热裂纹的因素主要有：1) 冶金因素化学成分的影响：合金元素影响凝固温度区的大小及合金在脆性温度区中的塑性。随着合金元素的增加，凝固温度区增大，同时脆性温度区增大，凝固裂纹的倾向增大。杂质元素的偏析及偏析产物的形态对热裂纹也有一定影响。如S、P在钢中能形成低熔共晶，即使微量存在，也会使凝固温度区在为增加。2) 凝固（结晶）组织形态对热裂纹的影响：对于奥氏体钢，凝固后晶粒的大小、形态和方向、析出的初生相等对抗裂性有较大影响。晶粒越粗大，方向性越明显，则产生热裂纹的敏感性越大。3) 工艺

28、参数的影响：在焊接工艺中应尽量减少有害元素的偏析及降低应变增长率。在焊接中、高碳钢以及异种金属焊接时，为减少母材中的有害元素进入焊疑缝，应尽量减小熔合比。不同接头形式对裂纹倾向有不同影响，表面堆焊和熔深较浅的对接缝的抗裂性较高。熔深大的对接和各种角接焊缝的抗裂性较差。防止措施：主要是控制成分和调整工艺。1) 焊缝成分的控制：选择合适的焊接材料，限制有害的杂质，严格控制S、P的含量。2) 调整工艺：限制过热，采用小的焊接电流和小的焊接速度；控制成形系数；减小熔合比；减小拘束度。38、以低碳钢为例，试述焊接热影响区的组织与性能的变化。按最高温度范围及组织变化，将HAZ分为四个区：熔合区：焊缝与母材

29、相邻的部位，最高温度处于固相线与液相线之间。由于晶界与晶内局部熔化，成分与组织不均匀分布，过热严重，塑性差，是焊接接头的薄弱环节。过热区：温度范围处于固相线到1100。由于加热温度高，奥氏体晶粒过热，晶粒严重长大。也称粗晶区。焊后冷却时，奥氏体相产物也因晶粒粗化使塑性、韧性下降。冷却速度较慢时，还会出现魏氏体。相变重结晶区（正火区）：母材已完全奥氏体化，处于1100Ac3之间。由于稀奥氏晶粒细小，空冷后得到晶粒细小而均匀的珠光体和铁素体。塑性材和韧性好。不完全重结晶区：温度范围在Ac1Ac3，部分母材组织发生相变重结晶，奥氏体晶粒细小，冷却后转变得到细小的F+P；而未奥氏体化的晶粒受热长大，使

30、该区晶粒大小、组织分布不均匀。四、综合题1、甲、乙两厂生产同一种零件均选用45钢，硬度要求220250HBS。甲厂采用正火，乙厂采用调质处理，均能达到硬度要求，试分析甲、乙两厂产品的组织和性能差别。（样题）2、 通常条件下，都尽可能使铸件获得细小的等轴晶组织，请问： （1）细小的等轴晶组织对于减少凝固缺陷、提高力学性能有何重要意义？ （2）通过哪些实际措施可以使铸件获得细小的等轴晶组织？答：（1） 细小的等轴晶组织可以使材料具有较高的强度和良好的塑性、韧性。除此之外，如果合金的凝固组织是均匀细小的等轴晶，那么凝固过程中的杂质元素与溶质元素偏析的倾向都可以得到有效的抑制，从而可以减少由于偏析所产

31、生的气孔、夹杂、热裂纹等凝固缺陷，并提高其化学成分、组织与力学性能的均匀性。 （2） 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

32、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。3、从“型壁晶粒脱落、游离及增殖”观点分析铸件内部等轴晶的形成机理。简述三种促进及细化等轴晶的工艺措施及其作用机制。答：纯金属晶粒不易从型壁脱落。而液态合金中存在溶质再分配，型壁处激冷晶区中某些晶粒形成“脖颈”，由于浇注过程中液流的冲刷作用，使“脖颈”折断发生晶体脱落，从而形成游离的晶粒，在液流冲刷、对流作用下自型壁处向型腔内部液态金属游离，成为内部等轴晶形核的基底。游离过程中，在低温区域晶粒生长，在高温区域晶粒可能重熔。晶体游离过程也可能产生脖颈发生根

33、部熔断，由一个等轴晶变为几个等轴晶，发生增殖。 细化等轴晶的措施：凡强化晶体生核，促进晶粒游离、增殖的措施均可细化晶粒，例如： 1) 合理的浇注工艺和冷却条件。控制较低的合适浇注温度，可防止晶核的重熔消失；改变浇注方式加强对流时对型壁激冷晶的冲刷作用可促进晶粒游离，细化晶粒。 2) 孕育处理：在浇注前或浇注过程中向液态金属中加入少量孕育剂，从而提供非均质形核质点，达到获得细化晶粒，改善宏观组织的目的。3) 动力学细化：采用机械震动或电磁震动，导致固相与液相的相对运动，使枝晶破碎或与铸型分离。常用方法：铸型震动，超声波振动，液相搅拌，流变铸造。4、推导希尔(Scheil)公式（固相无扩散而液相充

34、分混合均匀的溶质再分配），必要时画出该条件下成分与离开固液界面前沿距离关系图。答：设试样从一端开始凝固。开始时TTL，CsK0C0，CLC0。降至T*时，固液界面上固相成分Cs*与液相成分CL*平衡，由于固相中无扩散，成分沿斜线由K0C0逐渐上升（固相先后凝固各部分成分不同）；而液相因完全混合，平均成分，这种情况下，即于是有，积分得 =0时， 所以 （Scheil公式）5、不易淬火钢焊接热影响区由哪几部分构成？分别叙述各区域在焊接热循环中的加热温度区间及组织转变特点。（不要求画图）答：不易淬火钢焊接热影响区由：熔合区、过热区、正火区（相变重结晶区）和不完全重结晶区组成。 （3分） 熔合区：焊缝

35、与母材之间的过渡区域，常称为熔合区(亦称半熔化区约1500左右)，熔合区最大的特征是具有明显的化学成分不均匀性，从而引起组织、性能上的不均匀性，所以对焊接接头的强度、韧性都有很大的影响。 （3分）过热区：加热温度在固相线以下到晶粒开始急剧长大温度(约为1100左右)范围内的区域叫过热区。由于金属处于过热的状态，奥氏体晶粒发生严重的粗化，冷却之后便得到粗大的组织。并极易出现脆性的魏氏组织。故该区的塑性、韧性较差。 （3分）正火区：该区的母材金属被加热到AC3至1100左右温度范围，其中铁素体和珠光体将发生重结晶，全部转变为奥氏体。形成的奥氏体晶粒尺寸小于原铁素体和珠光体，然后在空气中冷却就会得到

36、均匀而细小的珠光体和铁素体，相当于热处理时的正火组织，故亦称正火区。 （3分）不完全重结晶区：焊接时处于AC1AC3之间范围内的热影响区属于不完全重结晶区。因为处于AC1AC3范围内只有一部分组织发生了相变重结晶过程，成为晶粒细小的铁素体和珠光体，而另一部分是始终未能溶入奥氏体的剩余铁素体，由于未经重结晶仍保留粗大晶粒。所以此区特点是晶粒大小不一，组织不均匀，因此力学性能也不均匀。 （3分）6、下图是导柱式简单落料模，请选择1-10所指零件名称，并说明其功能。（可选项：模柄；凹模；上模板；导柱；凸模固定板；挡料销；下模板；导套；凸模；刚性卸料板）7、（1）画出焊接温度场研究的三种焊件尺寸和三种

37、热源的形式，并说明起特征。答：假定焊件的尺寸形状概括为三种典型，如图所示。1）半无限大物体（图a）厚板表面堆焊可视为此种情况；（2）试画出铸件在绝热铸型中、金属一铸型界面热阻为主的金属型中和厚壁金属型中的凝固的凝固分布图，并说明之。答、1）铸件在绝热铸型中凝固砂型、石膏型、陶瓷型、熔模铸造等铸型材料的热扩散系数远小于凝固金属的热导率，可统称为绝热铸型。因此，在凝固传热中，金属铸件的温度梯度比铸型中的温度梯度小得多。相对而言，金属中的温度梯度可忽略不计。在这种情况下，铸件和铸型的温度分布如图所示。可以认为，在整个传热过程中，铸件断面的温度分布是均匀的，铸型内表面的温度接近铸件的温度。如果铸型足够

38、厚，由于铸型的导热性很差，铸型的外表面仍然保持为初始温度T0。2）金属一铸型界面热阻为主的金属型中凝固较薄的铸件在工作表面涂有涂料的金属型中铸造时，就属于这种情况。金属一铸型界面处的热阻较铸件和铸型中的热阻大得多，这时，凝固金属和铸型中的温度梯度可以忽略不计，即认为温度分布是均匀的，热扩散过程取决于涂层的热物理性质。若金属是无过热浇注，则界面处铸件的温度就等于金属的凝固温度，铸型的温度保持为T0，如图所示。3）厚壁金属型中的凝固当金属型的涂料层很薄时，厚壁金属型中凝固金属和铸型的热阻都不可忽略，因而都存在明显的温度梯度。由于此时金属一铸型界面的热阻相对很小，可以忽略不计，则铸型内表面和铸件表面

39、温度相同。可以认为，厚壁金属型中凝固热扩散为两个相连接的半无限大物体的热扩散，整个系统的热扩散过程取决于铸件和铸型的热物理性质，其温度分布如图所示。五、计算题1、对于Oxyz直角坐标系，已知受力物体内一点的应力张量为求出该点的主应力、主切应力、最大切应力、等效应力、应力偏张量及应力球张量解：主应力的特征方程为=0 所以：0； ；所以：球应力张量为偏应力张量2、在直角坐标系中，一点的应力状态表示成张量的形式为用应力状态特征方程求出该点的主应力和主方向。解：应力张量不变量为代入应力状态特征方程，得解得将应力分量代入P317式(14-10)，并与式(14-11)联合写成方程组为求主方向，可将解得的三

40、个主应力值分别代入上述方程组的前(过程)三式中的任意两式，并与第四式联立求解，可求得三个主方向的方向余弦为3、已知塑性状态下某质点的应力张量为（MPa），应变增量（为一微小量），试求应变增量的其余分量。解：根据增量理论有：所以：所以：4、结合Fe-Fe3C相图，说明铁素体、奥氏体的最大溶解度（含碳量）；计算含碳量为1.0%、1.4%的合金室温平衡组织中二次渗碳体的相对量，并说明钢的含碳量一般不超过1.4%的原因。（样题）5、Al-Cu相图的主要参数为CE33%Cu,=5.65, Tm660,TE548。用Al1Cu合金浇一细长试样，使其从左至右单向凝固，冷却速度足以保持固液界面为平界 面，当固

41、相无Cu扩散，液相中Cu充分混合时，求：(1)凝固10时，固液界面的CS*和CL*。(2)共晶体所占的比例。(3)画出沿试棒长度方向Cu的分布曲线，并标明各特征值。参考答案：（1）溶质分配系数 k0=0.171 当10时，有 0.171*1*（110）0.1871.09（2）设共晶体所占的比例为，则 则0.12（1） 沿试棒的长度方向Cu的分布曲线图如下：6、设有一高为H的长方体均匀变形，已知顶端质点的小量级的压下量为，底面的质点静止不动，将中心线取作Oz轴，O为底面的形心，Ox轴与Oy轴分别平行于长方体的两条水平横线，试由体积不变这一条件出发，证明该长方体的位移场为 解： 设长方体长度方向位

42、移量为，宽度方向位移量为，根据位移不变这一条件即 +又= ，= ， =7、设薄球壳的半径为R，厚度为t（），承受内压P，试用Mises屈服准则求薄球壳屈服时的内压P？解： 由力平衡方程得： ， 转变类型转变产物形成温度， 转变机制显微组织特征HRC获得工艺珠光体PA1650扩散型粗片状，F、Fe3C相间分布5-20退火S650600细片状，F、Fe3C相间分布20-30正火T600550极细片状，F、Fe3C相间分布30-40等温处理贝氏体B上550350半扩散型羽毛状，短棒状Fe3C分布于过饱和F条之间40-50等温处理B下 350MS 竹叶状，细片状Fe3C分布于过饱和F针上50-60等温淬火马氏体M针MSMf 无扩散型针状60-65淬火M*板条MSMf板条状50淬火