材料成型理论基础练习题(上).doc

第1章 液态金属的结构与性质1.液体原子的分布特征为 无序、 有序，即液态金属原子团的结构更类似于 。2.实际液态金属内部存在 起伏、 起伏和 起伏 。3.物质表面张力的大小与其内部质点间结合力大小成 正比，界面张力的大小与界面两侧质点间结合力大小成 正比。衡量界面张力大小的标志是润湿角的大小，润湿角越小，说明界面能越 大。4.界面张力的大小可以用润湿角来衡量，两种物质原子间的结合力大，就润湿，润湿角小；而两种物质原子间的结合力小，就不润湿，润湿角 大 。5.影响液态金属表面张力的主要因素是 原子间结合力 ， 温度 ，和 。6.钢液中的MnO，当钢液的温度为1550时，对于r=0.0001m的球形杂质，其上浮速度是多少？参考答案：0.0071m/s7.影响液态金属充型能力的因素可归纳为 合金本身性质 、 铸型性质 、 浇注方面 、 铸件结构方面 四个方面的因素。8.影响液态金属黏度的因素有 合金成分 、 温度 、 非金属夹杂物 。9.合金流动性：合金本身的流动能力；充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。10.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充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充型能力，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。而充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。提高液态金属的充型能力的措施：（1）金属性质方面：改善合金成分；结晶潜热L要大；比热、密度大，导热率小;粘度、表面张力小。（2）铸型性质方面：蓄热系数小；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。11.设凝固后期枝晶间液体相互隔绝，液膜两侧晶粒的拉应力为1.5103Mpa，液膜厚度为1.110-6mm，根据液膜理论计算产生热裂的液态金属临界表面张力= 0.825 N/m。12.表面张力：表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。13.粘度表达式：，雷诺数：第2章 凝固温度场1.铸件的凝固方式可以分为 、 和 三种不同形式，影响合金凝固方式的两个主要因素是： 和 。2.合金的凝固温度区间越大，液态合金充型过程中流动性越 差 ，铸件越容易呈 体积（或糊状） 凝固方式。3.研究铸件温度场的方法有数学解析法 、 数值模拟法和 实测法 等。4. “平方根定律”公式为，写出公式中三个符号所代表的含义 ：凝固时间 、 ：凝固层厚度 、 K:凝固系数 5.比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。解：一般在体积相同的情况下上述物体的表面积大小依次为：A球A块A板t块t板t杆。6.右图为一灰铸铁底座铸件的断面形状，其厚度为30mm，利用“模数法”分析砂型铸造时底座的最后凝固部位，并估计凝固终了时间.1000160160600120解：将底座分割成A、B、C、D四类规则几何体（见右下图）查表2-3得：K=0.72()对A有：RA= VAAA=1.23cmtA=RAKA=2.9min对B有: RB= VBAB=1.33cmtB=RBKB=3.4min对C有：RC= VCAC=1.2cmtC=RCKC=2.57min对D有：RD= VDAD=1.26cmtD=RDKD=3.06min因此最后凝固部位为底座中肋B处，凝固终了时间为3.4分钟。l 1000l 160l 160l 600l 120 A A A A B BCCCCDDD7.写出平方根定律和折算厚度法则的公式，并解释两个公式的差别。答：1）平方根定律：即；折算厚度法则：2）代表铸件凝固层厚度，适应薄板类铸件；为折算厚度,可适用各种形状的铸件。8. 影响铸件凝固方式的因素是什么？凝固方式与铸造性能和铸件质量之间有什么关系？ 答：1)影响铸件凝固方式的因素:结晶温度范围和温度梯度；2)a逐层凝固：集中缩孔大，易补缩，铸件较致密；热裂倾向小；流动性好。所以，铸件质量好。b体积凝固：不易补缩，易形成缩孔；流动性差；热裂倾向大；铸件不致密，性能较差。c中间凝固：介于以上两者之间第3章 金属凝固热力学与动力学1金属结晶形核时，系统自由能变化G由两部分组成，其中相变驱动力为 ，相变阻力为 。2.非均质形核过程，晶体与杂质基底的润湿角 越小，非均质形核功越 ，形核率越 ；非均质形核临界半径与均质形核的关系为 。 3.为什么金属必须要有一过冷度才能发生液-固相变？4什么是溶质平衡分配系数？设状态图中液相线和固相线为直线，证明其k0为常数。特定温度下固相合金成分浓度与液相合金成分浓度达到平衡时的比值如上图：液相线：T*Tm (Cl*-0) 固相线：T*Tm (Cs*-0) 得：1即 k05.名词解释1）非均质形核与均质形核答：非均质形核：液态金属中新相以外来质点为基底进行形核的方式。 均质形核 ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，所以也称“自发形核”。 2）粗糙界面与光滑界面 答：粗糙界面：a2，固液界面上有一半点阵位置被原子占据，另一半位置则空着，微观上是粗糙的；光滑界面：a2，界面上的位置几乎被原子占据，微观上是光滑的。 3）粗糙界面与光滑界面及其判据答：固液界面固相一侧的点阵位置有一半左右被固相原子所占据，形成凸凹不平的界面结构，称为粗糙界面；固液界面固相一侧的点阵位置几乎全被固相原子所占据，只留下少数空位或台阶，称为光滑界面。根据jachson因子（）大小可以判断： 2的物质，凝固时固-液界面为粗糙面， 5的物质，凝固时界面为光滑面， 6.液态金属（合金）凝固的驱动力由 提供，而凝固时的形核方式有 、 两种。7.对于溶质平衡分配系数K01时，K0越大，最终凝固组织的成分偏析越 。常将1- K0称为 。 8.设理想液体在凝固时形成的临界核心是边长为a*的立方体形状;(1)求均质形核时的a*和G*的关系式。(2)证明在相同过冷度下均质形核时，球形晶核较立方形晶核更易形成。 9.设Ni的最大过冷度为319，已知Tm1453,Hm1870J/mol，LS=2.2510-5J/cm2,摩尔体积为Vs=6.6cm3.求G*均和r*均参考答案：r*均=8.59*109 m G*均=6.95*1017 J 10.晶体长大时，有三种长大方式，长大速度按顺序依次为： 连续 、 缺陷 、和 二维形核 。金属从其自身熔体中结晶，一般以 连续 方式长大。11.为什么均质生核和非均质生核的临界晶核半径相同，而临界生核功不同？答：临界晶核半径的含义：当晶核达到此半径时，如液相原子向此堆砌生长，造成的表面能的增加比体积自由能的下降小，即自由能下降，此时，晶体生长是稳定的，所以晶核能逐渐长大。如是均质生核，临界晶核是近似球形，其所包含的原子数较多，所需要的能量起伏较大，即生核功较大；如是非均质生核，临界晶核的大小与润湿角有关，同样的晶核半径时，当晶体与衬底的润湿角越小，晶核所包含的原子个数越少，因此所需的形核功越小。所以，虽然均质生核和非均质生核的临界晶核半径相同，而临界生核功不同。12.从原子尺度看，固液界面结构有哪几种？它们与生长机理有何联系？ 答：有两种固液界面结构：平整界面和粗糙界面平整界面的生长机理：a.理想的平整界面依靠平整界面上生产二维晶核，然后在晶核周围的台阶上生长；b.当界面上有缺陷时，可依靠螺旋位错、旋转孪晶、反射孪晶等缺陷提供的台阶生长。粗糙界面由于液相原子堆砌而被弹回的几率很小，因此生长速度较大，此时称为连续生长或正常生长。14. 随颗粒尺寸的减小，金属的熔点会下降，其原因是什么？这种效应通常在什么尺寸量级才会明显地表现出来？参考：表面能（张力）作用突显，纳米，第4章 单相及多相合金的结晶1.根据成份过冷理论的分析，由于过冷程度的不同就会使焊缝组织出现不同的结晶形态，主要有平面结晶 、胞状结晶 、胞状树枝结晶 、树枝状结晶 和等轴结晶 。2.根据界面结构的不同，可将共晶合金分为两大类 非小面-小面 和 非小面-非小面 3.用图形表示K01的合金铸件单向凝固时，在以下四种凝固条件下所形成的铸件中溶质元素的分布曲线： （1） 平衡凝固；（2） 固相中无扩散而液相中完全混合； （3） 固相中无扩散而液相中只有扩散；（4） 固相中无扩散而液相中部分混合。 答：几种条件下的溶质分布如图所示：4. 内生生长和外生生长 凝固自型壁行核，由外向内的生长称为外生生长，如柱状晶，胞状晶的生长； 在熔体内部形核，由内向外的自由生长称为内生生长，如等轴晶的生长。5. 共生生长和离异生长 共生生长：共晶结晶时，两相相互依附，借助于对方析出的多余原子的横向扩散而同步偶合生长的方式。 离异生长：共晶的两相间没有共同生长的界面，析出和生长在时间上与空间上都相互独立的生长方式。6.共晶组织生长中，共晶两相通过原子的 横向扩散不断排走界面前沿积累的溶质，且又互相提供生长所需的组元彼此合作，并排地快速向前生长，这种共晶生长方式称为 共生生长。 7. 固相无扩散、液相只有扩散情况下产身成分过冷的判据及影响成分过冷的因素，说明成分过冷对结晶形貌的影响？答：成分过冷判据：影响成分过冷的因素：液相中温度梯度GL越小，成分过冷越大；生长速度R越大，成分过冷越大；液相线斜率mL越大，成分过冷越大；合金原始成分C0越大，成分过冷越大； 扩散系数DL越小，成分过冷越大；分配系数K0越小，成分过冷越大。成分过冷对结晶形貌的影响：当C0一定时，随着GL减小，或R增大时，晶体形貌由平面晶依次发展为胞状树枝晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶；而当GL、R一定时，随C0的增加，晶体形貌也同样由平面晶依次发展为胞状树枝晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶。 8简述晶体生长形貌随成分过冷大小变化的规律。 参考：随“成分过冷”程度的增大，固溶体生长方式由无“成分过冷”时的“平面晶”依次发展为：胞状晶柱状树枝晶内部等轴晶。9.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。答：（1）溶质分配系数 k0=0.171 当10时，有 0.1871.09（2）设共晶体所占的比例为，则则0.014710.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。11.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？答：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。晶体的生长方式除受成分过冷影响外，还受热过冷的影响。12.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？答：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。13.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？答：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。14.Mg、S、O等元素如何影响铸铁中石墨的生长。答：S、O等活性元素吸附在旋转孪晶台阶处，显著降低了石墨棱面（）与合金液面间的界面张力，使得（）方向的生长速度大于（0001）方向，石墨最终长成片状。Mg是反石墨化元素，在它的作用下，石墨最终长成球状。15.Al-Cu合金相图的主要参数：CE=33%,Csm=5.65%,Tm=660,TE=548, 用Al-1%Cu（即：Co=1%）合金浇一细长圆棒试样，使其从左至右单向凝固，冷却速度足以保持固-液界面为平面。当固相中无Cu扩散，液相中Cu有扩散而无对流，达到稳态凝固时，求：（1）固-液界面的Cs*和CL*（2）固-液界面的Ti（忽略动力学过冷度Tk）（1） （2） 16.某二元合金相图如图所示。合金液成分为WB=40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固液界面保持平面生长。1）假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：相与液相之间的平衡分配系数k0；凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几？画出凝固后的试棒中溶质B的浓度沿试棒长度的分布曲线，并注明各特征成分及其位置。2）假设固相无扩散，液相有扩散而无对流。求达到稳态凝固时：固-液界面的Cs*和CL*L900500A30 4060Bt/wB1001）液相均匀混合时：a) b) 共晶体所占的百分数应该是，在共晶温度时所剩余的液相，此时应利用夏尔公式 ，40 6040 44.4% 所以，共晶体占试棒长度的44.4c) C%f00.55612030602) 达到稳态凝固时Cs*=C0=40% CL*= C0/k0=40%/0.5=80% 17.论述成分过冷与热过冷的涵义以及它们之间的区别和联系。成分过冷的涵义:合金在不平衡凝固时，使液固界面前沿的液相中形成溶质富集层，因富集层中各处的合金成分不同，具有不同的熔点，造成液固前沿的液相处于不同的过冷状态，这种由于液固界面前沿合金成分不同造成的过冷。热过冷的涵义: 界面液相侧形成的负温度剃度，使得界面前方获得大于的过冷度。成分过冷与热过冷的区别 : 热过冷是由于液体具有较大的过冷度时，在界面向前推移的情况下，结晶潜热的释放而产生的负温度梯度所形成的。可出现在纯金属或合金的凝固过程中，一般都生成树枝晶。成分过冷是由溶质富集所产生，只能出现在合金的凝固过程中，其产生的晶体形貌随成分过冷程度的不同而不同，当过冷程度增大时，固溶体生长方式由无成分过冷时的“平面晶”依次发展为：胞状晶柱状树枝晶内部等轴晶（自由树枝晶）。成分过冷与热过冷的联系: 对于合金凝固，当出现“热过冷”的影响时，必然受“成分过冷”的影响，而且后者往往更为重要。即使液相一侧不出现负的温度梯度，由于溶质再分配引起界面前沿的溶质富集，从而导致平衡结晶温度的变化。在负温梯下，合金的情况与纯金属相似，合金固溶体结晶易于出现树枝晶形貌。18.焊接熔池凝固结晶的特点。答：熔池结晶的特点是：（1）联生结晶，或外沿生长（2）择优生长，柱状晶弯曲地指向焊缝中心。 19晶体择优生长答:在树枝晶生长过程中，那些与热流方向相平行的枝晶较之取向不利的相邻枝晶会生长得更为迅速，其优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，这种相互竞争淘汰的晶体生长过程称为晶体的择优生长。20.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 2） 孕育处理 3）动力学细化 21.某二元合金相图如下图所示。合金液成分为C0=CB=10%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。 证明已凝固部分（）的平均成分为当试棒凝固时，液体成分增高，而这又会降低液相线温度。证明液相线温度与之间关系（为纯组元A的熔点，为液相线斜率的值）为：答：证明： 第7章 液态金属与气相的相互作用1.在一个由金属、金属氧化物、和氧化性气体组成的体系中，若金属氧化物的分解压为PO2，氧的实际分压为PO2。则，当 ，金属被氧化，当 时，金属被还原，当 时，处于平衡状态。2.对于气体在金属中溶解为吸热反应的，气体的溶解度随温度 升高 而升高。氢在合金液中溶解度随焊接气氛氧化性的 增强 而降低。3.CO2、H2O和空气在高温下哪个对金属的氧化性更大？答：在液态铁存在的温度，空气对金属的氧化性是最大的，而H2O 气的氧化性比 CO2小。4.电弧焊时，气体在金属中的溶解度是否服从平方根定律？为什么？答：当温度一定时，双原子气体的溶解度与其分压的平方根成正比，这一规律称为平方根定律，但是电弧焊时，金属液体的温度是变化的，所以气体在金属中的溶解度不服从平方根定律。5.气体对金属质量有哪些影响？答：1)使材料脆化 钢材中氮、氢或氧的含量增加时，其塑性和韧性都将下降，尤其是低温韧性下降更为严重。2)形成气孔 氮和氢均能使金属产生气孔。液态金属在高温时可以溶解大量的氮或氢，而在凝固时氮或氢的溶解度突然下降，这时过饱和的氮或氢以气泡的形式从液态金属中向外逸出。当液态金属的凝固速度大于气泡的逸出速度时，就会形成气孔。3)产生冷裂纹 冷裂纹是金属冷却到较低温度下产生的一种裂纹，其危害性很大。氢是促使产生冷裂纹的主要因素之一。4)引起氧化和飞溅 氧可使钢中有益的合金元素烧损，导致金属性能下降；焊接时若溶滴中含有较多的氧和碳，则反应生成的CO气体因受热膨胀会使熔滴爆炸，造成飞溅，影响焊接过程的稳定性。此外应当指出，焊接材料具有氧化性并不都是有害的，有时故意在焊接材料中加入一定量的氧化剂，以减少焊缝的氢含量，改善电弧的特性，获得必要的熔渣物化性能。6.焊接区内的气体，对焊接质量有重要影响的是 N2 、 H2 、O2、H2O和 CO2 。7.气体是如何溶解到金属中的？电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程一样吗？答：气体溶解到金属中分四个阶段：（1）气体分子向金属-气体界面上运动；（2）气体被金属表面吸附；（3）气体分子在金属表面上分解为原子；（4）原子穿过金属表面层向金属内部扩散。电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程不一样，氢在高温时分解度较大，电弧温度下可完全分解为原子氢，其溶解过程为分解 吸附 溶入 。在电弧气氛中，氮以分子形式存在，其溶解过程为吸附 分解 溶入 。8.哪些因素影响气体在金属中的溶解度，其影响因素如何？答：气体在金属中的溶解度与压力，温度，合金成分等因素有关：（1）当温度一定时，双原子的溶解度与其分压的平方根成正比（2）当压力一定时，溶解度与温度的关系决定于溶解反应类型，气体溶解过程为吸热反应时，H为正值，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应时，H为负值，溶解度随温度的上升而降低。（3）合金成分对溶解度的影响：液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即氮、氢、氧化合物），则可降低气体的溶解度。此外，合金元素还能改变金属表面膜的性质及金属蒸气压，从而影响气体的溶解度。（4）电流极性的影响：直流正接时，熔滴处于阴极，阳离子将向熔滴表面运动，由于熔滴温度高，比表面积大，故熔滴中将溶解大量的氢或氮；直流反接时，阳离子仍向阴极运动，但此时阴极已是温度较低的溶池，故氢或氮的溶解量要少。（5）焊接区气氛性质的影响：气体分子或原子受激后溶解速度加快；电弧气氛中的阳离子N+或H+可直接在阴极溶解；在氧化性电弧气氛中形成的NO，遇到温度较低的液态金属时可分解为N和O，而N能迅速溶入金属。第8章 液态金属与熔渣的相互作用1. 熔渣对于焊接、合金熔炼过程起着积极作用。主要作用有： 作用、 作用和 作用。2.熔渣分子理论和离子理论的基本观点是什么？3.熔渣的碱度的分子理论和离子理论？4.根据熔渣随温度变化的速率可将焊接熔渣分为“长渣”与“短渣”。“长渣”是指随温度下降粘度 的渣，“短渣”是指随温度下降粘度 的渣。5.在熔渣中含FeO相同的情况下，碱性渣比酸性渣对钢液的氧化性 。实际焊接钢时，碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的 。6.熔渣对液态金属的氧化方式有哪些？写出氧化的原理。7.由熔渣的离子理论可知，液态碱性中自由氧离子的浓度远高于酸性渣，这是否意味着碱性渣的氧化性要比酸性渣更强？为什么？答：不一定比酸性渣强。因为离子理论把液态熔渣中自由氧离子的浓度定义为碱度。渣中自由氧离子的浓度越大，其碱度就越大，虽然液态碱性渣中自由氧离子的浓度远大于酸性渣，但是它不一定与熔渣中的某些物质反应，进而不能体现出其具有氧化性，而酸性渣则可以，熔渣的氧化性通常是用渣中含有最不稳定的氧化物FeO 的高低及该氧化物在熔渣中的活度来衡量的。8.1600摄氏度时，炼钢熔池中熔渣的成分为： 氧化物 Cao Mgo Mno Feo Fe2O3 SiO2 P2O5 重量（%） 46.59 3.2 5.68 13.82 4.47 24 2.24钢水含氧0.07%，问熔渣对钢水而言是氧化渣还是还原渣？解：W（SiO2+P2O5）=26.24%W(Cao+Mgo+Mno)=55.47%查图8-4得：Feo的碱度系数为0.65Lg%Omax= -6320/T+2.734当T=1600时，%O max =0.23因为%O= %O max *0.65=0.23*0.65=0.15在1600摄氏度时熔渣与液态金属构成的系统达到平衡时的液态金属中含氧量为0.15%，而实际中钢水含氧0.07%0.15%，固熔渣对钢水而言是氧化渣。9.为什么Feo在碱性渣中活度系数比在酸性渣中大？这是否说明碱性渣的氧化性高于酸性渣？为什么？答：1）渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，FeO大部分以自由态存在，即FeO在渣中活度系数比在酸性渣中大。2）但这并不能说明碱性渣 的氧化性大于酸性渣3）虽然碱性渣中FeO的活度系数大，但碱性渣中FeO的含量并不高，因此碱性渣对液态金属的氧话性比酸性渣小。第9章 液态金属的净化与精炼1.沉淀脱氧及其优、缺点沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧元素直接和熔池中的FeO反应，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并转入熔渣中的脱氧方式。优点：脱氧速度快，脱氧彻底。缺点：脱氧产物不能清除时易形成夹杂。2.扩散脱氧：通过降低熔渣中（Feo）含量，或通过改变界面两侧Feo的平衡条件促使Feo向熔渣中转移而降低液态金属中的（Feo）含量的方法称为扩散脱氧。3.熔炼钢时，根据脱磷反应原理，提高脱磷效率的原则是希望较 的温度、高碱度、 氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足够的渣量。4.简述扩散脱氧的原理。说明熔渣碱度对扩散脱氧的影响？答：在液态金属与熔渣的界面上进行的，以分配定律为理论基础：L=FeO/(FeO) 通过减少熔渣中的(FeO)含量使金属液中的FeO向熔渣中扩散，从而脱去金属中的氧的方法。酸性渣中的酸性氧化物与FeO生成复合物使其活度减小，而有利于液态金属的氧向熔渣扩散，因此脱氧能力强，相反碱性渣中FeO的活度大，扩散脱氧的能力小。5. 通过熔渣进行脱硫和脱磷有何矛盾（请写出相应的冶金反应式）？在炼钢过程中是如何解决这一矛盾的？ （1） 通过熔渣脱硫：渣中的碱性氧化物MnO、CaO、MgO 等都具有脱硫作用：吸热反应提高温度，提高碱度，减少（FeO）含量（熔渣氧化性），有利脱硫。（2） 通过熔渣脱磷：降低温度、提高碱度、增加（FeO）含量（熔渣氧化性），有利脱磷。（3） 矛盾：脱磷加强氧化性和降低温度与脱硫的提高温度和熔渣氧化性的要求相矛盾的。（4） 在炼钢时解决这一矛盾的办法是采取分阶段的措施。脱磷可在氧化期进行，然后扒出含磷高的氧化性渣，另造新渣进入还原期，此时进行脱氧和脱硫。6.请写出练钢时扩散脱氧和沉淀脱氧的表达式，并简述熔渣碱度对脱氧效果的影响。（1）扩散脱氧：FeO（FeO），熔渣碱度提高，不利于扩散脱氧；（2）沉淀脱氧：M+FeO（MO）+Fea.Mn脱氧时：Mn+FeO（MnO）+Fe，熔渣碱度提高，不利于脱氧；b.Si脱氧时：Si+2FeO（SiO2）+2Fe，熔渣碱度提高，有利脱氧。7.沉淀脱氧应具备的三个条件？ 对氧亲和力较大的元素； 脱氧产物应不溶于金属而成为独立液相转入熔渣； 熔渣的酸碱性质应与脱氧产物的性质相反，以利于熔渣吸收脱氧产物 。8.扩散脱氧的优缺点？实现扩散脱氧的条件？扩散脱氧的优点：脱氧产物留在熔渣中，液态金属不会因脱氧而造成夹杂缺点：扩散过程进行缓慢，脱氧时间长。条件：还原性炉气，高的炉温，炉渣粘度小。9.为什么说一般炼钢过程中，脱碳是手段而不是目的？10.脱磷的有利条件是高碱度和强氧化性的、粘度小的熔渣，较大的渣量和较低的温度。11.熔渣脱硫的影响因素：还原性炉渣、熔渣的高碱度、粘度小的炉渣、高的炉温、硫的活度大。12.为什么酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素？答：酸性渣中含有较多的 SiO2 和 TiO2，它们容易与锰的脱氧产物 MnO 生成复合物 MnOSiO2 和 MnOTiO2，使 MnO 的活度系数减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性渣中 MnO 的活度较大，不利于锰脱氧。碱度越大，锰的脱氧效果越差。 13.为什么碱性焊条不单独采用硅铁作为脱氧元素？答：硅的脱氧能力比锰大，但生成的 SiO2熔点高，通常认为处于固态，不易聚合为大的质点；同时SiO2与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢液中分离，易造成夹杂。 因此，碱性焊条一般不单独用硅脱氧。14、何谓沉淀脱氧？试述生产中常用的几种沉淀脱氧反应。答：（1）沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的FeO起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并析出转入熔渣的一种脱氧方式。（2）生产中几种常用的沉淀脱氧反应： a 锰的脱氧反应，Mn+FeO=Fe+(MnO) b 硅的脱氧反应，Si+2FeO=2Fe+(SiO2) c 硅锰联合脱氧反应。15.综合分析熔渣的碱度对脱氧、脱磷、脱硫的影响。脱氧 在熔渣脱氧时，碱度高不利于脱氧，但在用硅沉淀脱氧时，碱度高可以提高硅的脱氧效果。脱硫： 熔渣的还原性和碱度 渣中氧化钙的浓度高和氧化亚铁的浓度低都有利于反应的行因此，在还原期中脱硫是有利的。熔渣碱度高也有利于脱硫。脱磷 脱磷的有利条件是高碱度和强氧化性的、粘度小的熔渣，较大的渣量和较低的温度。16.试述熔渣脱硫的原理及影响因素。答：（1）熔渣脱硫的原理与扩散脱氧相似,。根据它是利用FeS在熔渣中和金属液中的分配定律，通过在熔渣中脱S，达到对金属的脱S作用。CaO、CaC2、MnO、MgO与熔渣中的FeS反应而进行脱硫，当熔渣中的FeS含量减少时，钢液中的FeS就向熔渣中扩散，这样就间接达到了脱去钢液中FeS的目的。 （2）影响因素 a、熔渣的还原性和碱度。在熔渣还原期中和熔渣的碱度高时都有利于脱硫。 b、粘度。粘度小有利于脱硫。 c、温度。脱硫反应是吸热反应，因此温度高有利于脱硫。 d、硫的活度。硫的活度大，容易从金属液中析出，有利于脱硫。17.磷在钢中有何危害？试述影响脱磷的因素有哪些。答：（1）当钢中含磷量过多时，将增加材料的冷脆性，即冲击韧性降低，脆性转变温度升高。在含碳量较高的低合金钢和奥氏体钢中，磷也会促使产生热裂纹。 （2）影响脱磷的因素： a、熔渣的碱度和氧化性。高碱度和强氧化性的熔渣有利于脱磷反应进行。但当碱度超过3.0以上时，进一步提高碱度并不能将磷的分配比提得更高。实际上，熔渣碱度太高时，使得熔渣的粘度增大，反而使脱磷效果降低。 b、熔渣的粘度。粘度小有利于脱磷。 C、温度。脱磷反应是强放热反应，降低温度有利于反应的进行。但是，只有在高温下才能获得流动性良好的高碱度熔渣，所以温度必须适当，才能有效地脱磷。 d、渣量。渣量大有利于脱磷。但渣量也不能过多，因为造渣需要消耗大量的热，使耗电量增加，冶炼时间延长。18.FeO在熔渣及钢液中的分配常数L随温度升高而减小，焊接时FeO在熔滴阶段和熔池前部高温区容易向 钢液 中过渡；酸性氧化物使熔渣中FeO活度 减小 ，因此酸性渣有利于熔渣中脱氧元素的扩散脱氧。第10章 焊接热影响区的组织和性能1.焊接热影响区：熔焊时在高温热源作用下，靠近焊缝两侧一定范围内发生组织和性能变化的区域称为“焊接热影响区” 。2.焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。 3.焊接热循环的参数及特征 加热速度H、最高加热温度m、相变温度以上的停留时间tH、冷却速度c4.低碳钢焊接热影响区由哪几部分构成？分别叙述各区域的组织与性能特点。 答：低碳钢的热影响区为： 1) 熔合区 焊缝与母材之间的过渡区域。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。 2) 过热区(粗晶区) 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) 相变重结晶区（正火区或细晶区） 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。由于组织细密，此区的塑性和韧性均较好，是热影响区中组织性能最佳的区段。 4) 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。 5.焊接热影响区的脆化类型有哪几种？答：粗晶脆化、组织转变脆化、析出脆化、热应变时效脆化6.熔化焊的焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。7.焊接热循环过程具有以下特点：峰值温度高 ，加热速度快 ，高温停留时间短 ，冷却速度快 ，加热的局部性和移动性 。8. M-A组元：焊接低合金钢时，以一定冷却速度连续冷却到400350时，残余奥氏体的碳浓度可达0.5%0.8%，随后这些高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残余奥氏体的混合物，即M-A组元。9简要说明易淬火钢和不易淬火钢HAZ粗晶区的组织特点和对性能的影响？答