合工大版《材料成型原理》课程学习笔记.doc

焊接冶金学 1.熔合比(dilution) q的影响焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例称为熔合比。Ab-熔化母材的面积 Ad-熔敷金属的面积 假设焊接时合金元素没有任何损失，则焊缝中某合金元素的浓度C0与熔合比的关系为：C0 Cb+(1- )Ce -(1)若考虑焊条中的合金元素有损失，而母材中的合金元素无损失，则焊缝金属中合金元素的实际浓度Cw为：Cw= Cb+(1- )Cd -(2)式中符号含义:Cb 该元素在母材中的质量百分浓度（%）Ce该元素在焊条中的质量百分浓度（%）Cd熔敷金属（焊接得到的没有母材成分的金属）中该元素的实际质量百分比（%）一含Ni9%的钢板，采用成分为80%Ni-20%Cr的焊丝进行焊接，若熔合比为40%，试问，焊缝中合金元素的大致含量是多少？焊缝成分中，母材贡献40%，焊丝贡献60%。药皮类型主要成分典型型号,牌号备注氧化钛型（或钛型）TiO2E4313(J421)氧化钛钙型（钛钙型）TiO2,碳酸钙E4303(J422）钛铁矿型钛铁矿E4301(J423)氧化铁型铁矿石E4320(J424）纤维素型有机物E5011(J505）低氢型大理石，萤石E5015(J507）石墨型石墨EZNi(Z308)铸铁焊条盐基型氟盐，氯盐用于铝合金焊条2.熔渣碱性的强弱程度。碱度的倒数即为酸度。分子理论对碱度的定义：提供自由氧离子O2-的氧化物称为碱性氧化物，如CaO。 接受自由氧离子O2-的氧化物称为酸性氧化物，如SiO2。 理论上，当B1时，为碱性渣 当B1时，为酸性渣 当B=1时，为中性渣 3.合金过渡系数是指合金元素在熔敷金属中的实际含量与它在焊材中的原始含量之比，反映了合金元素利用率的高低。 hCd/Ce =Cd/(Ccw+kbCco) 式中：Cd -合金元素在熔敷金属中的含量Ce-合金元素的原始含量（焊条中的）Cco-合金元素在药皮中的含量 Ccw-合金元素在焊芯中的含量Kb-药皮重量系数(单位长度上药皮与焊芯的质量之比)在同一种焊材中，不同元素过渡系数不同。同一种元素在不同的焊材中过渡系数也不同。焊缝金属化学成分的计算 Cd/Ce =Cd/(Ccw+kbCco) Cw= Cb+(1- )Cd已知， Ccw，kb，Cco可求出 Cw。根据对熔敷金属成分的要求，可求出在焊条药皮中应具有的含量。堆焊高锰钢耐磨表面采用焊条，其焊丝含Mn9%，药皮Kb=0.4,设Mn的h0.8，要保证焊缝中的Mn12%，试求药皮中的Mn的含量。解：堆焊时，可认为q0，即CdCw 故Cco=(Cd / Kb) (Ccw/Kb) (12% /0.80.4 ) 9%/0.4 15%4.碳当量的定义/Carbon Equivalent （Ceq或CE）把钢中合金元素（包括碳）按其对淬硬（包括冷裂、脆化等）的影响折合成碳的相当含量。它反映了化学成分对硬化程度的影响。碳当量公式：两公式均适用于C0.18%的钢种；CE（IIW）主要适用于中等强度的非调质低合金钢（sb400700Mpa）；Ceq(WES)主要适用于强度级别较高的低合金高强钢（ sb =5001000Mpa）碳当量公式：低碳微量多合金元素的低合金高强钢主要适用于C 0.17%， sb=400900Mpa的低合金高强钢。Pcm与CE（IIW）之间有如下的关系：5.主要焊接热循环参数的计算峰值温度Tm:C-比热容J/(cm. )-密度(g/cm3)Y-距熔合线的距离(mm)在钢板单道全熔透焊接，采用下列参数：U=20V，C=0.0044 Jmm-3. ， I=200A， =5mm，V=5mm/s， =0.9，T0=2 ，E=720 J/mm，T熔=1510 由公式：计算结果：Y=1.5mm处：Tm=1184 C Y=3mm处：Tm=976 C冷却速度c:厚板的冷却速度:薄板的冷却速度:由前述的厚板温度场计算公式，令y=z=0，则R=x，公式可简化为：冷却时间t8/5的计算:三维热传导:二维热传导:焊接热循环主要参数的计算公式（薄板）:6.气泡的上浮速度: 式中，液体金属的粘度1、 2分别为液体和气泡的密度第八章 液态金属与熔渣的相互作用P13751600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0.65 Lg%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。第10章 焊接热影响区的组织与性能 P16810某厂制造大型压力容器，钢材为14MnMoVN钢，壁厚36mm，采用手弧焊：1)计算碳当量及HAZ最大硬度Hmax（t8/5=4s）;2)根据Hmax来判断是否应预热；3）如何把Hmax降至350HV以下；解：（1）依据查得14MnMoVN的成分wC=（0.10-0.18）%,wMn=（1.2-1.6）%,wMo=（0.41-0.65）%,wV=（0.05-0.15）%,代入上式得Pcm=0.255依据 H max（HV10）= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 85 t 85=4s, Pcm=0.255得H max=524.89 HV（2）H max=524.89 HV 说明其淬硬倾向较大，冷裂倾向也随之较大，应该预热（3）依据 H max（HV10）= 140 + 1089 Pcm- 8.2 t 85 H max8.26 s由壁厚36mm可知钢板为厚板所以 冷却时间随着线能量E和初始温度T0的提高而延长，焊接方式和材料确定，则线能量E确定，主要是通过提高初始温度即预热温度来降低冷却速度，延长时间大于8.26s。从而降低Hmax.第十三章 应力分析 P2557. 已知受力物体内一点的应力张量为 （MPa），试求外法线方向余弦为l=m=1/2，n=的斜切面上的全应力、正应力和切应力。解：设全应力为S， ，, 分别为S在三轴中的分量， 则有:=50+ 50+80=106.6 =50+0-75=-28.0=80-75-30=-18.7 则得到 S 111.79 MPa 则得到 26.1 MPa而 则得到 108.7 MPa8. 已知受力体内一点的应力张量分别为， (MPa)1） 画出该点的应力单元体；2） 求出该点的应力张量不变量、主应力及主方向、主切应力、最大切应力、等效应力、应力偏张量和应力球张量；3） 画出该点的应力莫尔圆。解：1）略2）在状态下：J=+=10J=-(+)+=200J=+2-(+)=0式和由 20 ， 0 ， -10 代入公式对于20时： 时：对于10时： 主切应力 最大切应力=15等效应力： 应力偏张量：故 应力球张量： 9. 某受力物体内应力场为：，试从满足平衡微分方程的条件中求系数 、。解： 由平衡微分条件：第十四章 应变分析9. 设一物体在变形过程中某一极短时间内的位移为试求：点（，）的应变分量、应变球张量、应变偏张量、主应变、等效应变解：由几何方程 来求得应变分量根据公式和应变球张量表达式求球量再根据来求应变偏张量先求三个应变张量不变量 代入特征方程可求。 ， ， 然后根据 可求等效应变第十五章 屈服准则 P2875. 某理想塑性材料的屈服应力为MPa，试分别用屈雷斯加及密塞斯准则判断下列应力状态处于什么状态（是否存在、弹性或塑性）。,（MPa）解：根据屈雷斯加准则时就发生屈服， 根据密塞斯准则 或 100 0 100100-0100发生屈服，（100-0）（0-100）（100-100）200002发生屈服 150 50 50150-50100发生屈服 （150-50）（50-50）（150-50）200002发生屈服120 10 0 120-0120（120-10）+（10-0）+（120-0）26600该力不存在50 -50 050-（-50）100发生屈服（50+50）+（50-0）+（0+50）150002处于弹性状态6. 一薄壁管（参见图16-11），内径80 mm，壁厚4mm，承受内压，材料的屈服应力为MPa，现忽略管壁上的径向应力（即设）。试用两个屈服准则分别求出下列情况下管子屈服时的；（1）管子两端自由; （2） 管子两端封闭; （3）管子两端加100KN的压力。解：（1）当两端自由 由于可以忽略为0 两端自由 0显然 ， 0， 0Mises准则： 即 200 MPa 代入可得P=20 MPaTresca准则 p=20 MPa(2)当管子两端封闭时：， ， ，0Mises准则：P= 代入可得P=23.09 MPa Tresca准则：-0p= 代入数据可得 p=20.0 MPa(3)当管子两端加100KN的 压力时： 0； 由密塞斯屈服准则： （）（）（）2代入数据得： p MPa由屈雷斯加屈服准则: = =200-100=100 MPa MPa故p=10 MPa7. 图16-12所示的是一薄壁管承受拉扭的复合载荷作用而屈服，管壁受均匀的拉应力和切应力，试写出下列情况的屈雷斯加和密塞斯屈服准则表达式。（提示：利用应力莫尔圆求出主应力，再代入两准则）（答案 屈雷斯加准则：；密塞斯准则：）解：由图知： 0 由应力莫尔圆知：图16-12 受拉扭复合的薄壁圆筒 0 Tresca准则 （）4（）=1密塞斯准则 2+6=2（）+3（）=1第十六章 材料本构关系 P2993.已知塑性状态下某质点的应力张量为（MPa），应变增量（为一无限小）。试求应变增量的其余分量。解：由得 ，由此可解得，所以其余分量为 5.有一薄壁管， 材料的屈服应力，承受拉力和扭矩的联合作用而屈服。现已知轴向正应力分量，试求切应力分量以及应变增量各分量之间的比值。（答案，）第十八章 塑性成形力学的工程应用 P3372一20钢圆柱毛坯，原始尺寸为，在室温下镦粗至高度h=25mm，设接触表面摩擦切应力。已知，试求所需的变形力P和单位流动压力p。解：根据主应力法应用中轴对称镦粗得变形力算得的公式而本题与例题相比较得：m=0.4,因为该圆柱被压缩至h=25mm根据体积不变定理，可得， d=50 ,h=25又因为Y746图19-363在平砧上镦粗长矩形截面的钢坯，其宽度为a、高度为h，长度l a，若接触面上的摩擦条件符合库仑摩擦定律，试用主应力法推导单位流动压力p的表达式。解：本题与例1平面应变镦粗的变形力相似，但又有 其不同点，不同之处在于这个摩擦条件，故在 中是一个一阶微分方程，算得的结果不一样，后面的答案也不 一样，4一圆柱体，侧面作用有均布压应力，试用主应力法求镦粗力P和单位流动压力p(见图19-36)。解：该题与轴对称镦粗变形力例题相似，但边界条件不一样，当 ,而不是，故在例题中，求常数c不一样：12已知某物体在高温下产生平面塑性变形，且为理想刚塑性体，其滑移线场如图19-37所示族是直线族，族为一族同心圆，C点的平均应力为，最大切应力为K=60MPa。试确定C、B、D三点的应力状态。并画出D点的应力莫尔圆。解：在MPa 因为B,C同在线上，由 : MPa在13试用滑移线法求光滑平冲头压入两边为斜面的半无限高坯料时的极限载荷P(图19-38)。设冲头宽度为2b，长为l，且l2b。解：本题与平冲头压入半无限体例题相似，我 认为我 做的滑移