材料成形原理答案

1、一、填空（本大题共 8小题，每空1分，共24分）1、液体原子的分布特征为 长程无序、 短程有序。实际液态金属存在着能量、结构和成分二种起伏。2、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返比。 衡 量界面张力大小的标志是润湿角 0的大小，润湿角0越小，说明界面能越小。非均质形核过程，晶体与杂质基底的 润湿 角越小，非均质形核率越 高；硫等杂质元素降低 Fe液表面张力，所以 增大凝固热裂纹倾向。3、合金的液相线温度片及固相线温度TZ差越大，其浇注过程的充梨能力越差，凝固过程越倾向于体积凝固方式，缩Ls松形成倾向越 大，热裂倾向越 大4、根据“成

2、分过冷”的判据，固液界面处的温度梯度G越上鼻，合金原始成分 C越平衡分配系数K（ AX1情况下）L000越/小，则成分过冷倾向越大。5、 对于气体在金属屮溶解为吸热反应的情况，气体的溶解度随温度下降 而降低。氢在Fe液中溶解度随熔滴过渡频率 的增大而降低,随焊接气氛氧化性的升高而降低。6、 熔炼钢时，根据脱磷反应原理，提高脱磷效率的原则是希望低温、高碱度、强氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足够的渣量。7、 影响钢焊缝冷裂纹的二大主要因素是约束力、氢的含量以及淬硬倾向。8、 铸件产生集中性缩孔及分散性缩松的根本原因是金属的液态收缩和凝固收缩之和大于固态收缩，对产生集中性缩孔 倾向大的合金，通

3、常采用“顺序凝固”的工艺原则。二、概念（本大题共 8小题，共16分）1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。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所 致。2、铸型的蓄热系数一表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。3、温度梯度一是指温度随距离的变化率。或沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。4、 “成分过冷”：一液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固一液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的 改变而可能产生所谓的“成分过冷”。5、离异生长一两相的析岀在时间上和空间上都是彼此分离的，因而形成的组织没有共生共晶的特征。这种非共生生长 的共晶结晶方式称为离异生长

4、，所形成的组织称离异共晶。6、 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, 并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式。7、偏析：合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀现象。8、热影响区：焊接过程中，焊缝周围未熔化的母材在加热和冷却过程中，发生显微组织和力学性能变化的区域。该区 主耍发生物理冶金过程。三、选择（本大题共 18小题，共18分）1、影响液态金属的凝固过程的起伏不包括（D）A温度起B结构起C成分起D组织起伏2、影响液态金属粘度的主要因素不A化学成分B熔点C温D夹杂物3、当润湿角0为（C）时，称为绝对润湿A 大 T' 90 &#

5、176;B 小 丁 90°C 等 T- 0 °D等于180°4、液态金属本身的流动能力称为（A）A.流动性B.充型能力C.刚直D.自然对5、液态金属本身的流动性与下列（D）无关A.成分B.温度C.杂质含量6、.液态金属充满铸型的吋刻至凝固完毕所需要的吋间为铸件的（B）A.充型时间B.凝固吋间C.结晶时间7、纯金属、成分接近共晶成分的液态金属其凝固方式为（、事）、丹C.流动凝A.逐层凝固B.中间凝固8、结晶温度范围大的液态金属其凝固方式为（D）C流动凝A.逐层凝固B.中间凝固9、有关液态金属的凝固过程的描述错误的是（ C）C增加系统口 10降低系统自由，由固相屮是一

6、种质量变 B）界面处液相中扩散 的量A大于B等于C小于11、D.外界囚D.蓄热时D.糊状凝D.糊状凝D自发过D.不确D伪共晶组12、A.细小等轴晶的尺寸往往比表面细晶粒区的晶粒尺寸（B.相等D.不确13、A.形成14、A.越弱加入生核剂的目的是（C ）非均质。B.除去铸型蓄热系数越大，整个熔体的生核能力（B.不变C ）。C.强D.较C.越D.以上都液态金属与铸型表面的润湿性好，即润湿角 16越大在铸型表面易于形成稳定的凝固壳层，（15、e（ B）。c.恒B）柱状晶的形成与生长。D.可大可C. ?定无影响A.不利于B.有利于D.可能无影响 析出的气体来不及逸岀而产生的气体称为（ C.反应性气孔D

7、.都不对A ）。由非共晶成分合金发生共晶凝固而获得的共晶组织称为c棒状共晶 A离异共鮎组织B层片共晶组织棒 共晶降,17、液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下A.析岀性气孔B.侵入性气孔18、气泡生核后要继续（B ）。A.减小B.长大五、简答（本大题共 9小题，共42分）C.不D.不确1、铸件的凝固组织可分为几类，它们分别描述铸件凝固组织的那些特点？（ 6分）铸件的凝固组织可分为宏观和微观两方面。宏观组织主要是指铸态晶粒的形状、尺寸、取向和分布情况；微观组织 主要描述晶粒内部的结构形态，如树枝晶、胞状晶等亚结构组织等。影响液态充型能力的因素（1）金属性质方面的因素一如合金的化学成分、比热容

8、、热导率、粘度、杂质及气体含量等。（2）铸型性质方便的因素一铸型的阻力、蓄热系数等。（3）浇注条件及铸件结构因素一浇注温度、浇注系统、静压头压力。逐渐结构越复杂、厚薄过渡面越多，则型腔结 构越复杂，流动阻力越大，液态金属充型能力就越差。2、阐述规则共晶共生生长机制（4分）答：共晶结晶时，后析岀相依附丁先析岀相析岀，进而形成相互交養的双相晶 核。两相具有共同的生长界面，依靠溶质 原子在两相界面前沿的横向扩散，提供对方生长所需组元，耦合着共同向前生 长，即为共晶共生生长。3 、内生生长与外生生长( 4 分)答：内生生长：在熔体内部形核并自由生长。是内部等轴晶的生长机制。 外生生长：自型壁生核，由外

9、向内单向延伸的生长方式。是产生胞状、柱状树枝晶的生长方式。4、沉淀脱氧及其优缺点 (4 分)答：沉淀脱氧：脱氧剂直接加入液态金属内部与 FeO 起作用，生成不溶于液态金属的氧化物，并转入熔渣的脱氧方式。 优点：脱氧速度快，脱氧彻底。缺点：脱氧产物难以彻底清除，易于形成夹杂。5、防止气孔产生的措施 (4 分)(1) .减少氢的来源。化学方法或机械办法清理焊丝或工件表面氧化膜。(2) .合理选择规范参数。钩极氮弧焊选较大焊接电流和较快焊速。熔化极气体保护焊时选较低焊速并提高焊接线能量有利于减少气孔。(3) .采用氮气中加少量 C02 或 02 的熔化极混合气体保护焊。(4) .对厚的工件适当预热。

10、6、单相固溶体生长形貌随成分过冷大小变化的规律(4 分)答：随成分过冷的增大，单相固溶体由平面晶逐渐依次生长成胞状树枝晶，柱状树枝晶和等轴树枝晶。或：成分过冷增 大，使形貌从平面晶胞状晶柱状树枝晶等轴树枝晶。7、试写出“固相无扩散，液相只有有限扩散”条件下，哪些条件有助于形成“成分过冷”。(6 分)(1) 液相中温度梯度 GL 小，即温度场不陡。(2) 晶体生长速度快 (R 大)。(3) 液相线斜率 niL 大。(4) 原始成分浓度 Co 高。(5) 液相中溶质扩散系数 DL 低。K <1时，Ko小；K() >1时，&大。8、保证熔焊焊接接头的措施： (5分)(1) 选择合适的母材；(2) 选择合适的焊材；(3) 控制焊接热过程，保证焊缝金属达到成分和组织要求及焊接接头的力学性能；(4) 控制 HAZ 的组织转变，使接头满足设计和使用要求；(5) 控制使焊接接头性能下降且在局部加热和冷却过程中产生的成分偏析、夹杂、气孔、裂纹、催化等缺陷。9、夹杂物对金属性能的影响 (5 分)