合肥工业大学2005至2006学年第一学期材料成形原理期末考试试题A

1、.合肥工业大学2005至2006学年第一学期材料成形原理期末考试试题A一、名词解释及简答题（共18分）1. 粗糙界面与光滑界面及其判据（6分）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；（2分）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。（2分）根据 Jackson 因子（ ）大小可以判断：（2分） 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， 2. 集中缩孔的形成机理（4分）纯金属、共晶和结晶温度范围窄的合金，一般按由表及里的逐层凝固方式凝固，当液态收缩和凝固收缩大于固态收缩时，

2、便会在最后凝固部位形成尺寸较大的集中缩孔。3. 沉淀脱氧及其优、缺点（4分）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。（2分）优点：脱氧速度快，脱氧彻底。（1分）缺点：脱氧产物不能清除时易形成夹杂。（1分）4. 焊接熔渣的长渣与短渣（4分）药皮焊条电弧焊时，根据熔渣粘度随温度变化的速率，可将熔渣分为“长渣”和“短渣”两类。（2分）随温度增高粘度急剧下降的渣称为短渣，而随温度增高粘度下降缓慢的渣称为长渣。（2分）二、填空（每空1分，共32分）1、实际液态金属内部存在 结构 起伏、 能量 起伏和相 起伏 。2、物质表面

3、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 反 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 小 。3、通常，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。4、焊接热输入功率一定时，焊接速度越快，相同温度等温线椭圆的长、短轴相差越 大 ，焊缝凝固时晶体以对向生长的倾向越 大 ，焊缝中心低熔点物质偏析程度越 严重 ，焊缝的凝固裂纹形成倾向越 大 。5、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G越 小 ，形核率越 大 ；非均质形核临界半径与均质形核的关系为 相等

4、。6、细化铸件宏观凝固组织的措施有 合理地控制浇注工艺和冷却条件 、 孕育处理 、 动力学细化 等三个方面。7、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。8、对于气体在金属中溶解为吸热反应的，气体的溶解度随该气体分压的增高而 增大 ，随温度 下降 而降低。氢在合金液中溶解度随焊接气氛氧化性的 增强 而降低。9、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 更强 。实际焊接钢时，碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的 低 。10、微观偏析的两种主要类型为 晶内偏析与

5、晶界偏析 ，宏观偏析按由凝固断面表面到内部的成分分布，有 正常偏析与逆偏析 两类。 =mkTam11、影响钢材产生焊接冷裂纹的三大主要因素是 氢的含量与分布 、 钢材的淬硬倾向 以及 拘束应力状态 。12、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 低 的温度、高碱度、 强 氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足够的渣量。三、解答、问答题（共50分）5. 1、某二元合金相图如下图所示。合金液成分为C0=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。假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：6. 相与液相之间的溶质平衡分配系数K0；凝固后共晶体数量占试棒长

6、度的百分数?画出凝固后的试棒中溶质B的浓度CS沿试棒长度的分布曲线，并注明各特征成分及其位置。（15分）答：（1）平衡分配系数：从相图上取500时固相与液相的成分分别为30%与60%，再由K0=Cs*/C*L,得K0=0.5。 （3分）（2）取Cs*=30%，再由固相无扩散，液相无对流时的固相中溶质浓度与质量分数之间的关系式，求得fs=55.6%, fL=1- fs=44.4%,即剩余共晶体数量占整个长度的44.4%。 （5分）（3）（7分）2、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）（10分）答：不易淬火钢焊接热影响区由：

7、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。 （2分）熔合区：焊缝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。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。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

8、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。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。 （8分）3、以文字和图示说明凝固热裂纹的形成取决于哪几个方面，进而分析凝固温度区间、钢的成分(只对S、P、C、Mn)对钢凝固热裂纹的影响规律及其原因。（15分）答

9、：凝固热裂纹的形成主要取决于：二元合金相图（1） 脆性温度区间；TB，TB越大，热裂纹倾向越大；（2分）（2） 脆性温度区间内金属的最低塑性min，min越低，热裂纹倾向越大；（2分）（3） 脆性温度区间内的应变增长率，应变增长率越大热裂纹倾向越大； （2分）凝固温度区间越大，凝固成分偏析越严重，TB越大，因此，热裂纹倾向越大。 （3分）化学成分对热裂裂纹倾向的影响：S、P的影响：S、P在钢中形成低熔点共晶体，如FeS，Fe3P、Fe2P等，在最后凝固的晶界处形成液膜，从而增加热裂纹倾向；（2分） C的影响：随着含C量增加，钢的凝固温度区间增大，即TB越大因此增加热裂纹倾向，同时C还加剧S、P的有害作用；（2分）Mn的影响：Mn在钢中具有脱S作用而减小S的有害影响，减小热裂纹倾向，但也加大凝固温度区间（2分）4、写出成分过冷判别式（在“固相无扩散，液相为有限扩散”条件下），讨论溶质原始含量C0、晶体生长速度R、界面前沿液相中的温度梯度GL对成分过冷程度的影响，并以图示或文字描述它们对合金单相固溶体结晶形貌的影响。 （10分）答：成分过冷判别式为：()0001KKCmLL ；（4分）（1） 随着C0增加，成分过冷程度增加；（2