合肥工业大学-材料成形原理上-试题-2003[1]

合肥工业大学试卷共3页第页2005～2006学年第一学期课程名称材料成形原理考试班级2003级材料成形及控制工程专业命题教师李萌盛教研室主任审批签名学号学生姓名教学班号考试日期2006年1月12日成绩一、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）α≤2的物质，凝固时固-液界面为粗糙面，α＞5的物质，凝固时界面为光滑面，命题教师注意事项：1、主考教师必须于考试一周前将试卷经教研室主任审批签字后送教务科印刷。2、请命题教师用黑色水笔工整地书写题目或用A4纸横式打印贴在试卷版芯中。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，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θ的大小，润湿角θ越小，说明界面能越小。T3、通常，合金的凝固温度区间Δ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。⎟⎠⎞⎜⎝⎛ΔηH4、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q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θ越小，非均质形核功ΔG越∗he小，形核率越大；非均质形核临界半径与均质形核的关系为*her*hor相等。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。=νmkTam合肥工业大学试卷共3页第页2005～2006学年第一学期课程名称材料成形原理考试班级2003级材料成形及控制工程专业命题教师李萌盛教研室主任审批签名学号学生姓名教学班号考试日期2006年1月12日成绩11、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：6.①α相与液相之间的溶质平衡分配系数K0；②凝固后共晶体数量占试棒长度的百分数?③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：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AC1～AC3之间范围内的热影响区属于不完全重结晶区。因为处于AC1～AC3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：凝固热裂纹的形成主要取决于：α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δmin，δmin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）命题教师注意事项：1、主考教师必须于考试一周前将试卷经教研室主任审批签字后送教务科印刷。2、请命题教师用黑色水笔工整地书写题目或用A4纸横式打印贴在试卷版芯中。合肥工业大学试卷共3页第页2005～2006学年第一学期课程名称材料成形原理考试班级2003级材料成形及控制工程专业命题教师李萌盛教研室主任审批签名学号学生姓名教学班号考试日期2006年1月12日成绩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−〈RG；（4分）（1）随着C0增加，成分过冷程度增加；（2分）（2）随着R增加，成分过冷程度增加；（2分）（3）随着GL减小，成分过冷程度增加；（2分）如图所示，当C0一定时，GL减小，或R增加，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。RG命题教师注意事项：1、主考教师必须于考试一周前将试卷经教研室主任审批签字后送教务科印刷。2、请命题教师用黑色水笔工整地书写题目或用A4纸横式打印贴在试卷版芯中。