材料成形原理(B)答案

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 和成分三种起伏 。

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 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 。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T L 及固相线温度T S

之差越大，其浇注过程的充型能力越 差 ，凝固过程越倾向于体积凝固方式，缩松形成倾向越 大 ，热裂倾向越 大 。

4、根据“成分过冷”的判据，固液界面处的温度梯度G L 越 小 ，合金原始成分C 0越 高 ，平衡分配系数K 0（K 0

<1情况下）

越 小 ，则成分过冷倾向越大。

5、对于气体在金属中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三大主要因素是 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－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—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”：－液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固－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－两相的析出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，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。该区主要发生物理冶金过程。

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温度起伏Ｂ结构起伏Ｃ成分起伏Ｄ组织起伏

2、影响液态金属粘度的主要因素不包括（B ）

Ａ化学成分Ｂ熔点Ｃ温度Ｄ夹杂物

3、当润湿角θ为（C ）时，称为绝对润湿

A大于90° B小于90° C等于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.刚直性

D.自然对流

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

D.外界因素

6、.液态金属充满铸型的时刻至凝固完毕所需要的时间为铸件的（B）

A.充型时间

B.凝固时间

C.结晶时间

D.蓄热时间

7、纯金属、成分接近共晶成分的液态金属其凝固方式为（A）

A.逐层凝固

B.中间凝固

C.流动凝固

D.糊状凝固

8、结晶温度范围大的液态金属其凝固方式为（D）

A.逐层凝固

B.中间凝固

C.流动凝固

D.糊状凝固

9、有关液态金属的凝固过程的描述错误的是（C ）

A降低系统自由能 B是一种相变 C增加系统自由能 D自发过程

10、在稳态阶段，由固相中排出的溶质量（B）界面处液相中扩散的量

A大于 B等于 C小于 D.不确定

11、由非共晶成分合金发生共晶凝固而获得的共晶组织称为（D ）

A离异共晶组织 B层片共晶组织 C棒状共晶组织 D伪共晶组织

12、等轴晶的尺寸往往比表面细晶粒区的晶粒尺寸(C )。

A.细小

B.相等

C.粗大

D.不确定

13、加入生核剂的目的是( C)非均质。

A.形成

B.除去

C.强化

D.较少

14、铸型蓄热系数越大，整个熔体的生核能力(C )。

A. 越弱

B.不变

C.越强

D.以上都不对

15、液态金属与铸型表面的润湿性好，即润湿角θ( B )。

A. 越大

B.越小

C.恒定

D.可大可小

16、在铸型表面易于形成稳定的凝固壳层，( B )柱状晶的形成与生长。

A.不利于

B. 有利于

C. 一定无影响

D.可能无影响

17、液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气体称为(A )。

A.析出性气孔

B. 侵入性气孔

C. 反应性气孔

D.都不对

18、气泡生核后要继续(B )。

A.减小

B. 长大

C.不变

D.不确定

五、简答（本大题共9小题，共42分）

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—如合金的化学成分、比热容、热导率、粘度、杂质及气体含量等。

(2)铸型性质方便的因素—铸型的阻力、蓄热系数等。

(3)浇注条件及铸件结构因素—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，后析出相依附于先析出相析出，进而形成相互交叠的双相晶核。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。钨极氩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）. 采用氩气中加少量CO2或O2的熔化极混合气体保护焊。

（4）. 对厚的工件适当预热。

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G L小，即温度场不陡。

(2)晶体生长速度快（R大）。

(3)液相线斜率m L大。

(4)原始成分浓度C0高。

(5)液相中溶质扩散系数D L低。

(6)K0<1时，K0小；K0>1时，K0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）

(1)夹杂物破坏了金属的连续性，使强度和塑性下降；

(2)尖角形夹杂物易引起应力集中，显著降低冲击韧性和疲劳强度；

(3)易熔夹杂物分布于晶界，不仅降低强度且能引起热裂；

(4)促进气孔的形成，既能吸附气体，又促使气泡形核；

(5)在某些情况下，也可利用夹杂物改善金属的某些性能，如提高材料的硬度、增加耐磨性以及细化金属组织等。

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