材料成形原理习题

• 2、 粗糙界面与光滑界面及其判据 • 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； • 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。 • 根据 Jackson 因子α大小可以判断： • 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，
材料成形原理习题参考答案
曾娣平 2011-11-3
第一章
• 1.2 液态金属的表面张力和界面张力有何不同？ 液态金属的表面张力和界面张力有何不同？ 表面张力和附加压力有何关系？ 表面张力和附加压力有何关系？ • 液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。表 液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。 面张力对应于液－气的交界面， 面张力对应于液－气的交界面，而界面张力对应 于固－ 于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、 气的交界面。 气－气的交界面。 • 表面张力 和界面张力 的关系如（1）ρ＝2σ/r, 表面张力σ和界面张力 的关系如（ ） ＝ 和界面张力ρ的关系如 因表面张力而长生的曲面为球面时， 为球面的半 因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半 ；（2） ＝ （ 式中r1、 分别为 径；（ ）ρ＝σ（1/r1+1/r2）,式中 、r2分别为 ） 式中 曲面的曲率半径。 曲面的曲率半径。 • 附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。 附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。
• 3、什么是焊接热循环？焊接热循环特性受 、什么是焊接热循环？ 哪些因素影响？ 哪些因素影响？ • 答：在焊接中，焊件上某点的温度由低到 高，达到最大值后又由高到低随时间的变 化过程，称为焊接热循环。 • 影响焊接热循环特性的因素主要有：焊接 工艺，距离焊缝的位置，材料的热导率， 焊接线能量和预热温度。
• 习题7.6， • 7.8 分析不易淬火钢和易淬火钢焊接热影响 区各区域的温度区间、 区各区域的温度区间、组织及性能特点
第八章
• 8.2 • 答：金属在焊接时，除了直接进入焊接区 内的气体外，焊接区内的气体主要是通过 以下物理化学反应而产生：1）有机物的分 解和燃烧；2）碳酸盐和高价氧化物的分解； 3）材料的蒸发。 • 焊接区内的气体是由CO、 CO2 、H2O、 O2 、H2 、N2 、金属和熔渣的蒸汽以及它 们分解或电离的产物所组成的混合物。
第三章
• 1、什么样的界面才能成为异质结晶核心的基底？ • 从理论上来说，如果界面与金属液是润湿得，则 这样的界面就可以成为异质形核的基底，否则就 不行。但润湿角难于测定，可根据夹杂物的晶体 结构来确定。当界面两侧夹杂和晶核的原子排列 方式相似，原子间距离相近，或在一定范围内成 比例，就可以实现界面共格相应。安全共格或部 分共格的界面就可以ห้องสมุดไป่ตู้为异质形核的基底，完全 不共格的界面就不能成为异质形核的基底
• 2、如何控制焊缝金属的组织和性能？ 、如何控制焊缝金属的组织和性能？ • 答：控制焊缝金属组织和性能的措施有： • (1)焊缝合金化和变质处理。采取固溶强化、 细晶强化、弥散强化、相变强化等措施保 证焊缝金属焊态强度与韧性。加入少量钛、 硼、锆、稀土元素等变质处理，可以细化 焊缝组织，提高韧性。 • (2)工艺措施：调整焊接方法例如振动结晶、 焊后热处理等措施提高焊缝性能。
• 3、 何谓成分过冷？成分过冷的判据是什 么？ • 金属凝固时，由固液界面前方溶质再分配 引起的过冷称为成分过冷 。 • 1）成分过冷的判据为：
• 4、 影响成分过冷的因素有哪些？哪些是 属于可控制的工艺因素？成分过冷对晶体 的生长方式有何影响？
• 影响成分过冷的因素有GL、R、DL、m、 k0、C0， • 可控制的工艺因素为GL和R。 • 过冷对晶体的生长方式的影响：当稍有成 分过冷时为胞状生长，随着成分过冷的增 大，晶体由胞状晶变为柱状晶、柱状树枝 晶和自由树枝晶，无成分过冷时，以平面 方式或树枝晶方式生长。
第四章
• 1、设状态图中液相线和固相线为直线，证 明平衡分配系数为常数。
• 2、 Al-Cu相图的主要参数为CE＝33%Cu,=5.65 ％, Tm＝660℃,TE＝548℃。用Al－1％Cu合金浇 一细长试样，使其从左至右单向凝固，冷却速度 足以保持固－液界面为平界 面，当固相无Cu扩散， 液相中Cu充分混合时，求： • (1)凝固10％时，固液界面的CS*和CL*。 • (2)共晶体所占的比例。 • (3)画出沿试棒长度方向Cu的分布曲线，并标明各 特征值。
• 5、 成分过冷对材质或成形产品（铸件） 的质量有何影响？ • 对于纯金属和一部分单相合金的凝固，凝 固的动力主要是热过冷，成分过冷范围对 成形产品没什么大的影响；对于大部分合 金的凝固来说，成分过冷范围越宽，得到 成型产品性能越好。
• 6、 影响枝晶间距的主要因素是什么？枝晶 间距与材质的质量有何关系？ • 答：（1）纯金属的枝晶间距决定于界面处 结晶潜热的散失条件，而一般单相合金与 潜热的扩散和溶质元素在枝晶间的行为有 关。 • （2）枝晶间距越小，材质的质量越高 （因为消除枝晶偏析越容易）。
• 3、试分析固 液界面结构如何影响晶体生长方式 、试分析固-液界面结构如何影响晶体生长方式 • 答：固-液界面结构通过以下机理影响晶体生长方式： • 粗糙面的界面结构,有许多位置可供原子着落，液相扩散 来的原子很容易被接纳并与晶体连接起来。由热力学因素 可知生长过程中仍可维持粗糙面的界面结构。只要原子沉 积供应不成问题，可以不断地进行“连续生长”。 • 对于光滑面，由于光滑界面在原子尺度界面是光滑的，单 个原子与晶面的结合较弱，容易跑走，因此，只有依靠在 界面上出现台阶，然后从液相扩散来的原子沉积在台阶边 缘，依靠台阶向侧面生长（“侧面生长”）。 台阶形成 的方式有三种机制：二维晶核机制，螺旋位错机制，孪晶 面机制 。
• 1.3 钢液对铸型不浸润，θ＝180°，铸型 砂粒间的间隙为0.1cm，钢液在1520℃时的 表面张力σ=1.5N/m,密度ρ液＝7500kg/m3。 求产生机械粘砂的临界压力；欲使钢液不 粘入铸 型而产生机械粘砂，所允许的压头 H值是多少？
第二章
• 液态合金的流动性和充型能力有何异同？如何提高液态金属的充型能 力？ • 液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点： 流动性是确定条件下的冲型能力，它是液态金属本身的流动能力，由 液态合金的成分、温度、杂质含量决定，与外界因素无关。而冲型能 力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有 关。 • 提高液态金属的冲型能力的措施： • （1）金属性质方面：①改善合金成分；②结晶潜热L要大；③比热、 密度、导热系大;④粘度、表面张力大。 • （2）铸型性质方面：①蓄热系数大；②适当提高铸型温度；③提高 透气性。 • （3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。 • （4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度； • ②降低结构复杂程度。
第五章
• 1、影响铸件宏观凝固组织的因素有哪些，列举获得细等 、影响铸件宏观凝固组织的因素有哪些， 轴晶的常用方法。 轴晶的常用方法。 • 答： • 影响铸件宏观凝固组织的因素：液态金属的成分、铸型的 性质、浇注条件、冷却条件。 • 获得细等轴晶的常用方法： • 1.向熔体中加入强生核剂。 • 2.控制浇注条件：（1）采用较低的浇注温度；（2）采用 合适的浇注工艺 • 3.改进铸型性质和铸件结构：（1）采用金属型铸造；（2） 减小液态金属与铸型表面的润湿角；（3）提高铸型表面 粗糙度。
• 2、何谓“孕育衰退”，如何防止？ 、何谓“孕育衰退” 如何防止？ • 答：孕育衰退：大多数孕育剂有效性均与 其在液态金属中的存在时间有关，即存在 • 着随着时间的延长，孕育效果减弱甚至消 失。 • 解决办法：在保证孕育剂均匀溶解的前提 下，应采用较低的孕育处理温度。
• 3、试分析缩松、缩孔形成条件及形成原因的异同 、试分析缩松、 点。 • 答：形成缩松、缩孔的基本原因是相同的，即金 属的液态收缩和凝固收缩之和大于固体收缩。 • 形成缩松的条件是金属的结晶温度范围较宽，倾 向于体积凝固或同时凝固方式、断面厚度均匀的 铸件 • 形成的条件不同，即形成缩孔的条件是逐渐由表 及里逐层凝固。
第九章
第六章
• 快速凝固——概念，方法 • 定向凝固——概念，方法
第七章
• • • • • • • • • 1、焊接熔池有何特征？焊接熔池凝固结晶有何特点。 、焊接熔池有何特征？焊接熔池凝固结晶有何特点。 答：焊接熔池的特征： （1）熔池体积小； （2）熔池液态金属处于过热状态； （3）熔池金属处于运动状态； 焊接熔池凝固结晶特点： （1）联生结晶，或外沿生长 （2）择优生长，柱状晶弯曲地指向焊缝中心。 （3）凝固线速度，焊接熔池的实际凝固过程并不是连续 的，凝固线速度变化不是十分有规律。
• 某飞机制造厂的一牌号Al-Mg合金（成分确定） 某飞机制造厂的一牌号Al-Mg合金（成分确定） Al 合金 机翼因铸造常出现“浇不足”缺陷而报废， 机翼因铸造常出现“浇不足”缺陷而报废，如果 你是该厂工程师， 你是该厂工程师，请问可采取哪些工艺措施来提 高成品率？ 高成品率？ • 答：机翼铸造常出现“浇不足”缺陷可能是由金 机翼铸造常出现“浇不足” 属液的充型能力不足造成的， 属液的充型能力不足造成的，可采取以下工艺提 高成品率： 高成品率： • （1）调整铸型性质。使用小蓄热系数的铸型来提 调整铸型性质。 高金属液的充型能力；采用预热铸型， 高金属液的充型能力；采用预热铸型，减小金属 与铸型的温差，提高金属液充型能力。 与铸型的温差，提高金属液充型能力。 • （2）改善浇注条件。提高浇注温度，加大充型压 改善浇注条件。提高浇注温度， 改善浇注系统结构，提高金属液的充型能力。 头，改善浇注系统结构，提高金属液的充型能力。