塑性成形原理习题及答案

一、名词解释（每题3分，共15分）

1．非均质形核

答：液态金属中新相以外来质点为基底进行形核的方式。

2．粗糙界面与光滑界面

答：粗糙界面：a≤2，固液界面上有一半点阵位置被原子占据，另一半位置则空着，微观上是粗糙的；

光滑界面：a＞2，界面上的位置几乎被原子占据，微观上是光滑的。

3．内生生长与外生长

答：内生生长：晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式

外生生长：在液体内部生核自由生长的生长方式。

4．沉淀脱氧

答：沉淀脱氧是指将脱氧元素（脱氧剂）溶解到金属液中与FeO直接进行反应而脱氧，把铁还原的方法。

5．缩孔缩松

答：缩孔：纯金属或共晶合金铸件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞；

缩松：具有宽结晶温度范围的合金铸件凝固中形成的细小而分散的缩孔。

二、填空（每空1分，共15分）

1．液体原子的分布特征为长程无序、短程有序，即液态金属原子团的结构更类似于固态金属。

2．界面张力的大小与界面两侧质点结合力大小成反比。衡量界面张力大小的标志是润湿角θ的大小。润湿角越小，说明界面能越小.

3．金属结晶形核时，系统自由能变化△G由两部分组成，其中相变驱动力为体积自由能的降低，相变阻力为表面能的升高。

4．一般铸件的宏观组织由表面细晶区、柱状晶区和内部等轴晶区三个晶区组成。

5．根据熔渣随温度变化的速率可将焊接熔渣分为“长渣”与“短渣”。“长渣”是指随温

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。

6．金属中的气孔按气体来源不同可分为析出性气孔、反应性气孔和侵入性气孔。三、间答（每题5分，共30分）

1．铸件的凝固方式及影响因素。

答：铸件凝固方式：体积凝固，中间凝固和逐层凝固方式

影响因素包括：金属的化学成分和结晶温度范围大小、铸件断面上的温度梯度。

2．用图形表示K0＜1的合金铸件单向凝固时，在以下四种凝固条件下所形成的铸件中溶质元素的分布曲线：

（1）平衡凝固；

（2）固相中无扩散而液相中完全混合；

（3）固相中无扩散而液相中只有扩散；

（4）固相中无扩散而液相中部分混合。

答：几种条件下的溶质分布如图所示：

3. 共晶凝固过程中的共生生长与离异生长

答：共生生长：共晶结晶时，后析出的相依附于领先析出的相表面析出，两相具有共同的生

长界面，依靠溶质原子在界面前沿的横向扩散，彼此偶合地共同向前生长。

离异生长：共晶两相的析出在时间上和空间上是彼此分离的，没有共生共晶的特征。

4. 简述扩散脱氧的原理。说明熔渣碱度对扩散脱氧的影响？

答：在液态金属与熔渣的界面上进行的，以分配定律为理论基础：

L=[FeO]/(FeO)

通过减少熔渣中的(FeO)含量使金属液中的[FeO]向熔渣中扩散，从而脱去金属中的氧的方

法。酸性渣中的酸性氧化物与FeO 生成复合物使其活度减小，而有利于液态金属的氧向

熔渣扩散，因此脱氧能力强，相反碱性渣中FeO 的活度大，扩散脱氧的能力小。

5. 焊接熔池凝固结晶的特点。

答：熔池结晶的特点是：

（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。

6. 简述凝固裂纹的形成机理。

答：具有宽结晶温度范围的合金，以枝晶凝固方式，在凝固后期，枝晶形成骨架，即固液

态下，尚未凝固的低熔点成分分布于枝晶之间，形成液膜，在收缩应力作用下，液膜被拉

开形成微小缝隙，即热裂纹。

四、综合分析（共40分）

1. 固相无扩散、液相只有扩散情况下产身成分过冷的判据及影响成分过冷的因素，说明成

分过冷对结晶形貌的影响？（15分）

答：成分过冷判据：

影响成分过冷的因素：液相中温度梯度G L

越小，成分过冷越大；生长速度R 越大，成分过冷越大；液相线斜率m L 越大，成

分过冷越大；合金原始成分C 0越大，成分过冷越大； 扩散系数

D L 越小，成分过冷越大；分配系数K 0越小，成分过冷越大。

成分过冷对结晶形貌的影响：当C 0一定时，随着G L 减小，或R 增

大时，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G L 、R 一定时，随C 0

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。

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，

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）