材料成形原理课程思考与练习

《材料成形原理课程思考与练习》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形原理课程思考与练习（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、附件四附件四 材料成形原理课程思考与练习材料成形原理课程思考与练习 材料成形原理 材料成形原理 合肥工业大学材料科学与工程学院 二 四 年 六 月附件四附件四 材料成形原理课程思考与练习材料成形原理课程思考与练习 1第一章第一章 思考与练习思考与练习 1 液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？ 2 如何理解偶分布函数 g(r) 的物理意义？液体的配位数 N1 、平均原子间距 r1各表示什么？ 3 如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序” ，试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序） 。 4 如何理解实

2、际液态金属结构及其三种“起伏”特征？ 5 根据图 1-10 及式（1-7）说明为动力学粘度 的物理意义，并讨论液体粘度 （内摩擦阻力）与液体的原子之间结合力之间的关系。 6 总结温度、原子间距（或体积） 、合金元素或微量元素对液体粘度 高低的影响。 7 过共析钢液=0.0049PaS， 钢液的密度为7000kg/m3， 表面张力为1500mN/m， 加铝脱氧， 生成密度为5400 kg/m3的Al2O3 ，如能使 Al2O3颗粒上浮到钢液表面就能获得质量较好的钢。假如脱氧产物在 1524mm 深处生成，试确定钢液脱氧后 2min上浮到钢液表面的 Al2O3最小颗粒的尺寸。 8 分析物质表面张力

3、产生的原因以及与物质原子间结合力的关系。 9 表面张力与界面张力有何异同点？界面张力与界面两侧（两相）质点间结合力的大小有何关系？ 10液态金属的表面张力有哪些影响因素？试总结它们的规律。 11设凝固后期枝晶间液体相互隔绝，液膜两侧晶粒的拉应力为 1.5103Mpa，液膜厚度为 1.110-6mm，根据液膜理论计算产生热裂的液态金属临界表面张力。 12试述液态金属充型能力与流动性间的联系和区别，并分析合金成分及结晶潜热对充型能力的影响规律。 13某飞机制造厂的一牌号 Al-Mg 合金（成分确定）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，请问可采取哪些工艺措施来提高成品率？ 第二

4、章 思考与练习 1.已知某半无限大板状铸钢件的热物性参数为：导热系数 =46.5 W/(mK)， 比热容 C=460.5 J/(kgK)， 密度 =7850 kg/m3，取浇铸温度为 1570，铸型的初始温度为 20。 用描点作图法绘出该铸件在砂型和金属型铸模（铸型壁均足够厚）中浇铸后0.02h、0.2h 时刻的温度分布状况并作分析比较。铸型的有关热物性参数见表 2-2。 2.采用（2-17） 、 （2-18）两式计算凝固过程中的温度分布与实际温度分布状况是否存在误差？分析误差产生的原因，说明什么情况下误差相对较小？ 3.凝固速度对铸件凝固组织、性能与凝固缺陷的产生有重要影响。试分析可以通过哪

5、些工艺措施来改变或控制凝固速度？ 4.比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。 5.在砂型中浇铸尺寸为 30030020 mm 的纯铝板。设铸型的初始温度为 20，浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点 660，且在铸件凝固期间保持不变。浇铸温度为 670，金属与铸型材料的热物性参数见下表： 热 物性 材料 导热系数 W/(mK) 比热容 CJ/(kgK) 密度 kg/m3 热扩散率a m2/s 结晶潜 热 J/kg 纯铝 212 1200 2700 6.510-5 3.9105砂型 0.739 1840 1600 2.510-7 试求： （1） 根据平方根定律计算不

6、同时刻铸件凝固层厚度 s,并作出 s s曲线； （2） 分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间，并分析差别。 附件四附件四 材料成形原理课程思考与练习材料成形原理课程思考与练习 26.右图为一灰铸铁底座铸件的断面形状， 其厚度为30mm，利用“模数法”分析砂型铸造时底座的最后凝固部位，并估计凝固终了时间。 7.对于低碳钢薄板， 采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形（背面均匀焊透） 。采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么？ 8.对于板状对接单面焊焊缝，当焊接规范一定时，经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透，分析其产生原因并提出相应工艺解决方

7、案。 9.补焊与定位焊时的焊接温度场可近似看作瞬时集中热源作用下的焊接温度场。 某厚大铸铁件补焊时的热输入量为 8000J，分别求热源作用后 0.1 秒、1 秒及 10 秒时的焊件表面温度分布状况（用等温线作图表示） 。铸铁件的热物性参数值参见表 2-2。 第三章第三章 思考与练习思考与练习 1 试述等压时物质自由能 G 随温度上升而下降、 以及液相自由能 GL随温度上升而下降的斜率大于固相 GS的斜率的理由。 并结合图 3-1 及式（3-6）说明过冷度T 是影响凝固相变驱动力G 的决定因素。 2 怎样理解溶质平衡分配系数 K0的物理意义及热力学意义？ 3 结合图 3-3 解释临界晶核半径r*

8、和形核功G*的意义，以及为什么形核要有一定过冷度。 4 比较式（3-14）与式（3-18） 、式（3-15）与式（3-19） ，说明为什么异质形核比均质形核容易，以及影响异质形核的基本因素和其它条件。 5 讨论两类固-液界面结构（粗糙面和光滑面）形成的本质及其判据。 6 固-液界面结构如何影响晶体生长方式和生长速度？同为光滑固-液界面，螺旋位错生长机制与二维晶核生长机制的生长速度对过冷度的关系有何不同？ 第四章第四章 思考与练习思考与练习 1 何谓结晶过程中的溶质再分配?它是否仅由平衡分配系数 K0所决定?当相图上的液相线和固相线皆为直线时，试证明 K0为一常数。 2 某二元合金 相图如右所

9、示。合金液 成分为CB=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： 相与液相之间的平衡分配系数 K0；凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几?画出凝固后的试棒中溶质 B 的浓度沿试棒长度的分布曲线，并注明各特征成分及其位置。 3 设上题合金成分为 C0=CB=10%。 a) 证明已凝固部分(sf)的平均成分SC为()0110K S SSffCC= b) 当试棒凝固时，液体成分增高，而这又会降低液相线温度。证明液相线温度 TL与sf之间关系（mT为纯组元 A 的熔点，Lm为液相线斜率的值）: 100016016060120

10、 图 4-41 二元合金相图 附件四附件四 材料成形原理课程思考与练习材料成形原理课程思考与练习 3()1 001=K SLmLfCmTT 4 在固相无扩散而液相仅有扩散凝固条件下，分析凝固速变大（R1R2，且 R2R1）时，固相成分的变化情况，以及溶质富集层的变化情况。 5 A-B二元合金原始成分为C0=CB=2.5%， K0=0.2，Lm=5， 自左向右单向凝固， 固相无扩散而液相仅有扩散 （DL=310-5cm2/s） 。达到稳定态凝固时，求 （1） 固-液界面的* LSCC 和； （2） 固-液界面保持平整界面的条件。 6 在同一幅图中表示第一节描述的四种方式的凝固过程中溶质再分配条件

11、下固相成分的分布曲线。 7 根据式（4-6） ，分析有效分配系数 KE的三种情况。 8 论述成分过冷与热过冷的涵义以及它们之间的区别和联系。 9 何为成分过冷判据?成分过冷的大小受哪些因素的影响? 10分别讨论“成分过冷”对单相固溶体及共晶凝固组织形貌的影响？ 11如何认识“外生生长”与“内生生长”？由前者向后者转变的前提是什么？仅仅由成分过冷因素决定吗？ 12影响枝晶间距的主要因素是什么？枝晶间距与材料的机械性能有什么关系？ 13 根据共晶体两组成相的Jackson因子，共晶组织可分为哪三类？它们各有何生长特性及组织特点？ 14试描述离异共晶组织的两种情况及其形成原因。 15试述非小晶面-非

12、小晶面共生共晶组织的生核机理及生长机理，组织特点和转化条件。 16以灰铸铁共晶生长为例，试描“非小晶面-小晶面”共晶生长方式以及生长动力学因素对其影响。 第五章第五章 思考与练习思考与练习 1 铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的，它们的形成机理如何? 2 试分析溶质再分配对游离晶粒的形成及晶粒细化的影响。 3 液态金属中的流动是如何产生的，流动对内部等轴晶的形成及细化有何影响? 4 常用生核剂有哪些种类，其作用条件和机理如何? 5 试分析影响铸件宏观凝固组织的因素，列举获得细等轴晶的常用方法。 6 何谓“孕育衰退” ，如何防止? 7. 试述焊接熔池中金属凝固的特点。 8. 讨论分析影响焊接

13、弯曲柱状晶形态的因素。哪种形态的柱状晶最易于产生焊接纵向裂纹？ 第六章第六章 思考与练习思考与练习 1. 试述焊接熔池中金属凝固的特点。 2. 讨论分析影响焊接弯曲柱状晶形态的因素。哪种形态的柱状晶最易于产生焊接纵向裂纹？ 3. 快速凝固对金属的结构有何影响？ 4. 采用急冷技术的快速凝固方法主要分几类？ 分别试述它们的工艺特点。 5. 试述定向凝固工艺的优点及其在工业上的作用。 附件四附件四 材料成形原理课程思考与练习材料成形原理课程思考与练习 4第七章第七章 思考与练习思考与练习 1.焊接和铸造过程中的气体来源于何处？它们是如何产生的？ 2 气体是如何溶解到金属中的？电弧焊条件下，氮和氢的

14、溶解过程一样吗？ 3.哪些因素影响气体在金属中的溶解度？其影响规律如何？ 4.电弧焊时，气体在金属中的溶解度是否服从平方根定律？为什么？ 5.CO2、H2O 和空气在高温下对金属的氧化性哪个大？ 6.控制铸件或焊缝氮含量的重要措施是什么？ 7.氮、氢、氧对金属的质量有何影响？ 8.如何控制铸件或焊缝的氢含量？ 第八章第八章 思考与练习思考与练习 1.比较熔焊与熔炼过程中，熔渣作用的异同点。 2.由熔渣的离子理论可知， 液态碱性渣中自由氧离子的浓度远高于酸性渣， 这是否意味着碱性渣的氧化性要比酸性渣更强？为什么？ 3.本章介绍了熔渣的哪些物理性能？这些性能与熔渣的组成或碱度有什么联系？ 4.熔渣

15、的物理性能对熔焊质量有什么影响？ 5.1600时，炼钢熔池中熔渣的成分为： 氧化物 CaO MgO MnO FeO Fe2O3 SiO2 P2O5 重量（%） 46.59 3.2 5.68 13.82 4.47 24 2.24 钢水含氧 0.07%，问熔渣对钢水而言是氧化渣还是还原渣？ 6.为什么 FeO 在碱性渣中的活度系数比在酸性渣中大？这是否说明碱性渣的氧化性高于酸性渣？为什么？ 7.冶炼与熔焊过程中熔渣的氧化性强会造成什么不良后果？ 8.采用碱性焊条施焊时，为什么要求严格清理去焊件坡口表面的铁锈和氧化皮，而用酸性焊条施焊或 CO2焊时对焊前清理的要求相对较低？ 9.试比较表 7-1 中各种焊接熔渣的氧化性强弱。 10.有人说： “焊接过程中熔渣对液态金属的氧化反应比熔炼过程剧烈，但反应程度不如熔炼时彻底” 。您认为这句话对吗？说明原因？ 第九章第九章 思考与练习思考与练习 1 何谓沉淀脱氧？试述生产中常用的几种沉淀脱氧反应？ 2 试述铸造与焊接冶金工艺中常用的脱氧方式及特点。 3 从冶金反应动力学角度分析熔渣粘度过大或过小所带来的问题。 4 综合分析熔渣的碱度对脱氧、脱磷、脱硫的影响。 5 试述熔渣脱硫的原理及影响因素。 6 熔炼超低碳合金钢时应采取怎样的工艺措施？ 7 磷在钢中有何危害？试