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1、铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院1. 液态金属的结构和性质1、加热时原子距离的变化如图12 所示，试问原子间的平衡距离R0与温度有何关系? R0、R1、R2.的概念？答：温度的变化，只改变原子的间距， 并不改变原子间的平衡位置， 即 R0不变。而 R0,R1,R2. 是温度升高时，原子振动的中心位置。因为温度升高，振幅加大但曲线（ W-R）是不对称的，所以振幅中心发生变化。2、图 1-1 纵坐标表示作用力，金属原子的运动可以看成是一种振动，其振动在图中如何表示的？物质受热后为什么会膨胀？答：振幅在图中的表示：如图1-2 中数条的平行线。加热时，能量增
2、加，原子间距增加，金属内部空穴增加，即产生膨胀。3、图 1-1 中的 Q 是熔化潜热吗？在熔化温度下，金属吸收热量而金属温度不变，熔化潜热的本质是什么？答：Q 不是熔化潜热。在熔化温度下金属吸收热量体积膨胀做功增加系统内能（电阻，粘性都发生突变）原子排列发生紊乱。在熔点附近，原子间距为R1,能量很高，但是引力大，需要向平衡位置运动，当吸收足够能量-熔化潜热时，使原子间距R1,引力减小，结合键破坏，进入熔化状态，熔化潜热使晶粒瓦解，液体原子具有更高的能量而金属的温度并不升高。 （使晶粒瓦解， 并不是所有结合键全部破坏）4、通过哪些现象和实验说明金属熔化并不是原子间的结合力全部被破坏？答： （1）
3、体积变化：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院固态气态：体积无限膨胀。固态到液态，体积仅增加35%，原子间距仅增加11.5%。（2）熵值变化： Sm/S 仅为 0.130.54% （3）熔化潜热：原子结合键只破坏了百分之几（4）X 线衍射分析：液态金属原子分布曲线波动于平衡密度曲线上下第一峰位置和固态衍射线极为相近，其配位数也相近，第二峰值亦近似。距离再大，则与固态衍射线远了，液态金属中原子的排列在几个原子间距的范围内，与其固态的排列方式基本
4、一致。5、纯金属和实际金属在结构上有何异同？试分析铸铁的液态结构。答：纯金属的液态结构：接近熔点的液态金属是由和原子晶体显微晶体和“ 空穴” 组成。实际金属的液态结构：存在着两种起伏：能量起伏，浓度起伏。微观上是由结构和成分不同的游动原子集团，空穴和许多固态，气态，液态化合物组成， 是一种浑浊液体， 而从化学键上看除了金属基体与其合金元素组成的金属键外，还存在着其他化学健。铸铁的液态结构： Fe为基体金属，含 C,Si，少量 Mn，S,P液体以 Fe为主可能含有SiO2,MnS,FeS 等杂质，还可能有H2,N2,O2等气体，而大部分C,Si,Mn,S,P 基体均匀分布在液体中。6、试分析能量
5、起伏和浓度起伏在在生核中的作用。答：生核时必须有一定大小的晶胚，这需能量起伏， 使原子集团达到一定大小才能成核。而浓度起伏对二相以上液态金属成核很重要，一定的浓度起伏才可能瞬时达到某一相的要求。7、 斯托克斯公式在什么条件下方可应用？在充型过程中杂质在金属液的上浮或者下沉速度能否用此公式描述？答：斯托克斯公式（ stoks） ：ge292杂液er条件：杂质上升过程保持或近似球形且上升很慢，且杂质很小 （r1。假设ls，试分别求出下表中当%100C(质量分数,下同） 、1%、0.01%以及4 .00k与 0.1 时的确保平面生长所必须的lG值。考虑到铸锭或铸件中一般情况下cmGl53，根据计算结
6、果你能得出什么结论？lG0C10%(重量）1%(重量）0.01%(重量）0.4 0.1 答：0001kDkmCRGll，0001kDRkmCGllmmGmmGCmmGmmGCmmGmmGCllllll25.2105.21.0104 .011001.075.3105.24.0104 .011001.001.01025.2105 .21 .0104.0111075.3105 .24.0104.011%11025.2105 .21.0101 .01101075.3105.24.0104 .0110%10352352033523504353350结论：容易平面生长0k容易平面生长0c越容易平面生长,2
7、1TT0k精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院一般铸造条件下很少平面生长。12、共晶结晶中，满足共生生长和离异生长的基本条件是什么？共晶两相的固液界面结构与其共生区结构特点之间有何关系？它们对共晶合金的结晶方式有何影响？答：（1）共生生长的基本条件：a.共晶两相应有相近的析出能力，原析出相在领先相得表面生核，从而便于形成具有共生界面的双向核心。b.界面沿溶质原子的横向扩散能保证共晶两相等速生长，使共生生长得以继续进行。（2）离异生长的基本条
8、件一相大量析出， 而另一相尚未开始结晶时， 形成晶相偏析型离异共晶组织。合金成分偏离共晶点很远，初晶相长的很大，共晶成分的残面液体很少，另一相得生核困难： 偏离共晶成分， 初晶相长的较大， 另一相不易生核或当领先相为另一相的 “ 晕圈” ，被封闭时，形成领先相成球状结构的离异共晶组织 . （3）两相固 -液界面结构分为：非小面 非小面共晶合金：共生区对称；非小面 小面共晶合金：非对称共生区，偏向非金属高熔点一侧；（4）非小面 -非小面：共面生长：层片状，棒状，碎片状，特殊：离异非小面-小面：可以共生生长，与以上不同：当生长界面在局部是不定的，固液界面参差不齐，领先相的生长形态决定着共生两相的结
9、构形态。产生封闭 “ 晕圈” 时，离异生长方式。13、小面 -非小面共晶生长的最大特点是什么？它与变质处理之间的关系是什么？答：最大特点：小面相在共晶生长中的各向异性行为决定了共晶两相组织结构的基本特征。由于平整界面本身存在着各种不同的生长机理，故这类共晶合金比非小面 -非小面共晶合金具有更复杂的组织形态变化。即使同一种合金在不同的条件下也能形成变种形态互异、性能悬殊的共生共晶甚至共晶组织。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院与变质处理间的
10、关系：变质处理主要改变领先相（小面相）的界面生长动力学过程，改变其结构，从而改变共晶组织的结构。6）图为某二元共生共晶体积元的示意图，设体积元是一个变长为1 的立方体，若相为棒状其体积为2rVr，、相间面积为rSr2，式中 r 为棒横截面半径，若为片状则其体积为,bVb相间面积为.2bS试证明：bbSS,V3SS,V2SSV1r1rr1rbr1r时当时当时，当请用上述结果说明相间界面能对共生共晶中的棒状-片状组织的转变规律。解：rrbrbrrrbrbrrrbrrrVVVVVVVVVVVSSSrSrrvvSSSrSrrvvSrSrrvv1, 1,2.22,32.22,22.22,11112111
11、12111121精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院5. 铸件结晶组织的形成及控制1 铸件典型晶粒组织包括哪几部分？它们是怎样形成的？各种因素怎样影响它们的形成变化？答：(1) 表面细晶粒区柱状晶区内部等轴晶区(2) a、表面细晶区的形成：传统理论：型壁附近熔炼体由于受强烈的激冷而大量生核，晶核迅速生长并相互抑制。必要条件：型壁附近熔体内部的大量生核。现代理论：充分条件： 抑制铸件形成稳定的凝固壳层 （通过型壁晶粒游离）b、柱状晶区的形成：
12、开始于稳定凝固壳层的产生；结束于内部等轴晶区的形成；柱状枝晶的生长时择优生长，结果长成柱状晶。c、内部等轴晶区的形成：过冷熔体直接生核；晶核形成网络；晶核来源：界面弱晶粒游离理论；形成过程游离晶沉淀即被捕获；激冷晶游离理论；临vvR；(3)影响因素：金属性质方面：强生核剂；ct；LG；对流利于等轴晶形成。浇注条件：低浇注温度，强化液体对型壁冲刷的浇注工艺铸型性质和铸件结构：薄壁：2b ；厚壁：2b 。2、设想利用上章思考与练习13题相图中 B20%合金制作单晶粒，将成分相同的小晶粒（籽晶）置于长瓷舟的一端，并与液体相接触，然后使液体自籽晶上开始缓慢地实现定向凝固，从而获得与籽晶位向相同的单晶体
13、。试问精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院（1）为确保凝固过程中平面生长所必需的液相温度梯度LG有多大？（2）如果固 -液界面为枝晶生长，能否仍可获得单晶？试解释之。答：（1）确定平面生长所必须的液相温度梯度2G000*)1 (RGkDkmcLLRkDkmcGLL000*)1(0c =20% cmcDRDRGoLLL4531033. 310105. 23.1333 .1335.0)5. 01 (2.06 .00500900（2）固液界面为枝
14、晶生长，也可获的单晶，只要是一个晶粒发展，不再生成另外的晶粒便长成单晶。保证成分过冷非TTcmax。3、 在定向凝固过程中，使固 -液界面不前进又不后退的条件是什么？答： 定向凝固过程中， 使固液界面不递进不后退的条件：界面温度： T : kTTTT22当2TT：界面后退，即熔化当kTTT2：界面向前，即生长单向扩散走的热量1=金属液从炉壁吸收热量 2，铸件移出速度 =凝固速度。4、下图变更冷铁（甲、乙）与快浇或慢浇，怎样组合可获得更多的等轴晶？答：冷铁在乙位置上，并快浇利于产生激冷晶并游离，可获得更多的等轴晶。内浇口甲乙精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
15、- - - - -第 27 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院6. 凝固缺陷1、 在实际生产条件下， 铸件的凝固是非平衡结晶过程， 试分析溶质扩散系数sD 与温度扩散率在枝晶偏析形成的作用。答：1)11 (000*kkfkCCss2sDs单位scm3，此为系数元量纲。（1）主要是sD ，sD *sC ，偏析严重。（2）：0v（冷却速度）；0v偏析严重；0v偏析逐渐减弱，因此S；0v无枝晶偏析；：热扩散率（或导热系数）2、能否把枝晶偏析看成正常偏析，它与宏观正常偏析在形成过程上有何异同？答： （1）对一个枝晶来讲，枝晶偏析是由于溶质再分配
16、造成的，属正常偏析。（2）宏观正常偏析发生在逐层凝固时，由于溶质再分配造成的。枝晶偏析：由于非平衡结晶造成枝晶各部分的成分不均匀，此时结晶以枝晶方式生长的。3、试分析枝晶间液体的流动对枝晶偏析程度的影响？答：枝晶间液体的流动对枝晶偏析程度的影响：从微观角度来讲，在枝晶间的流动：从热端冷端：使冷端枝间偏析减弱；从冷端热端： 使热端枝间偏析严重；4、计算 AlCu 4%合金铸锭在砂型中凝固时共晶体所占比例，并绘制出等浓度线的示意图。答：10*0kLLfCC铸造合金熔炼： P228 /图 10-20 2.33*LC17.02.337.50k精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总
17、结 - - - - - - -第 28 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院117.042.33Lf3.8lglg83.0Lf10118.092.0lgLf%808.0Lf，有 8%的共晶体，等浓度线分别见P158 /图 6-2 。5、宏观正常偏析形成的条件是什么？为什么在实际生产中宏观正常偏析并不多见？答：宏观正常偏析的条件：逐层凝固时的单向凝固时。实际生产中单向凝固的情况较少。6、根据式（ 6-6）计算 AlCu 4%合金和 AlCu 1%合金铸件表面层同的平均含量，从计算结果分析逆偏析的形成过程。答： （1) sgksodffcks
18、Cc)1(100_00)1(%4)1)(1(uvg表面层0v1g67. 5)1(67. 5)1(188.0168.0)1(68.0)1(417.0057.01012. 010188.088.010)057.01()117.0(10sssssssffdffdffC（2）%10C取057.042.1)1 (12.0117.01012.0ssfC逆偏析形成过程： P166 7、 试分析铸件凝固方式与产生宏观偏析的关系及采用离心铸造生产的铸件易产生带状偏析的原因？答：逐层凝固：正常偏析。糊状凝固：枝晶间存在流动，不易产生正偏析、负偏析、比重偏析、带状偏精选学习资料 - - - - - - - - -
19、名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院析。离心铸造：机械振动：破坏凝固前沿溶质富集区，使溶质富集区周期地形成。层流凝固：边流边凝，溶质到达不到最后凝固阶段。8、以 CuZn 30%和 CuSn 10%两种合金生产铸件，哪种合金形成第二相的可能性大？哪种合金的逆偏析倾向性大？答： CuSn 相图（ 合金熔炼 P246 ）5 .25*LC53.05.255.130k%1414.086.047.041.0lg55.2lglg47. 055.2105.2547. 0153.0LLLLlfffffCu
20、Zn 相图（ P256）5.37*LC87.05.375.320k%1818.075.0lg097.0lg13. 0305.37187. 0LLLLffffCuZn 第二相可能性大；CuSn 逆偏析倾向较大；CuZn：7 .2187.0)87.01(3084.4)1(84.45.379035 .1084000kkmcTmZnCuSn：3 .9953.0)53.01(1020.11)1 (20.115.257995.1084000kkmcTmSn9、试分析常见气体以不同形态存在时，对铸件质量的影响。答：热力学方面：温度和压力（总体分压）)21exp(0RTHPkS精选学习资料 - - - - -
21、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院PS时0HTS时0HTS 金属蒸汽压（实际是通过影响分压） 。 合金影响a、对活泼系数的影响HfAh%b、生成化合物的影响（是属于热力学还是动力学？）c、对金属蒸汽压及气体分压的影响S2蒸汽PMgSPAlH 复合气体：受对方浓度的影响动力学因素：合金对金属表面膜的影响：致密与疏松；金属与气体作用时间；10、试从相变理论讨论气体的生核、生长过程，并阐述衬底的湿润能力对气泡生核和脱离的影响？答： 从相变理论：在凝固过程中由于溶质再分配造成了
22、局部金属液含气量Lxsc，则析出气体，此气体的析出是一个相变过程，和金属液析出金属晶体一样，同样要有生核、成长过程。若完全以纯气泡的形式生核时，J ，生核率几乎为0，就以借助于金属液中的异相提供衬底而生核，生核就需能量。)1(1)(0COSSSsVPPEcn生核后要生长，其条件：0PPn222ONHnPPPP. rPPPha20精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院角的影响：浮），易于脱离衬底而上易生核90(E11、在潮湿地区或雨季， 铝合金
23、、钢合金铸件因产生析出性气孔缺陷而大量报废，试分析其原因及防止措施。答： 潮湿地区或雨季，OH2较多，造成金属液与OH2接触。22222OHOHHH22溶解到金属液中， 所以在金属凝固过程中析出2H，造成气孔。防止途径：（1）减少金属液的原始含气量nCa、减少各种气体的来源；b 控制熔炼温度；c、采用真空熔炼（2）对金属液除气处理a、浮游去气b、真空去气c、氧化去气d、冷凝除气（3）防止气体析出a、提高铸件冷却速度b、提高金属液凝固时的外压12、汽缸盖（HT200）因存在气孔而泄露，用电子探针检查发现气孔避Al Si Mn Ca等元素含量较高，试判断该气孔的性质和产生途径。答：反应性 气孔 。
24、Al Si Mn Ca 等强氧化性元素，22322)SiO(HOAlOHMt、HH2， 溶解到金属液中。13、铸件中的皮下气孔有哪些共同特点？说明为什么？皮下气孔形成过程分哪几个阶段？在每个阶段哪些因素起主导作用？答：(1) 形成的共同特点P185 形状：球状裂纹 多为长条状垂直于铸造表面；位置：皮下1 3 mm；（2）说明 :与铸型反应时根本原因，但与原始C0 有关；溶质扩散到一定阶段，随枝晶生长时析出；浇注层助于吸收 的因素，使皮下气孔 （如浇注温度高）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 41 页铸 件 形 成 理
25、论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院（3）皮下气孔的形成阶段及主导因素：界面处反应：金属氧化，铸型燃烧热分解等，铸型成分；气体被吸收、扩散：扩散原子（数量温度等） ；随结晶析出长大：结晶速度（溶质再分配） 。14、试分析金属中气体与杂质的关系。答：（1）气体是夹杂物来源：氧化物、氮化物包括溶入金属中的 及脱氧时产生的，凝固过程中析出的低熔点的共晶及化合物。即：以化合物形式存在的气体则为非金属夹杂物。（2）气体可以带出夹杂物：去气处理时，使气体大量浮出可带出夹杂物。（3）夹杂物作为气泡生核衬底：析出性气孔渣气孔。（4）夹杂物也可形成气体：COFeCFeO，对皮下气孔，形成夹杂
26、物同时产生气体 ,22HOMtOHMtmn金属液表面逸出气体，减少O 的分压，减少氧化夹杂物。15、试述浇注前和浇注过程中形成的非金属夹杂物在生产过程中有何异同？其成分和组成有何异同？答：浇注前：夹杂物的生成过程是化学反应的平衡移动问题成分和组成：多种形式：液态、固态，简单、复杂氧化物、硫化物。浇注时：时间短，氧通过扩散发生反应，未达平衡。成分和组成：简单氧化物。16、证明 时，发生化学反应。0ln1ln1lnlnlnlgmmRTmRTmRTJRTKRTJRTFF精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 41 页铸 件 形 成
27、理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院(0(1111maaJmaaKOMtOyMtxyxMtyoxMtyx实际）实际）时mm，0F，发生氧化反应。17、 缩孔和缩松的形成原因和形成条件，以及防止措施有何异同？答：形成原因条件防止措施缩孔固凝液VVV逐层凝固顺序凝固：浇注系统、位置；冒口、冷铁；加压、悬浮铸造；缩松固凝液VVV糊状凝固同上显微缩松固凝液VVV均存在HagsPrPPP2主要：加压补缩、热节静压机械振动、电磁场、离心力等。措施不同：仅为防止缩松可采用同时凝固，但可能出现缩松。18、宏观缩松和显微缩松在形态、分布特征和形成过程上有何区别？与气体析出相伴生成的显微缩
28、松的形成条件是什么？对铸件质量有和影响？如何防止和消除显微缩松？答：宏观缩松：形态： 铸件内部比较密集的小孔洞，可见到枝晶末梢。分布：冒口下、浇口根部、厚大热节中心、铸件轴线处。形成过程：凝固区域较宽，倾向于糊状凝固方式时，固液态收缩和凝固收缩到形成的细小孔洞分散且得不到外部金属液的补充而造成的（枝晶分隔后的熔池）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 34 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院显微缩松：形态：与微观气孔很难区分，且经常同时发生的，显微镜下才能观察到。分布：晶间和分枝
29、之间，各种金属铸件或多或少都存在。形成过程：枝间或分枝间液体收缩得不到补充。与气体伴生的条件：HasgPrPPP2对铸件质量影响： 1）降低铸件力学性能，尤其冲击韧性、延伸率2） 降低铸件的气密性和物理化学性能3）一般铸件常常不作为缺陷防止和消除：在高压下浇注和凝固， 机械振动、电磁场离心力、减少气体、控制晶粒大小。19、顺序凝固与逐层凝固， 同时凝固与体积凝固之间有何区别和联系？举例说明。顺序凝固人为创造的凝固条件、方向。同时凝固逐层凝固合金本身性能所决定。糊状凝固20、试分析 Zn Al 28%合金在砂型中铸造易产生底部缩孔的原因。答：Zn Al 28% Zn：7.13g/cm3熔点： 4
30、19.5 ；Al：2.7g/cm3熔点： 660.23；Zn 在底部且后凝固21、球铁铸件表面容易形成微缩孔，这种微缩孔是表面气体析出压力低于大气压力造成的，试结合球铁凝固特点分析该缺陷产生过程。答：球铁件表面出现微缩孔，因其糊状凝固特征，到凝固后期，表面仍不形成硬壳，在晶间最后凝固处收缩得不到补缩，若此处同时存在气体而小于大气压的话，在大气压力的作用下，使此处凹入。22、%35.0cw碳钢的%6. 1液V，过热 120，其总体积收缩率是多少？%35.0cw碳钢的凝固收缩率为%0.3凝V线收缩率%4 .2L精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -
31、-第 35 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院答：%6.1液V%0.3凝V%2.7%4.233LV固%8.11)%2.70.36.1 (VBut 凝液固VVV23、试分析热裂与偏析以及与缩孔之间的关系：答：偏析与热裂（4）一般来讲，偏析促进热裂，因偏析液会形成低熔点共晶物以液膜形式存在晶界，而产生热裂。（5）若偏析液能形成高熔点固相夹杂，存在晶界，可以强化晶界使热脆区变小，不易热裂。（6）当低熔点存在偏析液较多时，可愈合裂纹，减轻热裂。热裂与缩孔（1） 在铸件厚大部分产生集中缩孔时， 此处易产生热裂， 因此处为厚大部位，集中变形较大。（
32、2）若铸件不产生集中缩孔而产生分散缩孔即缩松时，说明 f较大， 即 B较大，所以热裂倾向大24、晶间液膜的形态对形成热裂纹有何影响？共晶成分的合金在凝固后期也有液膜存在，为什么产生热裂的倾向小？合金中存在能生成低熔点物质的元素，增大合金的热裂倾向性， 但合金在凝固末期存在一定量的液体又可防止热裂，试分析之。答：（1）晶间液膜的形态对形成热裂纹的影响slssSLSS22cos2cos2：液体双边角， 0 180液膜从铺展液膜到球状不铺展而变化，热裂倾向逐渐减轻。 0时，枝晶间的液体铺展成液膜，其界面张力将两侧的固体枝晶吸附在一起。液膜的结合力很低，合金呈脆性，很小的应力就能使晶间断裂，精选学习资
33、料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 36 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院形成裂纹。 晶间残存少量以弧形式存在的液体，此时，在外力作用下，液体汇聚部位产生应力集中，当应力大于合金此时刻的强度时，形成微裂纹。（2）共晶成分因RT较小，不易热裂；凝固温度低，收缩量小；树枝晶不发达，晶间液体易流动。（3）存在一定量的液体可愈合热裂纹。25、一种简单的鉴定合金由于收缩受阻产生热裂的装置如下图所示。试说明法兰盘距离越长而不产生热裂的合金，其抗裂性越大。答：法兰盘间距 L 越长，线收缩量L*L 越大
34、，应力则大，若不裂，则说明高温时强度高，不易热裂。26、试分析灰铸铁件比碳钢件残余应力小的原因。答：碳钢灰铁碳钢灰铁碳钢灰铁321EE27、工形铸件和 T 型铸件的铸造工艺相同时，哪种铸件残余应力大？哪种铸件易产生挠曲变形，为什么？并讨论防止措施。答： I：残余应力大，对称结构，不易变形而松弛应力。T:饶曲变形，两杆粗细不同，产生应力，但结构不对称，易变形而松弛应力。防止措施：包括应力，合金E 小、小；铸型，减小温度或减小b2;浇注温度高。变形：除以上措施，还可以在工艺上采取以下措施。加大铸型刚度控制 和时间反变形措施。28、简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。答：按产生裂纹的本质来分，焊
35、接裂纹可分为五大类：（1）热裂纹，踏实在高温下产生的，特征是沿原奥氏体晶界开裂。热裂纹又精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 37 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院分为结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹等三类。（2）再热裂纹，厚板焊接结构，并采用含有某些沉淀强化合金元素的钢材，在进行消除应力热处理或在一定温度下服役的过程中，在焊接热影响区粗晶部位发生的裂纹称为再热裂纹。多发生的低合金高强钢、 珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢和某些镍基合金的焊接热影响区粗晶部位。再热裂纹的敏感温度，视钢种的
36、不同约550650。（3）冷裂纹，它是焊后冷至较低温度下产生的，主要发生在低合金钢、中合金钢、中碳和高碳钢的焊接热影响区。冷裂纹按被焊钢种和结构的不同又分为延迟裂纹、淬火裂纹和低塑性脆化裂纹。（4）层状撕裂，轧制钢材的内部存在不同程度的分层夹杂物；在焊接时产生的垂直轧制方向的应力，致使热影响区附近或稍近的地方产生呈“ 台阶” 形的层状开裂，并可穿晶扩展。它属于低温开裂，一般低合金钢，撕裂的温度不超过 400；常发生在厚壁结构的T 型接头、十字接头和角接头，是一种难以修复的失效类型。（5）应力腐蚀裂纹， 是容器、管道等在腐蚀介质和拉伸应力的共同作用下（包括工作应力和残余应力） 产生一种延迟破坏的
37、现象。 形态如同枯干的树枝，从表面向深处发展，大多属于晶间断裂性质，少数也有穿晶断裂。从端口来看，为典型的脆性断口。29、分析液态薄膜的成因及其对产生热裂纹的影响。答： 在焊缝金属凝固结晶的后期， 低熔点共晶被排挤在柱状晶体交遇的中心部位，形成一种所谓 “ 液态薄膜 ” ，此时由于收缩而受到了拉伸应力，这时焊缝中的液态薄膜就成了薄弱地带。产生结晶裂纹的原因，在于焊缝中存在液态薄膜和在焊缝凝固过程中受到拉伸应力共同作用的结果，液态薄膜式产生结晶裂纹的内因。30、什么是脆性温度区间？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？答：熔池结晶进入固液阶段后，由于液态金属少，在拉伸应力作用下所产生的微小缝隙都
38、无法填充，只要稍有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，故把这个阶段叫做 “ 脆性温度区 ” 。在脆性温度区间内，焊缝金属抵抗结晶裂纹的能力较弱，所以在此阶段焊缝金属稍有变形就易产生裂纹，所以金属的塑性很低。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 38 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院31、液化裂纹和多边化裂纹在本质上有何区别？在防止措施上有何不同？答：（1） 液化裂纹：近缝区或多层焊的层间部位， 在焊接热循环峰值温度的作用下，由于被焊金属含有较多的低熔共晶而被重新熔化，在拉伸应力的作用
39、下沿奥氏体晶界发生开裂。多边化裂纹：焊接时焊缝或近缝区在固相线稍下的高温区间，由于刚凝固的金属中存在很多晶格缺陷及严重的物理和化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，由于这些晶格缺陷的迁移和聚集，便形成了二次便捷，即所谓“ 多边化边界 ” ，这种多边化的边界，一般情况下并不与凝固晶界重合，在焊缝后的冷却过程中， 由于热塑性降低， 导致沿多边化的边界产生裂纹，故称多边化裂纹。（2）液化裂纹的防止措施：应从冶金和工艺两方面入手，特别是对冶金方面，尽可能降低母材金属中硫、磷、硅、硼等低熔共晶组成元素的含量十分有效的。多边化裂纹的防止措施：向焊缝加入提高多边化激化能的元素，可有效防止多边化过程。32、
40、试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。答：焊接冷裂纹的特征：冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区或有物理化学部均匀的氢聚集的局部地带。 有时沿晶界扩散断裂， 有时是穿晶前进断裂。 冷裂纹主要发生在焊缝金属中。影响因素：1）钢种化学成分的影响， 钢种的碳含量越高，淬硬倾向越大，即增大冷裂纹的敏感性；2）拘束应力的影响；3）氢的有害影响；4）焊接工艺对冷裂纹的影响，包括焊接线能量、预热、焊后后热、多层焊的影响。33、为什么预热有防止冷裂纹的作用？它对防止热裂纹是否也有这种作用？答：大量的生产时间和理论研究证明，钢种的淬硬倾向、 焊接接头含氢量及其分精选学习资料 - - - - - - - -
41、 - 名师归纳总结 - - - - - - -第 39 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院布，以及接头所承受的拘束应力状态是高强钢焊接时产生冷裂的三大主要因素。焊接条件下，近缝区的加热温度很高，使奥氏体晶粒发生严重长大，当快速冷却时， 粗大奥氏体将转变为粗大马氏体。焊接接头有马氏体存在时， 裂纹易于形成和扩展， 而且在冷却速度很快的情况下，氢不易从焊缝中逸出， 则接头的敏感性就越大。再加上不均匀加热及冷却过程中所产生的热应力及其他应力的影响从而导致焊缝产生冷裂纹。而预热可减小焊缝的冷却速度， 从而减少粗大马氏体的数量和扩散氢含量，而且有
42、利于消除应力的影响， 所以预热可以防止冷裂纹的产生。34、简述再热裂纹的主要特征和产生再热裂纹的机理。答：主要特征：1）再热裂纹都是发生在焊接热影响区的粗晶部位并呈晶间开裂；2） 进行消除应力处理之前焊接区存在较大的残余应力并有不同程度的应力集中，残余应力与应力集中必须通知存在，否则不会产生再热裂纹。 应力集中系数 K越大，产生再热裂纹所需的临界应力cr越小；3）产生再热裂纹存在一个最敏感的温度区间，这个区间与再热温度及再热时间有关，随材料的不同而变化；4）一定沉淀强化元素的金属材料才具有产生再热裂纹的敏感性。产生机理：焊后在热处理时， 残余应力松弛过程中， 粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量
43、超过了该部位的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。理论上产生再热裂纹的条件可用下式表达：cee， e粗晶区局部晶界的实际塑性变形量；ce 粗晶区局部晶界的塑性变形能力，即再热裂纹的临界塑性变形量。35、试述产生层状撕裂的原因，如何判断钢材产生层状撕裂的敏感性？答：产生层状撕裂的原因： 造成层状撕裂的根本原因在于钢材中存在较多的夹杂物，而在轧制过程中，扎成平行于扎向的带状夹杂物，这就造成了钢材力学性能的各向异性。层状撕裂的判据：1）Z 向拉伸断面收缩率Z为判据；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 40 页，共 41 页铸 件 形 成 理 论佳
44、 木 斯 大 学 材 料 科 学 与 工 程 学 院2）插销 Z 向应力为判据，层状撕裂敏感性评定公式：SHPPcmL660LP层状撕裂敏感指数（ %）cmP 化学成分裂纹敏感系数（ %）H扩散氢含量（ GB3965-83)(mL/100g）S钢中的含硫量（ %）36、采用宏观和微观分析如何能正确判断裂纹的性质？答：（1）所谓宏观分析，主要是采用常规的检测手段，根据材质和焊接材料的化学成分、建造过程中的焊接工艺和产品结构的运行工况条件，对已出现的裂纹进行定性地分析与判断。从低合金高强钢为例，各种强度级别的钢种，均有规定的化学成分标准。根据某钢种的化学成分就可以大致判断产生裂纹的可能性。如果在钢
45、种和焊接材料化学成分正常的情况下，出现裂纹的重要原因之一就是施工时焊接工艺不当或违反某些施工规程所引起，环境有腐蚀介质，常使焊接结构产生应力腐蚀裂纹。在高温高压下长期使用的焊接结构，有可能产生再热裂纹和蠕变疲劳裂纹等。（2）用宏观分析方法还不能得出肯定的结论，就需要采用微观分析方法进行深入地分析，使用光学显微镜、电子显微镜、扫描电镜、电子探针、以及俄歇能普和 X 光晶体衍射等手段来观察和分析裂纹的特征都属于微观分析的方法，一般情况下， 利用光学显微镜观察组织和裂纹特征，基本上就可以确定出裂纹的性质。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 41 页，共 41 页
