金属学练习题及部分答案(5)

二、解答步骤

根据题目提供的Al-Cu相图参数可知：

当凝固20%时，fs = 20%, fL = 80%, C0 = 10%

共晶体所占比例为为时的 故：

即凝固完毕时，共晶体所占比例为：23.63％

若凝固条件改为完全平衡凝固，当时，未凝固的即全为共晶体。

凝固后试棒中共晶体的数量为15.78％。

三、何谓热力学能障和动力学能障？凝固过程使如何克服这两个能障的？

答案要点：

热力学能障——由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生，能直接影响到体系自由能的大小，界面自由能即属于这种情况。

动力学能障——由金属原子穿越界面过程所引起，原则上与驱动力的大小无关而仅取决于界面的结构与性质，激活自由能即属于这种情况。

热力学能障对生核过程影响很大，动力学能障在晶体生长过程中则具有重要的作用。液态金属凝固过程中必须克服热力学和动力学两个能障。

液态金属在成分、温度、能量上是不均匀的，即存在成分、相结构和能量三个起伏，也正是这三个起伏才能克服凝固过程中的热力学能障和动力学能障，使凝固过程不断地进行下去。

凝固过程中产生的固－液界面使体系自由能增加，导致凝固过程不可能瞬时完成，也不可能同时在很大约范围内进行，只能逐渐地形核生长，逐渐地克服两个能障，才能完成液体到固体的转变。同时，界面的特征及形态又影响着晶体的形核和生长。也正是由于这个原因，使高能态的界面范围尽量缩小，至凝固结束时成为范围很小的晶界。

四、试述析出性气孔的特征、形成机理及主要防止措施。 答案要点：

金属液在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从液面排除而产生的气孔称为析出性气孔。

这类气孔在铸件断面上大面积分布，靠近冒口、热节等温度较高的区域，其分布较密集，形状呈团球形，裂纹多角形，断续裂纹状或混合型。

析出性气孔的形成机理是：合金凝固时，气体溶解度急剧下降，由于溶质的再分配，在固－液界面前的液相中气体溶质富集，当其浓度过饱和时，产生很大的析出动力，在现成的衬底上气体析出，形成气泡，保留在铸件中成为析出性气孔。

防止措施：

减少金属液的原始含气量(减少金属液的吸气量、对金属液进行除气处理)； 阻止金属液气体析出(提高冷却速度、提高铸件凝固时的外压)； 型(芯)砂处理(减少砂型(芯)在浇注时的发气量、使砂型(芯)易于排气)

※ 来源：考研论坛 bbs.kaoyan.com

二O O五招收硕士研究生入学考试试题

姓名： 报考学科、专业： 准考证号码： 密封线内不要写题 华中科技大学

考试科目：材料成形原理 适用专业：材料加工工程 (除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试 题上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回)

注意：本试卷分A、B、C、D四部分，其中A卷为必作题卷，B、C、D卷为选作题卷(任选其中一卷)，各卷满分为75分，总分150分。

例如：A卷(75分)＋B卷(75分)＝150分；或：A卷(75分)＋C卷(75分)＝150分 或：A卷(75分)＋D卷(75分)＝150分。

A卷(75分)

一、名词解释(2×5＝10分)

1.非均质形核；2.成分过冷；3.定向凝固；4.反应性气孔；5.带状偏析

二、简述题(8×5＝40分)

1.影响液态金属界面张力的主要因素是什么？ 2.单相合金平面生长的条件是什么？

3.防止凝固组织产生缩孔缩松的途径主要有哪几种？

4.为什么使用碱性焊条比酸性焊条对工件表面铁锈（FeO?nH2O）更敏感？ 5.如何消除焊件内部的残余应力？

6.熔焊接头和钎焊接头在连接机理上有何区别？

7.焊接工艺参数（有效热功率q和焊接速度v）对低碳钢薄板焊接（平对接焊缝）的温度场有何影响？

8.低碳钢焊缝的室温组织是什么？

试卷编号：416 共 3 页

第 1 页 三、(6分) 何谓一阶张量？何谓二阶张量？

四、(6分) 何谓塑性指标，它是否具有普遍与绝对的意义？ 五、(6分) 试写出计算摩擦应力的两个常用公式。

六、(7分) 在金属塑性加工的理论分析中，常将实际的金属材料分成哪几种材料模型？并画出对应的真实应力－应变曲线的示意图。 B卷(75分) 焊 接 (分析计算题)

一、(20分) 已知焊条药皮质量系数为0.4，焊丝含Mn量为9%，其过渡系数为0.8，母材含Mn量为1.5%，熔合比为0.2。要求焊缝中Mn≥12%以确保其耐磨性能，药皮中要加入多少含Mn量为75%的锰铁

合金粉？

二、(20分) 在焊接工艺中，合金化的目的是什么？常采用哪几种合金化方式？ 三、(20分) 16Mn焊接HAZ的组织区域有哪几种？分别分析它们的形成条件。

四、(15分) 焊缝金属中，氢的影响主要体现在哪几个方面？如何减少焊缝金属中氢的含量？ C卷(75分) 金属塑性成形力学

(21分) 试从等效应力的定义式出发，证明：

式中，是应力偏张量。

二、(33分) 设有薄壁圆筒，半径为r，两端面是半径为r的薄壁半球壳，设壁厚全部为t<0)，试求对应的应变速率张量？

试卷编号：416 共 3 页 第 2 页 试卷编号：416 共 3 页 第 3 页 三、(21分)大圆筒拉深为小圆筒，如下图所示。设变形只发生在工件的圆锥面上，锥面与轴线的夹角为α，不计接触面上的摩擦应力，且忽略凹模出口处的弯曲效应，圆筒的厚度为t且在拉深时保持不变，设材料的真实应力为s，试用主应力法求拉深力。

D卷(75分) 液态金属凝固学

(15分)细化凝固组织的生核剂主要有哪几类，其生核作用的机理分别是什么？

(20分)用Al-10%Cu合金浇注一水平细长试棒，使其自左至右单向凝固，并保持固－液界面为平面，当固相无Cu的扩散，液相中Cu均匀混合时，求： 凝固20%时，固液界面的和。 凝固完毕，共晶体所占比例。

如果凝固条件现改为完全平衡凝固，凝固后试棒中共晶体的数量有多少？ (Al-Cu合金相图的主要参数：，，，。)

(20分)何谓热力学能障和动力学能障？凝固过程是如何克服这两个能障的？ (20分)试述析出性气孔的特征、形成机理及主要防止措施。

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二O O六招收硕士研究生入学考试试题

姓名： 报考学科、专业： 准考证号码： 密封线内不要写题 华中科技大学

考试科目：材料成形原理 适用专业：材料加工工程、数字化材料成形 (除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试 题上及草 …… 此处隐藏：1763字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……