金属学练习题及部分答案(7)

调整措施：调整成分与HAZ组织状态；合理的焊接工艺（合理的线能量、预热）。

4. 答题要点：

在焊接中，根据熔渣的成分和性能可以分为三种：盐型熔渣（主要由金属氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成）、盐-氧化物型熔渣（主要由氟化物和强金属氧化物组成）、氧化物型熔渣（主要由金属氧化物组成）。 作用：

机械保护，与空气隔离，防止液态熔池氧化和氮化，防止高温时金属被氧化。 冶金处理作用，如脱O、S、P；去H；去杂质；合金化

改善焊接工艺性能，电弧易于引燃、稳定，易操作易脱渣；保证焊缝成形

C卷 金属塑性成形力学 1. 答题要点：

D卷 液态金属凝固学

1. 液态合金凝固时的热过冷和成分过冷有何区别？成分过冷对单相合金晶体生长方式有何影响？ 答题要点：

热过冷——液态凝固时所需过冷完全由传热所提供。

成分过冷：凝固时由于溶质再分配造成固液界面前沿溶质浓度变化，引起理论凝固温度的改变而在液固界面前液相内形成的过冷。

成分过冷对单相合金晶体生长方式影响：

(1) 无“成分过冷”的平面生长。当单相合金晶体生长条件符合： 界面前方不产生成分过冷。界面将以平向生长方式生长。宏观平坦的界面是等温的，以恒定的平衡成分向前推进。获得成分完全均匀的单相固溶体柱状晶甚至单晶体。

(2) 窄成分过冷区的胞状生长。当单相合金晶体生长符合条件： 时，界面前方产生一个窄成分过冷区，晶体生长以胞状晶方式生长。

(3) 较宽成分过冷区的柱状树枝晶生长。随着界面前方成分过冷区加宽，凸起晶胞将向熔体伸展更远；原来胞晶抛物状界面逐渐变得不稳定。晶胞生长方向开始转向优先的结晶生长方向，胞晶的横向也将受晶体学因素的影响而出现凸缘结构，当成分过冷加强时，凸缘上又会出现锯齿结构即二次枝晶。将出现二次枝晶的胞晶称为胞状树枝晶，或柱状树枝晶。

(4) 宽成分过冷区的自由树枝晶生长。当固一液界面前方液体中成分过冷的最大值大于液体中非均质生核所需要的过冷度ΔT异时,在柱状枝晶生长的同时，界面前方这部分液体将发生新的形核过程，导致晶体在过冷的液体中自由成核生长，并长成树枝晶，这称为自由树枝晶，此后的凝固过程便是等轴晶不断向液体内部推进的过程。 2. 解答步骤

根据题目提供的相图参数可知：

当凝固10%时，fs = 10%, fL = 90%, C0 = 40%

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：44.4％ 成分的分布如图：

3. 铸件典型宏观组织是由哪几部分构成的，它们的特征和形成机理如何？

答题要点：

铸件典型宏观组织是由表面细晶粒区、柱状晶区和内部等轴晶区三个部分构成的，他们的特征分别是： 表面细晶粒区。是紧靠铸型壁的激冷组织，也称激冷区，由无规则排列的细小等轴晶所组成。 柱状晶区。由垂直于型壁（沿热流方向）彼此平行排列的柱状晶粒所组成。

内部等轴晶区。由各向同性的等轴晶组成。等轴晶的尺寸比表面细晶粒区的晶粒尺寸粗大。 各区的形成机理如下：

表面细晶粒区的形成。铸型壁附近熔体受到强烈的激冷作用而大量形核，形成无方向性的表面细等轴晶组织，也叫“激冷晶”。此区形成的前提条件是，抑制铸件形成稳定的凝固壳层，凝固壳层形成，界面处晶粒单向散热，则晶粒逆热流方向择优生长而形成柱状晶。

柱状晶主要是从表面细晶粒区形成并发展而来的，稳定的凝固完层一旦形成，处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，便转而以枝晶状延伸生长。由于各技晶主干方向互不相同，那些主干与热流方向相平行的枝晶，较之取向不利的相邻枝晶生长得更为迅速．它们优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长。在逐渐淘汰掉取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。 内部等轴晶区的形成，是由于剩余熔体内部晶核自由生长的结果。

4. 试分析缩孔、缩松形成条件及形成原因的异同。

答案要点：

缩孔形成原因是合金的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值。产生的条件，是铸件由表及里地逐层凝固（而不是整个体积同时凝固），缩孔集中在最后凝固的地方。

形成缩松的基本原因也是由于合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但是，形成缩松的条件是合金的结晶温度范围较宽，倾向于体积凝固，缩孔分散，或是在缩松区域内铸件断面的温度梯度小，凝固区域较宽，合金液几乎同时凝固，因液态和凝固收缩所形成的细小孔洞分散且得不到外部合金液的补充而造成的。铸件的凝固区域越宽，就越倾向于产生缩松。

※ 来源：考研论坛 bbs.kaoyan.com

2007年招收硕士研究生入学考试

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、环境科学与工程

(本答案按“液态成形理论基础”、“连接成形理论基础”和“金属塑性成形力学”三个部分列出) (A卷部分) 三、简述题

1. 影响液态金属界面张力的主要因素是什么？

影响液态金属界面张力的主要因素是：(1)金属的熔点，金属的熔点、沸点越高，则表面张力往往就越大；(2)温度，大多数金属和合金的表面张力随温度升高而降低，但对铸铁、碳钢、铜及其合金则相反。(3)溶质元素，表明活性元素降低界面张力，非表明活性元素增加表面张力、

2. 简述纯金属晶体宏观长大方式。

晶体的宏观长大方式有平面生长方式和树枝晶生长方式。当固－液界面前方液体中的为正温度梯度时，界面前方液体的过冷区及过冷度很小，晶体生长时凝固潜热的析出方向同晶体生长方向相反，一旦某一晶体生长伸入液相区就会被重新熔化，导致晶体以平面方式生长。当固－液界面前方液体中的为负温度梯度时，界面前方液体的过冷区较大，界面上凸起的晶体将快速伸入过冷液体中，成为树枝晶生长方式。

3. 影响铸件凝固方式的因素有哪些？

影响铸件凝固方式的因素有二，一是合金的化学成分；二是铸件断面上的温度梯度。纯金属和共晶成分的合金，凝固区TL-TS＝0，属层状凝固；当合金的液相线温度和固相线温度相差很大时，此时凝固范围很宽，则称为体积凝固方式或称糊状凝固方式。但是，若温度梯度较小时，铸件的凝固方式由层状变成糊状的凝固方式。

4. 成分过冷的判据是什么？ 成分过冷的判据是：

其中：GL为固液界面前方的温度梯度，v为生长速度，mL为液相线斜率，C0为溶质的原始浓度，k0为溶质分配系数，DL为溶质在液相中的扩散系数。

5. 何为反应性气孔，有何特征？

金属液和铸型之间或在金属液内部发生化学反应所产生的气孔，称为反应性气孔。

金属一铸型间反应性气孔，通常分布在铸件表面皮下1~3mm，表面经过加工或清理后，就暴露出许多小气孔，所以通称皮下气孔，形状有球状、梨状。

另一类反应性气孔是金属内部化学成分之间或与非金属夹杂物发生化学反应产生的，呈梨形或团球形，均匀分布。

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