材料成型原理

材料成型原理

1.焊接方法分为：熔焊、压焊、钎焊

2.焊接接头的形成过程包括：焊接热过程、焊接化学冶金过程、焊接物理冶金过程

3.焊接热循环：在焊接中，焊件上某点温度由低到高，达到最大值后，又由高到低的过程

4.焊接温度场：焊件上各点在瞬时的温度分布称为“温度场”，也称为焊接温度场

5.HAZ:在焊接进行过程中，焊缝周围未熔化的母材在加热和冷却过程中，发生了显微组织和力学性能变化的区域称为“热影响区”，简称HAZ

6.熔焊的焊接接头由：焊缝、热影响区、母材，此外，焊缝与热影响区之间有一层过滤区称为：熔合区

7.低碳钢HAZ组织性能的分布：①熔合区（成分与组织不均匀分布，过热严重，塑形差，是焊接接头的薄弱环节）②过热区（晶粒严重长大，又称“粗晶区”，晶粒粗化使塑形、韧性下降，慢冷时还会出现魏氏足知，薄弱环节）③相变重结晶区（奥氏体晶粒细小，空冷后得到细小而均匀的珠光体和铁素体，相当于热处理的正火组织，塑形和韧性很好）④不完全重结晶区（晶粒大小、组织分布不均匀，虽然受热不严重，但性能不如相变重结晶区）

8.焊缝中气孔分为：⑴析出型气孔 因气体在液、固态金属中的溶解度差造成过饱和状态的气体析出所形成的气孔，包括①氢气孔 ②氮气孔；⑵反应型气孔 熔池中由于冶金反应产生不溶于液态金属的CO、H2O而生成的气孔，包括：①CO气孔 ②H2O气孔

9.焊缝气孔的消除方法：⑴消除气体来源 ⑵正确选用焊接材料 ⑶控制焊接工艺条件

10.熔焊的定义：通过局部加热使连接处达到熔化状态，然后冷却结晶形成共同晶粒

11.易淬火钢与不易淬火钢热影响区组织分布：⒈不易淬火钢焊接热影响区组织分布：⑴熔合区：最高温度处于固相线与液相线之间，晶界与晶内局部熔化，成分与组织不均匀分布，过热严重，塑性差 ⑵过热区：峰值温度：固相线以下到晶粒开始急剧长大的温度，一般为1100°C，韧性很低，常产生脆化或裂纹 ⑶相变重结晶区：峰值温度：在Ac3以上到晶粒开始急剧长大的温度范围内 ⑷不完全重结晶区：峰值温度：处于Ac1～Ac3之间，组织不均匀，力学性能也不均匀 ⒉易淬火钢焊接热影响区组织：⑴完全淬火区：该区的加热温度处于固相线到Ac3之间，相当于低碳钢的过热区和正火区，得到淬火M，有时可出现B ⑵ 不完全淬火区：该区的加热温度在Ac1～Ac3之间，相当于不完全重结晶区，形成M-F组织、[C]、合金含量不高或冷速较小时可能出现S和P ⑶ 回火区 （Ac1>Tm>悍前调质回火温度）强度下降，塑形、韧性上升，回火软化

12.化学冶金与炼钢的区别：在熔焊条件下，焊接冶金

过程是优质金属的局部超高温快速熔化，和随后伴随的凝固，化学成分上，与母材有相当明显的差别 （1）原材料不同：普通冶金材料的原材料主要是矿石、废钢铁和焦炭等；而焊接化学冶金的原材料主要是焊条、焊丝和焊剂等。

（2）反应条件不同：普通化学冶金是对金属熔炼加工过程，是在放牧特定的炉中进行的；而焊接化学冶金过程是金属在焊接条件下，再熔炼的过程，焊接时焊缝相当于高炉。

13.焊接中，气相中气体的主要来源：焊接材料；气体保护焊时焊接区内产生的气体，主要来来自所采用的保护气体中的杂质；热源周围的空气也是一种气体源；除了之间进入焊接区的气体外，焊接区内的气体主要通过以下物理化学反应而产生的：1.有机物的分解和燃烧 2.碳酸盐和高价氧化物的分解 3.材料的蒸发 气体成分：CO、CO2、H2O、O2、H2、N2、金属和熔渣的蒸气，以及它们分解或电离的产物所组成的混合物

14.碱性焊条需清理原因：因为碱性焊条对氧较为敏感，所以要求焊接时需清理焊界表面的氧化物和铁锈，以防止焊缝增氧

15.焊渣在焊接过程中的作用：1.机械保护作用 2.冶金处理作用 3.改善焊接工艺性能

16.塑形：指固体材料在外力作用下发生永久变形而不被破坏其完整性的能力

17.本构方程：塑形变形时应力状态和应变状态之间的关系的数学表达式，也称物理方程

18.点的应力状态：受力物体内某一点各个截面上的所有应力的变化情况

某点应力状态的表示：由过该点所作的三个相互垂直坐标面上的九个应力分量σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx、τyx、τzy、τxz来表示

19.应力偏张量：

┏（σx-σm） τxy τxz ┓

σij=┃ τyx （σy-σm） τyz ┃

┗ τzx τzy （σz-σm）┛

20.应力球张量：

┏ σm 0 0 ┓

σij=┃ 0 σm 0 ┃

┗ 0 0 σm ┛

21.点的应变状态：受力物体内某一点，在各个方向上形变大小的情况

22.点的应变状态的表示：

┏ εx γxy γxz ┓

εij=┃ γyx εy γyz ┃

┗ γzx γzy εz ┛

┏ εx εx γxz ┓

=┃ · εy γyz ┃

┗ · · εz ┛

23.应变球张量表明在给定点处的微元体素，其各方向的线应变相同，仅发生体积变形，应变偏张量表明在给定点处的微元体素，其各方向的线应变相同发生形状变形

24.塑性变形时体积不变的表达式：εx+εy +εz =0 25.塑性屈服准则：描述不同应力状态下变形体内某点由弹性状态进入塑形状态，并使塑性变形状态持续进行的必须遵守的条件，又称为屈服条件

26.两个屈服准则表达式：

Tresca屈服准则表达式： τmax=C （最大切应力准则）设

σ1>σ2>σ3,τmax=(σ1-σ3)/2=C (C与应力状态无关C=σs/2）得

其数学表达式为σ1-σ3=σs

在事先不知道主应力大小次序时，Tresca屈服准则的普通表达式为

｜σ1-σ2｜=σs，｜σ2-σ3｜=σs，｜σ3-σ1｜=σs；实用的Tresca屈服条件：σ1-σ3=2k=σs

Mises屈服准则的表达式：

1/6[(σx-σy)2+(σy-σz)2+(σz-σx)2+6 (τxy2+τyz2+τzx2 )]=C1

(拉伸式样屈服与薄壁管扭转时为C1=σ2s/3=τ2s)

27.两个屈服准则的异同点:

共同点: 1)屈服准则的表达式都和坐标的选择无关，等式左边都是不变量的函数；2)三个主应力可以任意置换而不影响屈服，同时,认为拉应力和压应力的作用是一样。3)各表达式都和应力球张量无关。

不同点： Tresca屈服准则没有考虑中间应力的影响，三个主应力大小顺序不知时，使用不便；而Mises屈服准则考虑了中间应力的影响，使用方便。

物理意义不同: 在一定的变形条件下，当材料的单位体积形状改变的弹性位能(又称弹性形变能)达到某一常数时，材料就屈服。在一定的条件下，当材料的最大切应力达到某一值时材料就屈服了。

28.主平面：切应力为零的平面

主应力：主平面上的正应力

主方向：主平面的法线方向

29.液态金属的特点：①纯金属由原子集团、游离原子、空穴组成。②空穴等的大小、形态、分布及热运动都处于无时无刻不在变化的状态 ③存在温度起伏、结构起伏、成分起伏。④在原子集团内部，原子排列仍具有一定规律性，称为“近程有序”

30.粘度的本质：原子间的结合力

31.粘度如何影响材料成型过程：1.对液态金属净化的影响； 2.对液态合金流动阻力的影响；（流体的流动形态分：层流和稳流，当层流方式流动时，阻力系数大，流动阻力大，因此在材料成型过程中，以稳流方式最好，由于流动阻力小，液态金属能顺利的充填型缩，故金属液在浇注系统和型腔中的流动一般为稳流，在充型后期或狭窄的枝晶间的补缩和细薄的铸件中则为层流） 3.对凝固过程中液态合金中对流的影响；（冷却和凝固过程中存在温度差和浓度差而产生浮力，它是液态合金对流的驱动力，当浮力大雨或等于粘滞力时则产生对流）

32.表面张力如何产生：液体内部的原子或分子处于力的平衡状态，而表面层上的原子或分子受力不均匀，结果产生指向液体内部的合力，这就是表面张力产生的根源，可见，表面张力是质点间作用力不平衡引起的。

33.表面张力与熔点、温度、杂质的关系：⑴熔点 表面张力的实质是质点间的作用力，故原子间结合力大的物质，其熔点、沸点高，则表面张力往往就大； ⑵温度 表面张力随着温度的升高而降低，这是因温度升高而使液体质

点间的结合力减弱所致； ⑶溶质元素 分为两大类：一类是使表面张力降低的溶质元素叫做表面活性元素，跑向表面会使自由能降低，具有正吸附作用；另一类是提高表面张力的元素，叫做非表面活性元素，跑向熔体内部会使自由能降低，具有负吸附作用

34.表面张力与蓄热系数对充型能力影响：1.蓄热系数：铸型的蓄热系数越大，铸型的激冷能力就越强，金属液于其中保持液态的时间就越短，充型能力下降；2.表面张力：型腔越稀薄，棱角的曲率半径越小，表面张力影响越大

35.毛细管现象：玻璃管插入能润湿管壁液体中，管内液面上升，呈凹面状；不润湿玻璃管时，管内液面下降，呈凸液面状，这种现象称为毛细管现象

36.毛细管对金属成型影响：附加压力与管道半径成反比，当r很小时，产生很大的附加压力，对液态成形过程中液态合金的充型性能和和铸件表面质量产生很大影响。表面张力对铸件的凝固过程的补缩状况对是否出现热裂纹缺陷有重大影响，熔渣与合金液如果是润湿的，就不易降其从合金液中去除，导致焊缝处可能产生夹渣缺陷

37.液态金属流动性与充型能力区别与联系：① 液态金属本身具有的流动能力称为“流动性”，由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定，与外界因素无关 ② 流动性对于排除液体金属中气体和杂志，凝固过程的补缩、防止开裂、获得优质的液态成形有重要影响，良好的流动性有利于防止缩孔、缩松、热裂等缺陷的出现，流动性好，其充型能力强 ③ 液态金属的充型能力高低取决于液态金属本身流动能力

38.铸件的凝固方式及特点：① 层状凝固 ②体积凝固 ③中间状凝固 层状凝固：动态凝固曲线的水平距离很小或等于零时，此时铸件凝固区很小或没有。纯金属和窄结晶温度范围的合金，随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减小，直达铸件的中心； 体积凝固：水平距离很宽，凝固范围很大，先呈糊状后凝固； 中间状凝固：介于二者之间

39.为什么过冷度是液态金属凝固驱动力：△Gv=L△T/Tm ，L与Tm均为定值，故△Gv仅与△T有关，因此液态金属凝固的驱动力是由过冷提供的，过冷度越大，凝固驱动力越大

40.热力学能障：热力学能障是由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生的，它能直接影响到系统自由能的大小，界面自由能属于这种情况

41.动力学能障：动力学能障是由金属原子穿越界面过程所引起的，它与驱动力大小无关，仅取决于界面的结构与性质，激活自由能属于这种情况

42.凝固过程如何克服两能障：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、能量三个起伏，正是这三个起伏才能克服凝固过程中的热力学和动力学能障，使凝固过程不断进行下去

43.均质形核：在没有任何外来界面的均匀熔体中的形核过程