材料成型原理A2答案

辽宁工程技术大学考试答案(A2)

一、填空题（本大题共2小题，每空1分，总计7分）

1、焊缝中的偏析主要有（ 显微偏析 ）、（ 区域偏析 ）和（ 层状偏析 ）。

2、对一般常用的低碳钢和某些低合金钢，根据组织上的特征其焊接热影响区可分为（ 熔合区 ）、（ 过热区 ）、 （

相变重结晶区 ）和（ 不完全重结晶区 ）四个区 。

二、名词解释（本大题共2小题，总计3分）

3、溶质再分配

固相和液相溶解合金元素的能力不同，所以固相和液相的界面溶质形成梯度，通过合金元素对流、搅拌、扩散等重新分布的现象。（2分）

4、铸件凝固时间

金属充满型腔至铸件完全凝固所需的时间。（1分）

三、回答题（本大题共6小题，总计40分）

5、回答相同温度下，熔渣含FeO量相同的情况下，碱性渣与酸性渣哪个焊缝含氧量更多，为什么？

答：碱性渣含氧量更多，（1分）

焊接钢时FeO溶于渣也溶于液态钢，相同温度下，增加熔渣中FeO量，它将向熔池扩散，使焊缝增氧。碱性渣SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，FeO活度大，易向熔池扩散，使焊缝增氧。酸性渣SiO2、TiO2等酸性氧化物较多，与FeO形成复合物，FeO活度小，使焊缝含氧减少。（5分）

6、回答焊缝的凝固（结晶）形态及影响原因。

答：在焊缝熔化边界，由于温度梯度较大，结晶速度较小，故成分过冷接近于零，所以平面晶得到发展。（3分）随着远离熔化边界向焊缝中心过渡，温度梯度逐渐变小，结晶速度逐渐增大，所以结晶形态由平面晶逐渐向胞状晶、树枝胞状晶、等轴晶发展。（3分）

7、回答焊接熔池的特点。

1体积小，冷却速度大（2分）

2其中的液态金属处于过热（2分） 3是在运动状态下结晶。（2分）

8、为什么焊接延迟裂纹的扩展是断续的，试用氢的应力扩散理论说明。

试样在受力作用下，会在裂纹敏感的部位形成有应力集中的三向应力区，氢极力向该区扩散，一方面产生较大应力，另一方面阻碍位错移动而使该处变脆，当此部位氢浓度达到临界值，会发生启裂和扩展。（4分）之后，氢向新三向应力区扩散，达到临界值又发生新的裂纹扩展。此过程周而复始断续进行，直至成为宏观裂纹。（2分）

9、反常偏析是如何形成的？ （6分）

宽凝固范围的合金在缓慢凝固的条件下，为典型的体积凝固，树枝晶发达（3分），枝晶间充满富含溶质的液体，且枝晶通道畅通，在凝固后期，树枝晶发生收缩及在气体析出的共同影响下，将富含溶质的液体推向铸件表面，使件表面溶质含量高。（3分）

10、假设一铸钢锭，其宏观组织为表面细小等轴晶、内部柱状晶、中心粗大等轴晶，试分析各晶区是如何形成的，并解释其S、P等杂质的偏析规律。（10分）

表面细小等轴晶区的形成：在型腔表面由于铸型的激冷作用，形成一层过冷区，由于液体流动过来的小晶体数量多，且处于过冷区，可向四周散热，所以形成细小的等轴晶（2分）；内部柱状晶区的形成：当表面形成凝固层后，散热变的具有方向性，即垂直于凝固层的方向成为散热最强的方向，则固液界面处枝晶的生长速度不同，沿散热的反方向生长最快，其他方向生长慢，则沿散热的反方向生长成柱状晶，其他方向的生长被抑制（2分）；中心粗大等轴晶区的形成：在冷却后期，中心的液体也处于过冷，此时游动的小晶体的数量很少，故长成粗大的等轴晶（2分）。

表面细小等轴晶区由于形成速度快，溶质再分配来不及进行，所以不存在偏析，中心粗大等轴晶区是后形成的，溶质含量比原始含量高，但由于晶体生长时向外生长，所以溶质比较均匀，内部柱状晶区符合溶质再分配规律，柱状晶区前部溶质含量低于原始含量，越向后越高，在内部柱状晶区和中心粗大等轴晶区之间，由于此处是最后形成的，溶质无处扩散，所以此处溶质含量最高。（4分）

四、论述题（本大题共2小题，总计20分）

11、详细论述析出性气孔的形成机理。（7分）

由于气体溶质再分配，在固液界面处气体溶质富集，若富集的气体的浓度超过气体在金属中的饱和溶解度，则在此区域气体处于过饱和状态；或此时气体溶解度不超过饱和溶解度，当凝固后期，溶解于金属中的气体量无限大，也将超过气体在金属中的饱和溶解度，使气体处于过饱和状态（3分），有较大的气体析出分压力，当金属中存在气泡核心时，形成气泡，当气泡内的气体压力大于外界作用于气泡上的压力时，气泡能稳定存在，这时溶解于金属中的气体向气泡扩散，使气泡长大，当浮力超过粘滞力时，气泡上浮，在铸件形成期间未浮出来，留在铸件内部，就形成析出性气孔（4分）。

12、以平板件置于地上冷却为例，分析其残余热应力的形成过程，并判断其变形规律。（13分）

当平板下部和上部均处于塑性状态（即温度高于塑弹性转变温度）时，若两部分自由收缩，则下部收缩大，上部收缩小，但两部分是连在一起的，则下部被塑性拉伸，上部被塑性压缩，由于发生塑性变形，释放应力，故此时两部分不存在应力（4分）；当下部处于弹性状态，而上部仍处于塑性状态时，由于弹性变形比塑性变形困难，所以此时的变形以下部为主，上部发生塑性变形，释放应力，故此时两部分也不存在应力（4分）；当两部分均处于弹性状态时，若两部分自由收缩，则下部收缩小，上部收缩大，但两部分是连在一起的，故上部受到拉应力，下部受到压应力。（4分）

变形规律为平板翘起。（1分）

五、计算题（本大题共2小题，总计30分）

14、设物体内的应力场为：

0xzyxx

2yaz5y

325bzzyz yczayyz23

试求系数a、b、c的值？ （本题5分）

解：利用应力平衡微分方程：

由 可得 0+0+0=0

由 可得0+10azy+2czy=0 (1) (1分)

由 可得 3ay2+cz2+5y2-3bz2 （2） (1分)

化简（1）、（2）式得； （10a+2c）zy=0 (3) (1分)

(3a+5) y2+(c-3b)z2=0 (4) (1分)

要使（3）、（4）式恒成立，得： a= -5/3 ; b= 25/9; c=25/3; (1分)

15、对于直角坐标系oxyz内，已知受力物体内一点的应力张量为：

10 0 -10

ij

0 -10 0 ，应力单位为MPa，

-10 0 10

（1）画出该点的应力单元体；

（2）求该点的应力张量不变量、主应力及主方向；

（3）求该点的应力偏张量及应力球张量。 （本题15分）

0zyxzyyxy0zyxzyzxz0zyxzxyxx

16、一个两端封闭的薄壁圆管，其外直径为88mm，壁厚为4mm，承受内压p，材料的屈服应力为200MPa，试用Tresca屈服准则和Mises屈服准则分别求出外表面屈服时的内压p值。

(本题10分)

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分别代入r、t和σs值，得 3/40p MPa。

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分别代入r、t和σs值，得 20p MPa。 (1分)