3-第三章 材料成形热过程

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本章小结与习题讨论课
4 液态金属凝固时需要过冷，那么固态金属熔化时是否需要过热？ 为什么？
5 假设凝固时的临界晶核为立方体形状，求临界形核功。分析在同样过 冷度下均匀形核时，球形晶核和立方晶核哪一个更容易成？
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第三节 晶核的形成
2 非均匀形核 （3）临界形核功 计算时利用球冠体积、表面积表达式，结合平衡关系 σlw=σsw+σslcosθ 计算能量变化和临界形核功。 △Gk非/△Gk=(2-3cosθ+cos3θ)/4 a θ=0时，△Gk非＝0，杂质本身即为晶核； b 180>θ>0时, △Gk非<△Gk, 杂质促进形核； cθ=180时，△Gk非＝△Gk， 杂质不起作用。
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第四节 晶核的长大
3 液体中温度梯度与晶体的长大形态 （2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低） 粗糙界面：树枝状。 光滑界面：树枝状－多面体—台阶状。
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第四节 晶核的长大
3 液体中温度梯度与晶体的长大形态 （2）负温度梯度（液体中距液固界面越远，温度越低）
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第六节 凝固理论的应用
4 急冷凝固技术 （1）非晶金属与合金 （2）微晶合金。 （3）准晶合金。
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本章小结与习题讨论课
1 试述结晶相变的热力学条件、动力学条件、能量及结构条件。 2 在液态金属中，凡是涌现出的小于临界晶核半径的晶胚都不能成核。

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但如果母材焊前经过冷加工变形，则在加热温度处
于Ac1～450℃的范围内就会发生再结晶过程，结果
使加工硬化消失，强度下降，塑性、韧性提高。

对于有时效敏感性的钢种，加热温度在Ac1～300℃
的范围内，会发生应变时效过程，引起该区的脆化，
表现出较强的缺口敏感性，但在金相组织上并无明
显变化。
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于Tt温度的部位，组织性能将发生变化，出现软化
现象。

由此看来，热影响区的组织和性能不仅与母材的化 学成分有关，同时也与焊前的热处理状态有关。
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1.4.1 焊接热影响区的组织分布 1、不易淬火钢的组织分布 不易淬火钢是指在焊后空冷条 件下不易形成马氏体钢的钢种， 如低碳钢、16Mn、15MnV、 15MnTi等。 对于这类钢种，按照热影响区 中不同部位加热的最高温度及 组织特征的不同，可分为以下 图1-21 焊接热影响区构成示意图 三个区域，如图1-21所示。 1—过热区 ；2—正火区；3—不完全重结晶区；
也可能出现索氏体和珠光体。
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如果母材在焊前是调质状态，那么焊接热影响区的 组织，除在上述的完全淬火区和不完全淬火区之外，
还可能发生不同程度的回火处理，称为回火区(低于
Ac1以下的区域)。

在回火区内组织和性能发生的变化程度决定于焊前 调质状态的回火温度。
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例如，焊前调质时的回火温度为Tt，那么低于Tt温 度的部位，其组织性能不发生变化；而热影响区高
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实验证明，由800℃冷却到500℃的平均冷却速度 与600℃时的瞬时冷却速度是相当的。

第一章：液态金属的结构与性质1雷诺数Re：当Re>2300时为紊流，Re<2300时为层流。

Re=Du/v=Duρ/η，D为直径，u 为流动速度，v为运动粘度=动力粘度η/密度ρ。

层流比紊流消耗能量大。

2表面张力：表面张力是表面上平行于切线方向且各方向大小相同等的张力。

润湿角：接触角为锐角时为润湿，钝角时为不润湿。

3压力差：当表面具有一定的曲度时，表面张力将使表面的两侧产生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径越小，表面张力的作用越显著。

4充型能力：充型过程中，液态金属充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充型能力。

5长程无序、近程有序：液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性，表现出长程无序特征；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停游荡着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围内的近程有序。

拓扑短程序：Sn Ge Ga Si等固态具有共价键的单组元液体，原子间的共价键并未完全消失，存在着与固体结构中对应的四面体局域拓扑有序结构。

化学短程序：Li-Pb Cs-Au Mg-Bi Mg-Zn Mg-Sn Cu-Ti Cu-Sn Al-Mg Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均有化学短程序的存在。

6实际液态金属结构：实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇空穴所组成，同时也含有各种固态液态和气态杂质或化合物，而且还表现出能量结构及浓度三种起伏特征，其结构相对复杂。

能量起伏：液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停的变化，时高时低，这种现象成为能量起伏。

结构起伏：由于能量起伏，液体中大量不停游动的局域有序原子团簇时聚时散，此起彼伏而存在结构起伏。

浓度起伏：游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化，这一现象成为浓度起伏。

材料成型原理（材料成形热过程） 资料习题1、与热处理相比，焊接热过程有哪些特点？答：（1）焊接过程热源集中，局部加热温度高（2）焊接热过程的瞬时性，加热速度快，高温停留时间短（3） 热源的运动性，加热区域不断变化，传热过程不稳定。

2、影响焊接温度场的因素有哪些？试举例分别加以说明。

•热源的性质•焊接工艺参数•被焊金属的热物理性质•焊件的板厚和形状3、何谓焊接热循环？答：焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程，即焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化。

焊接热循环具有加热速度快、峰值温度高、冷却速度大和相变温度以上停留时间不易控制的特点3、焊接热循环的主要参数有哪些？它们对焊接有何影响？•加热速度•峰值温度•高温停留时间•冷却速度 或 冷却时间决定焊接热循环特征的主要参数有以下四个：（1）加热速度ωH 焊接热源的集中程度较高，引起焊接时的加热速度增加，较快的加热速度将使相变过程进行的程度不充分，从而影响接头的组织和力学性能。

（2）峰值温度Ｔmax 。

距焊缝远近不同的点，加热的最高温度不同。

焊接过程中的高温使焊缝附近的金属发生晶粒长大和重结晶，从而改变母材的组织与性能。

（3）相变温度以上的停留时间t H 在相变温度T H 以上停留时间越长，越有利于奥氏体的均匀化过程，增加奥氏体的稳定性，但同时易使晶粒长大，引起接头脆化现象，从而降低接头的质量。

（4）冷却速度ωC (或冷却时间t 8 / 5) 冷却速度是决定焊接热影响区组织和性能的重要参数之一。

对低合金钢来说，熔合线附近冷却到540℃左右的瞬时冷却速度是最重要的参数。

也可采用某一温度范围内的冷却时间来表征冷却的快慢，如800～500℃的冷却时间t 8 / 5，800～300℃的冷却时间t 8/3，以及从峰值温度冷至100℃的冷却时间t 100。

5、焊接热循环中冷却时间5/8t 、3/8t 、100t 的含义是什么？焊接热循环中的冷却时间5/8t 表示从800︒C 冷却到500︒C 的冷却时间。