材料成型基本原理

1、1、 液体原子（长程、短程、结构）2、 物质表面张力（正、反、小、大、增大）3、 合金的液相线（差、大、大）4、 晶体连续生长（正、小、相等）5、 根据“成分过冷”（小、大、小）6、 对于气体在金属中溶解为吸热反应的情况，气体的溶解度随温度 降低 而降低。氢在Fe液中溶解度随熔滴过渡频率的增大而 降低 ，随焊接气氛氧化性的 增强 而降低7、 根据熔渣（长渣、短渣、长渣）8、 熔炼钢时（低、强）9、 影响钢焊缝（拘束状态、氢的含量及分布、钢的淬硬倾向）10、铸件产生（大、顺序）11、界面张力（大、为锐角、小、为钝角）12、铸件的凝固（逐层凝固、中间凝固、体积凝固；凝固温度区间、界面前沿的温度梯度

2、）13、Jakson因子（粗糙、光滑）14、在固相无扩散（快、小、慢、容易）15、在一个由金属（Po2、Po2、Po2 Po2、Po2 Po2、两者相等）1、实际液态金属（结构、能量、相）2、通常，合金（差、体积）3、焊接热输入（大、大、严重、大）4、非均质形核（小、大、相等）5、细化铸件（合理地控制浇注工艺和冷却条件、孕育处理、动力学细化）6、共晶组织生长（横、共生）7、对于气体在金属中溶解为吸热反应的，气体的溶解度随该气体分压的增高而 增大 ，随温度 下降 而降低。氢在合金液中溶解度随焊接气氛氧化性的 增强 而降低。8、在熔渣中（更强、低）9、微观偏析（晶内偏析与晶界偏析、正常偏析与逆偏析

3、）10影响钢材生产（氢的含量与分布、钢材的淬硬倾向、拘束应力状态）1 表面张力表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。2 粘度表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。或作用于液体表面的应力大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。5 液态金属的流动性是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。6 铸型的蓄热系数表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。9 溶质平衡分配系数K0特定温度T*下固相合金成分浓度CS*与液相合金成分CL*达到平衡时的比值。10 均质形核和异质形核均质形核

4、(Homogeneous nucleation) ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，亦称“自发形核” 。非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”。11、粗糙界面和光滑界面从原子尺度上来看，固液界面固相一侧的点阵位置只有50左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。粗糙界面在有些文献中也称为“非小晶面”。12、面从原子尺度上来看，固液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。也称为“小晶面”或“小平面”

5、。13“成分过冷”与“热过冷”液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的改变而可能产生所谓的“成分过冷”。这种仅由熔体存在的负温度梯度所造成的过冷，习惯上称为“热过冷” 。14内生生长和外生生长晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式，称为“外生生长”。 平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属于外生生长。等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为“内生生长”。15枝晶间距指相邻同次枝晶间的垂直距离。它是树枝晶组织细化程度的表征。16共生生长是指在共晶合金结晶时，后析出的相依附于领先相表面而析出，进而形成相互交叠的双相晶核且具有共同的生长界面，依靠溶质原子

6、在界面前沿两相间的横向扩散，互相不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元，彼此偶合的共同向前生长。17异生长两相的析出在时间上和空间上都是彼此分离的，因而形成的组织没有共生共晶的特征。这种非共生生长的共晶结晶方式称为离异生长，所形成的组织称离异共晶。18孕育与变质孕育主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒；而变质则是改变晶体的生长机理，从而影响晶体形貌。变质在改变共晶合金的非金属相的结晶形貌上有着重要的应用，而在等轴晶组织的获得和细化中采用的则是孕育方法。 29气体的溶解度 在一定温度和压力条件下，气体溶入金属的饱和浓度。影响溶解度的主要因素是温度及压力、气体的种类和合金的成分。20熔渣的碱

7、度是熔渣中的碱性氧化物与酸性氧化物浓度的比值（分子理论）或液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）（离子理论）。21渣和短渣熔渣的粘度随温度增高而急剧下降（快速）变化的渣称之为短渣； 反之为长渣。22熔渣的氧化和还原能力是指熔渣向液态金属中传入氧（或从液态金属中导出氧）的能力。沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的FeO起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式。23偏析合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀现象。24观和宏观偏析微观偏析是指微小范围（约一个晶粒范围）内的化学成分不均匀现象，有晶界和晶内偏析之分。宏观偏析是指宏观尺寸上的偏析，包括

8、：正常偏析、逆偏析、V形偏析和逆V形偏析、带状偏析与层状偏析和重力偏析。 25气孔因气体分子聚集而产生的孔洞。气孔有析出性气孔、反应性气孔和侵入性气孔之分。36冷裂纹和热裂纹金属凝固冷却至室温附近发生的开裂现象称之为冷裂纹； 在固相线附近发生的裂纹称之为热裂纹。37再分配由于合金凝固过程中随温度的变化，固液界面前沿溶质富集并形成浓度梯度。所以，溶质必须在液、固两相重新分布，即所谓的“溶质再分配”。48裂纹在应力与致脆因素的共同作用下，使材料的原子结合遭到破坏，在形成新界面时产生的缝隙称为裂纹。二、部分简答题1 实际液态金属的结构实际液态金属由大量时聚时散，此起彼伏游动着的原子团簇，空穴组成，同

9、时也含有各种固态，液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量，结构及浓度三种 起伏特征，其结构相当复杂2 液态金属表面张力的影响因素1）原子间作用力：原子间结合力u0表面内能表面自由能表面张力；2）与原子体积（3）成反比，与价电子数Z成正比；3）表面张力与温度：随温度升高而下降；4）合金元素或微量杂质元素对表面张力的影响。向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使u0减小，使表面内能和表面张力降低。3 铸件的凝固组织可分为几类，它们分别描述铸件凝固组织的那些特点？铸件的凝固组织可分为宏观和微观两方面。宏观组织主要是指铸态晶粒的形状、尺寸、取向和分布情况；微观组织主要描述晶粒内部的结构形态，如树枝晶

10、、胞状晶等亚结构组织等。4 简述氢致裂纹的特征和机理。形成机理：接头中的扩散氢不仅使金属脆化，当金属内部存在显微裂纹等缺陷时，在应力的作用下，裂纹前沿会形成应力集中的三向应力区，诱使接头中的扩散氢向高应力区扩散并聚集为分子态氢，体积膨胀使裂纹内压力增高，裂纹向前扩展，在裂纹尖端形成新的三向应力区，这一过程周而复始持续进行。当接头中的氢含量超过临界值时，显微裂纹将扩展成为宏观裂纹。v特征：氢致裂纹从潜伏、萌生、扩展直至开裂具有延迟特征；存在氢致延迟裂纹的敏感温度区间（Ms以下200至室温范围）；常发生在刚性较大的低碳钢、低合金钢的焊接结构中5 简述熔渣的碱度对脱氧、脱磷、脱硫的影响（1）脱氧：一

11、般脱氧方式分为沉淀脱氧与扩散脱氧。沉淀脱氧时，要求脱氧反应所形成的脱氧产物（氧化物）与熔渣中的氧化物性质相反以有利于脱氧反应的持续进行。当采用锰铁进行脱氧时，对应熔渣以含SiO2或TiO2的酸性渣较适宜。碱度高的熔渣需要采用用硅沉淀脱氧或硅锰联合脱氧；碱度高不利于扩散脱氧。因为Fe在碱度高的熔渣中的活度较大，容易向液态金属中扩散。（2）脱硫：采用熔渣进行脱硫时，渣中氧化钙的浓度高和氧化亚铁的浓度低都有利于脱硫反应的进行。因此，熔渣碱度高有利于脱硫。（3）脱磷脱磷的有利条件是高碱度、强氧化性、低粘度的熔渣，同时要求较低的反应温度和较大的渣量，这些条件难以同时满足。焊接过程中的脱磷效果很差，熔炼时

12、在氧化熔炼阶段脱磷，之后将含有大量磷的熔渣扒掉，另造新的碱性渣6 试述熔渣脱硫的原理及影响因素。（1）熔渣脱硫的原理与扩散脱氧相似,。根据它是利用FeS在熔渣中和金属液中的分配定律，通过在熔渣中脱S，达到对金属的脱S作用。CaO、CaC2、MnO、MgO与熔渣中的FeS反应而进行脱硫，当熔渣中的FeS含量减少时，钢液中的FeS就向熔渣中扩散，这样就间接达到了脱去钢液中FeS的目的。（2）影响因素a、熔渣的还原性和碱度。在熔渣还原期中和熔渣的碱度高时都有利于脱硫。b、粘度。粘度小有利于脱硫。c、温度。脱硫反应是吸热反应，因此温度高有利于脱硫。d、硫的活度。硫的活度大，容易从金属液中析出，有利于脱

13、硫7 简述成分过冷的大小受哪些因素影响。1）液相中温度梯度GL,GL越小,越有利于成分过冷2）晶体生长速度R,R越大,越有利于成分过冷3）液相线斜率mL,mL越大,越有利于成分过冷4）原始成分浓度C0,C0越高,越有利于成分过冷5）液相中溶质扩散系数DL,DL越底,越有利于成分过冷6）平衡分配系数K0,K01时，K0越小,越有利于成分过冷；K01时，K0越大,越有利于成分过冷。8 氮、氢、氧对金属的质量有何影响？1)使材料脆化2)产生冷裂纹3)形成气孔4)引起氧化和飞溅9 控制铸件或焊接氮含量的重要措施是什么？a限制气体的来源氮主要来源于空气，控制氮的首要措施是加强对金属的保护，防止空气与金属

14、接触。b控制工艺参数金属中氮的含量与工艺参数密切相关。应尽量采用短弧焊。焊接电流增加时，熔滴过渡频率增加，气体与熔滴作用时间缩短，焊缝中氮含量减少。此外，焊接方法、熔滴过渡特性、电流种类等也有一定的影响。c冶金处理采用冶金方法对液态金属进行脱氮除气处理，是降低金属中气体含量的有效方法。液态金属中加入Ti、Al和稀土等对氮有较大亲和力的元素，可形成不溶于液态金属的稳定氮化物而进入溶渣，从而减少金属的氮含量。10 何谓沉淀脱氧？试述生产中常用的几种沉淀脱氧反应。（1）沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的FeO起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并析出转入熔渣的一种脱氧方式。（2

15、）生产中几种常用的沉淀脱氧反应：a锰的脱氧反应，Mn+FeO=Fe+(MnO)b硅的脱氧反应，Si+2FeO=2Fe+(SiO2)c硅锰联合脱氧反应11 影响枝晶间距的主要因素是什么？纯金属的枝晶间距主要决定于晶面处结晶潜热散失条件，而一般单相合金的枝晶间距则还受控于溶质元素在枝晶间的扩散行为。通常采用的有一次枝晶（柱状晶主干）间距d1、和二次分枝间距d2两种。前者是胞状晶和柱状树枝晶的重要参数，后者对柱状树枝晶和等轴枝晶均有重要意义。一次枝晶间距与生长速度R、界面前液相温度梯度GL直接相关，在一定的合金成分及生长条件下，枝晶间距是一定的，R及GL增大均会使一次间距变小。二次臂枝晶间距与冷却速

16、度（温度梯度GL及生长速度R）以及微量变质元素（如稀土）的影响有关。12 冷裂纹的分类及其影响冷裂纹形成的因素延迟裂纹这类裂纹是在氢、钢材淬硬组织和拘束应力的共同作用下产生的，形成温度一般在 Ms 以下 200 至室温范围，由于氢的作用而具有明显的延迟特征，故又称为氢致裂纹。裂纹的产生存在着潜伏期（几小时、几天甚至更长）、缓慢扩展期和突然开裂三个连续过程。由于能量的释放，常可听到较清晰的开裂声音（可用声发射仪来监测），常发生在刚性较大的低碳钢、低合金钢的焊接结构中。淬硬脆化裂纹某些淬硬倾向大的钢种，热加工后冷却到Ms 至室温时，因发生马氏体相变而脆化，在拘束应力作用下即可产生开裂。这种裂纹又称为淬火裂纹，其产生与氢的关系不大，基本无延迟现象，成形加工后常立即出现。这类裂纹常出现在具有强烈淬硬倾向的高（中）碳钢、高强度合金钢、工具钢的焊件中。低塑性脆化裂纹它是某些低塑性材料冷却到较低温度时