各高校金属学及热处理-材料基础考研试题

哈尔滨工业大学2002年硕士研究生入学考试试题考试科目:金属学及热处理

一、（10分）已知铜单晶的｛111卜110>滑移系得临界分切应力为IMpa。直径为1mm的铜单晶

丝受轴向拉伸,加载方向平行于单晶的［001］方向，若使铜单晶丝不产生明显的塑性变形,求

此单晶丝能承受的最大轴向载荷是多少？（计算结果保留3位有效数字）

二、（15分）根据组元间固态下互不溶解的三元共晶相图的投影图（如右图所示），说明0点成

分合金平衡结晶过程，画出冷却曲线示意图，并写出室温下该合金的组织组成物相对含量的

表达式。

三、（15分）求珠光体组织中铁素体相的相对含量是多少?若某铁碳合金组织中除有珠光体外,

还有15%的二次渗碳体,试求该合金的含碳量是多少？

四、（15分）试叙述贝氏体的转变特点,并比较与珠光体和马氏体转变的异同点。

五、（15分）什么是异分结晶？说明如何利用区域熔炼方法提纯金属。提纯效果与什么因素有

关？

六、（15分）某厂对高镒钢制造的碎矿机颗板经1100℃加热后,用崭新的优质冷拔态钢丝绳吊

挂，由起重吊车运往淬火水槽,行至途中钢丝绳突然发生断裂,试分析钢丝绳发生断裂的主要

原因。

七、（15分）用T10A钢（Wc=l.0%,Acl=730℃,Accm=800℃）制造冷冲模的冲头,试制订预备热

处理工艺（包括工艺名称和具体参数），并说明预备热处理的目的以及加热转变完成和冷至室

温后获得何种组织。

哈尔滨工业大学2003年考研专业课试卷金属学及热处理考研试题

考试科目：金属学及热处理

—>（20分）已知面心立方晶格的晶格常数为a,分别计算（100）、（110）和（111）晶面的

晶面间距；并求出［100］、［110］和［111］晶向上的原子排列密度（某晶向上的原子排列密度是

指该晶向上单位长度排列原子的个数）；写出面心立方结构的滑移面和滑移方向，并说明原

因。（计算结果保留两位有效数字）

二、（20分）右图为组元在固态下完全不溶的三元共晶合金相图的投影图：

1.作mn变温截面图，分析01点成分合金的平衡结晶过程。

2.写出01点成分合金室温下的相组成物，给出各相的相对含量的表达式。

3.写出01点成分合金室温下的组织组成物，给出各组织组成物的相对含量的表达式

三、（25分）试述冷变形金属在加热时，其组织和性能发生的变化。

四、（20分）什么是离异共晶？举例说明离异共晶产生的原因及对合金性能的影响。

五、（20分）求莱氏体中共晶渗碳体的相对含量是多少？若某铁碳合金平衡组织中含有10%

的一次渗碳体，试求该合金的含碳量是多少？（计算结果保留两位有效数字）

六、（20分）叙述板条马氏体和下贝氏体的组织形态，并说明板条马氏体和下贝氏体具有良

好强韧性的原因。

七、（25分）T10A钢含碳量约为1.0%,Acl=730℃,Accm=800℃,Ms=175℃,该合金的

原始组织为片状珠光体加网状渗碳体，若用此钢制作冷冲模的冲头，说明需要经过那些热处

理工序才能满足零件的性能要求，写出具体热处理工艺名称、加热温度参数、冷却方式以及

各工序加热转变完成后和冷却至室温时得到的组织。

2。。2年上褊交通大学黄士辅究生入学就趣

1.对fee结构的晶体(点阵常数为a)

(1)分别计算原子在［100子［110］和［111］晶向上的原子密度,并说明哪个

晶向是密排方向：

(2)计算原子在(100),(110)和(111)晶面上的原子密度和三个面的面间距,

并指出面间距最大的晶面。

2.在fee,晶体中存在两个位错&和dz，若@的位错线方向Z〃［U2］,柏氏

浓101^［110］

矢量a=2,山的分别为口5=2

(1)判断哪个位错为纯刃型位错，并求出其半原子面指数及滑移面指数；

(2)该刃型位错如果发生分解形成扩展位错，试写出可能的位错反应并图

示；

(3)另外一个位错柏氏矢量的刃型和螺型分量模各为多少？

3.对某简单立方单晶体，其拉伸应力方向如附图L2所示。该晶

体的滑移系为<100>{100}o

(1)求出每个滑移系的分切应力；

(2)判定哪几组滑移系最容易开动。

4.有一合金试样其晶界能为0.5J/m2,在退火前原始晶粒直径为2.16X10:tcm,

屈服强度为108MPa。对该合金在700℃退火2h处理后其屈服强度降低为

3

82MPa0在退火过程中保温1h时测得该合金放出热量为0.021J/cm,继续

保温1h测得该合金又放出热量0.014J/cm：io求如果该合金只在700c保温1

h后的屈服强度。（已知合金单位体积内界面面积Sv与晶粒直径d之间的关

系为Sv=2/d,且放出的热量完全由于晶粒长大、晶界总面积减少所致。）

5.Fe-Si合金（wsi=0.03,bcc结构）的点阵常数d=0.3nm,经形变后研究其

回复再结晶机制。回复退火时材料发生多边化过程，观察到三个亚晶交于点

0（见附图1.3）o经蚀坑法测得三段亚晶界（0A,0B和0C,其长度均为0.2nm）

的刃型位错总数为1.198X10",设它们均匀分布构成亚晶界（a=120。,B

=80°）o

（1）求相邻亚晶间的位向差9；

（2）若经再结晶后这些亚晶界在原来位置转变为大角度晶界，且测得0A的

晶界能为0.8J/m2,求其他两个晶界的晶界能。

6.渗碳可提高钢的表面硬度。若在1000C对v-Fe渗碳，已知在距表面1〜2mm

之间，碳浓度从5%（摩尔分数）降到4%。估算碳进入该区域的扩散通量J（摩

尔/n?•s）。已知Y-Fe在1000℃时的密度为7.63g/cm3,扩散常数D0=2

X10-5m7s,激活能Q=142kj/mol,Fe的相对原子质量为55.85。

7.根据附图1.4所示A-B二元共晶相图（共晶温度为600℃）,将此=10%的合

金，用同样成分的籽晶在固相无扩散、液相完全不混合的条件下进行定向凝

固制成单晶，为了保持液一固界面在整个凝固过程中处于乎直状态，试计算

界面处液相所需的最小温度梯度Go已知凝固速度R=1cm/h,D=2X105

cm2/so

附图1.3

8.画出线型非晶态高分子形变一温度曲线，从分子运动的观点简述其三种力学

状态产生的起因。

9.根据Ag—Cu二元相图(见附图1.5)：

(1)写出图中的液相、固相线a和B相的熔解度曲线及三相恒温转变线；

(2)计算Ag-Cu合金(w,*=0.60)(y，y线)在点M对应温度下液相和B相的

相对量；

(3)画出上述合金的冷却曲线及室温组织示意图；

附图1.5

10.在图示(见附图1.6)的固态完全不互熔的三元共晶相图中，a、b、c分

别是组元A,B,C的熔点，e”e2,e3,分别是A-B,B-C,A-C二元共晶转变

点，正为三元共晶转变点(已知Ta>Tc>T„>Tl.3>Tel>Te2>TE)o

(1)画出以下不同温度⑴下的水平截面图；

(a)T)T>Tb；(b)TC3>T>L1；(c)L2>T>TE(d)T^TE

(2)写出图中。合金的凝固过程及其室温组织

北科大05

2005年北京科技大学

攻读硕士学位研究生入学考试试题

考试科目：金属学

适用专业：材料学、材料科学与工程、材料加工工程

说明：统考生做一至九题；单考生做••至六和十至十二题

一、晶体结构(20分)

1.什么是晶面族｛111｝晶面族包含哪些晶面？

2.面心立方结构金属的［100］和正［111］晶向间的夹角是多少？｛100｝面间距是多少？

3.面心立方结构和密排六方结构金属中的原子堆垛方式和致密度是否有差异?请加以说明。

二、合金相（15分）

1.解释间隙固溶体和间隙相的含义，并加以比较。

2.为什么固溶体的强度常比纯金属高？

三、晶体缺陷（15分）

1.晶体内若有较多的线缺陷（位错）或面缺陷（晶界、李晶界等），其强度会明显升高，这些

现象称为什么？强度提高的原因是什么？

2.上述的两类缺陷是怎样进入晶体的?举例说明如何提高这些缺陷的数目？

四、相图热力学（10分）

利用图10T的自由能-成分曲线说明，公切线将成分范围分成三个区域，各区域内哪些

相稳定?为什么？

五、凝固（20分）

1.相同过冷度下比较均匀形核与非均匀形核的临界半径、临界形核功、临界晶核体积，哪

个大？

2.合金凝固时的液/固界面前沿通常比纯金属液/固界面前沿更容易出现过冷?为什么？

3.典型的金属（如铁）和典型的非金属（如硅，石墨）在液相中单独生长时的形貌差异是什么？

六、扩散（20分）

1.菲克第二定律的解之一是误差函数解，C=A+Berf（x/2（Dt）l/2）,它可用于纯铁的渗碳过

程。若温度固定，不同时间碳的浓度分布则如图10-2。已知渗碳1小时后达到某一特定浓

度的渗碳层厚度为0.5mm,问再继续渗碳8小时后，相同浓度的渗层厚度是多少？

2.图10-3为测出的针在不同温度及以不同方式扩散时扩散系数与温度的关系，从该实验数

据图中能得出哪些信息?

七、形变（20分）

1.常温卜一金属塑性变形有哪些主要机制？它们间的主要差异是什么？

2.面心立方金属铜在三种不同条件下的真应力-应变曲线如图10-4。说明它们可能是在怎

样的温度和应变速率下形成的？为何有这样的形状？

3.什么是上、下屈服点效应（在纯铁或低碳钢中）？原因是什么？

八、再结晶（20分）

1.给出金属发生再结晶的基本条件（驱动力）。

2.指出再结晶、结晶、固态相变之间的主要区别。

3.图10-5示意画出一种常见的再结晶形核机制，请解释该地点优先形核的原因和形核过

程。

4.再结晶动力学公式为X=l-e（-ktn）,各参数表示的含义是什么？以X—t的关系作图，曲

线的形状大致是怎样的？如何处理可得一条直线?处理成直线有何用途？

九、固态相变（10分）

图10-6为两组铝铜合金的时效强化曲线;讨论成分变化及时效温度对力学性能（这里是

硬度值）的影响，分析可能的原因。

十、固态相变（15分）

1.简述时效（强化）处理的工艺路线及原理。

2.同素异晶转变、马氏体相变、脱溶转变有何主要区别？

十一、形变（15分）

简述单向压缩条件下，形变量、形变温度对金属组织及性能的影响（包括晶粒形状和位

错亚结构的变化）？可用示意图表示。

十二、铁碳相图（20分）

1.图10-7a为铁碳相图，图10-7b、c、d分别为3个不同成分（设为0.45%C、3.4%C、

4.7%C）的铁碳合金缓冷凝固组织（包括随后的固态相变、硝酸酒精浸蚀）。说明它们各是咖

个成分的合金，为什么？

2.分析图10-7d组织的凝固过程，并计算该合金中白色长条状组织的重量相对量（Fe3c含

6.69%C）„

参考答案

1.晶体中原子或分子排列相同的晶面的组合称为晶面族。因对称关系，这些面往往不止一

种。立方系｛111｝晶面族包括包11）、（111）、（111）、（111）四个。

2.晶面间夹角cos©=1/J3；6=54.7°。面间距d=a/2（a为点阵常数）。

3.FCC按ABCABC方式堆垛，而HCP按ABABAB堆垛；致密度无差异，都是0.74。

二、1.前者为固溶体，保持溶剂的晶体结构，且溶解度很低；后者是中间相（尺寸因素化合

物），且A、B原子数成比例。性能上有很大差异，前者韧、塑性好；后者硬，塑性差。共性

是两者中的合金组元都在间隙位置，本身尺寸很小。

2.因合金中两类原子尺寸不同，引起点阵畸变，阻碍位错运动，造成固溶强化。

1.称形变强化和晶界强化（或细晶强化）。原因是两类缺陷的增多都明显阻碍位错的运动，

从而提高强度。

2.位错的增多主要靠形变，通过萌生与增殖在晶粒内不断产生位错；晶粒细化可通过凝固

时加非均匀形核剂或高的冷却速度获得，也可通过大形变，或再结晶，或相变的方法。

四、左侧A〜NaB范围是a相稳定，因它的自由能最低；右侧NBB〜B范围是P相稳定，

也因其自由能最低：两公切点之间范围是a+B两相共存稳定，因任意•个单相存在时的自

由能都不如它分解为成分为公切点处的a+B时两相自由能的加权值（在公切线直线上）低。

五1.临界半径相同；临界形核功是均匀形核时高；临界晶核体积也是均匀形核时大。

2.合金界面前沿会出现组成过冷，即界面前溶质的富集提高了局部区域的熔点，所以更易

出现过冷。

3.因两者分别是粗糙型（铁）和光滑型界面（硅等），前者是外形均匀的等轴晶或枝晶，后者

为规则多边形、有棱角的形状。

六、1.因浓度C、扩散系数D都不变,有X1/X2=J（tl/t2）,代人相应值得:X2=3X1=1.5mm„

2.随温度升高，扩散速度加快；表血扩散最快，晶内扩散最慢。扩散系数D与温度T是指

数关系，即该图是D=D0exp（-Q/RT）对数处理的结果；利用直线关系可求常数D0和激活能

QOo

七、1.主要形变机制是滑移和学生；滑移产生的切变量是原子间距的整数倍，挛生产生的

切变量是原子间距的一个分数；由此产生一系列其他方面的差异。答其他方面差异的也酌情

赋分。

2.有明显加工硬化的是在低温（或高应变速率）下变形；出现硬化、软化抗衡（动态回复）的

是在中温（或中等应变速率）F变形；有一明显软化阶段（动态再结晶）的是在高温（或低应变

速率）下变形。

3.含C、N间隙原子的低碳钢形变时，滑移启动时的抗力较大（上屈服点），滑移进行时的抗

力较小（卜一屈服点），在应力应变曲线上可明显看出。原因是间隙原子聚集在位错上（柯氏气

团）钉扎了位错，出现上屈服点，位错一旦摆脱钉扎后便不受影响（对应下屈服点）。

八、1.要有一定的形变储存能，一定的温度。

2.再结晶只是一种组织变化，没有结构变化，驱动力是形变储存能；结晶是从非晶态的液

相、气相或固态非晶体中形成晶体的过程；固态相变是固/固相的结构变化。后两者的驱动

力都是化学自由能差。

3.这是应变诱导晶界迁移机制；晶界两侧应变量不同，位错密度不同，形变储存能不同，

造成高应变能的一侧被低应变能的一侧吃掉；形成新晶粒。

4.X是再结晶分数，t是时间，k、n都是常数，k主要与形核率和长大速度有关，n主要和

形核机制、地点和新相形状有关。以X—t的关系作图，曲线的形状是S或。形状，50%转

变量时转变速度最快。对数处理可得一条直线；处理成直线可通过测不同时间的再结晶量求

出、n值，了解更多的微观信息。

九、随铝中含铜量提高，过饱和度加大，脱溶驱动力加大，析出速度加快，硬度值增加。时

效温度越高，扩散速度力口快，析出加快，但过饱和度减小，脱溶驱动力也减小，GP区或

亚稳相可能不出现。时效强化主要靠GP区和0"相，因两者很细小弥散，有共格或半共格

界面，强化效果好。

十、1.经高温加热及快速冷却的固溶处理得到过饱和单相组织，然后在一定温度和时间内

时效到最高硬度/强度，得到弥散、共格析出的强化相。

2.同素异晶转变主要是纯组元固态下出现的相变，没有成分变化，短程扩散过程控制；马

氏体相变是无扩散、切变型相变，在纯金属及合金中都会出现，是界面过程控制的。脱溶出

现在合金中，有成分变化，主要是长程扩散控制的。

卜一、从侧面观察，随形变量加大，晶粒由等轴状变为长条形，晶粒内部位错增多，形成位

错缠结、亚晶界或新的大角晶界；强度、硬度提高，塑性下降。形变温度提高，晶粒变成长

条状的速度变慢，因热激活作用增强，亚晶界加速形成，亚晶尺、丁趋于稳定，甚至出现动态

再结晶组织。强度提高和塑性卜降的速度都变慢。

十二、1.图10-7b组织为0.45%C合金，即亚共析钢，因其由等轴铁素体(白色)和珠光体

(黑色)组成。图10-7c组织为3.4%C合金，即亚共晶白口铸铁，因其有枝晶状珠光体(黑

色，原奥氏体晶粒形状)和变态莱氏体组成。图10-7d组织为4.7%C合金，即过共晶白口

铸铁，因其由板条状白色一次渗碳体和变态莱氏体组成。

2.液相冷却时，先形成板条状一次渗碳体，再形成共晶莱氏体，冷至室温后莱氏体变为

变态莱氏体。一次渗碳体的相对量为：(4.7—4.3)/(6.69—4.3)=16.7%。

东北大学2007年攻读硕士研究生学位研究生试题

东北大学2007年攻读硕士研究生学位研究生试题

考试科目《材料科学基础》

1.名词解释固溶体点阵晶格摩擦力扩展位错同素异形转变

2.证明晶面(-210),(-110)(012)属同•晶带，其晶带轴指数是什么？

3.如何解释等温与绝对零度下电子平均动能卜分相近的原因。

4.举出两个由长程扩散控制长大的实例。

5.为何过饱和固溶体适当固溶处理后强度比室温平衡组织高？

6.(1)已知Zn在Cu中扩散时，D=2.1x10(-5)m2/s,Q=1.71x10(5)J/mol求820℃时在中的

扩散系数

(2)讨论影响金属材料扩散的因素。

7.冷加工金属加热时发生回复过程中位错组态有哪些变化？

8.Al-Cu相图可简化为Tm=660℃,共晶温度TE=546℃,Cu在Al中最大溶解度C(Cu)=5.65%,

共晶成分CE=33%,液固相线为直线，若液相中Cu扩散系数D2=3xl0(-9)m2/s,合金在无对

流条件下凝固，界面为平面，推移速度5um/s,那么C(Cu)=5%的Al-Cu合金在平衡稳压下凝

固时临界温度是到少？溶质溶解的特征距离多大？为保持平

面界面，液相温度梯度应多大？

答案提示：2.由晶面指数列等式

3.课本55页

4.a-Fe——r—Fe,Al合金中第二相析出

5.共格亚稳相产生应变

8.提示：成分过冷判据(课本)

ko=5.65/33=0.17

Ml=(660-546)/33%(液相线斜率)

Ti=660℃+(546-660)/33%x0.15/0.17

燕山大学材料学历年试题

2002年硕士学位研究生统考考试试题

考试科目：X射线衍射学共1页第1页

名次解释（20分）

1.量子散射2.二次特征辐射3.分辨能力4.干涉指数

二.轻元素的衍射分析困难的原因是什么？（10分）

三.经典散射在衍射分析中起什么作用？（10分）

四.三类应力使X射线衍射线条发生什么变化？（10分）

五.为什么选择阳极靶？选靶的原则是什么？（20分）

六.试举X射线衍射法在材料科学研究中应用的两个例子，并说明其基本原理。（30分）

燕山大学2006年硕士研究生入学考试试题

科目：X射线衍射学共1页第1页

扼要回答下列问题（每小题10分，共80分）

1.什么叫相干散射？它在X射线衍射学中的地位或作用如何？

2.什么叫结构因数？它的表达式及物理意义如何？

3.通常进行多晶体晶体结构分析的X射线采用哪种辐射？为什么？

4.X射线的物理本质是什么？它具有哪些特性？在什么情况下会表现这些特性？

5.用X射线方法测定晶体点阵常数时，误差的主要来源有哪些？可采用哪些方法来消

除？

6.用于物相定性分析的常用索引有那几种？ASTM卡片能提供哪些有关物相晶体结

构方面的信息？

7.你所知的历史上对X射线衍射学发展做出突出贡献的科学家有哪些？他们都有哪

些重要贡献？

8.指出并证明倒易点阵中倒易矢量的基本性质。

二.X射线与物质相互作用时一般可能产生哪些现象？其中哪些能量消耗可被称为物质对X

射线的真吸收？（15分）

三.列出五种常用晶体结构类型，并给出其中三种系统消光规律及相应的干涉指数序列。（15

分）

四.从X射线衍射学角度来看，获得晶体衍射花样的基本方法有哪些？每种方法的特点是

什么？为什么用它们可以获得衍射花样？（20分）

五.就你理解，X射线衍射学的主要研究内容有哪些？它们所涉及的主要概念和理论基础有

哪些？（20分）

二00五年招收硕士研究生入学考试试题答案

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

A卷

一、名词解释

非均质形核——依靠外来夹杂或型壁界面所提供的异质界面非自发地形核，称为异质形核，

或非均质形核。

成分过冷——由固一液界面前方溶质的再分配引起的过冷。

定向凝固——又称定向结晶，是使金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种工艺方法。

反应性气孔——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。

带状偏析——在铸锭或厚壁铸件中出现的和凝固液出界面相平行的偏析，有时是连续出现,

有时则是间断的。

二、简述题

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、

单相合金平面生长的条件是什么？

单相合金平面生长的条件是：

防止凝固组织产生缩孔缩松的途径主要有哪几种？

防止凝固组织产生缩孔缩松的途径主要有：（1）定向凝固或同时凝固；（2）调整浇注温度和浇

注速度；（3）冒口、补贴和冷铁的应用；（4）加压补缩。

为什么使用碱性焊条比酸性焊条对工件表面铁锈(FeO«nH2O)更敏感？

碱性焊条属低氢型焊条，这类焊条的熔渣不具备氧化性，一旦有氢侵入熔池，将很难脱出，

而酸性焊条的熔渣有一定的氧化性，可以起脱氢的作用。因此，碱性焊条比酸性焊条对工件

表面铁锈(FeO«nH2O)更敏感

如何消除焊件内部的残余应力？

可采用热处理、锤击和振动等方法消除焊件内部的残余应力

6.熔焊接头和钎焊接头在连接机理上有何区别？

熔焊接头与钎焊接头均采用热能实现不可拆卸的焊接接头，但钎焊时仅钎科熔

化，而母材不熔化，在连接处一般不易形成共同的晶粒，只是依靠液态钎料润湿母材表面，

二者相互扩散而形成钎焊接头

7.焊接工艺参数(有效热功率q和焊接速度v)对低碳钢薄板焊接(平对接焊缝)

的温度场有何影响？

当热源的有效热功率q一定时，焊接速度v越大，某一温度的等温线所包围的范围显著缩小；

当焊接速度v一定，随q的增大，一定温度的等温线所包围的范围显著增大；当q/v保持一

定，即线能量E为常数时，同时增大q和v,此时等温线在热源移动方向会伸长，而在宽度

方向变化较小。

8.低碳钢焊缝的室温组织是什么？(5分)

低碳钢焊缝碳含量较低，高温奥氏体固态相变后得到铁素体加珠光体组织。固态相变时首先

沿奥氏体晶界析出共析铁素体，然后发生共析反应

A-P(F+Fe3C)

式中的A是奥氏体；P是珠光体；F是铁素体；Fe3c是渗碳体。焊缝金属过热时，还会出现

魏氏组织，即铁素体在奥氏体晶界呈网状析出，或在奥氏体晶内沿一定方向析出的呈长短不

一的针状或片条状脆性组织。

三、何谓一阶张量？何谓二阶张量？

四、何谓塑性指标，它是否具有普遍与绝对的意义?

五、试写出计算摩擦应力的两个常用公式。

六、在金属塑性加工的理论分析中，常将实际的金属材料分成哪几种材料模型？并

画出对应的真实应力一应变曲线的示意图。

B卷

焊接

(分析计算题)

第一题

答题关键点：

设，Cd为合金元素在熔敷金属中的含量：Ce为合金元素的原始含量；Cew为合金元素在焊

丝中的含量；Cco为合金元素在药皮中的含量；Kb为焊条药皮的质量系数，即单位长度焊条

中药皮质量与焊芯质量之比。过渡系数为：

若考虑合金元素在焊接中的损失，则焊缝金居中某合金元素的实际浓度Cw为

为熔合比，Cb为某元素在母材中的质量分数，Cd为熔敷金属(即真正过渡到熔池中去的那部

分焊条金属)中某元素的质量分数。

0.2X1.5%+(1-0.2)XCd>12%

Cd214.6%

0.8X(Ccw+0.4XCco)=Cd

Cco223.2%

含Mn量为75%的钵铁合金粉的量》(23.2%)/(75%)=31%

第二题

答题关键点：

合金化的目的首先是为了补偿在高温下金属由于蒸发或氧化等造成的损失。其次是为了消除

缺陷，改善焊缝金属的组织与性能，或为了获得具有特殊性能酌堆焊金属。如用堆焊的方法

过渡Cr、Mo、％Mn等合金元素，使工件表面具有耐磨性、热硬性、耐热和耐蚀等性能。

常用的合金化方式有：

(1)通过合金焊丝或带极，把所需的合金元素加入焊丝或带极内。

(2)通过药芯焊丝或药皮(或焊剂)，把所需合金元素以铁合金或纯金属的形式加入药芯

焊丝的药芯内或焊条药皮(或焊剂)内。

(3)通过合金粉木，将合金元素按比例配制成具有一定粒度的合金粉末，把它送人

焊接区或直接涂敷在焊件表面。

此外，还可以通过从金属氧化物中还原金属的方式(如镒、硅的还原反应)来合金化,

但这种合金化的程度有限，并还会造成焊缝的增氧。

第三题

答题关键点：

16Mn为不易淬火的低合金钢。HAZ分为四个区。

(1)熔合区，是焊缝与母材相邻的部位，最高温度处于固相线与液相线之间。所以

又称为半熔化区。此区虽然较窄、但是，由于晶界与品内局部熔化，成分与组织不均匀分布，

过热严重，塑性差，所以是焊接接头的薄弱环节。

(2)过热区，过热区的温度范围处于固相线到1100℃左右。由于加热温度高，奥氏体

过热，晶检严重长大，故又称之为祖晶区。焊后冷却时.奥氏体相变产物也因晶粒粗化使塑

性、韧性下降，慢冷时还会出现魏氏组织。过热区也是焊接接头的薄弱环节。

(3)相变重结晶区(正火区)，该区母材已完全A化，该区处于1100℃—Ac3(约900℃)

之间.由于奥氏体晶粒细小，空冷后得到晶粒细小而均匀的珠光体和铁素体，相当于热处理

时的正火组织。因此，其塑性和韧性很好。

(4)不完全重结晶区，Acl—Ac3范围内的HAZ属于不完全重结晶区。由于部分母材组

织发生相变重结晶F+PA,且奥氏体晶粒细小，冷却转变后得到细小的F+P,而未奥氏体化的

F受热后长大，使该晶粒大小、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。

第四题

答题关键点：

氢的影响主要体现在4个方面，即：氢脆、白点、气孔和冷裂纹。

减少氢含量的主要措施有：限制氢的来源、冶金处理脱氢、控制熔池存在的时间和冷却速度、

焊后加热工件脱氢。

D卷答案

液态金属凝固学

细化凝固组织的生核剂主要有哪几类，其生核作用的机理分别是什么？

答案要点：

加入生核剂的目的是强化非均质形核。根据生核质点的作用过程，生核剂主要有以

下四类：

(1)直接作为外加晶核的生核剂,这种生核剂通常是与欲细化相具有界面共格对应

的高熔点物质或同类金属、非金属碎粒.它们与欲细化相间具有较小的界面能，润湿角小，

直接作为有效衬底促进非自发生核。

(2)生核剂中的元素能与液态金属中的某元素形成较高熔点的稳定化合物,这些化

合物与欲细化相间具有界面共相对应关系和较小的界面能，促进非均质生核。

(3)通过在液相中造成很大的微区富集而造成结晶相通过非均质形核而提前弥散

析出的生核剂，其余以此为基底形核，易为共晶析出。

(4)含强成分过冷元素的生核剂，这类生核剂使晶粒根部或分枝，产生缩颈，易于

通过熔体流动及冲击产生晶粒的游离；强化界面前沿熔体内部的非均质形核；强成分过冷元

素的界面富集对晶体生长具有抑制作用，降低晶体生长速度，也使品粒细化。

二、解答步骤

根据题目提供的Al-Cu相图参数可知：

当凝固20%时，fs=20%,fL=80%,CO=10%

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：23.63%

若凝固条件改为完全平衡凝固，当时，未凝固的即全为共晶体。

凝固后试棒中共晶体的数量为15.78%。

三、何谓热力学能障和动力学能障？凝固过程使如何克服这两个能障的？

答案要点：

热力学能障——由被迫处于高自由能过渡状态下的界面原子所产生,能直接影响到体系

自由能的大小，界面自由能即属于这种情况。

动力学能障——由金属原子穿越界面过程所引起，原则上与驱动力的大小无关而仅取决

于界面的结构与性质，激活自由能即属于这种情况。

热力学能障对生核过程影响很大，动力学能障在晶体生长过程中则具有重要的作用。液

态金属凝固过程中必须克服热力学和动力学两个能障。

液态金属在成分、温度、能量上是不均匀的，即存在成分、相结构和能量三个起伏，也

正是这三个起伏才能克服凝固过程中的热力学能障和动力学能障，使凝固过程不断地进行下

去。

凝固过程中产生的固一液界面使体系自由能增加，导致凝固过程不可能瞬时完成，也不

可能同时在很大约范围内进行，只能逐渐地形核生长，逐渐地克服两个能障，才能完成液体

到固体的转变。同时，界面的特征及形态又影响着晶体的形核和生长。也正是由于这个原因，

使高能态的界面范围尽量缩小，至凝固结束时成为范围很小的晶界。

四、试述析出性气孔的特征、形成机理及主要防止措施。

答案要点：

金属液在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从液面排除而

产生的气孔称为析出性气孔。

这类气孔在铸件断面上大面积分布，靠近冒口、热节等温度较高的区域，其分布较密集,

形状呈团球形，裂纹多角形，断续裂纹状或混合型。

析出性气孔的形成机理是：合金凝固时，气体溶解度急剧下降，由于溶质的再分配，在

固一液界面前的液相中气体溶质富集，当其浓度过饱和时，产生很大的析出动力，在现成的

衬底上气体析出，形成气泡，保留在铸件中成为析出性气孔。

防止措施：

减少金属液的原始含气量（减少金属液的吸气量、对金属液进行除气处理）；

阻止金属液气体析出（提高冷却速度、提高铸件凝固时的外压）;

型（芯）砂处理（减少砂型（芯）在浇注时的发气量、使砂型（芯）易于排气）

-00五招收硕士研究生入学考试试题

姓名：报考学科、专业:准考证号

码：

密封线内不要写题

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

（除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试

题上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回）

注意：本试卷分A、B、C、D四部分，其中A卷为必作题卷，B、C、D卷为选作题卷（任选其

中一卷），各卷满分为75分，总分150分。

例如：A卷（75分）+B卷（75分）=150分；或：A卷（75分）+C卷（75分）=150分

或：A卷（75分）+D卷（75分）=150分。

A卷（75分）

一、名词解释（2X5=10分）

1.非均质形核；2.成分过冷；3.定向凝固；4.反应性气孔；5.带状偏析

二、简述题（8X5=40分）

1.影响液态金属界血张力的主要因素是什么？

2.单相合金平面生长的条件是什么？

3.防止凝固组织产生缩孔缩松的途径主要有哪几种？

4.为什么使用碱性焊条比酸性焊条对工件表面铁锈（FeO-nH2O）更敏感？

5.如何消除焊件内部的残余应力？

6.熔焊接头和钎焊接头在连接机理上有何区别？

7.焊接工艺参数（有效热功率q和焊接速度v）对低碳钢薄板焊接（平对接焊缝）

的温度场有何影响？

8.低碳钢焊缝的室温组织是什么？

试卷编号：416共3

页

第1页

三、（6分）何谓一阶张量？何谓二阶张量？

四、（6分）何谓塑性指标，它是否具有普遍与绝对的意义？

五、（6分）试写出计算摩擦应力的两个常用公式。

六、（7分）在金属塑性加工的理论分析中，常将实际的金属材料分成哪几种材料

模型？并画出对应的真实应力一应变曲线的示意图。

B卷（75分）

焊接

（分析计算题）

,、（20分）已知焊条药皮质量系数为0.4,焊丝含Mn量为9%,其过渡系数为0.8,

母材含Mn量为1.5%,熔合比为0.2。要求焊缝中Mne12%以确保其耐磨性能，药皮中要加

入多少含Mn量为75%的镒铁合金粉？

二、（20分）在焊接工艺中，合金化的目的是什么？常采用哪几种合金化方式？

三、（20分）16Mn焊接HAZ的组织区域有哪几种？分别分析它们的形成条件。

四、（15分）焊缝金属中，氢的影响主要体现在哪几个方面？如何减少焊缝金属中

氢的含量？

C卷（75分）

金属塑性成形力学

（21分）试从等效应力的定义式出发，证明：

式中，是应力偏张量。

二、（33分）设有薄壁圆筒，半径为r,两端面是半径为r的薄壁半球壳，设壁厚

全部为t〈〈r,承受内压P,如下图所示。设圆筒为Mises刚塑性材料，屈服应力为。s。试

求：

（1）忽略径向应力确定圆筒与半球壳哪•部分先屈服？

（2）设屈服时的塑性功率密度为c（c>0）,试求对应的应变速率张量？

试卷编号：416共

3页

第2页

试卷编号：416共

3页

第

3页

三、（21分）大圆筒拉深为小圆筒，如下图所示。设变形只发生在工件的圆锥面上,

锥血与轴线的夹角为a,不计接触面上的摩擦应力，且忽略凹模出口处的弯曲效应，圆筒

的厚度为t且在拉深时保持不变，设材料的真实应力为s,试用主应力法求拉深力。

D卷（75分）

液态金属凝固学

（15分）细化凝固组织的生核剂主要有哪几类，其生核作用的机理分别是什么？

（20分）用AlTO%Cu合金浇注一水平细长试棒，使其自左至右单向凝固，并保持固一液界面

为平面，当固相无Cu的扩散，液相中Cu均匀混合时，求：

凝固20%时，固液界面的和。

凝固完毕，共晶体所占比例。

如果凝固条件现改为完全平衡凝固，凝固后试棒中共晶体的数量有多少？

（Al-Cu合金相图的主要参数：，，，。）

（20分）何谓热力学能障和动力学能障？凝固过程是如何克服这两个能障的？

（20分）试述析出性气孔的特征、形成机理及主要防止措施。

-00六招收硕士研究生入学考试试题

姓名：报考学科、专业：准考证号

码：

密封线内不要写题

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

（除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试

题上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回）

注意：本试卷分A、B、C、D四部分，其中A卷为必作题卷，B、C、D卷为选作题卷（任选其

中一卷），各卷满分为75分，总分150分。

例如：A卷（75分）+B卷（75分）=150分；或：A卷（75分）+C卷（75分）=150分

或:A卷（75分）+D卷（75分）=150分。

A卷（75分）

简述题

1.（5分）为什么过冷度是液态合金结晶的驱动力？

2.（5分）液态合金的流动性和充型能力有何本质区别？

3.（5分）什么样的界面才能成为异质形核的衬底？

4.（5分）何谓析出性气孔，有何特征？

5.（5分）生产中如何防止密度偏析的形成？

6.（10分）简述产生焊接应力与变形的原因及消除或减少残余应力与变形的方法。

7.（9分）简述低碳钢焊接时氧与金属作用的特点及其对焊接质量的影响。

8.（6分）下图是不同焊接顺序时焊缝横向收缩引起的横向应力分布。试写出各图

的焊接方向或顺序。（注：图在2页）

9.（6分）何谓塑性加工？它有何优点？

10.（7分）简述塑性变形的基本力学方程有哪几种？其作用如何？

11.（6分）试写出摩擦应力计算的两种常用公式，并说明在塑性加工中的应用条件。

12.（6分）写出两种屈服准则的数学表达式，并说明其物理意义。

（A卷第8题图）

B卷（75分）

焊接

（15分）堆焊时，设母材含Mn量为1%,熔敷金属含Mn量为15%,熔合比为0.5,要求焊缝

金属含Mn量不小于13%。问：什么是熔合比？应堆焊多少层才能满足焊缝中Mn含量的要求

（写出计算步骤）？

（25分）试述氢致裂纹的特点、形成机理及防止措施。

（20分）试述焊接低碳调质钢时，热影响区组织分布及性能变化的特点。

（15分）根据熔渣的成分和性能，焊接时的熔渣有哪几种类型？试述熔渣的主要作用。

C卷（75分）

金属塑性成形力学

（18分）设有一高为H的圆柱体，先均匀拉深到2H,再均匀压缩为H,设在变形过程中体积

不变，试分别求出这二个阶段的对数应变、等效对数应变及最终的对数应变、等效对数应变。

（18分）一薄壁管，内径中80mm,壁厚4mm,承受内压p,材料的屈服应力为200MPa,假

定管壁上的径向应力。试用Mises屈服准则分别求出下列情况下管子屈服时的p：a）管子

两端自由；b）两端封闭。

（18分）已知刚塑性变形体中的某质点处的平面应力张量为MPa,应变分量，试求应变增量

张量及塑性功增量密度。

试卷编号：416共

3页

第2页

试卷编号：416共

3页

第

3页

4.（21分）如下图，将一板厚为t、直径为DO的圆板坯拉深成内径为dO的圆筒

件。假设（1）板料为理想刚塑性体，其屈服应力为Y；（2）成形过程板厚不变，且忽略凹

模入口处的弯曲效应和模具间隙；（3）压边力为Q,考虑接触面上的摩擦，摩擦系数为口，

作用于压边面上的摩擦力与凸缘外缘部的径向应力。r的作用等效。试用主应力法求拉深高

度为h时刻的拉深力。

D卷（75分）

液态金属凝固学

（20分）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？

（25分）某二元合金相图如下图所示，合金液成分为C0=40%,置于长瓷舟中并从左端开始

凝固，温度梯度大到足以使固液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合，试求:

平衡分配系数k0»

凝固10%时,固液界面的和。

凝固完毕，共晶体所占比例。

画出凝固后的试棒中溶质B的浓度沿试棒长度的分布曲线，并注明各特征成分及其位置。

3.（20分）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？

4.（10分）试分析缩孔、缩松形成条件及形成原因的异同。

二00六年招收硕士研究生入学考试试题答案

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

A卷

简述题

1.为什么过冷度是液态合金结晶的驱动力？

结晶过程的发生必须是液相的自由能高于固相的自由能,液相金属与固相金属自由

能之差即为结晶的驱动力，要获得结晶过程所必需的驱动力，一定要使实际结晶的温度低于

理论结晶温度，即要有•定的过冷度，才能满足热力学条件。

2.液态合金的流动性和充型能力有何本质区别？

液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮毂清晰的铸件的能力，称为液态金属的

充型能力。液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力，同时又受到外界条件，如

铸型的性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。

液态金属本身的流动能力，称为流动性。由液态金属的成分、温度、杂质含量等决

定的，而与外界条件无关。因此，流动性也可认为是确定条件下的充型能力。

3.什么样的界面才能成为异质形核的衬底？

界面两侧夹杂和晶核的原子排列方式相似，原子间距相近，或在一定范围内成比例，

就可能实现界面的共格对应。当点阵的失配度6W5%,为完全共格，形核能力强；

5%W8W25%为部分共格，夹杂物衬底有一定的形核能力；8>25%为不共格，夹杂物衬底无

形核能力。

4.何谓析出性气孔，有何特征？

析出性气孔——金属液在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从

液面排除而产生的气孔；这类气孔在铸件断面上大面积分布，靠近冒口、热节等温度较高的

区域，其分布较密集，形状呈团球形，裂纹多角形，断续裂纹状或混合型。

5.生产中如何防止密度偏析的形成？

防止或减轻密度偏析的方法有以下几种：

(1)增加铸件的冷却速度、使初生相来不及上浮或下沉。

(2)加入第三种合金元素，形成熔点较高的、密度与液相接近的树枝状化合物，使其首

先结晶并形成树枝状骨架，阻止偏折相的沉浮。

(3)尽量降低合金的浇注温度和浇注速度。

6.简述产生焊接应力与变形的原因及消除或减少残余应力与变形的方法。

温度改变导致“热胀冷缩”，非均匀的温度变化(如局部的加热、冷却)导致金属内部

的不均匀“热胀冷缩”从而产生应力。工件冷却后保留在工件内部的内应力称为残余应力。

局部的固态相变也能产生内应力。

减小或消除应力方法：结构设计、工艺措施、热处理、机械振动、机械加载等。

变形：残余应力的存在必然导致原工件形状的少量改变，也称为残余变形。

有整体变形、局部变形。

影响因素：材料热物理性能、膨胀系数、导热性、工艺因素、焊接热输入、焊接次序等。

防止方法：结构设计、工艺(反变形、刚性固定、预留收缩量)、矫正(机械、火焰)。

7.简述低碳钢焊接时氧与金属作用的特点及其对焊接质量的影响。

低碳钢中能有限溶解氧，生成的氧化物能溶于相应的金属中。氧在铁液中以原子氧和

FeO两种形式存在。氧对金属有氧化作用。

气体中氧与金属的作用：2Fe0-2Fe+02

实际焊接电弧区的氧化可以是：

Fe+O-FeO

Fe+C02fFeO+CO

Fe+H20fFeO+H2

当温度升高，或02、C02、H20增多时,[FeO]多

影响：氧化物性能变差（强度、塑性、韧性）、气孔

控制：纯化焊材.、控制焊接工艺参数、冶金脱氧（脱氧剂）。

8.下图是不同焊接顺序时焊缝横向收缩引起的横向应力分布。试写出各图的焊接方向或顺

序。

a）直通焊b）从中间向两端焊c）从两端向中间焊

9.何谓塑性加工？它有何优点？

材料在一定的外力作用下,利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为

塑性成形。

与其他加工方法（如金属的切削加工、铸造、焊接等）相比，金属塑性成形有如下优

点•

（1）组织、性能好；

（2）材料利用率高；

（3）尺寸精度高；

（4）生产效率高，适于大批量生产。

10.简述塑性变形的基本力学方程有哪几种？其作用如何？

有力平衡方程、几何方程、应变连续方程、屈服准则、应力一应变关系（本构关系）五种。

力平衡方程：反映微元体的力平衡，应力分量之间的关系。

几何方程：位移与应变之间的关系。

应变连续方程：应变分量之间的关系。

屈服准则：材料产生初始屈服和后继屈服的判据。

应力一应变关系：应变增量与应力偏量之间的关系。

11.试写出摩擦应力计算的两种常用公式，并说明在塑性加工中的应用条件。

(1)库伦摩擦条件

不考虑接触面上的粘合现象，认为摩擦符合库伦定律，即摩擦力与接触面上的正压

力成正比，其数学表达式为

式中T——摩擦力；

T——摩擦切应力；

Pn-----接触面上的正压应力；

口——外摩擦系数(简称摩擦系数)。

适用于正压力不太大、变形量较小的冷成形工序

(2)常摩擦力条件

接触面上的摩擦切应力T与被加工金属的剪切屈服强度K成正比，即

式中，m—摩擦因子，取值范围为0~1。

在热塑性成形时，常采用最大摩擦力条件。

12.试写出摩擦应力计算的两种常用公式，并说明在塑性加工中的应用条件。

Tresca屈服准则：

式中，omax,。min分别代表最大、最小的主应力。

K为材料屈服时的最大切应力值，也称剪切屈服强度。

意义：当受力物体(质点)中的最大切应力达到某一定值时，该物体就发生屈服。

Mises屈服准则:

或

式中：os——材料的屈服点；

K——材料的剪切屈服强度。

意义：在一定的变形条件下，当受力物体内一点的应力偏张量的第二不变量达到一定值时，

该点就开始进入塑性状态。

B卷焊接

1.答题要点：熔合比：焊缝金属中，熔入母材的金属所占的比例。

n=3

CWM=O.53*0.01+(l-0.53)*0.15=0.1325即13.25%

2.答题要点：

氢致裂纹易在中、高碳钢及合金钢、钛及钛合金、BCC材料有淬硬M相变材料等的

焊接时产生。主要产生在HAZ粗晶区。常具有延迟特征。

裂纹形貌：端部尖锐，断口无氧化、液膜特征；穿晶。

形成机理：淬硬组织、氢、拘束应力。

防止措施：材料成份选择与控制；预热及后热、保温处理；降低扩散氢含量；降低残余应力

水平；低强度匹配。

3.答题要点：

与母材焊前热处理状态有关。

焊前为正火或退火状态，焊前母材为F+P组织。HAZ主要由完全淬火区和不完全淬

火区组成。完全淬火区，M（或M+B）,靠近焊缝高温区为粗大的M组织。不完全淬火区，

M+F。

焊前为调质态，母材为回火组织，HAZ可分为完全淬火区、不完全淬火区和回火区。

性能变化：HAZ的硬化、脆化、软化及综合力学性能的变化。

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0、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-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AT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%,CO=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卜，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