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1、华中科技焉相2007年招收硕士探讨生入学考试试题答案考试科目：材料成形原理适用专业：材料加工工程、数字化材料成形、环境科学与工程（本答案按“液态成形埋论基础”、“连接成形埋论基础”和“金属塑性成形力学”三个部分列出）（A卷部分）三、简述腮1 .影响液态金屈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：（I）金属的烙点，金属的焰点、沸点越裔，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上升而降低.但时铸铁、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、2 .简述纯金属晶体宏观长大方式，晶体的宏观长大方式有平面生长
2、方式和树枝品生长方式.当囿一液界面前方液体中的为正温度梯度时，界面前方液体的过冷区及过冷度很小，晶体生长时凝固潜热的析出方向同品体生长方向相反，一旦某一晶体生长伸入液相区就会被重新熔化.导致晶体以平面方式生长.当冏一液界面前方液体中的为负温度梯度时,界面前方液体的过冷区较大，界面上凸起的晶体将快速伸入过冷液体中，成为树枝晶生长方式。3 .影响悔件凝固方式的因素有哪些？影响桃件凝固方式的因素有二，一是合金的化学成分：二是桃件断面上的温度梯度.纯佥属和共品成分的合金，凝固区TbT=O,属层状凝固：当合佥的液相战温度和固相线湿度相差很大时，此时凝固瓶恸很宽,则称为体枳凝固方式或称糊状凝固方式.但是.
3、若温哎梯度较小时,铸件的凝固方式例层状变成糊状的微固方式.4成分过冷的判据是什么？成分过冷的判据是：G1，/CU（I-VDK其中：G1.为冏液界面前方的温度梯衣V为生长速度，力为液相线斜率,QI为溶原的原始浓度，%为溶鲂安排系数.A为溶质在液相中的扩散系数.5.何为反应性气孔，有何特征？金属液和转型之间或在金惭液内部发生化学反应所产生的气孔,称为反应性气孔.金属一转型间反应性气孔，通常分布在铸件表面皮下1.3mm,表面经过加工或清理后，就暴播出很多小气孔，所以通称皮下气孔，形态有球状、梨状。另一类反应性气孔是金属内部化学成分之间或与非金属夹杂物发生化学反应产生的，型梨形或团球形.匀称分布,B卷
4、（75分）液态成形理论基础1 .答案要点：（I）立方体晶核的占布斯自由能的改变：g均=-%Aa+&京夕（X而上式求导:=-初QGy+W0,而均fA令包=0,可得临界晶核的边长a；（Jdatk所以:AGv二S工,1.7Gj=(2)在过冷度AT时，球形品核的临界自由能改变为A=16m：3iT2因为、Tn.1.、Tff1.J,323所以,球形品核比立方晶核更简单形成.2 .答案要点：由题目给出的参数可计算出人CSU5.65%=0.17i三-=Cf33%凝固o%af,卜=o%.yt=90%,a,=%C：=Jt0C1.,(1.-/；)*-*=O.I7I%(1-10%)n11,=O.I9%c；=CJ*=1
5、.%90%,7,=1.09%(2)共晶体所占比例为C：为Ce时的匕t=fd沪=(字暨_沔=.47%1.IAGJ1.o-11%;即凝固完毕时,共晶体所占比例为：1.47%(3)成分的分布如图:共晶体3 .答案要点:由于灰铸铁和球凝铸铁的共晶凝固方式和石墨长大的机理不同，产生缩孔和缩松的做向性有很大差别。灰铸铁共晶团中的片状石墨.与枝晶间的共晶液体干脆接触.因此片状石长大时所产生的体枳膨胀大部分作用在所接触的晶间液体上，迫使它们通过枝晶阿通道去充填奥氏体枝晶间由于液态收缩和凝固收缩所产生的小孔洞，从而大大降低厂灰铸铁产生缩松的严峻程度.这就是灰铸铁的所谓自补缩实力”。被共晶奥氏体包出的片状石墨.由
6、于碳原子的扩散作用.在横向上也要长大.但是速度很慢.石墨片在横向上长大而产生的膨胀力作用在共晶奥氏体上.使共出团膨胀，井传到邻近的共晶团上或奥氏体枝晶骨架上，使坏件产生缩前膨眠.这种缩前膨胀会抵消一部分自补缩效果，但是.出于这种横向的膨胀作用很小而且是渐渐发生的,同时因灰铸铁在共品凝固中期，在铸件表面已经形成硬光.因此灰精铁的缩前膨胀般只有01.%-02%左右,所以.灰铸怏件产生绵松的f取向性较小.球鬓铸铁在凝周过程中,当石墨球长大到肯定程度后.四周形成臾氏体外光、碳区于是通过奥氏体外壳扩散到共晶团中使石雄琼长大，当共晶Wi氏大到相互接触后，石屡化膨胀所产生的膨胀力，只有一小部分作用在晶间液体
7、上，而大部分作用在相邻的共品团上或奥氏体枝品上，趋向于把它In挤开.因此，球黑铸铁的缗前膨胀比灰铸铁大得多.由于依据体积凝固方式凝固,铸件表面在凝固后期没有形成电实的外壳，假如铸型刚度不端，膨胀力将迫使型更外移.Ki着石墨球的长大，共晶团之间的间隙逐步扩大，使得铸件普遍膨胀，共晶团之间的间隙就是球展钵铁的显微缩松，井布酒铸件整个断面，所以球盘铸趺铸件产生缩松的向性很大,假如铸件厚大，球跑铸铁铸件这种较大的缩前膨胀也会导致铸件产生缩孔.假如恃型刚度足修大，石盘化的.膨胀力使铭将绵松挤合.在这种状况下，琼盘铸铁也可看作是具铲自补铲实力。4 .答案要点内部等轴晶区的形成是由于剩余熔体内部晶核自由生长
8、的结果.关于等轴晶晶核来源及形成有四种理论(I)过冷熔体干脆形核理论随着柱状晶层向内推移和溶质再安排,在冏一液界面前沿产生成分过冷,当成分过冷的过冷度大于非自发生核所甯过冷度时,则产生晶核井长大，导致内部等轴品的形成，(2激冷品游离理论浇注期间和凝固初期的激冷品游肉随着液流漂移刎铸件心部,通过增殖,长大形成内部等轴晶.(3)型壁晶粒脱落和枝品培断、游离理论型壁晶体或柱状枝品在凝固界面前方的熔断、讷离和增殖理论基点为溶质再安排.(4) 错晶雨”游离理论依据这一理论，凝固初期在液面处的过冷熔体中产生过冷井形成晶核及生长成小品体，这些小晶体或顶部凝固层脱落的分枝由于密度比液态金属大而像雨滴似地著陆.
9、形成游离晶体.这些小晶体在生长的柱状品前面的液态金蟠中长大形成内部等轴晶.(A卷部分)二、MMi(推断下列论述是否正确.答错不扣分,答对每小题1.5分)(D速度快,焊缝中柱状晶成长的最大速度有时可能超过焊接速度,(错)（2）低合金高强纲坤接时通常的焊接工名为：实行狡热、后热处理,大的线能fit（错）（3）当电弧电压增加时，熔池的爆火深度增大：焊接电流增加，熔池的此大宽度增大（）（4）电弧电压增加.焊缝含氟量增加:焊接电流增加,焊会含氮At削减.（对）（5）药皮馅点图于熔渣熔点，而口药皮烙点越面，则培涵的熔点越高.（对）（6）酸性渣一般称为长渣，世性渣为短波.前者不相宜于却焊，后者可适用于全位置
10、焊.（对）三、前述M：16分）（6）是碱性焊条还是酸性焊条时工件衣面铁锈（FeOn1.hO）更敢感？筒述其理由,（4分）答：被性焊条对快桥更敏感.（1.5分）联性渣中含Si02,Ti（）2等酸性氧化物少，FeO的活度大，简IR向液态金屈扩散，使其焊缝含弱量增加，（2.5分）（7）什么是HAZ?简述HAZ脆化的类型及产生条件.（6分）答：熔焊时在焊接热源作用下，焊维四周母材发生组织和性能改变的区域称为热影响区（ItAZ）.（1.5分）HAZ脆化有多种类型:粗品脆化、组织脆化、析出脆化、氨脆等0（1分）粗品脆化：熔合区和过热区因热循环峰值温度高，常发生粗晶脆化：（1分）组织脆化：焊接低合金高强钢时
11、，因冷却速度慢可能在HAZ某些区域形成M-A组元：（1分）析出脆化：焊前母材为过饱和固溶体，在烯接热作用下产生时效或回火效果，碳化物或Ut物析出造成塑性及韧性下降：”分）氮脆：期扩敝至HAZ而引起的塑性下降（脆化）.（0.5分）（8）简述焊接燃液的特征。（6分）答：焙池体积小,冷却速度大：（15分）熔池温度岛，烙池金属处于过热状态：（1.5分）熔池金版处于运动状态，熔池中存在着各种力的作用；（1.5分）熔池界面的导热性好，温度梯度大.（1.5分）C卷（75分）连接成形理论基础三、论述M（75分）（I）以手见焊为例,试分析对接焊维横向焊接残余应力的分布状态及消退或减小焊接残余应力的方法。（15分
12、）答：1）横向残余应力由两部分组成：一是由焊缝及HAZ的纵向收缩引起的：二是由于焊母及HAZ的横向收缩引起的.离焊缝距离越远，应力位越低.1分）2）饿向收缩引起的横向应力,焊缝两端产生横向压应力，焊缝中段产生横向拉应力，煤第两端压应力加大值比拉应力最大值大得多。焊铤越长，中间段拉应力会有所降低,并渐渐趋于零.（6分,未能正确画出示意图扣1-2分）3）横向收缩引起的横向残余应力分布与焊接方向、焊接依次有关.（2分）口通焊、从中间向两跳界、从两端向中间煤时的横向应力分布；（画出下列示意图a,b）,c各给1分，共3分）4）被小或消退焊接残余应力的方法：合理的结构设ih合理的焊接工艺：采纳热处理方法、
13、机械法、共振法等方法。（3分.没有肯定的绽开论述,附扣175分）（2）分析焊接时热裂税产生的缘由，并以奥氏体钢焊接为例说明防止热裂纹的措施,（15分）答：热裂纹主要有凝固裂双和液化裂纹.焊接热裂触的形成缘由：（7分）焊接热裂纹是一种商温沿品断裂而形成的裂纹，焊缱凝固过程中，在枝品间存在低熔共品的薄层.此时材料的曳性变形实力很低,在冷却过程中不行凰开的产生收缩应变，当收缩应变大于材料此时的型性应变的实力时，即产生焊接热裂纹.焊缝在凝固过程中所出现的晶间型性应变实力的应变区间叫做腌性温度区，不同材料有不同的脆性温度区温度区越大,产生热裂纹的危急性越大.奥氏体钢焊接热裂纹的影响因素（4分，未答全者的
14、扣OS1.分）a.化学成分儡折：奥氏体钢由于含银收高.有杏杂质P和S的有胃作用显罟增加，单相奥氏体焊鳍中,P的偏析、Si的偏析,形成低烙共晶，b.焊缝的组织：奥氏体钢片维晶粒大小的影响,晶粮越阻越易产生裂纹.c.惮继冷却的速度（层间晶度、热输入信d.焊缝的形态（成形系数e.拘束度焊接热裂纹的限制措施（4分，未答全者的扣0.5-1分）a.成分取制：限制含硫成、含璜量：焊接材料的选择，奥氏体焊条的选择，焊缝组税限制（限制含景）,加入细化晶粒元素Mo,V,Ti.Nb）b.工艺措施限制过热、限制成形系数、限制络合比、降低拘束度、严格要求奘配原量已知焊条药皮质城系数为0.4,焊丝中含Mn9%,其过渡系数
15、为0.8,母材中含Mn1.5.熔合比0.2.要求惮缝中含MnN1.2%以确保其耐泡性能.药皮中要加入多少含Mn75%的谯帙合金将？（15分答：计算依据合金元素的过渡系数：辂敷金属中的实际含册与它原始含fit之比.C,J+tG.式中,Cd为合金元素在熔敷金M中的含fit：CC为合金元素的原始含量：CCw为合金元素在焊丝中的含麻：CCo药皮中的含从：Kb焊条的质量系数,即单位长度焊条药皮质服与焊芯顷玳之比，（耳出上式，5分）而烯缱金属中合金元泰Mn的实际浓度与焙合比的关系为：CW=OC（I+（I-。）Q（写出上式，5分）由此两式，可以计算，若焊缝中Mn212%,药皮中Mn的含价至少为23.2%.（
16、计算至此加3分）则需加至少30.9%的含Mn75%的恬快合金粉O（计算至此加2分）（4）试述焊接时活性熔渣对金屉的叙化方式,并以CO?气体爱护炜为例,说明选择焊丝的原则及脱乳措施-、v工tq+qq怎XwG/(I=J8f7G次好泊能勿名式“1七6Ci-J。YyT加力。例”不73项4%F%7W的“、式$4科化*我舟落友小财过飞材扃金,作“彳垓D卷金属室性力学1.削7名6。x4S产Ft1.Hq八”十中心2G（+%w/q三s%“济。3。）史#。次+”嗪一3jH年TCX年.条十YU-4唳。W琦.,WW权的“勿IQ%1.J%t,n=5呼He+7,W兴:T.O5Gu（十弓产十q八=i*JR/十EAAU?U75v=infW址Q）t-e出&夕M*4胫痴,彳=qrj.）“金*八区”3句工力不冠E6j-：5=C.fC*)尬ff1%T*今苏/力戕/，*.”_/r-Zr4VI,_.左
