【图解】这个姿势是在诱惑（读心神探）_图解吧_百度贴吧
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缺角方法,降低光学薄膜接触角,容器棱角生产图纸制造技术专题
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&&&&&&&&课后作业第一章练习一一、填空题1、液体的表观特征有：（1）类似于（2）类似于体，液体最显著的性质是具有性，即不能够象固体那样承受剪切应力；的形状；&&&&&&&&体，液体可完全占据容器的空间并取得容器表面；。&&&&&&&&（3）类似于固体，液体具有&&&&&&&&（4）类似于固体，液体可压缩性很&&&&&&&&2、按液体结构和内部作用力分类，液体可分为原子液体、分子液体及离子液体离子液体三类。其中，液态金属属于离子液体杂的熔盐属于液体。粒子r处找到另一个粒子的&&&&&&&&液体，各种简单及复&&&&&&&&3、偶分布函数g(r)的物理意义是距某一&&&&&&&&，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原点r=0）&&&&&&&&距离为r位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。4、考察下面右图中表达物质不同状态的偶分布函数g(r)的图(a)、(b)、(c)的特征，然后用连线将分别与左图中对应的结构示意图进行配对。&&&&&&&&固体结构&&&&&&&&（a）&&&&&&&&的偶分布函数&&&&&&&&气体结构&&&&&&&&（b）&&&&&&&&的偶分布函数&&&&&&&&液体结构&&&&&&&&（c）&&&&&&&&的偶分布函数&&&&&&&&5、能量起伏：描述液态结构的“综合模型”指出，液态金属中处于热运动的不同原子的停地变化，时高时低。这种现象称为能量起伏。6、结构起伏结构起伏：液态金属是由大量不停“游动”着的结构起伏“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中&&&&&&&&有高有低，同一原子的能量也在随&&&&&&&&不&&&&&&&&组成，团簇内为某种&&&&&&&&结构，团簇周围是一些&&&&&&&&的原子。由于&&&&&&&&出去，同时又会有另一些原子&&&&&&&&到该团簇中，此起彼伏，不断发生着这和发生着改变，这种现象称为结构结构&&&&&&&&样的涨落过程，似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随起伏。起伏&&&&&&&&&&&&7、在特定的温度下，虽然“能量起伏”和“结构起伏”的存在，但对于某一特定的液体，其团簇的统计平均原子团簇平均尺寸随温度变化而变化，温度越高原子团簇平均尺寸。&&&&&&&&是一定的。然而，&&&&&&&&8、浓度起伏浓度起伏：工业中常用的合金存在着异类组员；即使是“纯”金属，也存在着大量浓度起伏&&&&&&&&原子。因此，对于实际金属及合金的液态的原子容易聚集在一起，在不时发生着变化，这一&&&&&&&&结构，还需考虑不同原子的分布情况。由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异。这种局域成分的不均匀性随原子现象称为浓度起伏浓度起伏（也称为成分起伏）。浓度起伏不同元素的原子间结合力，即F(A-A、B-B)即&&&&&&&&9、对于液态合金，若同种元素的原子间结合力原子&&&&&&&&F(A-B)，则形成富A及富B的，往往F(A-B)＞F(A-A、B-B)，则&&&&&&&&，具有这样的原子团簇的液体仅有“拓扑拓扑短程序”；若熔体的异类组元具有负的拓扑&&&&&&&&在液体中形成具有A-B化学键的原子团簇，具有这样的原子团簇的液体同时还有“化学化学短程序”。具有“化学化学短程序”的原子团簇，化学化学在热运动的作用下，出现时而化合，时而分解的分子，也可称为不稳定化合物，甚至可以形成比较强而稳定化合物，在液体中就出现新的固相。10、金属熔化潜热?Hm比其气化潜热?Hb小得多（表1-2），为1/15~1/30，表明熔化时其内部原子二、判断题（括号中添“√”或“×”）1、在描述液体结构时，以结构参数N1表示参考原子周围最近邻（即第一壳层）原子数，即配位数；以r1表示参考原子至其周围第一配（位层的原子平均原子间距，同时r1也可表达此液态体系的原子平均原子间距。2、所有物质熔化时体积变化率?Vm/V均为正值，表明液体的原子间距接近于固体。（）））&&&&&&&&只有部分被破坏。&&&&&&&&3、理想纯金属液体中只存在“能量起伏”，而实际液态金属或合金同时存在能量、结构和成分三种起伏。（&&&&&&&&4、液态金属及合金中，一些化学亲和力较强的异类原于之间还可能形成不稳定的(临时的)或稳定的化合物。这些化合物可能以固态，气态或液态出现。（）&&&&&&&&5、液态领域最新理论及实验表明，单组元液体中存在“拓扑短程序”,而多组元液体中则可能同时存在“化学短程序”，液体结构和性质随压力或温度的改变只发生连续渐变。（练习二一、填空题1.作用于液体表面切应力τ大小与垂直于该平面法线方向上的速度梯度的比例系数，称为同的速度梯度dVX/dy，液体2.3.液体粘度的常用单位为或阻力越大，则η越大，所需外加剪切应力也。，则内摩擦阻力越大，粘度也就。而降低，随温度T。而下降，合金元素的加入若产生负的混合热Hm，则会使合金液的粘。液体粘度η随原子间结合能U按。，通常以η表示。要产生相）&&&&&&&&液体的原子之间结合力（或原子间结合能U）指数关系增加，即（公式）：&&&&&&&&4.&&&&&&&&此外，粘度随原子间距δ度&&&&&&&&，通常，表面活性元素使液体粘度&&&&&&&&5.6.&&&&&&&&通常，&&&&&&&&大的物质，其熔点和沸点高，其固体和液体的表面能和表面张力也大。，通常表面张力的&&&&&&&&虽然表面张力与表面自由能是不同的物理概念，但都以γ（或σ）表示，其大小完全相同，单位也可以单位为力/距离，以或表示，表面能的单位为能量/面积，以或表示。&&&&&&&&7.8.&&&&&&&&两相质点间结合力&&&&&&&&，界面能越小，界面张力就越小。两相间的界面张力越大，则润湿角&&&&&&&&，表示两相间润湿性&&&&&&&&。。&&&&&&&&多的溶质元素，由于造成合金表面双电层的电荷密度大，从而造成对表面压力大，而使整个系统的表面张力&&&&&&&&二、选择题1、下面哪些因素的变化可以同时降低液体的粘度？&&&&&&&&&&&&A、提高液体温度、降低原子间距、加入产生负的混合热的合金元素或加入表面活性元素；B、提高液体温度、增大原子间距、加入产生正的混合热的合金元素或加入非表面活性元素；C、提高液体温度、增大原子间距、加入产生正的混合热的合金元素或加入表面活性元素；D、降低液体温度、增大原子间距、加入产生正的混合热的合金元素或加入表面活性元素。2、关于表面张力，下面哪一种说法的是正确的？A、通过降低液体温度、向系统中加入削弱原子间结合力的组元可以提高表面张力。B、对晶体而言，若表面为密排晶面（低指数晶面），其表面能及表面张力比非密排晶面的小。基于上述原因，晶体为维持其最稳定的状态，其表面往往为低指数（密排）晶面。C、加入自由电子数目多的溶质元素，以及加入表面活性元素可以降低合金液的表面张力。D、S、O及N等元素均明显降低钢液及铁液的表面张力，而加入Cr作为合金元素则使铁液表面张力上升。3、下面哪种说法是错误的？A、表面张力在大体积系统中显示不出它的作用，但在微小体积系统会显示很大的作用。B、液体及固体为微小凸面（曲率半径r为正）时，其内部压力大于外部压力，即：p1＞p2。C、液态铝合金中同时存在大小不同的氢气泡，由表面张力产生的附加压力分别为△P1与△P2，则△P2＞△P1。当两气泡汇集接触时，小气泡中的气体将迅速充入大气泡而合并。D、铸造过程中金属液若易侵入砂型毛细管则形成粘砂。毛细管直径D及上方金属液静压头H越大，越容易产生粘砂，而金属液表面张力σ越小，则产生粘砂的毛细管临界直径DC（与型砂的粗细有关）越大。4、下面哪一种说法的是正确的？A、两个熔点不同的高的物质，熔点高的物质其表面张力必定比熔点低的物质高。B、当溶质的原子体积小于溶剂原子体积，作为合金元素加入则降低整个系统的能量；而当溶质的原子体积大于溶剂原子体积，作为合金元素加入则降低整个系统的能量。C、一定温度下，dσ/dc＜0时，元素浓度的增加将引起表面张力的降低，则单位面积上的吸附量Γ＞0，为正吸附，此时为表面活性元素。D、奥氏体钢熔体的表面张力随Ni的增加而下降。三、解答题：1、在金属液各种精炼工艺中，希望夹杂或气泡能够快速上浮而强化精炼效果。写出流体力学的斯托克斯公式，并分析粘度η、夹杂或气泡半径r、夹杂或气泡密度ρB的大小对精炼效果的影响。2、简述表面张力的产生原因，并指出物质内部原子间结合力的大小对表面张力及表面能的影响。3、如图所示，各界面（表面）张力达到稳定状态，在图中标出各张力（符号），并写出润饰角与张力之间的平衡关系式。假设γGL保持不变，讨论γLS大于、小于及等于γGS的情况下润饰角的特点及液相对固相的润饰性。4、设凝固后期枝晶间液体相互隔绝，厚度为1.1×10-9m的液膜两侧晶粒因凝固收缩受1.5×103Mpa的拉应力，根据液膜理论计算产生热裂的液态金属临界表面张力。并讨论[S]及液膜厚度对钢铁材料的热裂纹形成的影响。&&&&33&&&&&&&&G&&&&θ&&&&&&&&LS&&&&润湿角与界面张力&&&&&&&&5、过共析钢液η=0.0049Pa·S，钢液的密度为7000kg/m，表面张力为1500mN/m，加铝脱氧，生成密度为5400kg/m的Al2O3，如能使Al2O3颗粒上浮到钢液表面就能获得质量较好的钢。假如脱氧产物在1524mm深处生成，试确定钢液脱氧后2min上浮到钢液表面的Al2O3最小颗粒的尺寸。&&&&&&&&&&&&练习三一、填空题1、充型能力是设计浇注系统的重要依据之一，充型能力弱，则可能产生2、液态金属本身的流动能力称为“、、砂眼、铁豆、抬箱，以及卷入性气孔、夹砂等缺陷。、、合金的及等。&&&&&&&&”，是液态金属的工艺性能之一，它取决于液态金属的性质、条件、&&&&&&&&3、液态金属的“充型能力”既取决于金属本身的流动性，也取决于&&&&&&&&结构等外界因素，是各种因素的综合反映。&&&&&&&&4、铸件的浇注系统静压头H，液态金属密度ρ1及比热C1、合金的结晶潜热?H强。&&&&&&&&，浇注温度T浇、铸型温度T型，充型能力越&&&&&&&&5、铸型的C2、ρ2、λ2越大即蓄热系数b2（b2=λ2C2ρ2）越大，铸型的激冷能力就，金属液于其中保持液态的时间就越短，充型能力。二、选择题1、对于特定合金，分别采用砂型、金属型、熔模铸造不同的工艺方法，铸件可以铸造出的最小壁厚从小到大的正确排列顺序为：A、熔模铸造、砂型、金属型；B、金属型、砂型、熔模铸造；C、砂型、金属型、熔模铸造；D、熔模铸造、金属型、砂型。2、下面哪一种说法的是错误的？A、纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，在相同过热度情况下，比具有宽凝固温度区间的流动性好。B、Al-Si合金共晶成分为Si12.6%，因此，从合金的性质而言，流动性最好的成分是Si12.6%。C、根据结晶温度范围宽的合金的停止流动机理，当向前流动的液态金属的前端析出15~20％的固相量时，便结成一个连续的网络，流动就会停止。D、尽管“充型能力”与合金的“流动性”紧密相关，合金的“流动性”与“充型能力”是两个不同的概念。3、下面哪一种说法的是错误的？A、铸型的蓄热系数b2越大，铸型的激冷能力就越强，充型能力下降。反之，铸型的b2小，则充型能力提高。B、浇注温度越高、充型压头越大，则液态金属的充型能力越好。而铸件结构越复杂、厚薄过渡面多，则型腔结构越复杂，流动阻力越大，液态金属的充型能力越差。C、金属型的蓄热系数b2是砂型的十倍或数十倍以上，为了使金属型浇口和冒口中的金属液缓慢冷却，可以在涂料中加入b2很小的石棉粉。D、某一牌号的合金铸件出现“浇不足”缺陷而报废，因此应调整成分来缩小结晶温度范围，以提高其流动性。4、关于液态金属流动性，下面哪一种说法的是错误的？A、在相同的过热度情况下，成分范围C2.0%-4.3%的Fe-C合金流动性随含C量的增加而变差。B、特定成分的合金流动性随过热度增大而变好。C、通常，在相同的条件下（相同铸型性质、浇注系统、浇注过热度等）浇注各种合金的流动性试样，以试样的长度表示该合金的流动性，并以所测得的合金流动性表示合金的充型能力。D、可以认为，合金的流动性是在确定条件下的充型能力。对于同一种合金，可以用流动性试样研究各铸造工艺因素对其充型能力的影响。三、问答题：1、以图示及文字描述纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围很窄的合金停止流动机理。并说明此类合金或纯金属流动性好的原因。2、某飞机制造厂的一牌号Al-Mg合金（成分确定）机翼因铸造常出现“浇不足”缺陷而报废，如果你是该厂工程师，请问可采取哪些工艺措施来提高成品率？&&&&&&&&&&&&第二章凝固温度场第一节传热基本原理&&&&&&&&一、填空1.温度梯度指温度随面（或等温线）。、和三种。在连续介质内部或相互接触的物体之间不发生的变化率，对于一定温度场，沿等温面或等温线方向的温度梯度最大，图形上沿着该方向的等温&&&&&&&&2.根据传热学的基本理论，热量传递的基本方式有而仅依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的&&&&&&&&而产生的热量传输称为热传导。为主，铸件在铸型中的凝固、冷却过程以为主。而变，属于不&&&&&&&&3.铸造过程中液态金属在充型时与铸型间的热量交换以4.不仅在上变化并且也随&&&&&&&&变化的温度场称为不稳定温度场。熔焊时焊件各部位的温度随热源的&&&&&&&&稳定温度场，又称之为焊接热循环。5.傅里叶定律是数学模型的过程的数学模型，求解该偏微分方程的主要方法有，最常用的数值解法是和。类，其中以边界条方法与方法，后者是用计算机程序来求解&&&&&&&&6.在求解热传导过程中的温度场时需要根据具体问题给出导热体的边界条件，一般将边界条件分为件最为常见。对于不稳定温度场的求解，除了边界条件之外，还要提供导热体的条件。&&&&&&&&二、单选题：单选题：1.熔焊过程中热源与焊件间的热量传递方式属于：（（1）热传导（2）热对流（3）热辐射）（4）以上全部&&&&&&&&2.熔焊过程中熔池内部的热量传递以（（1）热传导（2）热对流&&&&&&&&）方式为主。（4）以上全部&&&&&&&&（3）热辐射&&&&&&&&3.熔焊过程中焊件内部的热量传递以（（1）热传导（2）热对流&&&&&&&&）方式为主。（4）以上全部）&&&&&&&&（3）热辐射&&&&&&&&4.熔焊过程中焊件表面与周围空气介质之间的热量传递方式属于：（（1）热传导（2）热对流（3）热辐射（4）以上全部&&&&&&&&三、简答1.右图为某平板熔焊过程中焊件表面的温度分布状况，标出其最大温度梯度方向，并指出当前热源位置与移动方向。第二节铸造过程温度场&&&&&&&&一、下面各题的选项中，哪一个是错误的：下面各题的选项中，哪一个是错误的：1.在推导半无限大平板铸件凝固过程温度场的求解方程时进行了如下简化：（1）热量沿着铸件与铸型的接触界面的法线方向一维热传导；（2）铸件与铸型内部的温度始终为均温；（3）不考虑凝固过程中结晶潜热的释放；（4）不考虑铸件与铸型界面热阻。2.使用半无限大平板铸件凝固过程温度场的求解方程时：（1）铸件一侧的温度梯度始终高于铸型中的温度梯度；（2）铸件与铸型的蓄热系数始终不变；（3）铸件与铸型的接触界面的温度始终不变；（4）铸件向铸型一侧的散热速率逐渐降低。3.对于无限大平板铸件的凝固时间计算：（1）没考虑铸件与铸型接触界面的热阻；（2）考虑了铸件凝固潜热的释放；（3）凝固时间是指从浇注开始至铸件凝固完毕所需要的时间；（4）凝固层厚度取铸件板厚的一半。&&&&&&&&&&&&二、简答1.已知某半无限大板状铸钢件的热物性参数为：导热系数λ=46.5W/(m·K)，比热容C=460.5J/(kg·K)，密度ρ=7850kg/m3，取浇铸温度为1570℃，铸型的初始温度为20℃。用描点作图法绘出该铸件在砂型和金属型铸模（铸型壁均足够厚）中浇铸后0.02h、0.2h时刻的温度分布状况并作分析比较。铸型的有关热物性参数见表2-2。2.右图为大平板纯铝铸件在不同凝固工艺条件下的凝固曲线，分析它们间的凝固条件差别。&&&&&&&&3.右图为200mm厚度的25#钢大平板铸件分别在金属型与砂型中的动态凝固曲线，根据图形说明两种情况下的：（1）凝固方式；（2）凝固时间；（3）凝固过程中最宽的固液两相区；（4）距铸件表面50mm处的起始凝固时刻及凝固结束用时；（5）凝固组织差别；（6）如果铸件两侧的铸型分别采用金属型与砂型，会出现什么情况？4.在砂型中浇铸尺寸为300×300×20mm的纯铝板。设铸型的初始温度为20℃，浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660℃，且在铸件凝固期间保持不变。浇铸温度为670℃，金属与铸型材料的热物性参数见下表：&&&&热物性材料导热系数λW/(m·K)比热容CJ/(kg·K)密度ρ&&&&3&&&&&&&&热扩散率a&&&&2&&&&&&&&结晶潜热J/kg&&&&&&&&kg/m&&&&&&&&m/s&&&&&&&&-5&&&&&&&&5&&&&&&&&纯铝&&&&&&&&212&&&&&&&&1200&&&&&&&&2700&&&&&&&&6.5×10&&&&&&&&3.9×10&&&&&&&&-7&&&&&&&&砂型&&&&&&&&0.739&&&&&&&&1840&&&&&&&&1600&&&&&&&&2.5×10&&&&&&&&试求：（1）根据平方根定律计算不同时刻铸件凝固层厚度s,并作出s?τ曲线；（2）分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间；（3）分析差别。5.比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。6.右图为一灰铸铁底座铸件的断面形状，其厚度为30mm，利用“模数法”分析砂型铸造时底座的最后凝固部位，并估计凝固终了时间。&&&&1000160&&&&160&&&&&&&&120&&&&&&&&60&&&&&&&&第三节熔焊过程温度场&&&&&&&&一、填空1.熔焊热源具有能量密度一定速度、作用时间的特点，可以使焊件局部温度，产生的热循环。简化成、、三类，之后热量以。通常熔焊热源相对于焊件以&&&&&&&&，焊件上不同部位随着与热源距离的接近与远离而经历一次&&&&&&&&2.采用解析法求解焊接温度场时，根据焊件的几何特征将热源在焊件上的方式向四周母材传播。&&&&&&&&3.采用相同的焊接规范在不同厚度的试板表面堆焊，随着板厚的增加，焊件的最高加热温度度。4.当电弧功率一定时，增大焊接速度，相同温度等温线椭圆所包围的范围，椭圆的&&&&&&&&，熔池的体积&&&&&&&&，冷却速&&&&&&&&被拉长；当焊接速度一定时，增大电弧功率，相同等温线椭圆所包围的面积&&&&&&&&，而椭圆的形态&&&&&&&&。&&&&&&&&二、改错1.对于厚板的焊接，可以将热源功率视为作用于一个点上，该点位于热源正下方的焊件表面，之后热量沿板厚方向进行热传导。2.对于薄板的焊接，可以将热源功率视为作用于热源正下方的焊件表面，之后热量沿板厚方向进行热传导。3.薄板或杆件的焊接，由于焊件的比表面积比厚板时大，因此表面散热作用较强，冷却速度较快。&&&&&&&&&&&&4.当电弧功率与焊接速度成比例增大时，由于单位长度焊件上的热输入（即焊接线能量）保持不变，因此在焊件中所形成的温度场相同。&&&&&&&&三、简答1.对于低碳钢薄板，采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形（背面均匀焊透）。采用相同规范去焊同样厚度的铝板会出现什么后果？为什么？2.对于板状对接单面焊焊缝，当焊接规范一定时，经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透，分析其产生原因并提出相应工艺解决方案。第三章课后作业练习一一、填空题1、凝固是物质由液相转变为固相的过程。包括由液体向晶态固体转变，称为2、物质体积自由能G随温度上升而，及由液体向非晶态固体转变，称为固相体积GS的斜率。。其表达式为：。。&&&&&&&&，液相体积自由能GL随温度上升而下降的斜率零，?GV称为&&&&&&&&3、当T＜Tm时，固-液体积自由能之差：?GV=GS－GL之值4、由公式可以看出，&&&&&&&&是影响相变驱动力的决定因素，过冷度ΔT&&&&&&&&，凝固相变驱动力ΔGV越大。&&&&&&&&5、设固相表面曲率k0，由于曲率的影响物质的实际熔点比平衡熔点Tm（r=∞时）要6、对于固态密度低于液态密度的物质，当系统的外界压力升高时，物质熔点必然随之的密度低于液态的密度，压力对熔点的影响与上述情况。&&&&&&&&。。对于象Sb,Bi,Ga等少数物质，固态时&&&&&&&&7、特定温T*下液、固相成分达到平衡时，溶质平衡分配系数K0定义的数学表达式为：8、假设液相线及固相线为直线，则随温度的上升，溶质平衡分配系数K0为9、对于K0＜1，固相线、液相线张开程度越。因此，常将∣1-K0∣称为“。&&&&&&&&。&&&&&&&&，K0越小，固相成分开始结晶时与终了结晶时差别越大，最终凝固组织的成分偏析”。&&&&&&&&二、解答题：&&&&&&&&1、从热力学角度证明：?&&&&&&&&G?G?＞?，并说明此式的含义。?T?PLT?PS?&&&&&&&&TT1T&&&&*&&&&&&&&C0K01&&&&&&&&2、从热力学角度证明凝固相变驱动力的表达式：&&&&&&&&?HmT?GV=?Tm&&&&&&&&T2&&&&&&&&(&&&&&&&&)&&&&&&&&(&&&&&&&&)&&&&&&&&(L)&&&&&&&&。&&&&C0&&&&&&&&TS&&&&C,%&&&&&&&&TL&&&&&&&&3、在右图中，液态合金成分为C0。假设在冷却过程中按平衡方式凝均按相图变化），在图上分别标出T1，T2及任意特定温度T*与液相线、固相线的交点的成分，以及两个空白的(（3-12）]，说明：4、根据K0的热力学表达公式[教材（3-11）（1）溶质平衡分配系数K0主要取决于哪两方面热力学因素？（2）若假设&&&&练习二&&&&&&&&固（液相及固相成分)中的相区。&&&&&&&&fiL=fiS=1,&&&&&&&&K0＜1的条件是什么？为什么？&&&&&&&&二、填空题&&&&&&&&1、一般来说凝固形核是以“形核”。）&&&&&&&&方式进行的，即依靠&&&&&&&&或&&&&&&&&界面提供的衬底进行生核过程，（亦称“&&&&&&&&形核”或&&&&&&&&&&&&2、均质晶核形成时，设晶核为球体，系统自由能变化?G由两部分组成，其中，液-固体积自由能之差（由?GV引起）为相变而固-液界面能（由σSL引起）则相变。&&&&&&&&，&&&&&&&&3、球状固体质点从金属液中开始形成时，只有其半径r大于临界晶核半径r*时，其统自由能ΔG随r增大而定存在，称为；而在r＜r*时，?G随r增大而。关系。形核功与过冷度的关系为ΔG*∝ΔT&&&&?2&&&&&&&&，固体质点才能稳。对应于r=r*&&&&&&&&，这时不稳定的固体质点还不能称为晶核，而只能称为&&&&&&&&的系统自由能最大值ΔG*称为4、临界晶核半径r*与过冷度ΔT成→，这表明过冷度很小时&&&&&&&&，过冷度ΔT。&&&&&&&&，ΔG*越大，ΔT→0时，ΔG*&&&&&&&&，也从数学上证明了为什么物质凝固必须要有一定,它是均质形核所必须克服的起伏”的共同产物。&&&&&&&&5、形核功ΔG*的大小为临界晶核表面能的过冷熔体中形成的晶核是“起伏”及“&&&&&&&&。形核功由熔体的“能量起伏”提供。因此，&&&&&&&&6、过冷度ΔT增大，r*及ΔG*下降，形核率I&&&&&&&&。对于一般金属，过冷度?T较小时，均质形核的形核率几乎始终为。研究表明，*≈?TTm左右，可见，均质形核需要&&&&&&&&。当的&&&&&&&&，温度降到某一程度，达到临界过冷度（?T*）形核率迅速过冷度。7、非均质形核与均质形核临界半径r*形核的要。&&&&&&&&。通常情况下，非均质形核功ΔGhe远&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&均质形核功ΔGho，非均质形核过冷度ΔT*比均质&&&&&&&&8、新生晶体与杂质基底之间的界面张力σSC越小，接触角（润湿角）θ过冷度ΔT*。，界面张力σSC＜δ＜&&&&&&&&，则ΔGhe&&&&&&&&?&&&&&&&&，夹杂界面的非均质形核能力&&&&&&&&，形核&&&&&&&&9、基底晶体与结晶相的晶格错配度δ越小，共格情况10、一般认为：δ≤＞25%，为&&&&&&&&，越容易进行非均质形核。，为部分共格，杂质基底有一定的非均质形核能力；δ&&&&&&&&，为完全共格，非均质形核能力强；，杂质无非均质形核能力。&&&&&&&&二、选择题1、右图所示均质形核情形下三种半径与温度的关系，下面哪种说法是错误的？均形核&&&&&&&&A.B.C.D.&&&&&&&&临界晶核半径r*与过冷度ΔT成反比，即ΔT越大（温度越低），则r*越小。液体中原子团簇的统计平均尺寸r°随温度降低（ΔT增大）而增大。过冷度达到ΔT*之后，原子团簇平均半径r°已达临界尺寸，开始大量形核。ΔT*理解为大量形核过冷度。．．．．只有过冷度ΔT达到或超过?T*，才可能有稳定晶核存在。&&&&&&&&2、非均质形核与均质形核相比，下面哪一种说法的是正确的？&&&&&&&&A.B.C.D.&&&&&&&&两者临界半径r*相同，形核功?G也相同，但前者临界过冷度?T*比后者小很多。两者临界半径r*相同，但ΔGhe远小于ΔGho，前者?T*比后者小很多。前者临界半径r*、形核功?G及过冷度?T*均比后者小很多。两者临界半径r*、形核功?G及过冷度?T*均相同。&&&&&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&3、下面哪种说法是错误的？&&&&&&&&A.B.C.D.&&&&&&&&通常，错配度δ越小，共格情况越好，越容易进行非均质形核。过冷度越大，能促使异质形核的外来质点种类和数量越多，异质形核能力越强。在实践中，以错配度小作为选择形核剂的标准，会百分百地取得满意效果。形核剂的选用往往还要通过实验研究来确定。&&&&&&&&&&&&三、解答题：1、对于均质形核，试以自由能为纵坐标、球形晶体半径r为横坐标，分别示意画出体积自由能项、界面自由能项界面自由能项以及系统自由能变化界面自由能项系统自由能变化&&&&?G对r的三条关系曲线；在图上标出临界晶核半径r*的位置，以及均质形核的形核功形核功ΔGho，并推导临界晶核半径r*及形核功形核功ΔGho的临界晶核半径形核功临界晶核半径形核功&&&&&&&&表达式。2、右图所示某相固体(S)在液体(L)中以杂质基底(C)发生异质形核：（1）写出三个界面张力的平衡关系式，并讨论界面张力σSC对异质形核的影响；（2）根据教材中公式(3-14)及(3-18)，比较均质、异质形核临界半径临界半径和它们临界体积临界体积大小。临界半径临界体积（3）讨论接触角（润湿角）大小对异质形核功ΔGhe的影响。形核功（4）若以两种不同基底（C′及C′′）进行异质形核，且θ′′＞θ′，分别写出临界过冷度?T′′*与?T′*、以及ΔG′′he与ΔG′he的关系。临界过冷度&&&&?&&&&&&&&练习三一、填空题1、固-液界面固相一侧的点阵位置有一半左右被固相原子所占据，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面结构，这类原子尺度的微观固-液界面称为。粗糙界面在有些文献中也称“”或“”。&&&&&&&&2、固-液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，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，这类原子尺度的微观固-液界面称为。光滑界面在有些文献中也称“”或“”。属&&&&&&&&3、通常，Jackson因子α≤2的物质，晶体表面有一半空缺位置时自由能于此类；α&&&&&&&&，此时的固-液界面（晶体表面）形态被称为粗糙界面，大部分&&&&&&&&5的物质凝固时界面为光滑界面；而α=2～5的物质，常为多种方式的混合，Bi、Si、Sb等属于此类。，越容易成为粗糙界面。因此，液-固微观界面结构究竟是粗糙面还是光滑面主要取决于物质的性质。，即取决于界面上的配位数为η与晶体内部原子配位&&&&&&&&4、对于不同的物质，熔融熵&&&&&&&&5、对于熔融熵一定的同种物质，液-固微观界面结构则取决于界面是哪个数为ν之比η&&&&&&&&ν&&&&&&&&。η&&&&&&&&ν&&&&&&&&值&&&&&&&&，α值越小。这说明&&&&&&&&作为晶体表面（固-液界面）时，微观界面结构容易成为粗糙界面。时为光&&&&&&&&6、液-固微观界面结构不仅与Jackson因子有关，而且受到动力学因素的影响。对于Jackson因子α较大的物质，过冷度滑界面，而过冷度大时（生长速度快），由于界面的原子层数增多，容易转化为7、微观界面结构容易成为粗糙界面的晶体，生长过程中仍可维持粗糙面的界面结构，以“为界面的方向。其生长速度R1与实际过冷度ΔT成关系。。&&&&&&&&生长”方式进行长大，其生长方向&&&&&&&&二、判断题1、凝固过程，晶体的液-固微观界面结构，以及生长方式、方向及速度均完全取决于物质的热力学性质，与外界条件无关。2、晶体按二维晶核生长，其台阶在界面铺满后即消失，生长需要有较大的临界过冷度（孕育期）；而螺旋位错台阶在生长过程中不会消失，其生长无需孕育期。3、晶体按螺旋位错机制进行生长，其生长速度R总是与过冷度ΔT的平方成正比。&&&&&&&&&&&&第四章课后作业练习一一、判断题（T或F）1、溶质再分配既受溶质扩散性质的制约，也受液相中的对流强弱等诸种因素的影响。2、溶质再分配只影响凝固过程溶质宏观及微观分布及最终成分偏析现象，而不影响凝固组织形貌和晶粒大小，也不影响热裂、气孔等凝固缺陷的形成。3、图4-1所示成分为C0的合金熔体，实际凝固结束时，其组织中只有单相固4、虽然实际凝固过程中固、液两相成分不可能完全遵从平衡相图来分配，凝&&&&界面处成分CS与CL的比值在任一瞬时仍符合相应的溶质平衡分配系数K0&&&&&&&&溶体。&&&&&&&&固理论认为，固-液（处于局部平衡状&&&&&&&&态）。这被称为“界面平衡假设”。5、“平衡凝固”条件下，凝固后零件断面的成分均匀地为CS=C0。所以“平衡出的成分即为C0。图4-1成分为C0合金的凝固凝固”开始时晶体析&&&&&&&&6、对于“平衡凝固”及“液相充分混合”所假设的溶质再分配条件下，固-液界面前沿不存在溶质富集层，即界面处及其前方的液相成分处处相同。7、在“平衡凝固”及“液相充分混合”所假设的溶质再分配条件下，固-液界面处的固相及液相成分C?、C?随凝固过程的进行均始SL终在不断升高。8、在“液相只有有限扩散”以及“液相中部分混合（有对流作用）”溶质再分配条件下，固-液界面处的固相及液相成分C?、C?随SL凝固过程的进行始终不断升高。9、在“液相只有有限扩散”以及液相容积很大的“液相中部分混合（有对流作用）”溶质再分配条件下，当达到稳定状态时，界面处及其前方液相成分均符合&&&&&&&&?CL(x)=0，且溶质富集层以外的成分均为CL=C0。?t&&&&&&&&二、解答题1、图4-2所示，为两种溶质再分配情况下凝固过程固液、液相成分随距离的分布。（1）（2）分别指出图（a）及图(b)各属于哪种溶质再分配情况。简述图(b)中C?=S&&&&&&&&Cs、C?=CL的物理内涵及原因。L&&&&&&&&图(a)(b)图4-2两种溶质再分配情况下凝固过程固液、液相成分随距离的分布&&&&C,%&&&&&&&&4-3&&&&&&&&液相只有有限扩&&&&CL*CL(x)=&&&&&&&&2、图4-3为液相只有有限扩散凝固条件下溶质再分配。请在图上完成如下(1)~(4)内容（1）（2）（3）（4）（5）在三条虚线与纵坐标相交处标出其对应特征成分；&&&&&&&&O&&&&&&&&X&&&&&&&&以纵虚线标出最初过渡区最初过渡区进入稳定状态稳定状态的分界位置；最初过渡区稳定状态&&&&CS(x)&&&&&&&&写出稳定阶段界面前方富集层溶质浓度CL(x)与标出“特征距离”λ=&&&&&&&&x的关系式；&&&&SO&&&&&&&&凝固方向&&&&LX&&&&&&&&DL及其对应x处[CL(λ)?C0]的高度，并写出其表达式；R&&&&&&&&散凝&&&&&&&&在图示情况下，若原凝固速度R1突然降低到R2定值时，固相成分何调整？如何调整？固条件下溶质再分配&&&&&&&&&&&&3、在“液相中部分混合（有对流作用）”的溶质再分配条件下，当达到稳定状态时，根据公式：C?=L&&&&&&&&C0K0+(1?K0)e&&&&?RδNDL&&&&&&&&，从数&&&&&&&&学角度讨论稳态时其CL及CS值与“液相只有有限扩散”溶质再分配条件下的差异所在，并从实际物理过程予以说明。4、在“液相只有有限扩散”溶质再分配条件下，讨论稳定状态时凝固速度R、溶质扩散系数DL、平衡分配常数K0对溶质富集层&&&&&&&&?&&&&&&&&?&&&&&&&&CL(x)-&&&&&&&&x曲线的斜率、C?高度的影响规律。L&&&&&&&&5、某二元合金相图如右所示。合金液成分为CB=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：（1）α相与液相之间的平衡分配系数K0；（2）凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几?（3）凝固后的试棒中溶质B的浓度沿试棒长度的分布曲线&&&&&&&&练习二一、判断题（T或F）&&&&&&&&1、凝固过程由溶质再分配引起固-液界面前沿的溶质富集，从而导致一定宽度内熔体的实际温度低于界面前沿熔体液相线温度，这种由合金成分再分配所引起的过冷称为“成分过冷”。&&&&&&&&2、GL=&&&&&&&&?TL(x)?x?TL(x)?x&&&&&&&&x=0&&&&&&&&表示凝固界面处液体实际温度梯度GL正好与TL(x)曲线相切，为成分过冷是否出现的临界点。&&&&&&&&3、GL=&&&&&&&&的情况下，若降低凝固速度R，将会出现成分过冷。&&&&x=0&&&&&&&&4、其他条件相同情况下，无论K0＜1还是K0＞1，溶质平衡分配系数K0小的合金更易于发生出现成分过冷。5、其他条件相同情况下，原始浓度C0高的合金更易于出现成分过冷。6、是否出现成分过冷及成分过冷的程度，既取决于合金性质因素（K0、C0、DL、mL）,也取决于工艺因素（R，GL）。&&&&&&&&二、解答题1、设某二元铝合金的液相线及固相线均为线性，液相线斜率绝对值为mL=1.5(K/C%),其K0=0.25，合金原始成分C0=1%，纯铝熔点Tm=660℃。在“液相只有有限扩散”溶质再分配条件下，稳定状态的凝固速度R=100?m/S时，溶质扩散系数DL=5000?m2/S。（1）画出具有液相线及固相线的部分相图；（2）分别计算界面前沿各处的浓度(保留3位小数)及对应的液相线温度(保留1位小数)，将计算值填入下表：&&&&&&&&x,&&&&&&&&0&&&&&&&&30&&&&&&&&60&&&&&&&&90&&&&&&&&120&&&&&&&&250&&&&&&&&500&&&&&&&&μm&&&&&&&&CL(x),%&&&&&&&&TL(x),oC&&&&（3）根据计算结果描点作图并做简要讨论。（4）若考虑凝固需要的动力学过冷度Tk=3K,以虚线另作实际曲线；（5）若界面前沿液相中的温度梯度分别为GL1=80K/mm及GL2=25K/mm，以图解法指出是否会产生成分过冷及过冷区宽度。2、设某合金的K0=0.6，液相线斜率绝对值为mL=3(K/C%),溶质扩散系数DL=5000?m2/S。（1）当在“液相只有有限扩散”溶质再分配条件下，稳定状态的凝固速度R=25?m/S，界面前沿液体温度梯度GL=10K/mm时，判断在&&&&&&&&&&&&合金原始成分分别为C0=1%及2%两两种情况下成分过冷的可能；（2）在上述合金原始成分为C0=1%条件下，若分别使R变大或GL变小，会发生何情况？3、证明：教材中判别式(4-8)可表达为&&&&&&&&GLT?Ti＜0,其中T0=T(C0)，Ti=TL(x=0)。RDL&&&&&&&&练习三一、判断题（T或F）1、凝固界面液相一侧形成负温度梯度时，前方熔体获得大于“动力学过冷度”ΔTk）的过冷度，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”。2、无论是纯金属还是合金，只有当凝固界面液相一侧形成负温度梯度时，才可能出现过冷现象。3、纯金属凝固界面前方温度梯度为正时，不可能出现胞状晶或柱状树枝晶的生长方式，晶体只会以等温等温的平面界面向前推进。等温4、在满足胞状晶生长的成分过冷条件下，若增大凝固界面前方的温度梯度GL，则可能出现柱状树枝晶的生长方式。5、胞状晶生长及柱状树枝晶生长，尽管凝固界面不再平整，其界面仍然保持为等温面。6、胞状晶及柱状树枝晶的生长方向均垂直于固-液界面，与热流相反而与晶体学取向无关。7、各生长方向尺度相近的等轴晶，是不会以树枝晶的方式进行生长的。8、生长方向性较强的非金属晶体，其平衡态的晶体形貌具有清晰的多面体结构；方向性较弱的金属晶体，其平衡态近乎球形。&&&&&&&&二、填空题1、在合金其他性质不变的情况下，若树枝晶→内部等轴晶（自由树枝晶）。2、形成胞状晶的成分过冷区宽度约在故胞状晶可认为是一种结构。结构时，将满足内部等轴晶（自由树枝晶）的生长条件。cm之间。发展良好的胞状晶的横截面往往呈正六边形。胞状晶往往源于一个晶粒，&&&&&&&&GL/R比值或．&&&&&&&&合金成分C0，合金固溶体结晶形貌变化趋势为：平面晶→胞状晶→柱状&&&&&&&&3、熔体内部的过冷度大于&&&&&&&&4、晶体外表面通常为界面能较面为界面能&&&&&&&&的晶面（密排面）。因此，对于立方晶体的金属固溶体，等轴树枝晶生长过程中，所形成的棱与角的狭排面的发线方向。&&&&&&&&的晶面，枝晶生长方向与之垂直；同理，柱状树枝晶主干及二次、三次枝晶的优先生长方向为面，与相图上对应于&&&&&&&&5、合金固溶体的固-液界面若以平面向前推进，该界面从温度角度是一界面实际温度要低ΔTk——凝&&&&固进行所需要的过冷度。&&&&&&&&成分的平衡温度相比，&&&&&&&&6、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。等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为“7、枝晶间距的表达式中，R与GL乘积的量纲相当于8、凝固过程枝晶间距越小，合金的成分偏析程度性能。生长”。&&&&&&&&生长”。平面生长、&&&&&&&&生长和&&&&&&&&生长皆属于&&&&&&&&的量纲。冷却速度越大，枝晶间距，凝固热裂纹形成倾向&&&&&&&&。，材料的&&&&&&&&，显微缩松及夹杂物分布的分散度&&&&&&&&TL(C0)TG1&&&&TL(X)&&&&&&&&G2&&&&&&&&G3&&&&&&&&三、解答题1、如图，自左向右凝固的固-液界面温度为Ti，因成分富集界面&&&&L(X’)曲线所示。G1与&&&&&&&&ΔThe&&&&&&&&前沿液相线以T温度梯度，?The为异&&&&&&&&G2分别是柱状树枝晶所需成分过冷的上、下临界&&&&&&&&质形核所需过冷度。设当前G在G1与G2之间：&&&&&&&&（1）&&&&&&&&根据“液态只有扩散”的成分过冷判别式（需写出，若工需写出）需写出&&&&&&&&艺因素(R、L)不变，G&&&&&&&&如何改变合金性质的参数C0、K0，使固-液界面按胞状晶进行凝固？&&&&&&&&Ti&&&&X&&&&图4-4&&&&&&&&&&&&（2）&&&&&&&&若合金性质不变，如何改变工艺因素使之发生内部等轴晶“内生生长”？&&&&&&&&2、对于练习二中第2题的条件，若GL2=25K/mm，以作图法求出成分过冷区域的大约宽度。若该合金固溶体出现柱状树枝晶所需的成分过冷宽度为800?m以上，在GL2=25K/mm对应的成分过冷度下固-液界面是以何种形态？其晶体前端可达到&&&&&&&&x的何位置？&&&&&&&&练习四&&&&&&&&一、填空题1、根据Jackson因子，共晶的两相均为粗糙-粗糙界面的为第Ⅰ类共晶，如：金属-金属相共晶或金属形态是有规则的状，或其中有一相为状，因此称为“共晶”。&&&&&&&&共晶，其典型的显微&&&&&&&&2、金属-非金属共晶属于第Ⅱ类共晶体，由于小晶面相（非金属相）晶体长大具有强烈的织较为无规则，属于“共晶”。&&&&&&&&性，且容易发生弯曲和分枝，所得到的组&&&&&&&&3、&&&&&&&&-&&&&&&&&属于第Ⅲ类共晶体，长大过程两相不再是&&&&&&&&的方式。所得到的组织为两相的不规则混合物，也属于“不规则共晶”。前沿富B原子，而前沿富A原子，&&&&&&&&4、规则共晶协同生长机制：生长过程中，两相各向其界面前沿排出另一组元的原子，由于扩散速度正比于溶质的浓度梯度，因此横向扩散速度比纵向大的多。共晶两相通过供对方生长所需的&&&&&&&&扩散不断排走界面前沿积累的溶质，且又互相提生长。&&&&&&&&，彼此合作，齐头并进地快速向前生长。这种两相协同生长的方式为典型的&&&&&&&&5、共晶组织生长中可发生调整而细化。例如，层片状共晶α相前沿的的而更为严重，导致α相在此处推进速度&&&&&&&&处因B原子扩散困难而浓度升高，其聚集程度随生长速度R&&&&&&&&而形成凹坑，凹坑处B原子扩散越发困难。B原子浓度升高到足以使β相生核，当。&&&&&&&&新的β相片层在原α相中心处形成，因此随R增大片层距&&&&&&&&共生区有“对称型共生区”“非对称型共生区”两种类型，前者的合金两个组元熔点、两相长大速度基本，后者共生区失去性而偏向于熔点组元一侧。&&&&&&&&、&&&&&&&&成分点在相图的中间位置附近、&&&&&&&&6、速较快时，有些合金在共晶温度TE以下、共晶点附近一定成分范围内的区域内，可以发生共晶共生生长得到100％的共晶组织，该区域称之为区。&&&&&&&&7、共晶两相没有共同的生长界面，两相的析出在时间上和空间上都是彼此有共晶的特征。这种非共生生长的共晶结晶方式称为离异&&&&&&&&的，各自以不同的速度。&&&&&&&&生长，因而形成的组织没&&&&&&&&，所形成的组织称&&&&&&&&8、规则共晶实际凝固中也可出现胞状共晶或树枝状共晶形态。这是由于产生成分过冷而引起的。在界面突出的胞状生长中，共晶两相仍9、规则共晶为层片状还是棒状，主要取决于两相&&&&&&&&组员在界面前沿形成尺度达数百个层片厚度数量级的富集层，而形成扇形的“结构”。&&&&&&&&于界面，故两相的层片将会发生&&&&&&&&的差别，当其中一相的体积分数小于&&&&&&&&时，则该相倾向于以棒状方式生长。&&&&&&&&二、判断题（T或F）1、共晶成分合金的实际凝固组织中不可能出现先共晶初生相，即不可能得到亚共晶或过共晶组织。2、合金的实际凝固组织应按照相图进行分析，所以过共晶成分合金不可能为亚共晶组织。3、较高纯度的二元规则共晶合金结晶时，由于A、B两组元的横向扩散，共生界面前沿难以形成成分过冷，一般以平坦的共生界面向前推进。4、层片状规则共晶中两相总是以平行的方式交替平直排列。5、灰铸铁γ-Fe与G（石墨）共晶反应过程，领先相石墨呈片状生长且不断发生分枝及弯曲，而奥氏体则以非封闭晕圈形式包围着石墨片一起长大，这种不规则的共晶生长不属于共生生长范畴。&&&&&&&&&&&&三、解答题1、根据图4-5共晶共生区的位置，有人认为：箭头所示成分的合程中不会进入到共生区，即合金最终凝固组织中不会有共晶组织请指出上述观点的正误，并说明理由。&&&&&&&&金，在整个凝固过存在。&&&&&&&&2、石墨晶体结构及其晶面与晶向表达见图4-6。随条件的不&&&&&&&&同，铸铁γ-Fe非封闭晕圈,图4-5共晶共生区γ-Fe封闭晕圈内以铁液界面张力关系分&&&&&&&&L→γ-Fe+G（石墨）共晶反应有两种完全不同的方式：(1)G突破&&&&与熔体相接触以棱柱面法线方向[1010]生长呈片状；(2)G在基面法线方向[0001]生长呈球状。某车间有两种铁水，凝固中G与别为：A、σGL(0001)＜σGL(1010)B、σGL(0001)＞σGL(1010)试问：哪种铁水（A还是B）对应产生第（1）种共晶反应？第（1）的生长是否属于共晶共生模式？A、铁水最终分别得到的是球墨B图4-6石墨的晶体结构与生长方向&&&&&&&&种共晶反应γ-Fe与G铸铁还是灰铸铁？&&&&&&&&本章综合测试&&&&&&&&一、选择题：&&&&&&&&1、下面哪一种说法是错误的？A.对于溶质平衡分配系数K0＜1，K0越小，最终凝固组织的成分偏析越严重。B.“固相无扩散，液相仅有有限扩散”溶质再分配进入稳定阶段的CL为C0/K0。C.“固相无扩散，液相仅有有限扩散”及“液相部分混合（有对流）”的两种溶质再分配情况下，进入稳定阶段的固相成分均为C0。&&&&?&&&&&&&&D.成分为C0的合金，按照平衡相图，当温度由液态降低至TL而开始析出单相固溶体α相时，其液相的成分为C0，其固相成分为C0K0。2、成分为C0的长条形铸件自左向右定向凝固，对于教材上所描述的四种溶质再分配条件，凝固过程中液固界面的固相成分CS始终在不断升高的情况有：A“平衡凝固”及“固相无扩散，液相液相充分混合均匀”条件下的两种凝固情况；B．“固相无扩散，液相仅有有限扩散”以外的其他三种；C．除“平衡凝固”以外的其他三种；D．四种溶质再分配条件。3、右图中1、2、3、4为自左向右定向凝固终了的固相溶质分布曲线，属于“液相中部终了分混合”的情况为：A.曲线1B.曲线2C.曲线3D.曲线4溶质浓度&&&&?&&&&&&&&C01324&&&&&&&&311&&&&&&&&k0C0凝固开始&&&&&&&&距离&&&&&&&&凝固终止端&&&&&&&&4、下面因素的改变均增加成分过冷程度的是：A.增大R、C0，降低GL、mL；B.增大R、DL，降低GL；&&&&&&&&&&&&C.降低GL、K0（K0＜1）及C0；D.增大R、C0、K0（K0＞1）;E.B和D&&&&&&&&5、在共晶合金的凝固中，可能出现的现象是：A.B.C.D.非共晶成分的合金也可以得到100%的共晶组织。共晶成分的合金，一定可以得到100%的共晶组织。共晶成分的合金，也可能得不到100%的共晶组织。A和C。&&&&&&&&6、下面论述是错误的为：A.金属-金属相共晶及金属-金属间化合物共晶，为“规则共晶”。金属-非金属共晶及非金属-非金属共晶，所得到的均属于“不规则共晶”；B.第三组元（K0＜1）存在时，若对层片状共晶两相前沿均形成较大成分过冷时，形成胞状共晶，成分过冷进一步增大可形成树枝状共晶组织；C.金属-非金属共晶,由于小晶面相长大具有强烈的方向性易发生弯曲和分枝，所得到的属于“不规则共晶”，因而不可能发生两相协同共生生长；D.在α相、β相两固相间界面张力各方向相同的情况下，当某一相的体积分数远大于另一相时，则该相以棒状方式生长；E.C和D。&&&&&&&&二、简答题：1、“内生生长”和“外生生长”；2、“离异生长”及“离异共晶”；3、简述层片状规则共晶生长过程中片层距调整而变小的机理；4、简述共晶共生区的概念及其意义。三、解答题：1、设合金在“固相无扩散，液相为有限扩散”的条件下从左到右进行凝固，请画出以下两图中的溶质分布情况：（1）“稳态”凝固阶段，固、液两相的溶质分布；（2）凝固结束后整个固相中的溶质分布。&&&&&&&&C&&&&&&&&C&&&&&&&&C。&&&&X’稳态凝固&&&&&&&&C。X&&&&&&&&X&&&&&&&&&&&&3、如图右所示，有一成分为C0=40%的合金，合金的mL及DL=6000?m2/s。界面前沿液体的实际温度梯度GL=160K/mm。体中完全没有对流，固态无扩散。试求出处于出现成分过冷的为多少？若此凝固速度R不变，随凝固进行而温度梯度GL逐生长方式会出现何情况？&&&&&&&&K0均为常数，设单向凝固中液临界凝固速度R渐降低，则固溶体&&&&&&&&α&&&&&&&&第五章铸件与焊缝宏观组织及其控制1.铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的，它们的形成机理如何?答：铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。表面激冷区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也可能直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），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下，以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中，发展成柱状晶组织。内部等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。随着柱状晶的发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个液体中开始形核。同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上的长大速度是相等的，因此长成了等轴晶。2.试分析溶质再分配对游离晶粒的形成及晶粒细化的影响。答：对于纯金属在冷却结晶时候没有溶质再分配，所以在其沿型壁方向晶体迅速长大，晶体与晶体之间很快能够连接起来形成凝固壳。当形成一个整体的凝固壳时，结晶体再从型壁处游离出来就很困难了。但是如果向金属中添加溶质，则在晶体与型壁的交汇处将会形成溶质偏析，溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生“脖颈”，具有“脖颈”的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体连接形成凝固壳,另一方面，在浇注过程和凝固初期存在的对流容易冲断“脖颈”，使晶体脱落并游离出去，形成游离晶。一些游离晶被保留下来并发生晶体增殖，成为等轴晶的核心，形成等轴晶，从而起到细化晶粒的作用。3.液态金属中的流动是如何产生的，流动对内部等轴晶的形成及细化有何影响?答：浇注完毕后，凝固开始阶段，在型壁处形成的晶体，由于其密度或大于母液或小于母液会产生对流，此外型壁处和铸件心部的熔体温度差也可造成对流，从而使熔体流动。依靠熔体的流动可将型壁处产生的晶体脱落且游离到铸件的内部，并发生增殖，从而为形成等轴晶提供核心，有利于等轴晶的形成，并细化组织。4.孕育剂与变质剂对金属凝固组织的作用机理有何不同？答：孕育剂主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒，而变质剂则是改变晶体的生长机理，从而影响晶体形貌。变质剂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通常采用的则是孕育方法。5.常用孕育剂有哪些种类，其作用条件和机理如何?答：孕育剂主要有两类：一类是起非自发形核作用；另一类是通过在生长界面前沿的成分富集而使晶粒根部和树枝晶分枝根部产生缩颈，促进枝晶熔断和游离而细化晶粒。作用条件及机理：（1）对于第一类孕育剂可以从三个方面来理解。第一种情况是孕育剂含有直接作为非自发生核的物质，即一些与欲细化相具有界面共格对应的高熔点物质或同类金属微小颗粒。它们在液态金属中可直接作为欲细化相的有效衬底而促进非均质生核。第二种情况，孕育剂能与液相中某些元素(最好是欲细化相的原子)反应生成较稳定的化合物而产生非自发生核。此化合物应与欲细化&&&&&&&&&&&&相具有界面共格对应关系而能促进非均质生核。第三种情况，通过在液相中造成很大的微区富集而迫使结晶相提前弥散析出而生核。（2）对于第二类孕育剂，它的作用在于使枝晶产生更细的脖颈，其结果必然导致结晶更易于游离。这种晶粒细化剂之所以使枝晶脖颈更细，主要是溶质的偏析造成的，在凝固过程中由于溶质在枝晶侧向的偏析，使此处的过冷度减少，从而使晶体的长大受到抑制而产生细的脖颈。6.试分析影响铸件宏观凝固组织的因素，列举获得细等轴晶的常用方法。答：铸件的三个晶区的形成是相互联系相互制约的，稳定凝固壳层的形成决定着表面细晶区向柱状晶区的过度，而阻止柱状晶区的进一步发展的关键则是中心等轴晶区的形成，因此凡能强化熔体独立生核，促进晶粒游离，以及有助于游离晶的残存与增殖的各种因素都将抑制柱状晶区的形成和发展，从而扩大等轴晶区的范围，并细化等轴晶组织。细化等轴晶的常用方法：（1）合理的浇注工艺：合理降低浇注温度是减少柱状晶、获得及细化等轴晶的有效措施；通过改变浇注方式强化对流对型壁激冷晶的冲刷作用，能有效地促进细等轴晶的形成；（2）冷却条件的控制：对薄壁铸件，可采用高蓄热、快热传导能力的铸型；对厚壁铸件，一般采用冷却能力小的铸型以确保等轴晶的形成，再辅以其它晶粒细化措施以得到满意的效果；（3）孕育处理：影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒。（4）动力学细化：铸型振动;超声波振动;液相搅拌;流变铸造，导致枝晶的破碎或与铸型分离，在液相中形成大量结晶核心，达到细化晶粒的目的。7.何谓“孕育衰退”，如何防止?答：孕育衰退是指孕育效果逐渐减弱的现象。孕育效果不仅取决于孕育剂的本身，而且也与孕育处理工艺密切相关。一般处理温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育剂均匀散开的前提下，应尽量降低处理温度。孕育剂的粒度也要根据处理温度、被处理合金液量和具体的处理方法来选择。8.试述焊接熔池的凝固特点及焊缝宏观组织特征。答：熔焊时，在高温热源的作用下，母材发生局部熔化，并与熔化了的焊接材料相互混合形成熔池，同时进行短暂而复杂的冶金反应。当热源离开后，熔池金属便开始了凝固。因此，焊接熔池具有以下一些特殊性。（1）熔池金属的体积小，冷却速度快。在一般电弧焊条件下，熔池的体积最大也只有30cm3，冷却速度通常可达4～100℃/s，（2）熔池金属中不同区域。温差很大、中心部位过热温度最高。熔池金属中温度不均匀，且过热度较大，尤其是中心部位过热温度最高，非自发形核的原始质点数将大为减少。（3）动态凝固过程。一般熔焊时，熔池是以一定的速度随热源而移动。（4）液态金属对流激烈。熔池中存在许多复杂的作用力，使熔池金属产生强烈的搅拌和对流，在熔池上部其方向一般趋于从熔池头部向尾部流动，而在熔池底部的流动方向与之正好相反，这一点有利于熔池金属的混和与纯净。由于焊接熔池具有上述特点，因此熔池凝固过程及焊缝组织具有以下特点：1）联生结晶(或外延生长)焊缝金属初始晶体是直接从熔合区附近母材的晶粒上向焊缝中心延续生长的。由于熔池边沿的晶粒在焊接加热过程中易过热、粗化，致使焊缝柱状晶亦粗大；2）晶体成长的选择性与弯曲柱状晶由于热源的移动及熔池的空间几何形状特点，熔池中凝固枝晶的生长方向与生长速度在不断变化。其晶粒主轴生长方向始终沿界面等温线法线方向，呈弯曲状向熔池中心生长。生长速度为：，?cosυ?R?为晶粒生长方向与熔池移动方向之间的夹角。3）熔池凝固组织形态的多样性由于熔池中心过热度高，可以提供作为非自发形核的质点数量少，且因为界面熔池中的温度梯度大，因此焊缝中柱状晶发达。开始凝固的熔池两侧翼边界部位由于结晶速度R非常小，温度梯度G较大，成分过冷接近于零，满足平面晶生长的条件。只是在最后凝固的焊缝对合面附近，由于剩余液相中温度与温度梯度减小且凝固速度降低，因此有可能形成中心等轴晶。9.讨论分析影响焊接弯曲柱状晶形态的因素。哪种形态的柱状晶最易于产生焊接纵向裂纹？答：由于在焊接熔池中，晶体的生长线速度R与焊接速度υ之间存在以下关系：式中?cosυ?R?—晶粒生长方向与熔池移动方向之间的夹角。在熔池液相等温线上各点的?角是变化的，说明晶粒成长的方向和线速度都是变化的。在熔合区上晶粒开始成长的瞬时,o90,0cos，晶粒生长线速度为零，即焊缝边缘的生长速度最慢。而在热源移动后面的焊缝中心，o0,，晶粒生长速度与焊接速度相等，生长最快。一般情况下，由于等温线是弯曲的，其曲线上各点的法线方向不断地改变，因此晶粒生长的有利方向也随之变化，形成了特有的弯曲&&&&&&&&&&&&柱状晶的形态。1cos焊接速度影响焊接弯曲柱状晶形态。焊接速度大时，焊接熔池长度增加,柱状晶便趋向垂直于焊缝中心线生长。焊接速度慢时,柱状晶越弯曲。垂直于焊缝中心线的柱状晶，最后结晶的低熔点夹杂物被推移到焊缝中心区域，易形成脆弱的结合面，导致纵向热裂纹的产生。热裂敏感性大的奥氏体钢和铝合金最易于产生焊接纵向裂纹。第七章液态金属与气相的相互作用&&&&&&&&第一节气体的来源与产生&&&&&&&&一、填空1.药皮焊条电弧焊时，焊接区气体主要来源于焊条药皮中造气剂的气剂主要是。、和，在电弧高温作用下还会分解出原子态的与，对焊接接头质量&&&&&&&&，其中酸性焊条的造气剂主要是&&&&&&&&，碱性焊条的造&&&&&&&&2.H2O蒸气在加热后的分解产物为极为不利。3.铸造时的气体主要来源于4.铸型内的气相组成和含量是随&&&&&&&&过程、、&&&&&&&&过程和和&&&&&&&&。等因素的变化而变化。&&&&&&&&二、下面各题的选项中，哪一个是错误的：下面各题的选项中，哪一个是错误的：1.药皮焊条电弧焊过程中，焊接区的气体包括：（1）所采用的保护气体；（2）电弧周围的空气介质；（3）药皮中造气剂生成的气体；（4）焊件与焊材表面吸附的水分。2.焊接区内的气体在室温下分解的难易程度由难至易的顺序为：（1）惰性气体、普通双原子气体；（2）H2O、CO2;（3）N2、H2、O2；（4）N2、H2、CO2。3.铸件凝固过程中，与铸件接触的气体主要来自于：（1）铸型中的水分；（2）铸型周围的空气介质；（3）铸型中的粘结剂；（4）型腔内未能排出的气体。4.铁液在浇注与凝固过程中，与其接触的气相具有以下特点：（1）主要成分是H2O、H2、CO和CO2；（2）在浇注后气相的氧化性逐渐降低；（3）有机物铸型中气体的氧化性较无机物铸型更强；（4）树脂砂型中还含有一定量的N2。&&&&&&&&三、简答&&&&&&&&1.焊接过程中为什么要对焊接区进行保护？常用的保护气体有哪些？2.焊条使用前为什么要烘干？酸性焊条与碱性焊条的烘干温度有什么不同？为什么？3.MnO2和Fe2O3均为高价氧化物，对高温金属具有较强的氧化性，为什么要把它们作为焊条药皮的主要成分或作为一种添加剂呢？&&&&&&&&第二节气体在金属中的溶解&&&&&&&&&&&&一、填空1.在一定&&&&&&&&和&&&&&&&&条件下，气体溶入金属的&&&&&&&&浓度，称为该条件下气体的溶解度。的平方根成正比，反应的平衡常数大小取决于和&&&&&&&&2.平方根定律用于的种类。&&&&&&&&气体的溶解度求解，其溶解度与气体&&&&&&&&3.气体在金属中溶解时的热效应决定了溶解度与温度的关系，溶解过程为放热反应时，溶解度随温度的降低而时，溶解度随温度的降低而4.金属的加热过程中，在5.氧通常以和和。温度以及时刻，气体在其中的溶解度会有一个阶跃性的变化。&&&&&&&&，为吸热反应&&&&&&&&两种形式溶入液态铁中，氧在液态铁中的溶解度随温度的升高而&&&&&&&&，室温下的氧绝大部分以&&&&&&&&的形式存在。&&&&&&&&二、判断下述命题的真伪：判断下述命题的真伪：1.高温下的气体通常以分子、原子或离子状态直接溶入液态金属。2.溶入到液态金属中的气体原子如不能迅速向金属内部扩散，将阻碍气体的溶入速度。3.氮、氢气体在金属铁中的溶解度均随温度的升高而连续性增大，温度越高，溶入的气体越多。4.氮和氢在面心立方晶格中的溶解度比在体心立方晶格中大且氮气的溶解度始终高于氢气。5.氮在铝合金中的溶解度很低，因此在铝合金精炼时可借助于氮气去除金属液中的有害气体和杂质，在铝合金焊接时可以采用氮气进行保护。6.与氢能形成稳定氢化物的合金元素在室温下可以吸收大量的氢，随温度的升高溶入的氢气会逐渐析出。7.在二元铁合金中加入能与氮、氢、氧等气体元素形成稳定化合物的合金元素时，会提高相应气体的溶解度。8.熔化极电弧焊常采用直流反接法，此时电弧中已经电离的H+、N+等阳离子易向作为阴极的熔池中运动，使氢和氮在焊缝金属中的含量高于按平方根定律计算出来的溶解度。9.当电弧气氛中存在少量氧时，可有效降低氢在液态铁中的溶解度，但同时有可能增加氮的溶入量。&&&&&&&&三、简答：简答：&&&&&&&&1.电弧焊过程中氢气与氮气在熔池中的溶解方式有什么不同？2.为什么铸件或焊缝中有时会出现氢气孔？如何减少这类缺陷？3.哪些因素影响气体在金属中的溶解度，其影响因素如何？4.为什么在铜合金的精炼中，可以通过吹入氮气来去除金属液中的有害气体和杂质。&&&&&&&&第三节气体对金属的氧化&&&&&&&&一、填空1.在焊接和熔炼过程中，使液态金属发生氧化的气体通常有等。lgpO2/×101.3kPa2.一个由“金属－氧－氧化物”组成的系统中，在一定温度下反应达到平衡时为该金属氧化物的分解压。如果环境中实际氧的分压属被还原。3.不仅氧可以溶解在液态铁中，FeO也可以溶解在液态铁中，这样就使得实际FeO的分解压，致使Fe更容易被。称&&&&&&&&、&&&&&&&&和&&&&&&&&分解压则金属被氧化，反之金&&&&&&&&Mo&&&&&&&&二、判断&&&&&&&&T/℃自由氧化物分解压与温度的关系&&&&&&&&&&&&1.只有在铁液中的FeO达到饱和时，测定出的气相中的氧分压才能称之为FeO的分解压。2.由右图可见，随温度的升高金属氧化物的分解压降低，因此高温下的金属更容易被氧化。3.由于FeO的分解压较低，因此可以用Mn、Si等分解压较高的元素作为Fe的脱氧元素。&&&&&&&&三、简答&&&&&&&&1.多数金属氧化物的分解压均随温度升高而升高，但为何高温下金属构件的氧化速率反而会加快？2.CO2焊用焊丝中Mn、Si等合金元素的含量通常高于母材，且焊接中采用熔滴短路过渡方式，说明其原因。3.CO2、H2O和空气在高温下对金属的氧化性哪个大？&&&&&&&&第四节气体的影响与控制&&&&&&&&一、填空1.室温下氮、氢、氧在金属中的固溶度都很形式滞留在金属中，使金属的力学性能2.氮主要来源于3.氢主要来源于和&&&&&&&&，多数情况下它们以。&&&&&&&&形式或&&&&&&&&，它一旦进入液态金属去除就比较困难。控制氮的措施是，材料内的化合物和材料表面的&&&&&&&&，防止&&&&&&&&与液态金属接触。、&&&&&&&&也是氢的重要来源。熔炼前应对原材料进行处理。&&&&&&&&处理，炉膛、出钢槽、浇包等均应充分&&&&&&&&；低氢型焊条和焊剂在使用前应进行&&&&&&&&4.控制焊接工艺参数可降低焊缝金属中气体元素含量，如：电流时，气体与熔滴作用时间&&&&&&&&电弧电压时，保护效果变差，焊缝中气体元素含量增加。焊接&&&&&&&&，焊缝中氮、氧含量减少。、和等对氮有较大亲和力的元素，可形成不溶于液态金属的&&&&&&&&5.金属熔炼过程中，在液态金属中加入而进入，从而减少金属的氮含量。&&&&&&&&6.在铝合金冶炼过程中，常常向铝液中通入&&&&&&&&，使之与铝液中的氢生成&&&&&&&&气体而逸出铝液表面。&&&&&&&&二、多项选择1.存在于铸件中的氮造成金属塑性、韧性降低的原因在于氮的存在形式为：（a）固溶体；（b）过饱和固溶体；（c）氮化物；（d）氮气孔2.氢导致钢材脆化的主要原因在于：（a）固溶的氢；（b）扩散氢；（c）氢化物；（d）氢气孔3.氧在金属中的存在形式主要为：（a）固溶；（b）自由氧；（c）氧化物；（d）氧气孔4.存在于铸件中的氧对铸件的危害在于使金属的：（a）塑性降低；（b）韧性下降；（c）强度升高；（d）强度降低5.氧对于焊接过程的危害在于可以在接头中产生：（a）气孔；（b）夹杂；（c）飞溅；（d）冷裂纹；（e）合金元素含量降低6.生产中可以通过如下办法来限制焊接接头中的氢含量：（a）采用低氢型焊材；（b）焊前将焊材烘干；&&&&&&&&（c）在药皮或焊芯中加入微量稀土元素；（d）焊后脱氢处理&&&&&&&&三、简答题&&&&&&&&1.为什么可以将普通CO2焊称之为低氢型的焊接方法？2.碱性焊条又称之为低氢型焊条，说明其电弧气相成分中低氢的原因。第八章习题第一节渣相的作用与形成&&&&&&&&&&&&填空：填空：1.熔渣对于焊接、合金熔炼过程的主要作用有使液态金属&&&&&&&&、&&&&&&&&和&&&&&&&&。熔渣也有不利的作用，如强氧化性熔渣可以。&&&&&&&&，可以侵蚀炉衬；密度大或熔点过高的熔渣易残留在金属中形成型、&&&&&&&&2.熔渣是多种化合物构成的复杂混合物，按其成分可分为型和型熔渣三类。&&&&&&&&型熔渣具有较强的氧化性，一般用于低碳钢、低合金高强钢的焊接。盐或。和一定数量的，前者在加热分含量。，然后经盐作为造渣剂，药皮&&&&&&&&3.药皮焊条电弧焊时的熔渣来源于焊条药皮中的造渣剂。酸性焊条药皮中主要采用中含有的少量碳酸盐除了4.碱性焊条又称为解过程中形成5.焊剂按过、或的作用之外与药皮中的有机物作用相同，是用来焊条，药皮中不含具有造气功能的有机物而含大量的熔渣并放出&&&&&&&&保护气体，后者除了造渣作用之外，还能减少液态金属中的&&&&&&&&分类可以分为熔炼焊剂与非熔炼焊剂两大类。熔炼焊剂是将一定比例的各种配料放在炉内、而制成的。非熔炼焊剂的组成与和少量相似，按&&&&&&&&不同又分为粘结焊剂与烧结焊剂。含量较多，而酸性&&&&&&&&6.钢铁熔炼熔渣的主要成分为各种金属的炉熔炼所形成的熔渣中&&&&&&&&。采用碱性炉熔炼所形成的熔渣中&&&&&&&&含量较多，两类熔炼炉对应的熔渣中FeO与MnO的含量相差而添加的，如铝合金精炼时采用多种混合成的&&&&&&&&7.有色金属熔炼中熔渣主要来源于用于除气、脱氧或低熔点的熔剂。第二节渣体结构及碱度&&&&&&&&一、填空1.按照熔渣的点认为液态熔渣是由2.复合化合物就是度。和组成的溶液。当温度升高时，离子的半，与异号离子&&&&&&&&理论的观点，液态熔渣是由和和组成的&&&&&&&&状态化合物和溶液。&&&&&&&&状态化合物的分子所组成，而离子理论的观&&&&&&&&生成的盐。氧化物的复合是一个&&&&&&&&反应，当温度升高时渣中自由氧化物的浓&&&&&&&&3.熔渣的离子理论认为液态熔渣是由&&&&&&&&4.离子在熔渣中的分布、聚集和相互作用取决于它的综合矩,综合矩的计算表达式为径，综合矩。氧化物与氧化物浓度的比值。若比值，但它们之间的大小顺序&&&&&&&&。离子的综合矩越大，说明它的静电场&&&&&&&&结合的相互引力&&&&&&&&5.熔渣的碱度定义为熔渣中的&&&&&&&&为酸性渣，比值&&&&&&&&为碱性渣。。&&&&&&&&6.离子理论把液态熔渣中各种氧化物所对应的7.一般情况下熔渣中的&&&&&&&&的浓度之和定义为碱度，酸性渣与碱性渣的碱度临界值为，而&&&&&&&&氧化物容易生成自由氧离子，其对应的碱度系数。&&&&&&&&氧化物容易捕获熔渣中的&&&&&&&&自由氧离子，生成复杂阴离子，其对应的碱度系数&&&&&&&&二、多项选择1.焊接熔渣中常见的酸性氧化物包括：a)TiO2；b)FeO；c)MnO；d)SiO2&&&&&&&&2.焊接熔渣中常见的碱性氧化物包括：a)MgO；b)ZrO；c)CaO；d)CaO·SiO2&&&&&&&&3.综合矩最大的正离子是：a)Mn3;b)Ti4&&&&＋＋&&&&&&&&;&&&&&&&&c)&&&&&&&&Si4&&&&&&&&＋&&&&&&&&;d)&&&&&&&&Fe2&&&&&&&&＋&&&&&&&&4.综合矩最大的负离子是：a)S2-;b)O2-;c)F-;d)SiO44-&&&&&&&&三、判断题1.熔渣中的氧化物、氟化物、硫化物等化合物均为自由氧化物，复合化合物就是两类不同性质的自由氧化物复合生成的盐。&&&&&&&&&&&&2.按照分子理论的观点，只有熔渣中的自由氧化物才能与液体金属及其中的合金元素发生作用，复合化合物中的氧化物不能参与任何反应。3.碱性渣中自由氧离子的浓度远高于酸性渣，因此碱性熔渣的氧化性比酸性渣要强。&&&&&&&&第三节渣相的物理性质&&&&&&&&一、填空1.&&&&&&&&熔渣是一个多元体系，它的液固转变是在一定。&&&&&&&&进行的。一般构成熔渣的各组元独立相的熔点&&&&&&&&，而以一定比例&&&&&&&&构成复合渣时可使凝固温度&&&&&&&&2.熔渣的密度高低影响熔渣与液态金属间的相对3.随温度增高粘度的外观成型，&&&&&&&&与相对&&&&&&&&，密度大的熔渣易滞留于金属内部形成下降的渣称为短渣。全位置焊接时&&&&&&&&。渣有利于焊缝&&&&&&&&下降的渣称为长渣，而随温度增高粘度渣只能用于平焊位置焊接。，其键能&&&&&&&&4.酸性渣组元质点间的化学键大多为果。5.碱性渣与液态金属间的表面张力二、多项选择&&&&&&&&，因此其表面张力也&&&&&&&&，对液态金属的覆盖保护效&&&&&&&&，易造成熔滴&&&&&&&&，飞溅&&&&&&&&。&&&&&&&&1.焊接或铸造过程中的熔渣多采用多组元复合渣，其原因在于为获得合适的a)碱度；b)密度；c)表面张力；d)熔点&&&&&&&&2.药皮焊条电弧焊中，各组成部分的熔点匹配关系为：a)熔渣的熔点高于母材；c)药皮的熔点高于焊条芯熔点；3.粘度适中的熔渣是指能够确保：a)熔渣对液态金属的隔离保护作用；b)熔渣与液态金属间的化学反应；c)熔滴细颗粒均匀过渡；三、简答d)全位置焊接时的焊缝外观成型b)熔渣的熔点低于母材；&&&&&&&&d)药皮的熔点低于焊条芯熔点&&&&&&&&1.简述CaF2在焊接熔渣和炼钢熔渣中的作用。2.说明钛钙型焊条的主要物理性能及对焊接工艺性能的影响。第四节活性熔渣对金属的氧化&&&&&&&&一、填空1.氧化性较强的熔渣称为2.&&&&&&&&，熔渣的氧化性通常用渣中&&&&&&&&的含量高低及该氧化物在熔渣中的，随酸性氧化物的增多而。，即在高温下FeO更&&&&&&&&来衡量。&&&&&&&&FeO在熔渣中的活度随熔渣中碱性氧化物含量的增多而倍时，熔渣中FeO的活度系数&&&&&&&&。当熔渣中碱性氧化物含量大&&&&&&&&约为酸性氧化物含量的&&&&&&&&3.熔渣中的FeO既溶于渣又溶于液态钢，其在两相中的分配律L随温度升高而配。焊接时在熔滴阶段和熔池前部的高温区，熔渣中的FeO向液态金属中饱和的FeO向中扩散，称之为扩散脱氧。&&&&&&&&向金属中分&&&&&&&&，在熔池尾部，随着温度的下降，液态金属中过&&&&&&&&二、判断下列命题的真伪并加以说明：判断下列命题的真伪并加以说明：1.碱性熔渣中FeO的活度较大，因此熔渣的氧化性比酸性渣强。2.相同成分的熔渣对于钢的熔焊过程比熔炼过程具有更强的氧化性。3.如果熔渣里含有MnO或者SiO2时，便会与液态铁发生置换反应，使金属氧化。4.酸性渣中MnO与SiO2的含量高于碱性渣，因此酸性焊条焊接时熔池中的含氧量高于碱性焊条。&&&&&&&&&&&&5.对于钢的熔炼与熔焊过程来说，（MnO）的氧化性始终高于（SiO2）。6.钢铁氧化熔炼阶段，加入的氧化性气体在脱碳、脱磷反应的同时，也会使钢液中的合金元素含量降低。&&&&&&&&三、简答1.既然氧化铁具有强烈的氧化性，为什么还要将氧化铁作为焊条药皮或熔炼中的原材料添加？2.采用碱性焊条施焊前，为什么要求严格清理去焊件坡口表面的铁锈和氧化皮，而用酸性焊条施焊时对焊前清理的要求相对较低？3．炼钢炉中（1600℃）覆盖在钢液表面的熔渣成分为：&&&&&&&&氧化物&&&&&&&&CaO&&&&&&&&MgO&&&&&&&&MnO&&&&&&&&FeO&&&&&&&&Fe2O3&&&&&&&&SiO2&&&&&&&&P2O5&&&&&&&&重量（%）重量（&&&&&&&&46.59&&&&&&&&3.2&&&&&&&&5.68&&&&&&&&13.82&&&&&&&&4.47&&&&&&&&24&&&&&&&&2.24&&&&&&&&若钢液中的含氧量为0.07%，问熔渣对钢液而言是氧化性渣还是还原性渣？&&&&&&&&接热影响区的组织与性能第一节焊接热循环二、填空两侧的一定范围内发生的温度随，加热的峰值温度和变化的区域称为焊接热影响区。&&&&&&&&1.熔焊时在高温热源的作用下，靠近2.在焊接热源的作用下，焊件上3.离焊缝越近的点其加热速度&&&&&&&&的变化过程称为焊接热循环。，冷却速度，且加热速度冷却速度。&&&&&&&&4.在相同的焊接工艺参数作用下，厚板的焊接热循环参数与薄板度，相变温度以上停留时间，冷却速度。&&&&&&&&。焊件上离开热源轴心距离相同的点，其加热的峰值温&&&&&&&&二、多项选择1.影响热影响区晶粒大小的焊接热循环参数为：a)加热速度；b)冷却速度；c)最高加热温度；d)相变温度以上的停留时间。2.四个焊接热循环参数中对热影响区的相变组织影响比较大的是：a)加热速度；b)冷却速度；c)最高加热温度；d)相变温度以上的停留时间。3.提高预热温度将会使得焊接热影响区的：a)最高加热温度提高；b)相变温度以上的停留时间延长；c)冷却速度加快；d)宽度增加。4.提高焊接线能量将会使得焊接热影响区内某固定点的：a)最高加热温度提高；b)相变温度以上的停留时间延长；c)冷却速度加快；d)冷却速度降低。第二节焊接热循环条件下的金属组织转变特点一、填空1.焊接热过程与普通热处理过程相比具有以下加热温度都是在自然条件下冷却，热源的加热具有性和、加热速度、高温停留时间的特点，焊接一般状态下进行。&&&&&&&&性，焊接热影响区的组织转变一般在。当钢中含有较多的&&&&&&&&2.焊接过程的快速加热，使各种金属的相变温度比起等温转变时&&&&&&&&元素时，这种影响更为明显，&&&&&&&&还影响到奥氏体内部的元素时，这种影响更为明显，还影响到奥氏体内部的过程。过程。二、判断题1.Fe—C合金焊接冷却过程中的组织转变与与等温转变不同，相当于将平衡相图向下平移。2.当母材中的碳化物形成元素较多时，接头冷却过程中焊接热影响区的珠光体转变将被抑制，发生贝氏体或马氏体转变。3.成分范围0.4％～0.7％C的亚共析钢，在快速冷却条件下，其焊接热影响区全部为珠光体组织(伪共析)。三、简答&&&&&&&&&&&&在相同条件下焊接45钢和40Cr钢，哪一种钢的近缝区淬硬倾向大？为什么？第三节焊接热影响区的组织与性能一、填空1.按照热影响区中不同部位在焊接热循环过程中加热的2.易淬火钢热影响区包含温度高于母材的温度。对硬化程度的影响，它把钢中合金元素按其对材料的钢。附近和区，当钢中含有较多的或过程中，从形成元素时，可以防止晶粒粗化。固溶体中析出碳化物、氮化物等。当这些析出倾向的影响程度折合成的相当含量。计算碳当量区和及变化特征，把焊接用钢分为钢和钢两类。区，该区域的最高加热&&&&&&&&区，对于焊前是调质状态的易淬火钢，其热影响区还存在一个&&&&&&&&3.碳当量反映了钢中&&&&cm&&&&&&&&的P公式主要适用于碳含量在4.粗晶脆化发生在焊接热影响区的5.析出脆化是指焊接热影响区的物以或沿晶界以&&&&&&&&组织，在焊后的&&&&&&&&状分布时会使接头脆化。&&&&&&&&&&&&6.M-A组元是与的混合物，可以在高强钢的和中出现。其内M-A组元以粗大的为基底，称为贝氏体。7.热应变时效脆化容易发生的部位是焊接热影响区中的和以下的区域，对应的母材大多在焊前经历过一定程度的。二、对于20钢焊接接头，完成下表中各项内容的填写：具体部位熔合区过热区相变重结晶区不完全重结晶区三、多项选择1.不易淬火钢是指：a)低碳钢；b)中碳钢；c)合金含量少的低合金钢；d)奥氏体不锈钢。2.20钢焊接热影响区的过热区中易产生：a)粗晶脆化；b)析出脆化；c)魏氏组织脆化；d)淬硬组织脆化。3.焊接热影响区中的硬脆组织是指：a)M-A组元；b)粒状贝氏体；c)板条状马氏体；d)孪晶马氏体。4.可以发生焊接热影响区软化的母材包括：a)退火状态的高强钢；b)经过调质处理的高强钢；c)具有沉淀强化的铝合金；d)经过冷作强化的金属。四、综合题1.某厂生产的大型压力容器用钢材为36mm厚的14MnMoVN钢，若成分为w=0.15%,w&&&&CMn&&&&&&&&温度上限（℃）温度下限(℃)&&&&&&&&组织&&&&&&&&性能&&&&&&&&=1.4%,w&&&&&&&&Mo&&&&&&&&=0.53%,w=&&&&V&&&&&&&&0.10%，焊接冷却速度t&&&&&&&&8/5&&&&&&&&=4s，&&&&&&&&1)计算碳当量及HAZ最大硬度Hmax；2)根据max来判断是否应当预热；3)如何把Hmax降至350HV以下？2.30CrMnSiA是一种常见的中碳调质钢，当在调质状态下进行焊接时，其热影响区会出现哪些组织与性能的变化，提出相应的工艺改进措施。&&&&&&&&&&&&1)计算碳当量及HAZ最大硬度Hmax；2)根据max来判断是否应当预热；3)如何把Hmax降至350HV以下？2.30CrMnSiA是一种常见的中碳调质钢，当在调质状态下进行焊接时，其热影响区会出现哪些组织与性能的变化，提出相应的工艺改进措施。&&&&&&&&&&&&6.&&&&&&&&&&&&&&&&