第章（第二章容）
第部分：液态金属凝固学
11 答： （1）纯金属液态结构原子集团游离原子空穴裂纹组成原子集团空穴裂纹分布着排列规游离原子样结构处瞬息万变状态液体部存着量起伏
（2）实际液态合金种成分原子集团游离原子空穴裂纹杂质气泡组成鱼目混珠混浊液体说实际液态合金存量起伏外存结构起伏
12 答： 液态金属表面张力界面张力特例表面张力应液－气交界面界面张力应固－液液－气固－固固－气液－液气－气交界面
表面张力σ界面张力ρ关系（1）ρ＝2σr表面张力长生曲面球面时r球面半径（2）ρ＝σ（1r1+1r2）式中r1r2分曲面曲率半径
附加压力液面弯曲表面张力引起
13答： 液态金属流动性型力影响成形产品质量素点：流动性确定条件型力液态金属身流动力液态合金成分温度杂质含量决定外界素关型力首先取决流动性时铸件结构浇注条件铸型等条件关
提高液态金属型力措施：
（1）金属性质方面：①改善合金成分②结晶潜热L③热密度导热系④粘度表面张力
（2）铸型性质方面：①蓄热系数②适提高铸型温度③提高透气性
（3）浇注条件方面：①提高浇注温度②提高浇注压力
（4）铸件结构方面：①保证质量前提减铸件厚度
②降低结构复杂程度
14 解： 浇注模型：
产生机械粘砂界压力 ρ＝2σr
显然 r＝×01cm＝005cm
ρ＝＝6000Pa
产生机械粘砂允许压头
H＝ρ（ρ液*g）＝＝008m
15 解： Stokes公式
浮速度
r球形杂质半径γ1液态金属重度γ2杂质重度η液态金属粘度
γ1＝g*ρ液＝10*7500＝75000
γ2＝g2*ρMnO＝10*5400＝54000
浮速度 v＝＝95mms
31解：（1）立方形晶核 △G方＝－a3△Gv+6a2σ①
令d△G方da＝0 －3a2△Gv+12aσ＝0
界晶核尺寸a*＝4σ△Gvσ＝△Gv代入①
△G方*＝－a*3△Gv＋6 a*2△Gv＝ a*2△Gv
均质形核时a*△G方*关系式：△G方*＝ a*3△Gv
（2）球形晶核△G球*＝－πr*3△Gv+4πr*2σ
界晶核半径r*＝2σ△Gv△G球*＝πr*3△Gv
△G球*△G方*＝πr*3△Gv( a*3△Gv)
r*＝2σ△Gva*＝4σ△Gv代入式
△G球*△G方*＝π6<1△G球*<△G方*
球形晶核较立方形晶核更易形成
37解： r均*＝(2σLCL)*(Tm△T)＝cm＝859*10－9m
△G均*＝πσLC3*Tm（L2*△T2）
＝π*＝695*10－17J
32答： 理说果界面金属液润湿样界面成异质形核基底否行润湿角难测定根夹杂物晶体结构确定界面两侧夹杂晶核原子排列方式相似原子间距离相定范围成例实现界面格相应安全格部分格界面成异质形核基底完全格界面成异质形核基底
33 答： 晶核生长方式固液界面前方温度剃度GL决定GL>0时晶体生长面方式生长果GL<0晶体树枝晶方式生长
41答： Chvorinov公式计算凝固时间时误差源铸件形状铸件结构热物理参数浇注条件等方面
半径相圆柱球体较前者误差铸件铸件较者误差金属型砂型较者误差者热物性参数温度变化较快
42答： 铸件凝固时间t＝R折算厚度K凝固系数R＝相体积条件立方体等边圆柱球三者中球表面积球折算厚度R球形口凝固时间t利补缩
43解： 焊接熔池特征：
（1）熔池体积
（2）熔池温度高
（3）熔池金属处流动状态
（4）熔池界面导热条件焊接熔池周围母材熔池间没间隙
焊接熔池凝固程影响：
(1)母材作新相晶核基底新相形核需量出现非均匀形核
产生联生结晶（外延结晶）
(2)熔池金属运动状态凝固焊缝柱状晶总焊接方
焊缝中心生长生长
(3)焊接熔池实际凝固程连续柱状晶生长速度变化十
分规律
44解： 溶质分配：合金凝固时液相溶质部分进入固相部分进入液相溶质传输溶质固－液界面两侧固相液相中进行分配
影响溶质分配素热力学条件动力学条件
45解： 设液相线固相线斜率分
图：
液相线：T*－Tm＝ (Cl*0) ①
固相线：T*－Tm＝ (Cs*0) ②
②÷①：＝＝1
＝＝k0
均常数k0＝Const
45解： （1）溶质分配系数 k0＝0171
＝10％时
＝＝0171*1％*（1－10％）＝0187％
＝＝＝＝109％
（2）设晶体占例
＝＝
＝＝＝012
（1） 试棒长度方Cu分布曲线图：
51答： 金属凝固时完全热扩散控制样冷称热冷固液界面前方溶质分配引起冷称成分冷
成分冷质：固液界面前方溶质富集引起溶质分配界面处溶质含量高离界面越远溶质含量越低结晶相图知固液界面前方理凝固温度降低实际温度理凝固温度间产生附加温度差△T成分冷度凝固动力
52答： 影响成分冷素GvDLmk0C0控制工艺素DL
冷晶体生长方式影响：稍成分冷时胞状生长着成分冷增晶体胞状晶变柱状晶柱状树枝晶树枝晶成分冷时面方式树枝晶方式生长晶体生长方式受成分冷影响外受热冷影响
53答： 影响成分冷范围素：成分冷条件 <
成分冷范围 △＝－
式中变量影响成分冷范围素DLGLv
纯金属部分单相合金凝固凝固动力热冷成分冷范围成形产品没什影响部分合金凝固说成分冷范围越宽成型产品性越
54 答： （1）纯金属枝晶间距决定界面处结晶潜热散失条件般单相合金潜热扩散溶质元素枝晶间行关
（2）枝晶间距越材质质量越高（消枝晶偏析越容易）
61 答： （1）普通工业条件热力学考虑非晶成分合金较快冷两条液相线延长线包围影线区域时液相两相饱两相具备时析出条件般总某相先析出然表面析出相便开始两相竞相析出晶凝固程获100％晶组织
（2）伪晶组织（1）述较高机械性单相合金固相扩散液相混合均匀凝固产生晶组织离异晶：合金冷晶温度时少量液相存时液相成分接晶成分部分剩余液体会发生晶转变形成晶组织时先晶相α数量晶组织中α相附先晶相长形成离异晶β相单独存晶界处合金性带良影响
62 答： 面－非面生长特点：强烈方性变质处理改变面形态晶体生长方式发生改变
63 答： SO等活性元素吸附旋转孪晶台阶处显著降低石墨棱面（）合金液面间界面张力（）方生长速度（0001）方石墨终长成片状
Mg反石墨化元素作石墨终长成球状
71 答： 强化相表面合金液表面相互浸润时身作异质形核核心异质形核规律进行结晶组织细化强化相合金液浸润时强化相排斥枝晶间界面严重影响着复合材料性
72 答： 种晶合金制取生复合材料制取生复合材料必须高强度高弹性相作承载相基体应良韧性保证载体传递晶系应具备求：
⑴晶系中相应高强相
⑵基体应具较高断裂韧度般固溶体宜
⑶单相凝固时够获定排列规组织
81 答： 铸件典型凝固组织：表面细等轴晶区中间柱状晶区部等轴晶区
表面细等轴晶形成机理：非均质形核量游离晶粒提供表面细等轴晶区晶核型壁附产生较冷量生核晶核迅速长互相接触形成方性表面细等轴晶区
中间柱状晶形成机理：柱状晶表面细等轴晶区形成发展稳定凝固壳层旦形成处凝固界面前晶粒垂直型壁单热流作便转枝晶状延伸生长择优生长逐渐淘汰掉取利晶体程中发展成柱状晶组织
部等轴晶形成剩余熔体部晶核生长结果
82 答： 常生核剂类：
1 直接作外加晶核生核剂
2 通液态金属中某元素形成较高熔点稳定化合物
3 通液相中造成微区富集造成结晶相通非均质形核提前弥散析出生核剂
4通液相中造成微区富集造成结晶相通非均质形核提前弥散析出生核剂含强成份冷生核剂
作条件机理：
1类：种生核剂通常欲细化相具界面格应高熔点物质类金属非金属碎粒欲细化相间具较界面润湿角直接作衬底促进发形核
2类：生核剂中元素液态金属中某元素形成较高熔点稳定化合物化合物欲细化相间界面格关系较界面促进非均质形核
3类 分类时述
4类：强成分冷生核剂通增加生核率晶粒数量降低生长速度组织细化
83答： 影响铸件宏观凝固组织素：液态金属成分铸型性质浇注条件冷条件
获细等轴晶常方法：
1 熔体中加入强生核剂
2 控制浇注条件：（1）采较低浇注温度（2）采合适浇注工艺
3 铸型性质铸件结构：（1）采金属型铸造
（2）减液态金属铸型表面润湿角
（3）提高铸型表面粗糙度
4动态结晶细化等轴晶：振动搅拌铸型旋转等方法
84 答： 孕育衰退：数孕育剂效性均液态金属中存时间关存
着着时间延长孕育效果减弱甚消失
解决办法：保证孕育剂均匀溶解前提应采较低孕育处理温度
91 答： 焊接通加热加压两者填充材料焊金属材质达原子间结合形成永久性连接工艺程
焊接物理质：两独立工件实现原子间结合金属言实现金属键结合
焊接工艺措施两种：加热加压
92 答： 传统焊接方法分成三类：熔化焊固态焊钎焊焊处母材金属熔化形成焊缝焊接方法称熔化焊（熔焊）
93 答： 控制焊缝金属组织性措施：
(1)焊缝合金化变质处理采取固溶强化细晶强化弥散强化相变强化等措施保证焊缝金属焊态强度韧性加入少量钛硼锆稀土元素等变质处理细化焊缝组织提高韧性
(2)工艺措施：调整焊接方法例振动结晶焊热处理等措施提高焊缝性
94 答： HAZ(Heat Affected Zone)焊接热影响区
焊接接头组成部分：焊缝热影响区母材
101 答： 快速凝固指常规工艺程（冷速超℃s）快冷速104～109℃s合金极快速度转变固态程快速凝固分急冷凝固技术冷凝固技术
急冷凝固技术基原理：设法减时刻凝固熔体体积减熔体体积散热表面积设法减熔体热传导性冷介质界面热阻通传导方式散热
冷凝固技术基原理：熔体中形成接均质形核凝固条件获凝固冷度
102 答： 定凝固技术种：
（1）发热剂法（2）功率降低法（3）快速凝固法（4）液态金属冷法
第二部分 连接成形
答案
1 答：
焊接时加热金属材料言结合处达熔化塑性状态接触面氧化膜迅速破坏金属达较高温度呈塑性状态时金属变形阻力减利缩原子间距增加原子振动促进化学反应扩散结晶结晶程进行熔化部分金属冷凝固形成焊缝
焊接时加热外时独立施加压力目破坏接触表面氧化膜结合处效接触面积增加达紧密接触实现焊接
2 答：
焊缝晶体形态柱状晶少量等轴晶柱状晶结晶形态面晶胞状晶树枝晶等等轴晶般呈现树枝晶焊缝金属中晶体形态焊接熔池凝固程密切相关
焊缝边界处界面附溶质富聚程度较温度梯度结晶速度成分冷接零利面晶生长
结晶速度温度梯度定时合金中溶质浓度提高冷度增加结晶形态面晶变胞状晶胞状树枝晶树枝状晶等轴晶
合金中溶质浓度定时结晶速度越快成分冷度越结晶形态面晶变胞状晶胞状树枝晶树枝状晶等轴晶
溶质浓度结晶速度定时液相温度梯度提高成分冷度减结晶形态演变刚相反
3 答：
热裂纹具高温断裂性质热裂纹凝固（结晶）裂纹液化裂纹高温失延裂纹等类型焊接热裂纹出现焊缝出现缝区层焊焊道间HAZ
影响热裂纹素：
1) 冶金素
化学成分影响：
合金元素影响凝固温度区合金脆性温度区中塑性着合金元素增加凝固温度区增时脆性温度区增凝固裂纹倾增
杂质元素偏析偏析产物形态热裂纹定影响SP钢中形成低熔晶微量存会凝固温度区增加
2) 凝固（结晶）组织形态热裂纹影响：奥氏体钢凝固晶粒形态方析出初生相等抗裂性较影响晶粒越粗方性越明显产生热裂纹敏感性越
3) 工艺参数影响：焊接工艺中应量减少害元素偏析降低应变增长率
焊接中高碳钢异种金属焊接时减少母材中害元素进入焊疑缝应量减熔合接头形式裂纹倾影响表面堆焊熔深较浅接缝抗裂性较高熔深接种角接焊缝抗裂性较差
防止措施：控制成分调整工艺
1) 焊缝成分控制：选择合适焊接材料限制害杂质严格控制SP含量
2) 调整工艺：限制热采焊接电流焊接速度控制成形系数减熔合减拘束度
4 答：
高温度范围组织变化HAZ分四区：
熔合区：焊缝母材相邻部位高温度处固相线液相线间晶界晶局部熔化成分组织均匀分布热严重塑性差焊接接头薄弱环节
热区：温度范围处固相线1100℃加热温度高奥氏体晶粒热晶粒严重长称粗晶区焊冷时奥氏体相产物晶粒粗化塑性韧性降冷速度较慢时会出现魏氏体
相变重结晶区（正火区）：母材已完全奥氏体化处1100℃～Ac3间稀奥氏体晶粒细空冷晶粒细均匀珠光体铁素体塑性材韧性
完全重结晶区：温度范围Ac1～Ac3部分母材组织发生相变重结晶奥氏体晶粒细冷转变细F+P未奥氏体化晶粒受热长该区晶粒组织分布均匀
5 答：
熔合：Ap焊缝截面中母材占面积Ad焊缝截面中填充金属占面积
考虑冶金反应作时焊缝中某合金元素浓度通式计算：
Co某元素焊缝金属中质量分数Cb某元素母材中质量分数Ce某元素焊条中质量分数
考虑合金元素损失焊缝金属中某合金元素实际浓度Cw：
Cd熔敷金属中某元素质量分数
通改变熔合改变焊缝金属化学成分
6 答：
温度改变导致热胀冷缩非均匀温度变化（局部加热冷）导致金属部均匀热胀冷缩产生应力工件冷保留工件部应力称残余应力局部固态相变产生应力
减消应力方法：结构设计工艺措施热处理机械振动机械加载等
变形：残余应力存必然导致原工件形状少量改变称残余变形
整体变形局部变形
影响素：材料热物理性膨胀系数导热性工艺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）
第三部分 塑性力学
1 解：
设长方体长度方位移量宽度方位移量根位移变条件
＝+＝＝
∵＝
∴
∴
∴ –
应变张量场：
＝＝ ＝＝–
＝+0
∴应变张量场：
等效应变场：
＝
2 解： （1）
圆柱体均匀变形
∴
∴
（2）
求
（3）累积变形
3 解： 力衡方程：
4 解： （a）
等效应力 4359MPa
＝200（1＋）
全量应变
（b）解法（a）相
阶段
A→B程
全程中全量应变
5 解：已知
根增量形式levyMises构方程：已知
应变增量张量：
塑性功增量密度：
塑性功增量密度：
6 解：（1）A：圆柱部分
点A屈服时：
B：球面部分
B点屈服时：
PB>PAA点先屈服圆筒部分先屈服
（2）屈服时
根
等效应变增量：
应应变增量张量：
7 解： r方静力衡方程
假设轴称均匀变形
压应力
令
屈服准：
边界条件：时
8 解：圆锥面取单元体令OA＝r
方列衡方程
拉应力压应力
Mises塑性条件：
∴
边界条件：时
∴时
∴拉深力
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第部分：液态金属凝固学
11 答： （1）纯金属液态结构原子集团游离原子空穴裂纹组成原子集团空穴裂纹分布着排列规游离原子样结构处瞬息万变状态液体部存着量起伏
（2）实际液态合金种成分原子集团游离原子空穴裂纹杂质气泡组成鱼目混珠混浊液体说实际液态合金存量起伏外存结构起伏
12 答： 液态金属表面张力界面张力特例表面张力应液－气交界面界面张力应固－液液－气固－固固－气液－液气－气交界面
表面张力σ界面张力ρ关系（1）ρ＝2σr表面张力长生曲面球面时r球面半径（2）ρ＝σ（1r1+1r2）式中r1r2分曲面曲率半径
附加压力液面弯曲表面张力引起
13答： 液态金属流动性型力影响成形产品质量素点：流动性确定条件型力液态金属身流动力液态合金成分温度杂质含量决定外界素关型力首先取决流动性时铸件结构浇注条件铸型等条件关
提高液态金属型力措施：
（1）金属性质方面：①改善合金成分②结晶潜热L③热密度导热系④粘度表面张力
（2）铸型性质方面：①蓄热系数②适提高铸型温度③提高透气性
（3）浇注条件方面：①提高浇注温度②提高浇注压力
（4）铸件结构方面：①保证质量前提减铸件厚度
②降低结构复杂程度
14 解： 浇注模型：
产生机械粘砂界压力 ρ＝2σr
显然 r＝×01cm＝005cm
ρ＝＝6000Pa
产生机械粘砂允许压头
H＝ρ（ρ液*g）＝＝008m
15 解： Stokes公式
浮速度
r球形杂质半径γ1液态金属重度γ2杂质重度η液态金属粘度
γ1＝g*ρ液＝10*7500＝75000
γ2＝g2*ρMnO＝10*5400＝54000
浮速度 v＝＝95mms
31解：（1）立方形晶核 △G方＝－a3△Gv+6a2σ①
令d△G方da＝0 －3a2△Gv+12aσ＝0
界晶核尺寸a*＝4σ△Gvσ＝△Gv代入①
△G方*＝－a*3△Gv＋6 a*2△Gv＝ a*2△Gv
均质形核时a*△G方*关系式：△G方*＝ a*3△Gv
（2）球形晶核△G球*＝－πr*3△Gv+4πr*2σ
界晶核半径r*＝2σ△Gv△G球*＝πr*3△Gv
△G球*△G方*＝πr*3△Gv( a*3△Gv)
r*＝2σ△Gva*＝4σ△Gv代入式
△G球*△G方*＝π6<1△G球*<△G方*
球形晶核较立方形晶核更易形成
37解： r均*＝(2σLCL)*(Tm△T)＝cm＝859*10－9m
△G均*＝πσLC3*Tm（L2*△T2）
＝π*＝695*10－17J
32答： 理说果界面金属液润湿样界面成异质形核基底否行润湿角难测定根夹杂物晶体结构确定界面两侧夹杂晶核原子排列方式相似原子间距离相定范围成例实现界面格相应安全格部分格界面成异质形核基底完全格界面成异质形核基底
33 答： 晶核生长方式固液界面前方温度剃度GL决定GL>0时晶体生长面方式生长果GL<0晶体树枝晶方式生长
41答： Chvorinov公式计算凝固时间时误差源铸件形状铸件结构热物理参数浇注条件等方面
半径相圆柱球体较前者误差铸件铸件较者误差金属型砂型较者误差者热物性参数温度变化较快
42答： 铸件凝固时间t＝R折算厚度K凝固系数R＝相体积条件立方体等边圆柱球三者中球表面积球折算厚度R球形口凝固时间t利补缩
43解： 焊接熔池特征：
（1）熔池体积
（2）熔池温度高
（3）熔池金属处流动状态
（4）熔池界面导热条件焊接熔池周围母材熔池间没间隙
焊接熔池凝固程影响：
(1)母材作新相晶核基底新相形核需量出现非均匀形核
产生联生结晶（外延结晶）
(2)熔池金属运动状态凝固焊缝柱状晶总焊接方
焊缝中心生长生长
(3)焊接熔池实际凝固程连续柱状晶生长速度变化十
分规律
44解： 溶质分配：合金凝固时液相溶质部分进入固相部分进入液相溶质传输溶质固－液界面两侧固相液相中进行分配
影响溶质分配素热力学条件动力学条件
45解： 设液相线固相线斜率分
图：
液相线：T*－Tm＝ (Cl*0) ①
固相线：T*－Tm＝ (Cs*0) ②
②÷①：＝＝1
＝＝k0
均常数k0＝Const
45解： （1）溶质分配系数 k0＝0171
＝10％时
＝＝0171*1％*（1－10％）＝0187％
＝＝＝＝109％
（2）设晶体占例
＝＝
＝＝＝012
（1） 试棒长度方Cu分布曲线图：
51答： 金属凝固时完全热扩散控制样冷称热冷固液界面前方溶质分配引起冷称成分冷
成分冷质：固液界面前方溶质富集引起溶质分配界面处溶质含量高离界面越远溶质含量越低结晶相图知固液界面前方理凝固温度降低实际温度理凝固温度间产生附加温度差△T成分冷度凝固动力
52答： 影响成分冷素GvDLmk0C0控制工艺素DL
冷晶体生长方式影响：稍成分冷时胞状生长着成分冷增晶体胞状晶变柱状晶柱状树枝晶树枝晶成分冷时面方式树枝晶方式生长晶体生长方式受成分冷影响外受热冷影响
53答： 影响成分冷范围素：成分冷条件 <
成分冷范围 △＝－
式中变量影响成分冷范围素DLGLv
纯金属部分单相合金凝固凝固动力热冷成分冷范围成形产品没什影响部分合金凝固说成分冷范围越宽成型产品性越
54 答： （1）纯金属枝晶间距决定界面处结晶潜热散失条件般单相合金潜热扩散溶质元素枝晶间行关
（2）枝晶间距越材质质量越高（消枝晶偏析越容易）
61 答： （1）普通工业条件热力学考虑非晶成分合金较快冷两条液相线延长线包围影线区域时液相两相饱两相具备时析出条件般总某相先析出然表面析出相便开始两相竞相析出晶凝固程获100％晶组织
（2）伪晶组织（1）述较高机械性单相合金固相扩散液相混合均匀凝固产生晶组织离异晶：合金冷晶温度时少量液相存时液相成分接晶成分部分剩余液体会发生晶转变形成晶组织时先晶相α数量晶组织中α相附先晶相长形成离异晶β相单独存晶界处合金性带良影响
62 答： 面－非面生长特点：强烈方性变质处理改变面形态晶体生长方式发生改变
63 答： SO等活性元素吸附旋转孪晶台阶处显著降低石墨棱面（）合金液面间界面张力（）方生长速度（0001）方石墨终长成片状
Mg反石墨化元素作石墨终长成球状
71 答： 强化相表面合金液表面相互浸润时身作异质形核核心异质形核规律进行结晶组织细化强化相合金液浸润时强化相排斥枝晶间界面严重影响着复合材料性
72 答： 种晶合金制取生复合材料制取生复合材料必须高强度高弹性相作承载相基体应良韧性保证载体传递晶系应具备求：
⑴晶系中相应高强相
⑵基体应具较高断裂韧度般固溶体宜
⑶单相凝固时够获定排列规组织
81 答： 铸件典型凝固组织：表面细等轴晶区中间柱状晶区部等轴晶区
表面细等轴晶形成机理：非均质形核量游离晶粒提供表面细等轴晶区晶核型壁附产生较冷量生核晶核迅速长互相接触形成方性表面细等轴晶区
中间柱状晶形成机理：柱状晶表面细等轴晶区形成发展稳定凝固壳层旦形成处凝固界面前晶粒垂直型壁单热流作便转枝晶状延伸生长择优生长逐渐淘汰掉取利晶体程中发展成柱状晶组织
部等轴晶形成剩余熔体部晶核生长结果
82 答： 常生核剂类：
1 直接作外加晶核生核剂
2 通液态金属中某元素形成较高熔点稳定化合物
3 通液相中造成微区富集造成结晶相通非均质形核提前弥散析出生核剂
4通液相中造成微区富集造成结晶相通非均质形核提前弥散析出生核剂含强成份冷生核剂
作条件机理：
1类：种生核剂通常欲细化相具界面格应高熔点物质类金属非金属碎粒欲细化相间具较界面润湿角直接作衬底促进发形核
2类：生核剂中元素液态金属中某元素形成较高熔点稳定化合物化合物欲细化相间界面格关系较界面促进非均质形核
3类 分类时述
4类：强成分冷生核剂通增加生核率晶粒数量降低生长速度组织细化
83答： 影响铸件宏观凝固组织素：液态金属成分铸型性质浇注条件冷条件
获细等轴晶常方法：
1 熔体中加入强生核剂
2 控制浇注条件：（1）采较低浇注温度（2）采合适浇注工艺
3 铸型性质铸件结构：（1）采金属型铸造
（2）减液态金属铸型表面润湿角
（3）提高铸型表面粗糙度
4动态结晶细化等轴晶：振动搅拌铸型旋转等方法
84 答： 孕育衰退：数孕育剂效性均液态金属中存时间关存
着着时间延长孕育效果减弱甚消失
解决办法：保证孕育剂均匀溶解前提应采较低孕育处理温度
91 答： 焊接通加热加压两者填充材料焊金属材质达原子间结合形成永久性连接工艺程
焊接物理质：两独立工件实现原子间结合金属言实现金属键结合
焊接工艺措施两种：加热加压
92 答： 传统焊接方法分成三类：熔化焊固态焊钎焊焊处母材金属熔化形成焊缝焊接方法称熔化焊（熔焊）
93 答： 控制焊缝金属组织性措施：
(1)焊缝合金化变质处理采取固溶强化细晶强化弥散强化相变强化等措施保证焊缝金属焊态强度韧性加入少量钛硼锆稀土元素等变质处理细化焊缝组织提高韧性
(2)工艺措施：调整焊接方法例振动结晶焊热处理等措施提高焊缝性
94 答： HAZ(Heat Affected Zone)焊接热影响区
焊接接头组成部分：焊缝热影响区母材
101 答： 快速凝固指常规工艺程（冷速超℃s）快冷速104～109℃s合金极快速度转变固态程快速凝固分急冷凝固技术冷凝固技术
急冷凝固技术基原理：设法减时刻凝固熔体体积减熔体体积散热表面积设法减熔体热传导性冷介质界面热阻通传导方式散热
冷凝固技术基原理：熔体中形成接均质形核凝固条件获凝固冷度
102 答： 定凝固技术种：
（1）发热剂法（2）功率降低法（3）快速凝固法（4）液态金属冷法
第二部分 连接成形
答案
1 答：
焊接时加热金属材料言结合处达熔化塑性状态接触面氧化膜迅速破坏金属达较高温度呈塑性状态时金属变形阻力减利缩原子间距增加原子振动促进化学反应扩散结晶结晶程进行熔化部分金属冷凝固形成焊缝
焊接时加热外时独立施加压力目破坏接触表面氧化膜结合处效接触面积增加达紧密接触实现焊接
2 答：
焊缝晶体形态柱状晶少量等轴晶柱状晶结晶形态面晶胞状晶树枝晶等等轴晶般呈现树枝晶焊缝金属中晶体形态焊接熔池凝固程密切相关
焊缝边界处界面附溶质富聚程度较温度梯度结晶速度成分冷接零利面晶生长
结晶速度温度梯度定时合金中溶质浓度提高冷度增加结晶形态面晶变胞状晶胞状树枝晶树枝状晶等轴晶
合金中溶质浓度定时结晶速度越快成分冷度越结晶形态面晶变胞状晶胞状树枝晶树枝状晶等轴晶
溶质浓度结晶速度定时液相温度梯度提高成分冷度减结晶形态演变刚相反
3 答：
热裂纹具高温断裂性质热裂纹凝固（结晶）裂纹液化裂纹高温失延裂纹等类型焊接热裂纹出现焊缝出现缝区层焊焊道间HAZ
影响热裂纹素：
1) 冶金素
化学成分影响：
合金元素影响凝固温度区合金脆性温度区中塑性着合金元素增加凝固温度区增时脆性温度区增凝固裂纹倾增
杂质元素偏析偏析产物形态热裂纹定影响SP钢中形成低熔晶微量存会凝固温度区增加
2) 凝固（结晶）组织形态热裂纹影响：奥氏体钢凝固晶粒形态方析出初生相等抗裂性较影响晶粒越粗方性越明显产生热裂纹敏感性越
3) 工艺参数影响：焊接工艺中应量减少害元素偏析降低应变增长率
焊接中高碳钢异种金属焊接时减少母材中害元素进入焊疑缝应量减熔合接头形式裂纹倾影响表面堆焊熔深较浅接缝抗裂性较高熔深接种角接焊缝抗裂性较差
防止措施：控制成分调整工艺
1) 焊缝成分控制：选择合适焊接材料限制害杂质严格控制SP含量
2) 调整工艺：限制热采焊接电流焊接速度控制成形系数减熔合减拘束度
4 答：
高温度范围组织变化HAZ分四区：
熔合区：焊缝母材相邻部位高温度处固相线液相线间晶界晶局部熔化成分组织均匀分布热严重塑性差焊接接头薄弱环节
热区：温度范围处固相线1100℃加热温度高奥氏体晶粒热晶粒严重长称粗晶区焊冷时奥氏体相产物晶粒粗化塑性韧性降冷速度较慢时会出现魏氏体
相变重结晶区（正火区）：母材已完全奥氏体化处1100℃～Ac3间稀奥氏体晶粒细空冷晶粒细均匀珠光体铁素体塑性材韧性
完全重结晶区：温度范围Ac1～Ac3部分母材组织发生相变重结晶奥氏体晶粒细冷转变细F+P未奥氏体化晶粒受热长该区晶粒组织分布均匀
5 答：
熔合：Ap焊缝截面中母材占面积Ad焊缝截面中填充金属占面积
考虑冶金反应作时焊缝中某合金元素浓度通式计算：
Co某元素焊缝金属中质量分数Cb某元素母材中质量分数Ce某元素焊条中质量分数
考虑合金元素损失焊缝金属中某合金元素实际浓度Cw：
Cd熔敷金属中某元素质量分数
通改变熔合改变焊缝金属化学成分
6 答：
温度改变导致热胀冷缩非均匀温度变化（局部加热冷）导致金属部均匀热胀冷缩产生应力工件冷保留工件部应力称残余应力局部固态相变产生应力
减消应力方法：结构设计工艺措施热处理机械振动机械加载等
变形：残余应力存必然导致原工件形状少量改变称残余变形
整体变形局部变形
影响素：材料热物理性膨胀系数导热性工艺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）
第三部分 塑性力学
1 解：
设长方体长度方位移量宽度方位移量根位移变条件
＝+＝＝
∵＝
∴
∴
∴ –
应变张量场：
＝＝ ＝＝–
＝+0
∴应变张量场：
等效应变场：
＝
2 解： （1）
圆柱体均匀变形
∴
∴
（2）
求
（3）累积变形
3 解： 力衡方程：
4 解： （a）
等效应力 4359MPa
＝200（1＋）
全量应变
（b）解法（a）相
阶段
A→B程
全程中全量应变
5 解：已知
根增量形式levyMises构方程：已知
应变增量张量：
塑性功增量密度：
塑性功增量密度：
6 解：（1）A：圆柱部分
点A屈服时：
B：球面部分
B点屈服时：
PB>PAA点先屈服圆筒部分先屈服
（2）屈服时
根
等效应变增量：
应应变增量张量：
7 解： r方静力衡方程
假设轴称均匀变形
压应力
令
屈服准：
边界条件：时
8 解：圆锥面取单元体令OA＝r
方列衡方程
拉应力压应力
Mises塑性条件：
∴
边界条件：时
∴时
∴拉深力
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