合工大版《材料成型原理》課程學(xué)習(xí)筆記

1、焊接冶金學(xué)1.熔合比（dilution）的影響焊縫金屬中局部熔化的母材所占的比例稱為熔合比。Ab-熔化母材的面積Ad-熔敷金屬的面積假設(shè)焊接時(shí)合金元素沒(méi)有任何損失，則焊縫中某合金元素的濃度C0與熔合比的關(guān)系為:C0=0Cb+（1-0）Ce-（1）Cw為:若考慮焊條中的合金元素有損失，而母材中的合金元素?zé)o損失，則焊縫金屬中合金元素的實(shí)際濃度Cw=0Cb+（1-0）Cd-（2）式中符號(hào)含義：Cb該元素在母材中的質(zhì)量百分濃度（%）Ce該元素在焊條中的質(zhì)量百分濃度（%）Cd一熔敷金屬（焊接得到的沒(méi)有母材成分的金屬）中該元素的實(shí)際質(zhì)量百分比（%）一含Ni9%的鋼板，采用成分為80%Ni-20%Cr的焊絲

2、進(jìn)行焊接，若熔合比為40%，試問(wèn)，焊縫中合金元素的大致含量是多少？焊縫成分中，母材貢獻(xiàn)40%，焊絲貢獻(xiàn)60%。分子理論對(duì)堿度的定義:&0.4X9-3.6IJufi-XMil4A，MS19I516364藥皮類型主要成分典型型號(hào)，牌號(hào)備注氧化鈦型（或鈦開(kāi)U、TiO2E4313(J421)氧花鈦鈣型（鈦鈣TiO2,碳酸鈣E4303(J422)里）鈦鐵礦型鈦鐵礦E4301(J423)氧化鐵型鐵礦石E4320(J424)纖維素型有機(jī)物E5011(J505)低氫型大理石，螢右E5015(J507)石墨型石墨EZNi(Z308)鑄鐵焊條鹽基型氟鹽，氯鹽用于鋁合金焊條2.熔渣堿性的強(qiáng)弱程度。堿度的倒數(shù)即為酸度

3、。提供自由氧離子O2-的氧化物稱為堿性氧化物，如CaO接受自由氧離子O2-的氧化物稱為酸性氧化物，如SiO2。理論上，當(dāng)B1時(shí)，為堿性渣當(dāng)B1時(shí)，為酸性渣當(dāng)B=1時(shí)，為中性渣3.合金過(guò)渡系數(shù)是指合金元素在熔敷金屬中的實(shí)際含量與它在焊材中的原始含量之比，反映了合金元素利用率的高低。=Cd/Ce=Cd/（Ccw+kbCco）式中：Cd合金元素在熔敷金屬中的含量Ce合金元素的原始含量（焊條中的）Cco合金元素在藥皮中的含量Ccw合金元素在焊芯中的含量Kb藥皮重量系數(shù)（單位長(zhǎng)度上藥皮與焊芯的質(zhì)量之比）在同一種焊材中，不同元素過(guò)渡系數(shù)不同。同一種元素在不同的焊材中過(guò)渡系數(shù)也不同。焊縫金屬化學(xué)成分的計(jì)算r

4、=Cd/Ce=Cd/(Ccw+kbCco)Cw=9Cb+(1-9)Cd已知t,Ccw,kb,Cco可求出Cw。根據(jù)對(duì)熔敷金屬成分的要求，可求出在焊條藥皮中應(yīng)具有的含量。堆焊高猛鋼耐磨表面采用焊條，其焊絲含Mn9%，藥皮Kb=0.4,設(shè)Mn的=0.8,要保證焊縫中的MnM12%，試求藥皮中的Mn的含量。解：堆焊時(shí)，可認(rèn)為Q0,即CdCw故Cco=(Cd/tKb)-(Ccw/Kb)M(12%/0.8X0.4)-9%/0.4M15%4*碳當(dāng)量的定義/CarbonEquivalent(Ceq或CE)把鋼中合金元素(包括碳)按其對(duì)淬硬(包括冷裂、脆化等)的影響折合成碳的相當(dāng)含量。它反映了化學(xué)成分對(duì)硬化程

5、度的影響。兩公式均適用于3CM0.18%的鋼種；CE(IIW)主要適用于中等強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金鋼(b=400700Mpa);Ceq(WES)主要適用于強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金高強(qiáng)鋼(b=5001000Mpa)碳當(dāng)量公式：低碳微量多合金元素的低合金高強(qiáng)鋼主要適用于3C三0.17%,b=400900Mpa的低合金高強(qiáng)鋼。Pcm與CE(IIW)之間有如下的關(guān)系:5.主要焊接熱循環(huán)參數(shù)的計(jì)算峰值溫度Tm：14.13cY1TmT0ET熔T0C-比熱容J/(cm.C)p-密度(g/cm3)Y-距熔合線的距離(mm)在鋼板單道全熔透焊接，采用下列參數(shù):U=20V,pC=0.0044J-mm-3.C,I=200A

6、,S,E=720J/mm,T熔=1510C=5mm,V=5mm/s,門=0.9,T0=2,C由公式：14.13c丫1TmT0ETT0Y=3mm處：Tm=9760C計(jì)算結(jié)果：Y=1.5mm處：Tm=11840C-、，一一、2冷卻速度3c：厚板的冷卻速度：c2(T。T0)ne薄板的冷卻速度：c2c旨畢TT。由前述的厚板溫度場(chǎng)計(jì)算公式，令2冷卻時(shí)間t8/5的計(jì)算：三維熱傳導(dǎo)：.維熱傳導(dǎo)(E/_)2114c(500T0)2(800T0)2E11ct2500T0800T0y=z=0,則R=x,公式可簡(jiǎn)化為:Tt8/5焊接熱循環(huán)主要參數(shù)的計(jì)算公式(薄板)(E/)2115224c(500T0)2(800T0

7、)214.13cY1TmT0ET熔T0c2c(E/)26.氣泡的上浮速度式中，T一液體金屬的粘度P1、P2分別為液體和氣泡的密度第八章液態(tài)金屬與熔渣的相互作用P1375.1600攝氏度時(shí)，煉鋼熔池中熔渣的成分為：氧化物CaoMgoMnoFeoFe2O3SiO2重量(%)46.593.25.6813.824.4724鋼水含氧0.07%,問(wèn)熔渣對(duì)鋼水而言是氧化渣還是還原渣？解：W(SiO2+P2O5)=26.24%W(Cao+Mgo+Mno)=55.47%查圖8-4得：Feo的堿度系數(shù)為0.65Lg%Omax=-6320/T+2.734當(dāng)T=1600時(shí)，%Omax=0.23因?yàn)?O=%Omax*0

8、.65=0.23*0.65=0.15在1600攝氏度時(shí)熔渣與液態(tài)金屬構(gòu)成的系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí)的液態(tài)金屬中含氧量為P2O52.240.15%,而實(shí)際中鋼水含氧0.07%0.15%,固熔渣對(duì)鋼水而言是氧化渣。第十章焊接熱影響區(qū)的組織與性能P16810.某廠制造大型壓力容器，鋼材為14MnMoVN鋼，壁厚1) 計(jì)算碳當(dāng)量及HAZ最大硬度Hmax(t8/5=4s);2) 根據(jù)Hmax來(lái)判斷是否應(yīng)預(yù)熱；3) 如何把Hmax降至350HV以下；36mm,采用手弧焊:SiMnCuCrPcmC-解：(1)依據(jù)3020Ni60Mo15V5B10查得14MnMoVN的成分wC=(0.10-0.18)%,wMn=(1.

9、2-1.6)%,wMo=(0.41-0.65)%,wV=(0.05-0.15)%，代入上式得Pcm=0.255依據(jù)Hmax(HV10)=140+1089Pcm-8.2t8/5t8/5=4s,Pcm=0.255得Hmax=524.89HV(2) Hmax=524.89HV說(shuō)明其淬硬傾向較大，冷裂傾向也隨之較大，應(yīng)該預(yù)熱(3) 依據(jù)Hmax(HV10)=140+1089Pcm-8.2t8/5Hmax8.26s所以由壁厚36mm可知鋼板為厚板E11t852500Tq800Tq冷卻時(shí)間t85隨著線能量E和初始溫度Tq的提高而延長(zhǎng)，焊接方式和材料確定，則線能量E確定，主要是通過(guò)提高初始溫度即預(yù)熱溫度來(lái)降

10、低冷卻速度，延長(zhǎng)&5時(shí)間大于8.26s。從而降低Hmax.第十三章應(yīng)力分析P2557.已知受力物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量為5Q5Q8Qij5QQ758Q753Q(MPa試求外法線方向余弦為l=m=1/2,n=/72的斜切面上的全應(yīng)力、正應(yīng)力和切應(yīng)力SxxlyxmzxnSyxylymzynSzxzlyzmzn111則有:sx=502+502+802=106.611111Sy=502+02-752=-28.0sz=802-752-2-2-2-2SSxSySz則得到S=111.79MPaSxlSym&n則得到=26.1MPa2S22則得到=108.7MPasz分別為S在三軸中的分量,解：設(shè)全應(yīng)力為S,已知

11、受力體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量分別為Sxsy1-302=-18.71001001720ij0100ij17200Q10010,00100740ij4102)004(MPa)1）畫出該點(diǎn)的應(yīng)力單元體；2）求出該點(diǎn)的應(yīng)力張量不變量、主應(yīng)力及主方向、主切應(yīng)力、最大切應(yīng)力、等效應(yīng)力、應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量；3）畫出該點(diǎn)的應(yīng)力莫爾圓。解：1）略2）在狀態(tài)下：8.J1=x+y+z=10j2=-(xy+)+xy+yz+zx=200J3=xyz+2xyyzzx-(yzx+xy)=0式(1410和由J12J2J3代入公式對(duì)于二2.-,21=20時(shí)：11=，m1=0,n1=2-2o2=0時(shí):.2.212=，m2=0,n2

12、=2對(duì)于3=-10時(shí)：13=0,m3=1,n3=02主切應(yīng)力1210311523最大切應(yīng)力31=土15等效應(yīng)力:2)2(3)221),3J2應(yīng)力偏張量:20310403-10203)1-(20310)1020x應(yīng)力球張量：40y10000100030109.某受力物體內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)為：x6xy23C1X203豹c2xy2xyyzzx試從滿足平衡微分方程的條件中求系數(shù)。、C2、C3。解：xy226y3c1x;y3c2xyyxy2c3yx?召x?yO22=-3c2ygx2226y3c1x3c2yjx202c3xy3c2xy0yxzyzxxzz0yzxxz由平衡微分條件：第十四章應(yīng)變分析9.設(shè)一物體在變形

13、過(guò)程中某一極短時(shí)間內(nèi)的位移為3試求：點(diǎn)A33u(200.2xy0.1z)10v(100.1x0.2yz)10w(200.2xyz)10(1,1,-1)的應(yīng)變分量、應(yīng)變球張量、應(yīng)變偏張量、主應(yīng)變、等效應(yīng)變解：由幾何方程根據(jù)公式m3(itx_uxxyyx1套u(yù)yv-)x_vyyzzy12(vzw)ywzzxxz12(一wxu)zxyzm來(lái)求得應(yīng)變分量z)和應(yīng)變球張量表達(dá)式m求球xmxyxzyxymyz再根據(jù)zxzyzm來(lái)求應(yīng)變偏張量先求三個(gè)應(yīng)變張量不變量1111312122216E1223313E1=1002=03=100100-0=100發(fā)生屈服，,、2(100-0)+(0-100)2+(100

14、-100)2=20000=2s1=1502=503=50150-50=100發(fā)生屈服(150-50)2+(50-50)2+(150-50)2=20000=21=1202=103=0120-0=120s(120-10)2+(10-0)2+(2120-0)二=2660022Js22根據(jù)密塞斯準(zhǔn)則122332發(fā)生屈服該力不存在2S2s發(fā)生屈服、3I,代入特征方程112I2!30可求。1第十五章2、然后根據(jù)3(12)222(23)2(31)2可求等效應(yīng)變屈服準(zhǔn)則P2875.某理想塑性材料的屈服應(yīng)力為s=100MPa試分別用屈雷斯加及密塞斯準(zhǔn)則判斷下列應(yīng)力狀態(tài)處100001500012000500000

15、005000100050000100,0050,000,000于什么狀態(tài)(是否存在、彈性或塑性)T(MPa解：根據(jù)屈雷斯加準(zhǔn)則s時(shí)就發(fā)生屈服,2s22=-5050-(-50)=100=s發(fā)生屈服2s處于彈性狀態(tài)(50+50)2+(50-0)2+(0+50)2=150006.一薄壁管（參見(jiàn)圖16-11），內(nèi)徑80mm壁厚4mm承受內(nèi)壓P，材料的屈服應(yīng)力為s200現(xiàn)忽略管壁上的徑向應(yīng)力（即設(shè)0）。試用兩個(gè)屈服準(zhǔn)則分別求出下列情況下管子屈服時(shí)的p;管子兩端自由；（2）管子兩端封閉；（3）管子兩端加100KN的壓力。兩端自由3顯然0,即由于可以忽略為0Mises準(zhǔn)則:P=20MPa200MPa代入可得

16、Tresca準(zhǔn)則1-3=sp=20MPa（2）當(dāng)管子兩端封閉時(shí):=0P=23.09MPa代入可得prTresca準(zhǔn)則：/t-0=代入數(shù)據(jù)可得p=20.0MPaMPa(1)解：（1）當(dāng)兩端自由（3）當(dāng)管子兩端加100KN的壓力時(shí):pr21105pr211052=0；3z=2rt由密塞斯屈服準(zhǔn)則：2222pr211052rtprt)2=21223312s25pr0pr110(t)2+(2rt)2+代入數(shù)據(jù)得：p13MPa由屈雷斯加屈服準(zhǔn)則：prtpr21105rtpr2t=200-100=100MPap10MPa故p=10MPa7.圖16-12所示的是一薄壁管承受拉扭的復(fù)合載荷作用而屈服,試寫出下

17、列情況的屈雷斯加和密塞斯屈服準(zhǔn)則表達(dá)式。（提示：利用應(yīng)力莫爾圓求出主應(yīng)力，管壁受均勻的拉應(yīng)力和切應(yīng)力再代入兩準(zhǔn)則）（答案屈雷斯加準(zhǔn)則:1;密塞斯準(zhǔn)則:3s弟十八卓解：由圖知：x由應(yīng)力莫爾圓知:1=23=2Tresca準(zhǔn)則2s2.4密塞斯準(zhǔn)則22+62=2xy)2材料本構(gòu)關(guān)系P2992xy=1+3(s)2=13.已知塑性狀態(tài)下某質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力張量為0.1（為一無(wú)限小）。試求應(yīng)變?cè)隽康钠溆喾至俊?6-12受拉扭復(fù)合的薄50050150050350(MPa)，應(yīng)變?cè)隽縟解：由0.1d0.1200cTd-5011503502,所以其余分量為由此可解得,dxy3d-yxxyd-0.1200150503500

18、.025第十八章yzzyzxxz5.有一薄壁管,3dyz0.12003501-5015020.0753dzx材料的屈服應(yīng)力,試求切應(yīng)力分量z:dz:dz(1):(塑性成形力學(xué)的工程應(yīng)用0.1200800s,承受拉力和扭矩的聯(lián)合作用而屈服?，F(xiàn)已知軸向正應(yīng)力分量z以及應(yīng)變?cè)隽扛鞣至恐g的比值。（答案1):2:3)2.20鋼圓柱毛坯，原始尺寸為應(yīng)力0.2Y。已知丫7460.20MPa,P33750mm50mm，在室溫下敏粗至高度h=25mm設(shè)接觸表面摩擦切試求所需的變形力P和單位流動(dòng)壓力p。解：根據(jù)主應(yīng)力法應(yīng)用中軸對(duì)稱傲粗得變形力算得的公式=mk,k而本題=0.2Y與例題根據(jù)體積不變定理，可得0.2

19、(1又因?yàn)閅=746pY(16h)2相比較得：m=0.4,因?yàn)樵搱A柱被壓縮至h=25mmre25、2,d=50寸2,h=253.在平砧上傲粗長(zhǎng)矩形截面的鋼坯，其寬度為a、高度為h,長(zhǎng)度a,若接觸面上的摩擦條件符合庫(kù)侖摩擦定律，試用主應(yīng)力法推導(dǎo)單圖19-36位流動(dòng)壓力p的表達(dá)式。解：本題與例1平面應(yīng)變傲粗的變形力相似，但又有其不同點(diǎn)，不同之處在于=uy這個(gè)摩擦條件，故在dy2Uydxh中是一個(gè)一階微分方程,y算得的結(jié)果不一樣，后面的答案也不一樣,4.一圓柱體，側(cè)面作用有均布?jí)簯?yīng)力0，試用主應(yīng)力法求敏粗力P和單位流動(dòng)壓力p（見(jiàn)圖19-36）。解：該題與軸對(duì)稱傲粗變形力例題相似，但邊界條件不一樣，當(dāng)re0而不是re0,故在例題中，求常數(shù)c不一樣:_2cxe2k0f(xXe)2k2lXe2(xxe)2khF2lxxe-2k0hFxee2k2lXeh12.已知某物體在高