材料成形原理吳樹(shù)森答案

第一部分：液態(tài)金屬凝固學(xué)答：（1）純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)是由原子集團(tuán)、游離原子、空穴或裂紋組成。原子集團(tuán)的空穴或裂紋內(nèi)分布著排列無(wú)規(guī)則的游離的原子，這樣的結(jié)構(gòu)處于瞬息萬(wàn)變的狀態(tài)，液體內(nèi)部存在著能量起伏。（2）實(shí)際的液態(tài)合金是由各種成分的原子集團(tuán)、游離原子、空穴、裂紋、雜質(zhì)氣泡組成的魚(yú)目混珠的“混濁”液體，也就是說(shuō)，實(shí)際的液態(tài)合金除了存在能量起伏外，還存在結(jié)構(gòu)起伏。答： 液態(tài)金屬的表面張力是界面張力的一個(gè)特例。表面張力對(duì)應(yīng)于液一氣的交界面，而界面張力對(duì)應(yīng)于固一液、液一氣、固一固、固一氣、液一液、氣一氣的交界面。表面張力。和界面張力P的關(guān)系如（1）P=2。/r,因表面張力而長(zhǎng)生的曲面為球面時(shí)，r為球面的半徑；（2）P=。（1/ri+1/r2）,式中r「七分別為曲面的曲率半徑。附加壓力是因?yàn)橐好鎻澢笥杀砻鎻埩σ鸬?。答：液態(tài)金屬的流動(dòng)性和沖型能力都是影響成形產(chǎn)品質(zhì)量的因素；不同點(diǎn)：流動(dòng)性是確定條件下的沖型能力，它是液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力，由液態(tài)合金的成分、溫度、雜質(zhì)含量決定，與外界因素?zé)o關(guān)。而沖型能力首先取決于流動(dòng)性，同時(shí)又與鑄件結(jié)構(gòu)、澆注條件及鑄型等條件有關(guān)。提高液態(tài)金屬的沖型能力的措施：（1）金屬性質(zhì)方面：①改善合金成分；②結(jié)晶潛熱L要大；③比熱、密度、導(dǎo)熱系大；④粘度、表面張力

大。（2） 鑄型性質(zhì)方面：①蓄熱系數(shù)大；②適當(dāng)提高鑄型溫度；③提高透氣性。（3） 澆注條件方面：①提高澆注溫度；②提高澆注壓力。（4） 鑄件結(jié)構(gòu)方面：①在保證質(zhì)量的前提下盡可能減小鑄件厚度；②降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。解：澆注模型如下：則產(chǎn)生機(jī)械粘砂的臨界壓力P=2o/r顯然則r=1顯然則2P=2*1.5=6000Pa0.5*10—4不產(chǎn)生機(jī)械粘砂所允許的壓頭為H=P/（P、jg）=6000=液7500*10解：由Stokes公式上浮速度 v=沖I'9r為球形雜質(zhì)半徑，Y1為液態(tài)金屬重度，Y2為雜質(zhì)重度，n為液態(tài)金屬粘度Y1=g*P液=10*7500=75000Y2=g2*PMo=10*5400=54000所以上浮速度 v=2*(°.1*1°F*(75°°°—54°°°)=s9*°.°°49解：(1)對(duì)于立方形晶核△&方=—aaAGv+6a2。①令d^G方/da=0 艮口—3a2^Gv+12ao=0,則臨界晶核尺寸a*=4o/△Gv，得。=M△Gv，代入①4△G方*=—a*3^Gv+6a*2勺^Gv=-a*2^Gv均質(zhì)形核時(shí)a*和△仔方*關(guān)系式為：△&方*=—a*3^Gv(2)對(duì)于球形晶核△&球*=—4nr*3^Gv+4nr*2。臨界晶核半徑r*=2o/△Gv，則△&球*=-nr*3^Gv所以△&球*/△G方*=-nr*3^Gv/(-a*3^Gv)將r*=2o/△Gv，a*=4o/△Gv代入上式，得△G球*/^G方*=n/6<1，即AG球*<^G方*所以球形晶核較立方形晶核更易形成

3-7解:r均*=(2。L3-7解:r均*=(2。LC/L)*(Tm/^T)=2*2.25*10-5(1453+273)>m=*10—9m1870…c*3196.6△G均*=136noLC3*Tm/(L2*AT2)=16I"n*(2.25*10-5*104)3*(1453+273)2=*10_17j1870( *106)*31926.6答： 從理論上來(lái)說(shuō)，如果界面與金屬液是潤(rùn)濕得，則這樣的界面就可以成為異質(zhì)形核的基底，否則就不行。但潤(rùn)濕角難于測(cè)定，可根據(jù)夾雜物的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)確定。當(dāng)界面兩側(cè)夾雜和晶核的原子排列方式相似，原子間距離相近，或在一定范圍內(nèi)成比例，就可以實(shí)現(xiàn)界面共格相應(yīng)。安全共格或部分共格的界面就可以成為異質(zhì)形核的基底，完全不共格的界面就不能成為異質(zhì)形核的基底。答： 晶核生長(zhǎng)的方式由固液界面前方的溫度剃度gl決定，當(dāng)gl>0時(shí)，晶體生長(zhǎng)以平面方式生長(zhǎng)；如果G<0,晶體以樹(shù)枝晶方式L生長(zhǎng)。答：用Chvorinov公式計(jì)算凝固時(shí)間時(shí)，誤差來(lái)源于鑄件的形狀、鑄件結(jié)構(gòu)、熱物理參數(shù)澆注條件等方面。半徑相同的圓柱和球體比較，前者的誤差大；大鑄件和小鑄件比較，后者誤差大；金屬型和砂型比較，后者誤差大，因?yàn)楹笳叩臒嵛镄詤?shù)隨溫度變化較快。答：鑄件凝固時(shí)間t=R2危為折算厚度，K為凝固系數(shù)，又由于RK2=匕，在相同體積的條件下，立方體。等邊圓柱和球三者中，A球的表面積最小，所以球的折算厚度R最大，則球形冒口的凝固時(shí)間t最大，最有利于補(bǔ)縮。解： 焊接熔池的特征：熔池體積??；熔池溫度高；熔池金屬處于流動(dòng)狀態(tài)；熔池界面的導(dǎo)熱條件好，焊接熔池周?chē)哪覆呐c熔池間沒(méi)有間隙。焊接熔池對(duì)凝固過(guò)程的影響：母材作為新相晶核的基底，使新相形核所需能量小，出現(xiàn)非均勻形核，產(chǎn)生聯(lián)生結(jié)晶(外延結(jié)晶)；熔池金屬是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)凝固的，焊縫的柱狀晶總是朝向焊接方向并且向焊縫中心生長(zhǎng)，即對(duì)向生長(zhǎng)；(3)焊接熔池的實(shí)際凝固過(guò)程并不是連續(xù)的，柱狀晶的生長(zhǎng)速度變化不是十分有規(guī)律。

解:解:溶質(zhì)再分配：合金凝固時(shí)液相內(nèi)的溶質(zhì)一部分進(jìn)入固相，另一部分進(jìn)入液相，溶質(zhì)傳輸使溶質(zhì)在固一液界面兩側(cè)的固相和液相中進(jìn)行再分配。解:解:影響溶質(zhì)再分配的因素有熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件。設(shè)液相線和固相線的斜率分別為％和ms，如上圖：液相線：T*—Tm=m(C*-0)①L1固相線：T*—Tm=m(Cs*-0)②②；①得：T-Tm=匚=1T*-TmmC*

即堂=m=kC*m0

L S由于m、m均為常數(shù)，故k0=Const.解:(1)溶質(zhì)分配系數(shù)k=J=Cm=6?65%=

0CC33%解:LE當(dāng)f=10%時(shí)，有C*=kC(1-f)k0-i=*1%*(1—10%)0-171-1=%C*=Cfko-1=C*=0?00187=%l0Lk0.1710(2)設(shè)共晶體所占的比例為，貝C「="=CE貝|r=(Cq、=33%—1—=則fL^C)k0-1 (衣FT0沿試棒的長(zhǎng)度方向Cu的分布曲線圖如下：答： 金屬凝固時(shí)，完全由熱擴(kuò)散控制，這樣的過(guò)冷稱(chēng)為熱過(guò)冷；由固液界面前方溶質(zhì)再分配引起的過(guò)冷稱(chēng)為成分過(guò)冷.成分過(guò)冷的本質(zhì)：由于固液界面前方溶質(zhì)富集而引起溶質(zhì)再分配，界面處溶質(zhì)含量最高，離界面越遠(yuǎn)，溶質(zhì)含量越低。由結(jié)晶相圖可知，固液界面前方理論凝固溫度降低，實(shí)際溫度和理論凝固溫度之間就產(chǎn)生了一個(gè)附加溫度差^T，即成分過(guò)冷度，這也是凝固的動(dòng)力。答： 影響成分過(guò)冷的因素有G、v、D、m、k、C，可控制的工藝因素為D。L 0 0 L過(guò)冷對(duì)晶體的生長(zhǎng)方式的影響：當(dāng)稍有成分過(guò)冷時(shí)為胞狀生長(zhǎng)，隨著成分過(guò)冷的增大，晶體由胞狀晶變?yōu)橹鶢罹А⒅鶢顦?shù)枝晶和自由樹(shù)枝晶，無(wú)成分過(guò)冷時(shí)，以平面方式或樹(shù)枝晶方式生長(zhǎng)。晶體的生長(zhǎng)方式除受成分過(guò)冷影響外，還受熱過(guò)冷的影響。答： 影響成分過(guò)冷范圍的因素有：成分過(guò)冷的條件為G＜改"1一^)TOC\o"1-5"\h\zv D&成分過(guò)冷的范圍為△=?"一々-GD& v上式中，m.C.k為不變量，所以影響成分過(guò)冷范圍的因素只有D、L0 0 LGl和v。對(duì)于純金屬和一部分單相合金的凝固，凝固的動(dòng)力主要是熱過(guò)冷，成分過(guò)冷范圍對(duì)成形產(chǎn)品沒(méi)什么大的影響；對(duì)于大部分合金的凝固來(lái)說(shuō)，成分過(guò)冷范圍越寬，得到成型產(chǎn)品性能越好。答：（1）純金屬的枝晶間距決定于界面處結(jié)晶潛熱的散失條件，而一般單相合金與潛熱的擴(kuò)散和溶質(zhì)元素在枝晶間的行為有關(guān)。（2）枝晶間距越小，材質(zhì)的質(zhì)量越高（因?yàn)橄鲈饺菀祝?。答：?）在普通工業(yè)條件下，從熱力學(xué)考慮，當(dāng)非共晶成分的合金較快地冷卻到兩條液相線地延長(zhǎng)線所包圍的影線區(qū)域時(shí)，液相內(nèi)兩相打到飽和，兩相具備了同時(shí)析出的條件，但一般總是某一相先析出，然后再在其表面析出另一個(gè)相，于是便開(kāi)始了兩相競(jìng)相析出的共晶凝固過(guò)程，最后獲得100%的共晶組織。（2）偽共晶組織如（1）所述，有較高的機(jī)械性能；而單相合金固相無(wú)擴(kuò)散，液相混合均勻凝固產(chǎn)生的共晶組織為離異共晶，即：合金冷卻到共晶溫度時(shí)，仍有少量的液相存在，此時(shí)的液相成分接近于共晶成分，這部分剩余的液體將會(huì)發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成共晶組織，但是，由于此時(shí)的先共晶相a數(shù)量很多，共晶組織中的a相可能依附于先共晶相上長(zhǎng)大，形成離異共晶，即B相單獨(dú)存在于晶界處，給合金的性能帶來(lái)不良影響。答：小面一非小平面生長(zhǎng)最大的特點(diǎn)是：有強(qiáng)烈的方向性。變質(zhì)處理改變了小平面的形態(tài)，使得晶體生長(zhǎng)方式發(fā)生改變。答： S、O等活性元素吸附在旋轉(zhuǎn)攣晶臺(tái)階處，顯著降低了石墨棱面（1010）與合金液面間的界面張力，使得（1010）方向的生長(zhǎng)速度大于（0001）方向，石墨最終長(zhǎng)成片狀。Mg是反石墨化元素，在它的作用下，石墨最終長(zhǎng)成球狀。答：當(dāng)強(qiáng)化相表面與合金液表面相互浸潤(rùn)時(shí)，其本身就可以作為異質(zhì)形核的核心，按異質(zhì)形核的規(guī)律進(jìn)行結(jié)晶，使組織得到細(xì)化。當(dāng)強(qiáng)化相與合金液不浸潤(rùn)時(shí)，強(qiáng)化相被排斥于枝晶間或界面上，嚴(yán)重影響著復(fù)合材料的性能。答： 并不是任何一種共晶合金都能制取自生復(fù)合材料，因?yàn)橹迫∽陨鷱?fù)合材料必須有高強(qiáng)度、高彈性相作為承載相，而基體應(yīng)有良好的韌性以保證載體的傳遞。因此共晶系應(yīng)具備以下要求：⑴共晶系中一相應(yīng)為高強(qiáng)相。⑵基體應(yīng)具有較高的斷裂韌度，一般以固溶體為宜。⑶在單相凝固時(shí)能夠獲得定向排列的規(guī)則組織。答： 鑄件的典型凝固組織為：表面細(xì)等軸晶區(qū)、中間柱狀晶區(qū)、內(nèi)部等軸晶區(qū)。表面細(xì)等軸晶的形成機(jī)理:非均質(zhì)形核和大量游離晶粒提供了表面細(xì)等軸晶區(qū)的晶核，型壁附近產(chǎn)生較大過(guò)冷而大量生核，這些晶核迅速長(zhǎng)大并且互相接觸，從而形成無(wú)方向性的表面細(xì)等軸晶區(qū)。中間柱狀晶的形成機(jī)理:柱狀晶主要從表面細(xì)等軸晶區(qū)形成并發(fā)展而來(lái)，穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成處在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，便轉(zhuǎn)而以枝晶狀延伸生長(zhǎng)。由于擇優(yōu)生長(zhǎng)，在逐漸淘汰掉取向不利的晶體過(guò)程中發(fā)展成柱狀晶組織。內(nèi)部等軸晶的形成是由于剩余熔體內(nèi)部晶核自由生長(zhǎng)的結(jié)果。答： 常用生核劑有以下幾類(lèi)：1、 直接作為外加晶核的生核劑。2、 通過(guò)與液態(tài)金屬中的某元素形成較高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物。3、 通過(guò)在液相中造成很大的微區(qū)富集而造成結(jié)晶相通過(guò)非均質(zhì)形核而提前彌散析出的生核劑。4、通過(guò)在液相中造成很大的微區(qū)富集而造成結(jié)晶相通過(guò)非均質(zhì)形核而提前彌散析出的生核劑。含強(qiáng)成份過(guò)冷的生核劑作用條件和機(jī)理：1類(lèi)：這種生核劑通常是與欲細(xì)化相具有界面共格對(duì)應(yīng)的高熔點(diǎn)物質(zhì)或同類(lèi)金屬、非金屬碎粒，他們與欲細(xì)化相間具有較小的界面能，潤(rùn)濕角小，直接作為襯底促進(jìn)自發(fā)形核。2類(lèi)：生核劑中的元素能與液態(tài)金屬中的某元素形成較高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物，這些化合物與欲細(xì)化相間界面共格關(guān)系和較小的界面能，而促進(jìn)非均質(zhì)形核。3類(lèi)：如分類(lèi)時(shí)所述。4類(lèi)：強(qiáng)成分過(guò)冷生核劑通過(guò)增加生核率和晶粒數(shù)量，降低生長(zhǎng)速度而使組織細(xì)化。答： 影響鑄件宏觀凝固組織的因素：液態(tài)金屬的成分、鑄型的性質(zhì)、澆注條件、冷卻條件。獲得細(xì)等軸晶的常用方法：1、向熔體中加入強(qiáng)生核劑?？刂茲沧l件：（1）采用較低的澆注溫度；（2）采用合適的3、鑄型性質(zhì)和鑄件結(jié)構(gòu)：（1）采用金屬型鑄造；（2） 減小液態(tài)金屬與鑄型表面的潤(rùn)濕角;（3） 提高鑄型表面粗糙度。4、動(dòng)態(tài)下結(jié)晶細(xì)化等軸晶：振動(dòng)、攪拌、鑄型旋轉(zhuǎn)等方法。答： 孕育衰退：大多數(shù)孕育劑有效性均與其在液態(tài)金屬中的存在時(shí)間有關(guān)，即存在著隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，孕育效果減弱甚至消失。解決辦法：在保證孕育劑均勻溶解的前提下，應(yīng)采用較低的孕育處理溫度。答： 焊接是通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使被焊金屬的材質(zhì)達(dá)到原子間結(jié)合而形成永久性連接的工藝過(guò)程。焊接的物理本質(zhì)：使兩個(gè)獨(dú)立的工件實(shí)現(xiàn)了原子間的結(jié)合，對(duì)金屬而言，實(shí)現(xiàn)了金屬鍵的結(jié)合。焊接工藝措施有兩種：加熱和加壓。答： 傳統(tǒng)上將焊接方法分成三大類(lèi)：熔化焊、固態(tài)焊和釬焊。將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法稱(chēng)為熔化焊(熔焊)。答： 控制焊縫金屬組織和性能的措施有：(1)焊縫合金化和變質(zhì)處理。采取固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、相變強(qiáng)化等措施保證焊縫金屬焊態(tài)強(qiáng)度與韌性。加入少量鈦、硼、鋯、稀土元素等變質(zhì)處理，可以細(xì)化焊縫組織，提高韌性。（2）工藝措施：調(diào)整焊接方法例如振動(dòng)結(jié)晶、焊后熱處理等措施提高焊縫性能。答：HAZ（HeatAffectedZone）即焊接熱影響區(qū)。焊接接頭的組成部分：焊縫、熱影響區(qū)和母材。答： 快速凝固是指在比常規(guī)工藝過(guò)程（冷速不超過(guò)102°C/s）快得多的冷速下，如104?109C/S合金以極快的速度轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過(guò)程?？焖倌谭譃榧崩淠碳夹g(shù)和大過(guò)冷凝固技術(shù)。急冷凝固技術(shù)的基本原理:設(shè)法減小同一時(shí)刻凝固的熔體體積并減小熔體體積與其散熱表面積之比，并設(shè)法減小熔體與熱傳導(dǎo)性能很好的冷卻介質(zhì)的界面熱阻以及主要通過(guò)傳導(dǎo)的方式散熱。大過(guò)冷凝固技術(shù)的基本原理:要在熔體中形成盡可能接近均質(zhì)形核的凝固條件，從而獲得大的凝固過(guò)冷度。答： 定向凝固技術(shù)主要有以下幾種：（1）發(fā)熱劑法；（2）功率降低法；（3）快速凝固法；（4）液態(tài)金屬冷卻法。第二部分連接成形答案1答:焊接時(shí)加熱，對(duì)金屬材料而言，可以使結(jié)合處達(dá)到熔化或塑性狀態(tài)，接觸面的氧化膜被迅速破壞；金屬達(dá)到較高溫度呈塑性狀態(tài)時(shí)，金屬變形阻力減小，有利于縮小原子間距；能增加原子的振動(dòng)能，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散、結(jié)晶和再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行；熔化部分金屬，冷卻凝固后形成焊縫。焊接時(shí)，除加熱外，可同時(shí)或獨(dú)立施加壓力，其目的是破壞接觸表面的氧化膜，使結(jié)合處有效接觸面積增加，達(dá)到緊密接觸實(shí)現(xiàn)焊接。2答：焊縫的晶體形態(tài)主要是柱狀晶和少量的等軸晶。每個(gè)柱狀晶內(nèi)還可能有不同的結(jié)晶形態(tài)，如平面晶、胞狀晶和樹(shù)枝晶等。等軸晶內(nèi)一般都呈現(xiàn)為樹(shù)枝晶。焊縫金屬中晶體的不同形態(tài)，與焊接熔池的凝固過(guò)程密切相關(guān)。焊縫邊界處，界面附近的溶質(zhì)富聚程度較小，由于溫度梯度大，結(jié)晶速度小，成分過(guò)冷接近于零，有利于平面晶的生長(zhǎng)。當(dāng)結(jié)晶速度和溫度梯度一定時(shí)，隨合金中溶質(zhì)濃度的提高，則過(guò)冷度增加，從而使結(jié)晶形態(tài)由平面晶變?yōu)榘麪罹А麪顦?shù)枝晶、樹(shù)枝狀晶、等軸晶。當(dāng)合金中溶質(zhì)濃度一定時(shí)，結(jié)晶速度越快，成分過(guò)冷度越大，結(jié)晶形態(tài)也可由平面晶變?yōu)榘麪罹?、胞狀?shù)枝晶、樹(shù)枝狀晶、等軸晶。當(dāng)溶質(zhì)濃度和結(jié)晶速度一定時(shí)，隨液相溫度梯度的提高，成分過(guò)冷度減小，結(jié)晶形態(tài)的演變則剛好相反。答：熱裂紋具有高溫?cái)嗔训男再|(zhì)。熱裂紋有凝固（結(jié)晶）裂紋、液化裂紋、高溫失延裂紋等類(lèi)型。焊接熱裂紋可出現(xiàn)在焊縫，也可出現(xiàn)在近縫區(qū)或多層焊焊道間的HAZ。影響熱裂紋的因素主要有：1）冶金因素化學(xué)成分的影響：合金元素影響凝固溫度區(qū)的大小及合金在脆性溫度區(qū)中的塑性。隨著合金元素的增加，凝固溫度區(qū)增大，同時(shí)脆性溫度區(qū)增大，凝固裂紋的傾向增大。雜質(zhì)元素的偏析及偏析產(chǎn)物的形態(tài)對(duì)熱裂紋也有一定影響。如S、P在鋼中能形成低熔共晶，即使微量存在，也會(huì)使凝固溫度區(qū)在為增加。2）凝固（結(jié)晶）組織形態(tài)對(duì)熱裂紋的影響：對(duì)于奧氏體鋼，凝固后晶粒的大小、形態(tài)和方向、析出的初生相等對(duì)抗裂性有較大影響。晶粒越粗大，方向性越明顯，則產(chǎn)生熱裂紋的敏感性越大。3）工藝參數(shù)的影響：在焊接工藝中應(yīng)盡量減少有害元素的偏析及降低應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)率。在焊接中、高碳鋼以及異種金屬焊接時(shí)，為減少母材中的有害元素進(jìn)入焊疑縫，應(yīng)盡量減小熔合比。不同接頭形式對(duì)裂紋傾向有不同影響，表面堆焊和熔深較淺的對(duì)接縫的抗裂性較高。熔深大的對(duì)接和各種角接焊縫的抗裂性較差。防止措施：主要是控制成分和調(diào)整工藝。1） 焊縫成分的控制：選擇合適的焊接材料，限制有害的雜質(zhì)，嚴(yán)格控制S、P的含量。2） 調(diào)整工藝：限制過(guò)熱，采用小的焊接電流和小的焊接速度；控制成形系數(shù)；減小熔合比；減小拘束度。答：按最高溫度范圍及組織變化，將HAZ分為四個(gè)區(qū)：熔合區(qū)：焊縫與母材相鄰的部位，最高溫度處于固相線與液相線之間。由于晶界與晶內(nèi)局部熔化，成分與組織不均勻分布，過(guò)熱嚴(yán)重，塑性差，是焊接接頭的薄弱環(huán)節(jié)。過(guò)熱區(qū)：溫度范圍處于固相線到1100°C。由于加熱溫度高，奧氏體晶粒過(guò)熱，晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大。也稱(chēng)粗晶區(qū)。焊后冷卻時(shí)，奧氏體相產(chǎn)物也因晶粒粗化使塑性、韌性下降。冷卻速度較慢時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)魏氏體。相變重結(jié)晶區(qū)（正火區(qū)）：母材已完全奧氏體化，處于1100C?Ac3之間。由于稀奧氏體晶粒細(xì)小，空冷后得到晶粒細(xì)小而均勻的珠光體和鐵素體。塑性材和韌性好。不完全重結(jié)晶區(qū)：溫度范圍在Ac1?Ac3，部分母材組織發(fā)生相變重結(jié)晶，奧氏體晶粒細(xì)小，冷卻后轉(zhuǎn)變得到細(xì)小的F+P；而未奧氏體化的晶粒受熱長(zhǎng)大，使該區(qū)晶粒大小、組織分布不均勻。答：熔合比：o=七,Ap為焊縫截面中母材所占的面積；Ad為焊縫截面中填1+少充金屬所占的面積。不考慮冶金反應(yīng)的作用時(shí)，焊縫中某合金元素的濃度可通過(guò)下式計(jì)算：Co=。?Cb+(1-6)CeCo為某元素在焊縫金屬中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Cb為某元素在母材中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Ce為某元素在焊條中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。考慮合金元素的損失，則焊縫金屬中某合金元素的實(shí)際濃度Cw為：Cw=6?Cb+(1-6)CdCd為熔敷金屬中某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。通過(guò)改變?nèi)酆媳龋梢愿淖兒缚p金屬的化學(xué)成分。答：溫度改變導(dǎo)致“熱脹冷縮”，非均勻的溫度變化(如局部的加熱、冷卻)導(dǎo)致金屬內(nèi)部的不均勻“熱脹冷縮”從而產(chǎn)生應(yīng)力。工件冷卻后保留在工件內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)為殘余應(yīng)力。局部的固態(tài)相變也能產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。減小或消除應(yīng)力方法：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝措施、熱處理、機(jī)械振動(dòng)、機(jī)械加載等。變形：殘余應(yīng)力的存在必然導(dǎo)致原工件形狀的少量改變，也稱(chēng)為殘余變形。有整體變形、局部變形。影響因素：材料熱物理性能、膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、工藝因素、焊接熱輸入、焊接次序等。防止方法：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝（反變形、剛性固定、預(yù)留收縮量）、矯正（機(jī)械、火焰）。第三部分塑性力學(xué)設(shè)長(zhǎng)方體長(zhǎng)度方向位移量為寬度方向位移量為uy，根據(jù)位移不變這一條件￡+￡uu—X十y——￡u—9-Hu—yy小應(yīng)變張量場(chǎng):duu=—0-2Hu―0-2HyXy=0u2H.??小應(yīng)變張量場(chǎng)為：￡j等效應(yīng)變場(chǎng):￡ij=du=u2H-e)2+(e-e)2+(e-e)2+6(g2+g2+g2)xy yzxyyz.ZX<2：9u2 9u2_J q -I-n—4H24H22解：(1)As(i)=ln2"o=In20圓柱體均勻變形??As(i)—As⑴re11??As⑴+As(i)+As⑴—2As⑴+As⑴—0nAg⑴———As⑴—一一ln2r e z r z r2nAs⑴=￥&As-Ase)2+(As-As)2+(As—As。)2—ln2(2)As(2)—ln2H^--In20如一所求，得As⑵如一所求，得As⑵r=As=ln2,以及As(2)—ln2e2(3)累積變形1 1,As—As—As⑴+As⑵———ln2+^ln2—0As=As(i)+As⑵=ln2+(-In2)=0s—As⑴+As⑵—2ln23 解由力平衡方程得：P(4/(何)?F°*e—與PTOC\o"1-5"\h\zb-b—^e， 。-0_-<2匚■ ■ ■ ■ ■-b=項(xiàng)寸(0-b)2+(b-b)2+(b-b)2-b-ben—P—bnP—丑b2t s Rs解：(a)O—b。2。2。1等效應(yīng)力o=U：(b-o)2+(b-a)2+(b-a)2=2* 1 2 2 3 3 1又o=200(1+J)nE=1.18o=O1+O2+O3 o'=o-om 3 mnO]'=166.7MPa,o2'=-33.3MPa,o3'=-233.3MPa又全量應(yīng)變8.=2Lo' nq=1.0828,e2=-0.1352,七=-0.9472(b)解法和(a)相同O1=217.9MPa ，nAg(1)=0.0891，o(i)=-16.7MPano1(1)'=-133.3MPa,o2(1)'=16.7MPa,o3(1)'=116.7MPae⑴=-0.0823,8⑴=0.0103,8(1)=0.07211 2 3

又8⑵=8+8⑴，nA—B過(guò)程8(2)=1.0006,8(2)=—0.1249,8⑵=0.8753

1 2 3則全過(guò)程中全量主應(yīng)變8.=8(2)+8(2)艮P81=—0.0823+1.0006=0.918382=0.0103+(—0.01249)=—0.0013683=0.0721+0.08753=0.9474=0zy又已知d8=—5，解：已知。=—60MPaq=—30=0zy又已知d8=—5，則°=匚==—30MPam3nb=-30MPa,°'=0MPa,°'=30MPa根據(jù)增量形式levy-Mises本構(gòu)方程：&p=辦氏「，可得d8d8d8dydydy=d人二L=5 若= yz= xy= yz= xz—cccttt—3030yzxyyzxznd8=dy=dy=0，d8=cgd人==5dy=tgd人f商=0.58cTOC\o"1-5"\h\zxyxy 30--5 0.585 0則應(yīng)變?cè)隽繌埩繛椋?.585 0 00 0 5塑性功增量密度：dw=c腰則有塑性功增量密度為：dw=c'gd8+c'gd8+c:gd8+2tgdy+2txygdy +2tgdyyzyzzxzx=805（2）b=性=食>0，z2兀rg 2t則點(diǎn)頃服時(shí)：bi=b0=學(xué)b?華=性>02tt有(b-b)2+(b-b)2+(b-b)2=2b2B：球面部分Pgrd。)2