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2009年《材料成型原理》A卷 参考答案及评分标准 一、填空题：（每空1分） １．热力学； 动力学 ２．平衡； 　近平衡；非平衡 3.． 熔化； 压力 ； 钎。 4． 焊缝； 热影响区； 母材。 5． 偏向； 定向 。 6． 析出； 反应 。 二、判断题：（每题1分） １．× ２．× ３．√ ４．√ ５．√ 6． × 7． √ 8． × 9． √ 10．√ 11. √ 12. × 13. × 14. √ 15. × 三、简答题： 1．答： 随着成份过冷区的增加，单相合金的凝固将从平面生长依次变为胞状生长、柱状树枝晶生长和自由树枝晶（等轴晶）生长。（每答对一个且顺序正确得1分） 2．答： 主要有两方面的措施： 一是向熔体中加入强生核剂（1分），包括可直接作为外加晶核的生核剂、生核剂中的原始能与液态金属中的元素形成稳定化合物（该化合物可作为核心）、能造成很多微区富集而使结晶相提前析出的生核剂、含强成份过冷的生核剂。（每个0.5分，共2分） 二是控制浇注条件（1分），包括采用较低的浇注温度、合适的浇注工艺、合适的铸型性质和逐渐结构、动态下再结晶。（每个0.5分，共2分） 3．答： 固相无扩散液相仅有有限扩和固相无扩散液相有对流时固、液相中溶质的分布分别如下图所示： 　　　　　　　　（1.5分）　　　　　　　　　　　　　　(1.5分) （如未准确标出C0的位置，只得1分） 4.答： 在单向拉伸情况下，真实应变的可加特性（1分），总的真实应变为0.35（1分）。 5. 答： 库伦摩擦条件适用于正压力不大、变形量较小的冷成形工序（1分）；摩擦力不变条件适用于变形量较大的热变形（1分）。 6.答： 平面变形和轴对称变形（1分）。原理本质是简化的应力平衡方程和屈服准则方程联解（1分）。 7．答： 焊接热循环的主要参数有加热速度、最高温度（峰值温度）、相变温度以上停留时间（高温停留时间）及冷却速度或冷却时间。（2分） 低碳钢HAZ：a.熔合区—温度处于固相线与液相线之间，由于晶界与晶内局部熔化，成分与组织不均匀分布，过热严重，塑性差，是接头的薄弱环节。b.过热区—温度处于固相线~1100℃，奥氏体过热，晶粒严重长大，又称为粗晶区。焊后冷却晶粒粗化使塑性、韧性下降，慢冷还会出现魏氏组织，故此区也是接头薄弱环节。c.相变重结晶区—温度处于1100℃~Ac3，奥氏体晶粒细小，空冷后得到晶粒细小而均匀的珠光体和铁素体，相当于热处理时的正火组织，故塑性和韧性很好。d.不完全重结晶区—温度处于Ac3~Ac1，部分母材组织发生相变重结晶，未奥氏体化的铁素体受热长大，故该区晶粒大小、组织分布不均匀，虽受热不严重但性能不如相变重结晶区。（4分） 8. 答： 氢致裂纹的机理可用应力诱导扩散理论来解释，即金属内部的缺陷可作为裂源，在其前沿会形成应力集中的三向应力区。在应力诱导下，氢向此区扩散、聚集，当氢浓度达到临界值，发生局部开裂，导致裂纹向前扩展，并形成新的三向应力区，氢又会向此区扩散、聚集…,如此反复。由于氢的扩散需要时间，因而氢致裂纹具有延迟特征。（2分） 氢致裂纹的影响因素主要有钢的淬硬倾向，氢含量及其分布，以及拘束应力的状态。 为防止冷裂纹，必须控制三方面主要因素，即降低扩散氢含量（如低氢焊材及防潮、后热、奥氏体焊条焊中碳调质钢等），减小拘束度（如减小刚度、避免缺口、使焊缝有收缩余地等）和组织的硬化程度（如合理选择工艺参数、小线能量加预热等）（3分）。 四、计算题： 1．解：?G＝－(4/3) πr3?GVn+4πr2σCLn （1） （分） 式中r为球形核心的半径，?GV为单位体积液态金属凝固时自由能的变化。 只有晶核半径r大于临界晶核半径r*时，才能稳定形核，对上式求导并令等于0，则： －4πr*2n?GV+8πr*nσCL=0得：r*＝2σCL/?GV （2） （分） 又因 ?GV＝L?T/Tm （3）(式中L为凝固潜热，Tm为熔点)，将此代入上式得： r*＝（2σCL Tm）/（? L） （4） （分） 将（3）、（4）代入（1）得： 均质形核功?G*=16/3πn(σCL3Tm2)/(L2?T2)=1/3A*nσCL(A*为临界晶核的表面积A*＝16σCL2Tm2)/(L2?T2) （2分）A*的含义，得1分） 2．解：立方体、圆柱和球形的体积V分别为：a3、1/4πa3和4/3πa3 表面积S分别为：6a2、3/2πa2和4πa2。则三者的模数R=V/S分别为：a/6、a/6和a/3。（分）（分）（分） （2分） （3）速度间断面S15、S25、S45以及S