《材料成型基本原理》刘全坤版_第七章答案.pdf免费

1.焊接和铸造过程中的气体来源于何处？它们是如何产生的？ 答： 焊接区内的气体：焊条药皮、焊剂、焊芯的造气剂，高价氧化物及有机物的分解气体， 母材坡口的油污、油漆、铁锈、水分，空气中的气体、水分，保护气体及其杂质气体 铸造过程中的气体：熔炼过程，气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周 围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO 、CO、SO 和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。来自 2 2 铸型中的气体主要是型砂中的水分。浇注过程，浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸 型透气性差，浇注速度控制不当，型腔内的气体不能及时排除等，都会使气体进入液态金 属。 2. 气体是如何溶解到金属中的？电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程一样吗？ 答：气体溶解到金属中分四个阶段：（1）气体分子向金属-气体界面上运动；（2 ）气体 被金属表面吸附；（3 ）气体分子在金属表面上分解为原子；（4 ）原子穿过金属表面层向金 属内部扩散。 电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程不一样，氢在高温时分解度较大，电弧温度下可完 全分解为原子氢，其溶解过程为分解 — 吸附 — 溶入 。在电弧气氛中，氮以分子形式 存在，其溶解过程为吸附 — 分解 — 溶入 。 3.哪些因素影响气体在金属中的溶解度，其影响因素如何？ 答：气体在金属中的溶解度与压力，温度，合金成分等因素有关： （1）当温度一定时，双原子的溶解度与其分压的平方根成正比 （2 ）当压力一定时，溶解度与温度的关系决定于溶解反应类型，气体溶解过程为吸热反应 时，△H 为正值，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应时，△H 为负值， 溶解度随温度的上升而降低。 （3 ）合金成分对溶解度的影响：液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体 的溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即氮、氢、氧化合物），则可 降低气体的溶解度。此外，合金元素还能改变金属表面膜的性质及金属蒸气压，从而影响 气体的溶解度。 （4 ）电流极性的影响：直流正接时，熔滴处于阴极，阳离子将向熔滴表面运动，由于熔滴 温度高，比表面积大，故熔滴中将溶解大量的氢或氮；直流反接时，阳离子仍向阴极运动， 但此时阴极已是温度较低的溶池，故氢或氮的溶解量要少。 （5 ）焊接区气氛性质的影响：气体分子或原子受激后溶解速度加快；电弧气氛中的阳离子 + + N 或H 可直接在阴极溶解；在氧化性电弧气氛中形成的NO ，遇到温度较低的液态金属时 可分解为N和O，而N 能迅速溶入金属。 4. 电弧焊时，气体在金属中的溶解度是否服从平方根定律？为什么？ 答：当温度一定时，双原子气体的溶解度与其分压的平方根成正比，这一规律称为平方根定 律，但是电弧焊时，金属液体的温度是变化的，所以气体在金属中的溶解度不服从平方根 定律。 5. CO 、H O和空气在高温下对金属的氧化性哪个大？ 2 2 答：在液态铁存在的温度，空气对金属的氧化性是最大的，而H O 气的氧化性比 CO 小。 2 2 6. 控制铸件或焊缝氮含量的重要措施是什么？ 答： 1．限制气体的来源 氮主要来源于空气，控制氮的首要措施是加强对金属的保护，防止空 气与金属接触。 2 ．控制工艺参数 金属中氮的含量与工艺参数密切相关。应尽量采用短弧焊。焊接电流增 加时，熔滴过渡频率增加，气体与熔滴作用时间缩短，焊缝中氮含量减少。此外，焊接方法、 熔滴过渡特性、电流种类等也有一定的影响。 3 ．冶金处理 采用冶金方法对液态金属进行脱氮除气处理，是降低金属中气体含量的有效 方法。液态金属中加入 Ti、Al 和稀土等对氮有较大亲和力的元素，可形成不溶于液态金属 的稳定氮化物而进入溶渣，从而减少金属的氮含量。 7. 氮、氢、氧对金属的质量有何影响？ 答：1．使材料脆化 钢材中氮、氢或氧的含量增加时，其塑性和韧性都将下降，尤其是低 温韧性下降更为严重。 2 ．形成气孔 氮和氢均能使金属产生气孔。液态金属在高温时可以溶解大量的氮或氢，而 在凝固时氮或氢的溶解度突然下降，这时过饱和的氮或氢以气泡的形式从液态金属中向外逸 出。当液态金属的凝固速度大于气泡的逸出速度时，就会