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材料科学
题目

液态合金的流动性和充型能力有何异同?如何提高液态金属的充型能力?答:液态金属的流动性和充型能力都是影响成形产品质量的因素;不同点:流动性是确定条件下的充型能力,它是液态金属本身的流动能力,由液态合金的成分、温度、杂质含量决定,与外界因素无关。而充型能力首先取决于流动性,同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。提高液态金属的充型能力的措施:(1)金属性质方面:①改善合金成分;②结晶潜热L要大;③比热、密度大,导热率小;④粘度、表面张力小。5.气体对金属质量有哪些影响?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,就会形成气孔。3)产生冷裂纹冷裂纹是金属冷却到较低温度下产生的一种裂纹,其危害性很大。氢是促使产生冷裂纹的主要因素之一。4)引起氧化和飞溅氧可使钢中有益的合金元素烧损,导致金属性能下降;焊接时若溶滴中含有较多的氧和碳,则反应生成的CO气体因受热膨胀会使熔滴爆炸,造成飞溅,影响焊接过程的稳定性。此外应当指出,焊接材料具有氧化性并不都是有害的,有时故意在焊接材料中加入一定量的氧化剂,以减少焊缝的氢含量,改善电弧的特性,获得必要的熔渣物化性能。6.焊接区内的气体,对焊接质量有重要影响的是______、______、______、______和______。7.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 。8.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。9.请说明为什么CO2气保护焊时选用的焊丝成份是H08Mn2SiA,而焊条电弧焊的焊芯成份是H08。1)焊接过程中,采用CO2作为保护气体可以有效地防止空气侵入焊接区。但是由于CO2具有氧化性,而使焊丝中的各种元素在焊接过程中被剧烈地氧化。CO2在高温下分解出的原子氧也会使合金元素氧化。由于合金元素氧化烧损,必然影响焊缝金属的化学成分与力学性能。如果焊丝中Mn、Si含量不足,其脱氧作用较差,致使熔池结晶后期容易产生CO气孔。因此,CO2气体保护焊焊丝必须有较高的Mn、Si等脱氧元素的含量,所以常用的焊丝成份为H08Mn2SiA。2)焊条电弧焊接过程中,由于药皮中含有造气剂、造渣剂等,焊接过程中会产生大量的保护气体和熔渣,对焊缝金属和熔池形成很好的保护作用,避免了焊缝金属的氧化,所以在焊条电弧焊中采用低碳钢焊芯。

液态合金的流动性和充型能力有何异同?如何提高液态金属的充型能力?答:液态金属的流动性和充型能力都是影响成形产品质量的因素;不同点:流动性是确定条件下的充型能力,它是液态金属本身的流动能力,由液态合金的成分、温度、杂质含量决定,与外界因素无关。而充型能力首先取决于流动性,同时又与铸件结构、浇注条件及铸型等条件有关。提高液态金属的充型能力的措施:(1)金属性质方面:①改善合金成分;②结晶潜热L要大;③比热、密度大,导热率小;④粘度、表面张力小。5.气体对金属质量有哪些影响?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,就会形成气孔。3)产生冷裂纹冷裂纹是金属冷却到较低温度下产生的一种裂纹,其危害性很大。氢是促使产生冷裂纹的主要因素之一。4)引起氧化和飞溅氧可使钢中有益的合金元素烧损,导致金属性能下降;焊接时若溶滴中含有较多的氧和碳,则反应生成的CO气体因受热膨胀会使熔滴爆炸,造成飞溅,影响焊接过程的稳定性。此外应当指出,焊接材料具有氧化性并不都是有害的,有时故意在焊接材料中加入一定量的氧化剂,以减少焊缝的氢含量,改善电弧的特性,获得必要的熔渣物化性能。6.焊接区内的气体,对焊接质量有重要影响的是______、______、______、______和______。7.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 。8.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。9.请说明为什么CO2气保护焊时选用的焊丝成份是H08Mn2SiA,而焊条电弧焊的焊芯成份是H08。1)焊接过程中,采用CO2作为保护气体可以有效地防止空气侵入焊接区。但是由于CO2具有氧化性,而使焊丝中的各种元素在焊接过程中被剧烈地氧化。CO2在高温下分解出的原子氧也会使合金元素氧化。由于合金元素氧化烧损,必然影响焊缝金属的化学成分与力学性能。如果焊丝中Mn、Si含量不足,其脱氧作用较差,致使熔池结晶后期容易产生CO气孔。因此,CO2气体保护焊焊丝必须有较高的Mn、Si等脱氧元素的含量,所以常用的焊丝成份为H08Mn2SiA。2)焊条电弧焊接过程中,由于药皮中含有造气剂、造渣剂等,焊接过程中会产生大量的保护气体和熔渣,对焊缝金属和熔池形成很好的保护作用,避免了焊缝金属的氧化,所以在焊条电弧焊中采用低碳钢焊芯。

题目解答

答案

N2 H2 O2 H2O CO2

解析

本题考查焊接过程中对焊接质量有重要影响的气体种类。关键在于理解焊接区域的气体环境如何影响焊缝质量,需结合气体的来源、物理化学性质及对焊接过程的作用进行分析。重点气体包括空气中的成分(如氮气、氧气)、水分分解产物(如氢气、水蒸气)以及保护气体(如二氧化碳)。

焊接区域的气体主要通过以下途径影响质量:

  1. 氮气(N₂):高温下可能与金属反应,导致焊缝脆化或气孔。
  2. 氢气(H₂):溶解于金属中易引发冷裂纹,或与氧反应生成水蒸气形成气孔。
  3. 氧气(O₂):使合金元素氧化烧损,降低焊缝性能。
  4. 水蒸气(H₂O):分解产生氧气和氢气,加剧氧化或气孔形成。
  5. 二氧化碳(CO₂):作为保护气体可能参与反应,影响焊缝纯净度。

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