方向在奥氏体粗晶粒边界发展。 产生原因：重新加热过程由于晶界微观局部的实际塑性变形量大于塑性变形能力，即e>eC 产生裂纹。

3)冷裂纹 分为：延迟裂纹、淬硬脆化裂纹(淬火裂纹)、低塑性脆化裂纹 特征：宏观断口具有发亮的金属光泽的脆性断裂特征。微观看：晶间断裂，但也可穿晶(晶内)断裂，也可晶间和穿晶混合断裂。 产生原因：钢种的淬硬倾向；焊接接头的含氢量及其分布，焊接接头的拘束应力。

4)层状撕裂 特征：外观上具有阶梯状的形貌基本是由平行于轧向的平台和大体垂直于平台的剪切壁构成。断口表面是典型的木纹状。 产生原因：由于轧制母材内部存在分层的夹杂物及焊接时产生垂直轧制方向的应力。

5)应力腐蚀裂纹 特征：无明显的均匀腐蚀痕迹，呈龟裂形式断断续续。从横断面来看：犹如枯干的树木的根须，由表面向纵深方向往里发展，裂口深宽比大，细长而带有分支是其典型的特点。从断口来看：仍保持金属光泽为典型脆性断口。 产生原因：些特定介质和拉应力共同作用。

2.什么是脆性温度区间？在脆性温度区间内为什么金属的塑性很低？

1)脆性温度区间：熔池金属进入固液阶段，由于液态金属少，主要是那些低熔点共晶，在拉伸应力作用下所产生的微小缝隙都无法填充，只有稍有拉伸应力存在就有产生裂纹的可能，该区间称为脆性温度区间。[金属在固相线上下温度范围内延伸率极低，金属呈现脆性断裂，把该温度区间定义为脆性温度区间]

2)由于该区间液态金属的流动困难，延伸率低，金属呈脆性断裂，故该区间的金属塑性很低

3.综合分析脆性温度区及在该区内金属的塑性和变形增长率之间的影响因素。

1)在脆性温度区间内金属的塑性越小，越容易产生结晶裂纹，它主要决定于化学成分，凝固条件，偏析程度，晶粒大小和方向等冶金因素。2)脆性温度区间内，随温度下降，由于收缩产生的拉伸应力增大，应变得增长率将增大，产生结晶裂纹，应变增长率的大小主要决定于金属的热胀系数，焊接接头的刚度，焊缝位置，焊接规范大小，温度场分布等因素。

4.液化裂纹和多边化裂纹在本质上的有何区别？在防止措施上的何不同？

1)二者本质区别：(1)液化裂纹是由于焊接热循环峰值温度Tm作用，HAZ的奥氏体晶界上低熔共晶组成物被重熔，在拉伸应力作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂纹；(2)多边化裂纹是由于空位、位错的移动和聚集，在二次边界上成核，并扩展而成为多边形边界的裂纹。

2)防止措施：(1)液化裂纹防止措施：① 控制S、P

等杂质含量，如采用电渣精炼方法，去除合金中的

杂质；② 焊接工艺上采用小线能量，避免近缝区晶粒粗化。(2)多边化裂纹防止措施：①在焊缝中加入一些提高多边化过程激活能的元素，可以有效地阻止多边化过程；②消除应力状态；③选择合适温度。 5.试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。

1)特征：(1)产生温度:Ms点附近或200～300℃以下温度区间；(2)产生的钢种和部位:发生在高碳钢、中碳钢、低合金、中合金高强钢，热影响区合金元素多的超高强钢、Ti合金发生在焊缝；(3)裂纹的走向：沿晶、穿晶；(4)产生时间:可焊后立即出现，也有的几小时，几天或更长时间； 2)影响因素：钢材的淬硬倾向，氢的含量及其分布，拘束应力的状态。

6.何谓拘束度？临界拘束度？拘束度和拘束应力与钢材的板厚、焊接工艺参数有何关系？

1)拘束度R：单位长度焊缝，在根部间隙产生单位长度的弹性位移所需的力。

2)临界拘束度Rcr：开始产生裂纹的最小拘束度。 3)拘束度： R?Fl??F?LL???1??E? bl?b?LL其中：E—母材金属的弹性模量(N/mm2)；?—板厚(mm)；l—焊缝长度(mm)；L—拘束距离(mm)。 拘束应力：??mR。其中：m为拘束应力转换系数，可根据钢的线胀系数、力学熔点、接头的坡口角度等计算；ζ当增大到产生裂纹时的应力称为临界拘束应力：ζcr。

7.一般低合金钢，冷裂纹为什么具有延迟现象？为什么容易在焊接HAZ产生？

1)氢在低碳钢中的扩散速度很快，焊接过程中大部分氢可以逸出金属，而且低碳钢焊接时一般不形成脆硬的M，所以不会产生延迟裂纹；而高合金钢而言(如18-8不锈钢)，氢的扩散速度低，溶解度较大，也不易在局部聚集产生延迟裂纹；高碳钢、中碳钢、中合金钢和部分含碳较多的低合金高强钢中，氢的扩散速度来不及逸出金属，又不能完全受到抑制，在金属内发生局部聚集，引起延迟裂纹现象。 2)由于焊缝中存在大量氢，周围母材含氢量少，致使氢由焊缝向HAZ扩散；焊缝先于母材在高温下发生相变，由A分解为F+P等组织由于氢在其中溶解度小进一步促进氢向HAZ扩散，此时HAZ仍处于奥氏体态。因氢的扩散速度很小不能扩散到离焊缝边界较远母材中，因此在焊缝与母材的交界HAZ中形成H的富集区，当该区由奥氏体向马氏体转变时，氢便以过饱和状态留在奥氏体中，当氢的浓度足够高就会产生延迟裂纹。 8.焊接中产生气孔的主要机理是什么？

产生气孔的过程是由三个互相联系又彼此不同的阶段所组成，即气泡的生核、长大和上浮。气孔的形成过程由生核、核长大过程所组成，当气泡长大

到一定程度，在不利条件下(当气泡的浮出速度小于结晶速度时)就有可能残留在寒风中形成气孔。 9.按形成气孔的气体来源，焊接气孔分为哪两类？常见的氢气孔、CO气孔和氮气孔的主要特征是什么？

1)按形成气孔的气体来源，焊接气孔分为：析出性气孔(是高温时气体溶解于熔池金属) 和反应性气孔(冶金反应产生的不溶于金属的气体)。

2)氢气孔特征：多数出现在焊接表面上，气孔断面形状多为螺钉状，在表面上看呈喇叭口型，内壁光滑[原因：高温时，氢在熔池和熔滴中的溶解度很高，吸收了大量的氢气，当冷却时，氢在金属中的溶解度急剧下降，因焊接熔池冷却很快，氢来不及逸出时就会在焊缝中产生气孔]；氮气孔特征：多在表面，成堆出现，与蜂窝相似；CO气孔特征：多在内部，像条虫状分布，表面光滑[原因：由于冶金反应产生了大量的CO，在结晶过程中来不及逸出而残留在焊缝内部形成气孔]。 【复习题】

1.焊接材料有哪些种类，焊条有哪些种类？

1)焊接材料是指焊接时消耗材料的统称，包括：焊条、焊丝、焊剂、保护气体

2)按用途分为：结构钢焊条(J422/E4303)；Mo和CrMo耐热钢焊条(R102/E5003-A)；不锈钢焊条(A102/E308-16，G202/E410-16)；堆焊焊条(D107/EDPMn2-15)；低温钢焊条(W607/E5015G)；铸铁焊条(Z308/EZNi)；Ni及Ni合金焊条(Ni 102)；Cu及Cu合金焊条(T107)；Al及Al合金焊条(L109)；特殊用途焊条(TS202)。

2.说明E4303和E5015的含义是什么？

1)E4303：E焊条；43熔敷金属最小抗拉强度为430MPa；0适用于全位置焊接(1全位置焊接：平、立、横、仰，2平、平角焊，4立下焊、平、立、仰)；3焊接药皮为钛钙型药皮，交直流两用焊接(00特殊型全交直流，10高纤维钠型全反接，01钛铁矿型全交直流，12高钛钠型全交或直正，13高钛钾型全交直流，14铁粉钛型全交直流，15低氧钠型全直反，16低氢钾型全交或直反，17铁粉氧化铁型全交或直正，11高纤维钾全交或直反，X8铁粉低氧型交或直反)。特点：氧化钛钙型药皮，TiO2-SiO2-CaO渣系，酸性，脱氧效果不好，焊缝N、H、O含量较多，机械性能差，用于低碳钢和抗拉强度低的合金钢。

2)E5015：E焊条；50熔敷金属最小抗拉强度为500MPa；1适用于全位置焊接；5药皮为低氢钠型只能采用直流反接的焊接。特点：低氢型药皮，CaO-CaF2-SiO2渣系，碱性，脱氧效果好，去氢效果好，机械性能好。

补充：J507 焊条：J结构钢焊条；50焊缝金属抗拉强度不低于500MPa；7低氢型药皮、直流。

3.H08Mn2Si是哪种焊接材料，用于什么焊接方法，为什么？

1)结构钢实芯焊丝[H—焊接用实芯焊丝；08—C0.08%；Mn2—Mn2%； Si—Si≤1%A—优质]。

2)用于CO2气体保护焊，适宜于焊接低碳钢或屈服强度小于500MPa的低合金钢。 3)原因：在CO2气体保护焊的焊接实施中，为了防止气孔，减少飞溅，保证焊接质量，就必须采用含有Si、Mn等元素的焊丝以达到脱氧的目的。该焊丝具有较好的工艺性能和机械性能。 4.说明HJ431的含义。

HJ—埋弧焊及电渣焊用熔炼焊剂；4—高锰(1—无锰，2—低锰，3—中锰)；3高硅低氟(焊剂中Si O2、CaF2含量)；1-同类焊剂的不同牌号。补充：SJ501：SJ—埋弧焊用烧结焊剂；5 –焊剂熔渣渣系类型为铝钛型；01—牌号编号为01。

补：熔滴反应区：从熔滴形成、长大到过渡到熔池中，属于熔滴反应区。该区反应时间虽短(0.01-1S)，但温度很高(1800-2400℃)，相(气相、液相、熔渣)接触面积大，并伴随着强烈混合作用，冶金反应激烈，反应进行相对完全，对焊缝影响极大。

主要的物理化学反应：金属的蒸发，气体的分解和溶解，金属的氧化还原以及合金化等。 《材料成形原理》复习题(锻压) 第十六章 应力分析 一、计算题

设某点的应力状态如图所示，试求其主应力(应力单位：牛顿/平方毫米)

解：应力张量为：

?342???423?ij?? ?234????代入公式求得

J1??x??y??z?3?2?4?9J22????x?y??y?z??z?x???xy??22yz??zx???3?2?2?4?4?3??42?32?22?3

J23??x?y?z??z?x?2?xy?yz????yz???2zx?x???2yxzzxy??3?2?4?2?4?3?2?(3?32?2?22?4?42)??27代入公式

?3?J1?2?J2??J3?0?3?9?2?3??27?0

???9???2?3??0?1?9;?2?3;?3?3二、名词解释

1.八面体应力、等效应力

正应力有极值的方向，主应力就是极值，剪应力同样随斜切平面的方向而变。剪应力有极值的平面叫做主剪应力平面，面上作用的剪应力叫做主以物体内某点Q为原点，以该点的应力主轴为坐标，在无限靠近Q点处作等倾斜微分面，其法线方向N与三个坐标轴夹角相等。即:||l|=|m|=|n|，坐标空间8个象限的等倾斜微分面可以形成一个正八面体，所以这种微分面叫八面体平面。面上的应力叫八面体应力。将八面体剪应力η8取绝对值绝对值乘以系数32所得参数仍是一个不变量，成为等效应力。也称广义应力或应力强度，等效应力的表达式为：

ζ?3η228?3J?2?12?(ζ1?ζ2)2?(ζ2?ζ3)?(ζ3?ζ1)2?对任意坐标系则为：

ζ?12?(ζ2ζ2222x?ζy)?(y?ζz)2?(ζz?ζx)?6(?xy??yz??zx)?

2.主剪应力、最大剪应力

剪应力有极值的平面称为主剪应力平面，面上作用的剪应力称为主剪应力。主剪应力中绝对值最大的一个叫做最大剪应力，用ηmax表示。 三、简答

1.平面应力状态的基本特征

1)物体内所有指点在与某一方向垂直的平面上都没有应力，如果该方向为z轴，则有主应变ζz=ηzx=ηzy=0只留下ζx、ζy、ηxy等应力分量z方向必为主方向，所有质点都是两向应力状态；2)各应力分量都与z轴无关，故整个物体的应力分布可在xy坐标平面上表示出来。 2.轴对称应力状态的基本特征

1)由于子午面在变形过程中始终不扭曲，所以在θ面上没有剪应力ηρθ=ηθz =0，而且ζθ就是一个主应力；2)各应力分量与θ坐标无关，对θ的偏导数都为零。

第十七章 应变分析 一、名词解释 1.主应变

主应变：通过一点存在三个相互垂直的应变主方向(主轴)，在主方向上的线元没有角度偏转只有正应变，该正应变就叫主应变。 2.八面体应变、等效应变

如以应变主轴为坐标轴，同样可作出八面体，八面体平面法线方向的线元的应变叫做八面体应变。八面体剪应变：

?8??13(ε2x?εy）?（εy?ε2ε22z）?（z?εx）?6（γxy?γ2yz?γ2zx）??13(ε2ε221?ε2）?（ε2?3）?（ε3?ε1） 将八面体剪应变γ8乘以2，所得之参量叫做等效应变，也称为广义应变或应变强度。

??2?8?23(ε?ε2ε2222xy）?（y?εz）?（εz?εx）?6（γ2xy?γyz?γzx）?23(ε2ε221?ε2）?（ε2?3）?（ε3?ε1） 3.应变增量、应变速率

应变增量：就是变形过程中某一极短阶段的无限小应变。

应变速率：应变速率就是单位时间的应变，既变形速度。单位是1/s。一点的应变速率也是三阶对称张量。应变速率张量与应变增量张量性质相似，它们都可描述瞬时变形状态。

4.平面变形：如果物体内所有质点都只在同一个坐标平面内发生变形，而在该平面的法线方向则没有变形，这种变形称为平面变形。 二、简答

1.塑性变形时的体积不变条件

设单元体初始的边长为dx、dy、dz，于是初始的体积为V0=dxdydz。小变形时可以认为只有正应变引起边长和体积的变化，变形后单元体的体积为 V1=(1+εx)dx(1+εy)dy(1+εz)dz ≈(1+εx+εy+εz)dxdydz

于是单元体的体积变化率为

??V1?V0V??x??y??z，塑性变形时虽然体积也有0微量变化，但与塑性应变相比较则是很小的，可以忽略不计。因此，一般认为塑性变形时体积不变。 则有Δ=εx+εy +εz=0。 2.平面变形的特点

设没有变形的方向为坐标的z方向，则z方向必为主方向。而且z向的位移分量w=0，其余两个位移分量对z的偏导数必为0，εz+γzx+γyz=0，留下不为零的应变分量为?ux??;??v?xy??y，

?1xy??yz?2(?u?y??v?x)， 塑性变形时体积不变，εx=-εy，平面变形时，物体内与z轴垂直的平面始终不会倾斜扭曲，所以这种平面上没有剪应力分量。ηzx=ηzy=0，z向必为应力主方向，ζz即为主应力ζ3，塑性变形时，ζz还必然

是ζx、ζy的平均值，即?z?12(?x??y)，而且，这时

的ζz也恰是平均应力或静水应力，

??13(?1???y???ymx??y??z)?3(?x??y?x2)?x2??z。

第十八章 屈服准则 一、名词解释

1.理想塑性材料、变形硬化材料

理想弹性材料弹性变形时应力与应变完全成线性关系。

理想塑性材料：塑性变形时不产生硬化的材料。 变形硬化材料：塑性变形时要产生硬化的材料。

弹塑性材料：塑性变形之前及塑性变形时，都有弹性变形。

刚塑性材料：塑性变形之前不产生弹性变形。 二、简答题

1.屈雷斯加屈服准则内容及数学表达式

当材料(质点)中最大剪应力达到某一定值时，材料就屈服。 或者说材料处于塑性状态时，其最大剪应力始终是一不变的定值，该定值只取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。表达式为：

?1??3?C。

最大剪应力是三个主剪应力中绝对值最大的一个，而主剪应力则是两个主应力之差的一半。 所以根据屈雷斯加屈服准则只要?1??2,?2??3,?3??1，

之中有一个达到某一定值，材料即屈服。如设 ?1??2??3，则屈雷斯加准则可表达为?1??3?C

常数C可以通过实验求得。屈服准则适用于任何应力状态，故可用最简单的应力状态，例如单向拉伸实验求得这一常数。设在某一温度和变形速度条件下，由材料单向拉伸实验所得的屈服应力为?s 应力状态为：?1??s,?2??3?0，得C??s，于是屈雷斯加

屈服准则为：?1??3??，若事先不知道主应力大小次

s序，则屈雷斯加屈服准则普遍表达为：

?1??2??s,?2??3??s,?3??1??s 2.密席斯屈服准则的物理意义及表达式(主轴坐标

轴、一般坐标轴)

物理意义：当材料的质点内单位体积的弹性形变能达到某临界值时，材料就发生屈服，表达式为：???s，

即：

(?21??2)2?(?2??3)2?(?3??21)?2?s，或(????)2?6(?22xy)2?(y??z)2?(?z??x??2)?2?2

xy??yzzxs密席斯屈服准则，可以表述为：当应力偏张量第二不变量J?2达到某一定值时，材料就会屈服。更为方便的表达是当质点应力状态的等效应力达到某一与应力状态无关的定值时，材料屈服；或者说，材料处于塑性状态时，等效应力始终是一不变的定值， 即??1?。用单向拉伸屈服时的应力

2(?1??2)2?(?2??23)2?(?3??1)??c状态(?s,0,0)代入上式即可得到常数C1(??(0??2 ，

2?s?0)2s)???s?c则Mises屈服准则表达式为???s。

3.平面应力、平面变形时密席斯屈服准则的表达式 平面应力时：?z??3??yz??zx?0，

故简化为：?2???2211?2?2??s 或?2x??222y??x?y?3?xy??s。 平面变形时：?yz??zy?0,

?z??3?(?x??y)/2?(?1??2)/2

故简化为：

?21??2???

3s2K或(?x??y)2?4?2xy?43?2s?4K2。 4.各向同性硬化假说的内容

1)材料在硬化后仍然保持各向同性；

2)硬化后屈服轨迹的中心位置和形状都不变，它们在π平面上仍然是以原点为中心的对称封闭曲线，但其大小则随变形的进行而不断的扩大。

第十九章 塑性应力应变关系 一、简答题

1.塑性变形时全量应变与应力之间关系的特点 1)塑性变形可以认为体积不变，应变球张量为零，泊松比v＝0.5；

2)应力与应变之间的关系是非线性的； 3)全量应变与应力的主轴不一定重合；

4)塑性变形是不可恢复的，应力与应变之间没有一般的单值关系，而是与加载历史或应变路线有关。 2.列维－密席斯方程包含哪些假设

(1)材料是理想刚塑性材料，也即弹性应变增量为零，塑性应变就是总应变增量；

(2)材料符合密席斯屈服准则，即???s (3)塑性变形时体积不变，

即d?x?d?y?d?z?d?1?d?2?d?3?0，

d?ij?d?ij?。 (4)应力主轴和应变增量的主轴重合；

(5)应变增量和应力偏张量成正比，即: d?ij???ijd? 式中d?为瞬时的非负比例系数

3.最大散逸功原理的表述内容

对于一定的应变增量场而言，在所有符合屈服准则的应力场中，与该应变增量场符合应力应变关系的应力场所作的塑性功最大，

即：?(?'??*'ijij)d?ijdV?0。

v上述原理就叫最大散逸功原理。

二、公式推导

1.最大散逸功原理中整个变形体的塑性功增量的推导 d????'d?

ijijdVv设一钢塑性单元体，棱长为dx、dy、dz，它在x方

向的正应变增量为d?x，则正应力分量?x所作的塑性功增量为： dAx??xdydzd?xdx，

单位体积的塑性功增量为

d?dAx?xdydzd?xdx， x?V?dxdydz??xd?x同样，剪应力分量?zx所作的单位塑性功增量为：

，其他应力分量所作的塑性

d?zx?zxdydzd?zx?dAV?zxdxdxdydz??zxd?zx?2?zxd?zx