材料加工基本原理第五版1至11章课后答案(6)

B=RB²／KB²=3.4min

对C有：RC= VC／AC=1.2cm

C=RC²／KC²=2.57min

对D有：RD= VD／AD=1.26cm D=RD²／KD²=3.06min

因此最后凝固部位为底座中肋B处，凝固终了时间为3.4分钟。

7. 对于低碳钢薄板，采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形

（背面均匀焊透）。采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么？

解：采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板可能会出现烧穿，这是因为不锈钢材料的导热性能比低碳钢差，电

弧热无法及时散开的缘故；

相反，采用同样焊接规范去焊同样厚度的铝板可能会出现焊不透，这是因为铝材的导热能力优于低碳钢的缘故。

8. 对于板状对接单面焊焊缝，当焊接规范一定时，经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透，分析其产生原因并

提出相应工艺解决方案。 解：（1）产生原因：在焊接起始端，准稳态的温度场尚未形成，周围焊件的温度较低，电弧热不足以将焊件熔透，

因此会出现一定长度的未焊透。

（2）解决办法：焊接起始段时焊接速度慢一些，对焊件进行充分预热，或焊接电流加大一些，待焊件熔透后再恢复

到正常焊接规范。生产中还常在焊件起始端固定一个引弧板，在引弧板上引燃电弧并进行过渡段焊接，之后再转移到焊件上正常焊接。

第三章 金属凝固热力学与动力学

试述等压时物质自由能G随温度上升而下降以及液相自由能GL随温度上升而下降的斜率大于固相GS的斜率的理由。

并结合图3-1及式（3-6）说明过冷度ΔT是影响凝固相变驱动力ΔG的决定因素。

答：(1)等压时物质自由能G随温度上升而下降的理由如下： 由麦克斯韦尔关系式：

dG SdT VdP （1）

dy x

F F

dF(x,y) dx

x y y并根据数学上的全微分关系：

G G

dG dT dP

T P P T

得： （2）

G

S,

T P

G

V

P T

比较（1）式和（2）式得：

G

dG SdT dT

T P

等压时dP =0 ，此时 （3） 由于熵恒为正值，故物质自由能G随温度上升而下降。

(2)液相自由能GL随温度上升而下降的斜率大于固相GS的斜率的理由如下： 因为液态熵大于固态熵，即： SL ＞ SS 所以：

＞

即液相自由能GL随温度上升而下降

GS的斜率 。 (3)过冷度ΔT是影响凝固相变 力 ΔG 的决定因素的理由如下：

右图即为图3-1

V表示液－固体积自由能之差 其中：

Tm 表示液-固平衡凝固点 从图中可以看出：

T > Tm 时，ΔG=Gs-GL﹥0，此时 固相→液相 T = Tm 时，ΔG=Gs-GL =0，此时 液固平衡 T < Tm 时，ΔG=Gs-GL＜0，此时 液相→固相 所以ΔG 即为相变驱动力。

G