《材料成形技术基础》考试题型
考试题型分成4部分:
一、判定题
二、选择题
三、填空题
四、综合题（包括问答题和计算题等
举例如下:
判断题
1.缩孔和缩松都是铸件的缺陷，在生产中消除缩孔要比消除缩松容易。
2.铸件铸造后产生弯曲变形，其原因是铸件的壁厚不均匀，铸件在整个收缩过程中，铸件各部分
冷却速度不一致，收缩不一致，形成较人的热应力所至。
3.影响铸件凝固方式的主要因索是合金的化学成分和铸件的冷却速度。
4.铸造应力包括热应力和机械应力，铸造应力使铸件厚壁或心部受拉应力，薄壁或表层受压应
力。铸件壁厚差越大，铸造应力也越大。
5.熔化焊、压力焊、钎焊过程中，一般均需对接头进行加热，并且均需对被焊接头提供有效地保
护，以防空气的有害作川。
二、选择题
1.压力加工的操作工序中，工序名称比较多，局于自由锻工序的是（），属于板
料冲压工序的是（）。
A.徹粗、拔长、冲孔、弯曲；
B.拉深、弯曲、冲孔、翻边；
C.徹粗、拔长、冲孔、轧制；
D.拔长、徹粗、挤压、翻边。
2.焊接过程中，热量传递分成三种方式，母材和焊条以（）热传导为主。
A.传导；
B.对流；
C.辐射。
3.如图4所示应力框铸件，在室温下，各杆
的应力状态为（）o若川钢锯
沿A -A 线将①30杆锯断，此时 断口间隙将（ ）o
A 、 ①30杆受压、①10受拉；
B 、 ①30杆受拉、①10杆受压。
C 、 増大;
D 、减小；
E 、缩短；
F 、不变；
G 、消失；
H 、伸长；
三、填空题
1. 计算图中1、2、3、4、5的新增表而能?
第一章：
材料成形技术皋础绘材料加工工程、材料学和材料物理与化学相关的一门科学，乂有个性 特色的综合学科。它包括铸造、焊接和塑性变形及表面工程等书的综合体。 一?机器制造的一般过程（齿轮为例）
一）按材料成形类型分四种加工方法：
I. 成形加工：凝固成形、塑性成形、焊接成形、粉末压制、塑料成形； 2. 切除加工：车、铳、刨、钻、磨、电火花、电解、超声加工、激光加工等； 3. 表面成形加工：表面形变、淬火强化、化学强化、表面镀层、气相沉积镀膜； 4. 热处理加工：退、正、淬、冋火；
什么是凝固成形、塑性成形、焊接成形?
1. 影响合金充型能力的主要因索有（
2. 顺序凝固通过安放冒口和冷铁来实现。
（
）o
3. 焊接方法按其特点可分为（
4. 手工电弧时，焊条钢芯起到的作川是（
四、综合题
）和（ ）、（ ）。
冒口的作用是（
）,冷铁的作用是
）类。
）和（ ）。
知道什么是材料基本加工要素及流程
三个基本要素：材料、能量、信息
三大流程：
1?材料流程
每一种类型的材料流程中，川來产牛形状和性能变化的的过程，叫基本过程。
材料加工过程一?般包含三个阶段：
第一阶段：材料形状、尺寸或性能的变化，指加热、熔化和下料等；
第二阶段：生产所需形状和尺寸的过程；
第三阶段：最后过程，如装配等
完成上述过程通常需要，机械过程、热过程和化学过程。
2?能蚩流程
包括机械过程的能量流程（通过介质向材料或工件提供能量）和热过程的能量流程（通常由电能、化学能或机械能转化而得）。
包括①传递介质与加工材料之间的相对运动；②作用在加工材料上的压力差；③直接产生加工材料中的质量力。
包括①电能转化为热能；②化学能通过燃烧产生热能；③以机械能为基础的热源（摩擦焊）
3?信息流程
形状信息：通过刀具或模具将加工的信息和形状施加到材料上；
性能信息：加工过程后最终的结果，如材料性能变化。
1.凝固成形的基本问题和发展概况
基本问题：充填、凝固两个基本过程
是液态金属质量不变过程，在重力作用下的充填铸形和冷却凝固两个基本过程。
充填是一种机械过程，而凝固是热过程。
热量传递的方式有传导、对流和辐射三种方法。
结果是从微观上看，组织结构的变化，宏观上看，从液态到固态的变化。
凝固时要考虑的问题：
凝固组织的形成和控制；（晶粒大小、方向和形态）；控制组织的方法有：孕育、
半固态、定向固态、快速凝固等。
铸造缺陷的防止和控制；（缩孔、缩松）
铸件尺寸精度与表面粗糙度控制等；
2.塑性成形的基本问题
基本问题：材料的塑性是塑性成形的前提条件；
塑性成形需要能量；
加工材料受外力作用发生塑性流动时、位移和应力变化；
形状信息的准确输入等；
3焊接成形的基本问题
基本问题：焊接成形时利川各种形式的能量使被连接的表面产生原子（分子）间的结合而成为一体的成形工艺。包含热过程、物理化学冶金过程、应力变形过程。三人类焊接方法：熔焊（表而熔化）、固相焊（被焊表而不熔化）、钎焊（被焊表而之间填加低熔点材料）。
能量的输入；
清除表面污染；
组织性能不均匀；
残余应力及残余变形；
焊缺陷及检测；
焊接结构的制造问题等；
4?表面成形
基本问题：不改变基体组织结构和成分、不降低棊体的各种性能，通过表面涂层和表面改性技术或两种复合设计零件表面。
表面涂层：材料表明与基体材料不同，涂层与基体的结合、涂层的材料及结构等；
表面改性：材料表明与皋体材料有一定联系，针对材料的服役条件及损伤机理并结合基体材料，设计合理的表面。
组织结构；
针对希槊的表面组织及结构，研究活动这一表面材料的方法；
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凝固是材料成形过程中的组织的一种化学物理现象；
它涉及到多学科的知识，并处于当代材料的研究的前沿，各种复合材料、激光熔覆等材料;
金属的熔化、浇注和凝固贯穿于加工、铸造和焊接过程中。
凝固常发生的5种变化时什么，有什么特点？
什么是凝固潜热？
液态为固态结构相似，液态金屈由许多近程有序的“原子集团”组成，有大的能量起伏，激烈热运动
和空穴，原子集团处于变化状态；固体则相反：称“远程有序”，不确定因索减少。研究晶体结构可
能。
体积缩小，凝固时产生缩孔、缩松等，凝固应力也引起变形和裂纹。
口发过程的两个判据：判据一：Helmholtz （亥姆霍兹）自由能最低原理，判据二Gibbs
（吉布斯）自由能判据：
爛是表示一个体系的紊乱程度，爛值越大，体系越紊乱。当材料发生液一固转变时，爛值将减小，说明固体比液体的结构更“整齐”。
熔（H）：体系等压过程中热量的变化一爛（S）：热量和温度的比值，反映体系紊乱程度
形核剂应具备的条件:
计算I、2、3、4、5的界面自由能?
晶体的生长方式:
掌握金属凝固时的溶质分配规律，是控制凝固偏析的基础， 单相合金：只析出一种固相 多相合金：析岀多种固相
合金的凝固是在两相共的温度区间内完成的，随温度下降，固相成分沿固相变化，液相成分 沿液相变化，因此凝固过程必须有传质过程发生，由于各组元中不同的化学位不同，固液界 面两侧都将不断发牛再分配现彖。
金屈或合金在铸型中凝固时，可以分为液相区、固液两相区和固相区。
铸件在冷却过程中体积缩小的现象叫收缩。
收缩可分成三个阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。
液态收缩：从浇注温度降低到凝周开始的温度时，发生的体积收缩; 凝固收缩：合金再凝固阶段的体积收缩；
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固态收缩：固态合金因温度降低发牛的体积收缩。
液态收缩、凝固收缩是引起缩孔、缩松的主要原因，而固态收缩是产生铸造应力、变形和裂纹的主要原因。
工程陶瓷中的玻璃相为什么大多以非晶态的形式出现？
硅酸盐熔体不容易形成晶体，而多以非晶态形式出现。由于熔体屮存在各种聚合硅氧四面体，进一步连接成更大型的结构，因硅氧结合键能大，打开结合键需很高的能量，使硅酸盐熔体的结构重建比金属熔体困难，即形核需越过的势垒高（比金属）形成晶体需要一定的条件，即需要创造非均匀形核的条件。另一个原因是：硅酸盐熔体有巨人的溶解能力，几乎把所有外来的形核质点都溶解在本体中，故非自发形核非常困难，
因此硅酸盐熔体易形成非晶态。
焊接熔池特征：
?体积小，冷却速度快（30cm3,100g,4-100°C/s）
?过热温度高（熔池1770±100 °C,熔滴2300±200 °C）
?动态下凝固（形成焊缝）
?对流强烈（
第三章材料成形热过程
焊接热过程对工件的质量的影响：
影响焊接的物理化学冶金反应
影响焊接接头的固体相变
影响焊接接头的残余应力和变形
影响焊接接头的质量
、凝固成形过程和基本特点
加热熔化和冷却凝固两个过程。即将金属材料加热熔化到液态，然后浇注到相应的铸形空腔中，冷却、凝固成毛坯或零件。
铸铁加工方法：冲天炉或三节炉加热熔化。
铸钢或非铁合金：电弧炉或感应电炉加热熔化。
三、塑性成形热过程的基本特点
1 ?钢在加热时热扩散性能的变化，
热扩散是指金属材料在加热过程中温度在金属内部的传播能力。材料的热扩散性好, 即表明
加热时温度在金属内部传播的速度快，因而亦材料断面上的温差就小，由此产生的温度应力就小；同时，由于加热时，温度均匀化的速度快，因而可以采川快速加热的方法提咼生产率。
电弧热消耗分三部分：
1、被金属吸收,加热熔化母材;
2、焊接材料吸收，加热熔化焊接材料；
3、被母材以热传导形式形成热彩响区。
温度场：
加热或冷却过程中某一瞬时的温度分布。
可通过实测或数值模拟得到。
对于热塑性加工（热锻、热轧、热挤压等）成形之前加热是必须的过程。
加热过程的变化过程：
1、组织结构的变化：
2、力学性能变化：
3、物理性能变化：
4、化学性能变化：
固体金属材料的加热过程，主要是热源通过对流和辐射的形式对金属加热，在金属内部主要通过热传导的形式传递热量，使金属材料的温度逐步均匀化。
电弧热消耗分三部分：
1、被金属吸收，加热熔化母材；
2、焊接材料吸收，加热熔化焊接材料;
3、被母材以热传导形式形成热影响区
锻造前的加热：
加热方法：
1、火焰加热
2、电加热：
包括1.感应电加热;
2、接触电加热；
3、电阻炉加热；
4、盐浴炉加热；
什么事温度场：
加热或冷却过程中某一瞬时的温度分布。可通过实测或数值模拟得到。
第四章
燃性成形：（也称塑性加工或压力加工）是利用金屈的塑性，在外力作用下，使金属发牛塑性变形，从而获得所需形状和性能的工件的一种加工方法。
塑性成形按受力和变形分类（2类）：
体积成形：锻造、轧制、挤压和拉拔等;
板料成形：冲裁、弯曲、拉伸和成形;
塑性成形按加工温度分类（2类）：
热成形:
冷成形：
冷塑性变形机理：
包括晶粒内部变形（晶内变形）和晶界变形（晶间变形）两种机理。
（一）晶内变形：晶内变形的主要方式是滑移（为主）和李牛（次要）；
滑移所需临界切应力小于挛牛所需临界切应力，故多晶体犁性变形的主耍方式是滑移变形。对于密排六方金属，李牛变形起着重要作用。
滑移：在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移而）和晶向（滑移方向）相对于晶体的另一部分发生相对移动。产生宏观塑性变形。
李生：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶血（挛生血）和晶向（李生方向）发牛均匀切变。产生宏观塑性变形。
李生:
李生是指在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面（李生面）和一定的晶向（李生方向）发生的均匀切变。
李生是塑性变形的另一种重要形式，它常作为滑移不易进行时的补充。
这样的切变并未使晶体的点阵类型发生变化，但它却使均匀切变区中的晶体取向发生变更，变为与未切变区晶体呈镜面对称的取向。变形与未变形两部分晶体合称为李晶；均匀切变区与未切变区的分界面（即两者的镜面对称面）称为李晶界；发生均匀切变的那组晶面称为李晶面（即（111）面）；李生面的移动方向（即方向）称为李生方向。
李生的特点：
（1）李生变形也是在切应力作用下发生的，并通常出现于滑移受阻而引起的应力集中区, 因此，李生所需的临界切应力要比滑移时大得多。
（2）李生是一种均匀切变，即切变区内与李晶面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿李生方向位移了一定的距离，且每一层原子相对于李生面的切变量跟它与李生面的距离成正比。
（3）李晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。
二）晶间变形:
晶间变形主要是晶粒之间相互滑动和转动。（晶界间的切应力大到可以克服晶粒之间的滑动阻力时，发生滑动；晶粒所处位向不同，相邻晶粒间有相互作用，产生力偶，使晶粒转动。
塑性变形主要是晶内变形，晶间变形时次要的。
点的应力状态不同丁物理量的标量和矢量，它需要用过该点的三个互相垂直截曲上的三个应力矢量才能完整地确定。这样的物理量又称为二阶张量。因此点的应力状态是二阶张量。
应力分量符号带有两个下角标，第一个下角标表示该应力分最作用而的法线方向，第二个下角标表示它的作用方向。两个下和标相同的是正应力分量，例如0 XX即表示X面上平行于X轴的止应力分量，简写为0X；两个下角标不同的是剪应力分量，例如Txy即表示XIM 上平行于y轴的剪应力分量。
问题：最大剪应力面上是否存在正应力？若存在其值为何？这个正应力会为零吗？
主平血上只有法向应力即主应力，而无剪应力；
而主剪应力平面上既有剪应力又有正应力。主剪应力平面上的正应力为：
李生的特点：
（1）李生变形也是在切应力作用下发生的，并通常出现于滑移受阻而引起的应力集中区, 因此，李生所需的临界切应力要比滑移时大得多。
（2）李生是一种均匀切变，即切变区内与李晶面平行的每一层原子面均相对于其毗邻晶面沿李生方向位移了一定的距离，且每一层原子相对于李生面的切变量跟它与李生面的距离成正比。
（3）李晶的两部分晶体形成镜面对称的位向关系。
二）晶间变形：
晶间变形主要是晶粒之间相互滑动和转动。（晶界间的切应力大到可以克服晶粒之间的滑动阻力时，发生滑动；晶粒所处位向不同，相邻晶粒间有相互作用，产生力偶，使晶粒转动。
塑性变形主要是晶内变形，晶间变形时次要的。
冷塑性变形的特点：
1、各晶粒变形的不同时性；
2、各晶粒变形的相互协调性；
3、晶粒与晶粒之间和晶核内部与晶界附近区
域之间变形的不均匀性。
热塑性变形对金属组织和性能的影响
1）对组织的影响
（1）改善晶粒组织，细化晶粒
对于铸态金属，粗大的树枝状晶经塑性变形及再结晶而变成等轴（细）晶粒组织；对于经轧制、锻造或挤压的钢坯或型材，在以后的热加工中通过塑性变形与再结晶，其晶粒组织一般也可得到改善。
（2）锻合内部缺陷
铸态金属中疏松、空隙和微裂纹等缺陷被压实，提高金属致密度。锻合经历两个阶段: 缺陷区发生塑性变形，使空隙两壁闭合；在压应力作用下，加上高温，使金属焊合成一体。没有足够大的变形，不能实现空隙闭合，很难达到宏观缺陷焊合。足够大三向压应力，能实现微观缺陷锻合。3）形成纤维组织
在热变形过程中，随变形程度增加，钢锭内粗大树枝晶沿主变形方向伸长，与此同时，晶间富集的杂质和非金属夹杂物的走向也逐渐与主变形方向一致，形成流线。由于再结晶的结果，被拉长的晶粒变成细小的等轴晶，而流线却很稳定地保留下来直至室温。
4）破碎改善碳化物和非金属夹杂在钢中分布
高速钢、高珞钢、高碳工具钢等，其内部含有大量的碳化物。通过锻造或轧制，可使这些碳化物被打碎、并均匀分布，从而改善了它们对金属基体的削弱作用。
热塑性变形对性能的影响
细化晶粒、锻合内部缺陷、破碎并改善碳化物和非金属夹杂在钢中分布可提高材料的强度、硬度、塑性和韧性。
纤维组织形成，使金属力学性能呈各向异性，沿流线方向比垂直流线方向具有较高的
力学性能，其中尤以塑性、韧性指标最为显著。
(1)拉应力会促使晶间变形，加速晶界破坏，压应力阻止或减少晶间变形；三向等压作用的增强，晶间变形愈加闲难。
(2)三向等压作川有利于塑性变形过程屮形成的各种损伤的愈合；而拉应力则相反，会促使损伤的发展。
(3)三向等压作用能抑制材料中原先存在的各种缺陷的发展，部分或全部地消除其危害。
(4)三向等压作用可抵消不均匀变形所引起的附加拉应力，从而有利于防止裂纹的产牛。
应力状态对材料塑性的影响原因：
(1)拉应力会促使晶间变形，加速晶界破坏，压应力阻止或减少晶间变形；三向等压作用的增强，晶间变形愈加困难。
(2)三向等压作用有利于塑性变形过程中形成的各种损伤的愈合；而拉应力则相反，会促使损伤的发展。
(3)三向等压作用能抑制材料中原先存在的各种缺陷的发展，部分或全部地消除其危害。
(4)三向等压作用可抵消不均匀变形所引起的附加拉应力，从而有利于防止裂纹的产生。
第五章
凝固成形通常称之为铸造，即将金属材料熔化成液态后浇注入与拟成形的零件形状及尺寸和适应的模型空腔屮，带液态金属冷却凝固后, 获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法。铸造的主要特点：
优点：投资小、生产周期短、技术过程灵活性大、能制造形
状复杂的零件。
缺点：铸件内部组织疏松、晶粒粗人，易产生缩孔、缩松、
气孔等缺陷；铸件外部易产生粘砂、夹砂、砂眼等。
山此，与同样材料的锻件相比，铸件的力学性能低，
特别是冲击韧性。又由于铸造工序多，难以精确控
制 ,使铸件品质不够稳定。
凝固成形方法：
根据铸形材料分：
一次型：指铸型使用一次即毁坏的铸型（如砂型、陶瓷型）永
久型：指反复使用多次的铸型（如金属型）
根据金属液填充铸形分：
重力铸造、低压铸造、压力铸造；
根据特殊铸形分：
连续铸造、离心铸造、实型铸造等；
根据砂型铸形分：
粘土砂、树脂砂、水玻璃砂等
根据制造方法分：
手工造型和机械化造型
凝固成形的工艺性能
是指凝固成形的制备过程，包括流动性、收缩性和铸造应力等。
?流动性定义：液态合金充满型腔，形成轮廓清晰，形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。
?流动性好坏特点：决定是否能充满型腔，是否有利于气体和非金属夹杂物上浮和对铸件进行补缩，是否能形成符合要求的优质
铸件。
?不同的合金具有不同的流动性。要求在进行铸件设计和铸造工艺制定时，必须考虑合金流动性。那么，我们怎样衡量合
1600 它翳1300c c^
遍阖粥誠动好
螺旋型试样
影响液态金属流动性的主要因素？4点
铸件在铸型中收缩时受到如下几种阻力：
(1)铸型表面的摩擦阻力
(2)热阻力
(3)机械阻力
铸件凝固后，由于合金的收缩，在最后凝固部位会出现孔洞。体积大而集中的孔洞称为缩孔；细小而分散的空洞称为缩松。
缩孔和缩松对铸件将产生危害。
1、利用冒口：将缩孔移至冒孔；而分散的缩松则狠难消除。
3、合金的凝固温度，合金的凝固方式影响缩孔和缩松；
4、冷却能力弱，固液界面梯度小，合金趋向于糊状凝固，易形成分散的缩松；
5、铸形导热强，界面温度梯度大，倾向逐层凝固，易形成集中缩孔。
常用铸造方法：
砂型铸造
金属铸造
压力铸造
低压铸造
离心铸造
熔模铸造
铸造工艺流程：
熔模铸造过程：
制造蜡模（压型、压制蜡模、蜡模组装）
结壳（浸挂涂料、洒砂和破化）
脱蜡和造型
焙烧和浇注
定向凝固技术种类:
1、发热剂法：原始方法，重复性差。见书
2、功率降低法：
3、高速凝固法：（形成柱状晶、形成致密的柱状晶、凝固效率高）
4、液态金属冷却法：（用液态金属代替水）
5、区域熔化液态金属冷却法：（在冷却条件下，采用局部加热）
凝固成形易形成诸多缺陷，因此要求采用先进凝固成形方法
木书介绍两种：定向凝固成形和半固态凝固成形定向凝固成形
在熔模铸造型壳中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺。
采用定向凝固技术可获得生长方向与主应力方向一致的单向生长的柱状晶体）。定向凝固由于消除了横向品界，从而提高了材料抗高温蠕变和疲劳的能力。定向凝固铸件的组织分为柱状、单晶和定向共晶3种。
基本问题：凝固组织的形成和控制（热流控制是定向凝固的重要环节）;
铸造缺陷的防止和控制；铸件尺寸精度与表面
粗糙度控制等;
成形
概念：
就是在金属凝固过程屮进行剧烈搅拌,或控制固■液态温度区间,得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固液混合浆料,这种半固态金属浆料具有好的流动性，通过普通加工方法可制成成品，采用这种非液态和非固体浆料加工成形的方法，称半固态凝固成形技术