材料成型原理
材料成型是指通过施加力使材料发生塑性变形，最终将其形成所需的形状和结构的加工过程。材料成型原理主要包括塑性变形原理、流变性原理和热力学原理。
首先，塑性变形原理是指在加工过程中，通过施加外力，使材料的形状和结构发生塑性变化。材料在外力作用下，内部的晶格结构发生变化，原子和分子之间的间距发生改变，从而使材料在塑性变形时能够保持一定的变形。塑性变形的主要特点是具有可逆性和延展性，材料可以通过外力的作用重新回复到原来的形状。
其次，流变性原理是指材料在加工过程中具有流动性的特点。材料的塑性变形是在材料内部原子和分子之间的相互作用力的作用下进行的，这种相互作用力与材料的成分、结构和处理状态等多种因素有关。材料在受力作用下会发生流动，流变性的大小取决于材料的粘度和塑性变形时的应变速率。
最后，热力学原理是指在材料成型过程中，热量的传导和转化对塑性变形和流变性的影响。材料在受力作用下会产生热量，而热量的传导和转化又会对塑性变形和流变性产生影响。例如，在金属材料的锻造加工中，受力作用下会产生大量的热量，而热量的传导又会使材料的温度升高，从而影响材料的塑性变形和流变性。
总之，材料成型原理是在外力的作用下，通过塑性变形、流变性和热力学的相互关系，实现材料的形状和结构的加工过程。
了解和掌握材料成型原理，可以指导材料加工和制造过程的设计和优化，提高材料的性能和加工效率。
hunt模型:对片状共晶:, 对棒状共晶:凝固—规那么共晶—组织、性能。 2.非规那么共晶:共晶共生区偏向高熔点组元一侧 ; 第三组元对石墨形态的影响:Ⅰ.片状: .球状:球化剂,Mg,Re。 变质处理:工业生产中,通过向金属液中参加某些微量物质以影响晶体的生长机理,从而到达改变组织结构,提高力学性能的目的,该种处理工艺成为变质处理。 3.偏晶合金的缺点:偏晶合金容易产生大的偏析。偏晶合金的形核位置取决于 三个界面 能(σαL1、σαL2、σL1L2之间的关系。 铸造中为什么不用偏晶合金:由于特殊的冶金学特点,在常规的地面铸锭技术条件下极易 形成严重的重力偏析乃至组元分层而几乎没有任何应用价值。 包晶合金:一个固相与它周围的液相相互作用 ,在一定的温度下,形成另一个固相, 即 LP+αP→β。P相图→作业题。 包晶反响:细化晶粒:Al合金液中参加Ti,可形成TiAl3,Ti含量超过0.15wt%,包 晶反
应,TiAl3与L生成α相,包围TiAl3,溶质组元扩散慢,α相无法长大,得到细小 的α相晶粒组织。 4.凝固中的对流:(对流对凝固的影响 动量对流:浇注过程中的动量引起紊流漩涡,对连续铸锭而言,浇注与凝固同时 进 行,动 量对流对铸锭的影响自始至终。 自然对流:自然对流由温度差或浓度差引起,液体各局部密度不同而产生的浮力是 自然对 流的驱动力。 对流对凝固组织形貌有较大影响(改变凝固界面前沿液体的温度场和浓度场:当流 体速 度与凝固界面垂直时,可能产生比较严重的宏观偏析;强烈的紊流可能冲刷新形成 的枝晶臂,而造成晶粒繁殖,对细化等轴晶有一定的帮助。 5.搅拌:(搅拌对对流的影响 搅拌后的半固态浆料淬火:晶粒形状规那么,大局部初生晶粒无搭接,呈球状、椭 球状或花 瓣状。 耦合作用(冷却速度与对流速度耦合作用:晶粒形状系数fi=(Rs/Rg3即与晶粒实 际体 积相等的球体体积与晶粒尖端包围圆所形成的球体体积之比 业题如何获得需要的组织? fi=e^(-2R/v.(作
晶界粘性流动：晶界处原子处于激活状态，以致能脱离晶粒表面而向邻近的晶粒跳跃，导致原有晶粒失去固定的形状和尺寸，晶粒间出现相对流动。 融化潜热：在熔点温度的固态变为同温度的液态时，金属吸收大量的热量。 影响液态金属粘度的主要因素：化学成分、温度↑、夹杂物。粘度↑ 表面张力:表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。 液态金属的充型能力:液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力 影响因素：1.影响金属与铸件之间热交换条件，从而改变金属液流动时间，2.影响金属液在铸型中的水力学条件，改变金属液的流速。 ①金属性质方面的因素（流动性内因）②铸型性质方面的因素 3.浇注条件方面因素④铸件结构方面的因素 液态金属的流动性：是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。 温差和浓度差是引起自然对流的驱动力 为什么在共晶成分时能保持恒温反应：因为铸件在凝固中会释放出大量的潜热，铸件凝固其实是铸件内部过热热量和潜热不断向外扩散的过程。 铸件凝固方式及影响因素： 1.层状凝固方式：易补缩，组织致密，性能好。 2.体积凝固：不易补缩，易产生缩孔、缩松、夹杂、开裂性能差 3.中间状凝固方式 因素：1.合金的化学成分2.铸件断面上的温度梯度 均质形核：在没有任何外来界面的均匀熔体中的形核过程 异质形核：在不均匀的熔体中依靠外来杂质或形壁界面提供的衬底进行形核的过程（一般是此种） 热过冷：金属凝固时所需的过冷度，若完全由热扩散控制 铸件宏观组织： 1.表面细晶粒区：紧靠铸型的激冷组织，由无规则的细小等轴晶组成（较大的过冷度） 2.柱状晶区：垂直于型腔壁且彼此平行的柱状晶粒组成（单向热流）影响：择优生长的细长晶体，有明显的方向性，纵向性能好、横向性能差，一般不希望出现 3.内部等轴晶区：各向同性的等轴晶组成，尺寸比较粗大。影响：性能比较均匀，没有方向性，各向同性，需要的组织，再细化更好 宏观组织的控制： 1.加入强生核剂：直接作为外加晶核的生核剂；加入生核剂促进晶核生成 2.控制浇注工艺和增大铸件冷却速度：采用较低的浇注温度;采用合适的浇注工艺；改善铸型结构 3.动态下细化等轴晶：震动、搅拌 孕育衰退：大多数生核剂的有效性均与在液态金属中存在的时间有关，随着时间的延长，生核效果减弱或消失。 气孔的类型及特征：按来源不同分, 1.析出性气孔：液态金属凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及逾出而产生的气孔。（团球状，在局部） 2.侵入性气孔：砂型或砂芯在液态金属高温作用下产生的气体侵入金属内部形成的气孔（梨状，表面光滑，在表层） 3.反应性气孔：液态金属内部与铸型之间产生反应而产生的气孔。 （蜂窝状，铸件皮下1-3mm）气孔形成机理： 1.析出性气孔：结晶前沿，特别是枝晶间气体溶质富集区气体含量将超过其饱和含量，被枝晶封闭的液相内则具有更大的过饱和析出压力，而液固界面处气体翻含量最高，且存在其他溶质偏析和非金属夹杂物，当枝晶产生凝固收缩时，该处极易析出气泡，难以排出形成气孔。 2.侵入性气孔：将金属液注入铸型时，在高温的作用下，砂芯和砂型将产生大量气泡，随着温度的升高气泡增多，气泡压力也不断增大，达到一个临界值时，侵入液态金属，来不及逾出。 3.反应性气孔： 气孔的防止： 1.析出性气孔：（1）消除气体来源（2）金属熔炼时温度勿过高（3）对液态金属进行除气处理（4）阻止液态金属内气体的析出 2.侵入性气孔：（1）控制气体来源（2）控制透气性和紧实性（3）提高砂芯、砂型排气能力（4）适当提高浇注温度（5）提高金属的熔炼质量 3.反应性气孔：（1）采用烘干等（2）控制氧化性元素的含量（3）适当提高浇注温度 夹杂物：按形成时间分 1.一次夹杂物：金属熔炼中产生的，偏晶析出、聚合长大。排出：加溶剂、过lu法 2.二次夹杂物：充型和凝固中形成，固液界面溶质元素富集的非金属夹杂物 3.二次氧化物：在浇注和充型过程中，表面氧化物卷入液态金属形成。 收缩的三个阶段： 1.液态收缩： 2.凝固收缩： 3.固态收缩： 1和2是产生缩孔和缩松的主要原因，3是铸件产生尺寸变化、应力、变形、裂纹的基本原因 缩孔：内外两种。形成机理：原因：液态收缩+凝固收缩>固态收缩.条件：顺序凝固 缩松：宏观和微观。形成机理：原因：液态收缩+凝固收缩>固态收缩.条件：同时凝固 缩孔、缩松对铸件的影响：减少铸件受力面积，尖角处产生应力集中，力学性能下降 影响缩孔、缩松的因素及防止措施： 1.影响大小的因素：金属的性质；铸型条件;浇注条件；铸件尺寸；补缩压力 2.影响灰铸铁和球墨铸铁缩孔、缩松的因素：铸铁成分；铸型刚度（铸型刚度大，缩前膨胀小，缩孔容积小。金属型→水泥型→砂型→干型→湿型）
第一章 4．如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？ 答：理想纯金属是不存在的，即使非常纯的实际金属中总存在着大量杂质原子。实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量、结构及浓度三种起伏特征，其结构相当复杂。 能量起伏是指：液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间 不停地变化，时高时低的现象。 结构起伏是指：液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断地分化组合，由于“能量起伏” ，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象。 浓度起伏是指：在多组元液态金属中，由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化的现象。 6． 总结温度、原子间距（或体积） 、合金元素或微量元素对液体粘度 η 高低的影响。 答：η 与温度 T 的关系受两方面（正比的线性及负的指数关系）所共同制约，但总的趋势随温度 T 而下降。 粘度随原子间距δ增大而降低，与 δ3成反比。 合金组元或微量元素对合金液粘度的影响比较复杂。许多研究者曾尝试描述二元合金液的粘度规律，其中 M-H （Moelwyn-Hughes ）模型为： ???? ??-+=RT H X X m 21)(2211ηηη 式中η1、η2、X 1、X 2 分别为纯溶剂和溶质的粘度及各自在溶液中的mole 分数，R 为气体常数，H m 为两组元的混合热按 M-H 模型，如果混合热Hm 为负值，合金元素的增加会使合金液的粘度上升。根据热力学原理，Hm 为负值表明异类原子间结合力大于同类原子，因此摩擦阻力及粘度随之提高。M-H 模型得到了一些实验结果的验证。 当溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，由于合金液中存在异类原子间较强的化学结合键，合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度。 当合金液中存在表面及界面活性微量元素时，由于冷却过程中微量元素抑制原子集团的聚集长大，将阻碍金属液粘度的上升。通常，表面活性元素使液体粘度降低，非表面活性杂质的存在使粘度提高。 9． 表面张力与界面张力有何异同点？界面张力与界面两侧（两相）质点间结合力的大小有何关系？ 答：界面张力与界面自由能的关系相当于表面张力与表面自由能的关系，即界面张力与界面自由能的大小
焊接部分： 1、焊接熔池特征 1）熔池体积小，冷却速度大；2）焊接熔池的液态金属处于过热的状态； 3）焊接熔池中的液态金属始终处于运动状态 2、凝固线速度ds/dt=dx/dtcosθR=Vcosθ 在焊缝边缘处，因θ=90°，所以R→0；在焊缝中心处，因θ=0°，所以R→v 熔池中液态金属的凝固线速度可以通过柱状晶成长速度式凝固时间来反映。柱状晶的成长速度即为柱状晶前沿推进的线速度。 3、焊缝各部位结晶形态的变化 1）在焊缝边界即焊接熔池开始结晶处，由于熔合线上的温度梯度G大，结晶速度R小，成分过冷很难形成，故多以平面形态生长。2）随着晶粒逐渐远离边界向焊缝中心生长时，温度梯度G逐渐变小，结晶速度R逐渐加快，溶质的质量分数增高。成分过冷区也逐渐增大。柱状晶内的亚结构依次向胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶发展。3）晶体生长到焊缝中心时，温度梯度G最小，结晶速度R最大，溶质的质量分数最高，成分过冷区大，最终可能生成等轴晶。 4、焊接热影响区的组织转变特点 1）焊接热循环特点：（1）焊接HAZ加热温度高；（2）加热速度快；（3）高温保留时间短；（4）局部受热（5）自然条件下的连续冷却 2）焊接加热过程中奥氏体化特点：加热速度↑→AC1↑，AC3↑ 焊接HAZ加热温度高，这不但促进奥氏体化，高温下奥氏体晶粒迅速长大，HAZ奥氏体粗大，冷却后为粗大的奥氏体转变产物。 3）焊接冷却过程中的组织转变特点 5、HAZ组织分布 1）低碳钢及不易淬火的低合金钢：分为四个区（1）熔合区（2）过热区（3）相变重结晶区（正火区）（4）不完全重结晶区 （1）熔合区：焊缝于母材相邻的部位，又称半熔化区，化学成分和组织性能有很大的不均匀性，此区是产生裂纹，脆性破坏的发源地。 （2）过热区：温度范围1100℃到固相线以下，组织粗大，焊接刚度较大的结构时常在过热粗晶区产生脆化或裂纹。 （3）相变重结晶区（正火区）：焊接时母材金属被加热到AC3~1000℃将发生重结合，然后空气中冷却后得到细小的珠光体和铁素体。 （4）不完全重结晶区：焊接处于AC1~AC3内的热影响区就是属于不完全重结晶区。因为部分组织发生相变重结晶，成为经历细小的铁素体和珠光体。而另一部分未能融入奥氏体中的铁素体，成为粗大的铁素体。组织不均匀，性能不均匀。淬硬倾向较小的钢种，低碳钢过热区主要是魏氏组织，其他组织基本相同。 2）易淬火钢：（1）焊前正火或退火态：HAZ：完全淬火区+不完全淬火区 （2）焊前调质态：HAZ：完全淬火区+不完全淬火区+回火区 6、连接成型冶金反应特点 1）药皮反应区：加热温度较低，不超过药皮的熔化温度，反应部位在焊条前端的套筒附近。2）熔滴反应区：温度高；熔滴比表面积大 3）熔池反应区：比熔滴相比，熔池的平均温度低，比表面积小，化学反应强烈程度小；反应物的相对浓度小 7、氢的控制 1）限制氢的来源：（1）限制焊接材料中的水含量（2）清除焊丝和焊件表面的杂质
第一章 润湿性是指存在两种互不相溶液体,液体首先润湿固相表面的能力,即一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性 黏度:液体内摩擦阻力大小的标志,黏度的物理意义可以视为:作用于液体表面的应力与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。|表面活性元素使液体黏度降低,非表面活性杂质的存在使黏度提高。 黏度的意义:黏度影响金属液的流动性进而影响铸件轮廓的清晰程度。影响钢铁材料的脱硫,脱磷,扩散脱氧。熔渣及金属液粘度降低对合金元素的过渡是有利的。影响铸件内部缩孔或缩松、热裂的形成倾向。影响精炼效果,夹杂、气孔的形成。 表面张力的实质:表面张力是表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所致。 表面张力影响因素: 1）原子间结合力越大,表面内能越大,表面自由能越大,表面张力也就越大。2）表面张力与温度的关系:随T↑而下降,因为原子间距随温度升高而增大。3）表面张力与原子体积成反比,与价电子数的平方成正比。 4）合金元素及杂质元素对表面张力的影响,主要取决于原子间结合力的改变。表面张力在材料成型过程中的意义: 1）表面张力引起压力差 当表面具有一定曲度时,表面张力将使表面的两侧产生压力差,该压力差值的大小与曲率半径成反比,曲率半径越小,表面张力的作用越显著。润湿角越小,成为润湿性好。接触角为锐角时为润湿,接触角为钝角时为不润湿。 2）表面张力对凝固裂纹的影响 在凝固的后期,不同晶粒之间存在着液膜,由于表面张力的作用,液膜将两侧的晶体紧紧的吸附在一起,液膜厚度越小,其吸附力量就越大。液膜的表面张力越大,液膜越薄,则液膜的拉断临界应力越大,裂纹越难以形成。 第二章 液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力,同时又受外界条件如铸型性质,浇铸注条件,铸造结构等因素的影响,是各因素的综合反应。 影响充型能力的因素:金属性质、铸形性质、浇注条件、铸件结构。 1）金属性质:1改善合金的化学成分2结晶潜热要大3比热,密度,导热系数大2）铸型性质:1降低铸型的蓄热系数2预热铸型。 3）浇注条件:1提高浇注温度2增大充型压力3设计浇注系统结构。 4）铸件结构:1铸件折算厚度越大,充型能力越好2垂直壁比水平壁更容易充填3降低铸件结构越复杂程度。 第三章 铸件凝固方式:逐层凝固（固液两相区很窄时）,体积凝固（固液两相区很宽）,中间凝固（介于两者之间）。 铸件凝固方式对缺陷的影响: 对凝固液相的补缩能力影响很大,从而影响最终铸件的致密性和热裂纹的产生概率。（两相区窄的补缩能力强） 铸件凝固方式的影响因素: 1合金凝固温度区间的影响:随碳质量分数的增加,碳钢的结晶温度区间增大,铸件端面固液两相区的宽度增加,其中对于在砂型中凝固,低碳钢逐层凝固方式,中碳钢中间凝固方式,高碳钢体积凝固方式。 2凝固时铸件的温度梯度:当温度梯度较大时,固液两相区较窄,逐层凝固方式；当温度梯度较为平坦,固液两相区明显增加,体积凝固方式。 第四章 4.2.1液固相变驱动力 相变驱动力:新相与母相的体积自由能之差ΔGv.过冷度越大,相变驱动力越大。过冷分五种类型:1动力学过冷2曲率过冷3压力过冷 4热过冷:界面前沿液相实际温度低于平衡温度 5成分过冷:合金元素或杂质元素在凝固过程中成分再分配 第六章 1.二元共晶组织分类 （1）第一类共晶:粗糙-粗糙界面两相组成的共晶,规则层片状,或一相为棒状或纤维状。初生相树枝状长大（规则共晶）。 （2）第二类共晶:粗糙-光滑界面。小平面相领先突出,共生生长,（非规则共晶）（3）第三类共晶:光滑-光滑界面,非金属-非金属,所得到的组织为两相的不规则混合物（非规则共晶） 2.层片状共晶组织形核过程:1）彼此依附,交替长大2）层片状共晶搭桥生长 3.最小过冷度准则:对于规则共晶,共晶生长最可能发生在过冷度最小值处。 4.共晶的三种情况 （1）共晶成分冷速过快,不一定得到100%共晶组织,可能亚共晶或过共晶（2）非共晶成分可能获得100%共晶组织 （3）非共晶成分合金在一定冷速下,出现两相相对独立的离异共晶 5.共生生长:共晶生长过程中,两相彼此交替相邻且具有共同的生长界面,通过界面前方液相中溶质的横向耦合扩散,互相不断地为相邻的另一相提供生长所需组元,彼此协同向前生长。 6.离异生长:共晶两相没有共同生长界面,各自以不同速度独立生长。 （1）晶间偏析形:一相大量析出,另一相未开始结晶 产生原因（1）晶间偏析（2）另一相形核困难 （2）晕圈型:第二相环绕领先相表面生长（球墨铸铁） 产生原因:两相在形核能力和生长速度上差别较大
润湿角是衡量界面张力的标志。 1.1纯金属和实际合金的液态结构有何不同？举例说明 纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。原子集团的空穴或裂纹内分 布着排列无规则的游离的原子 这样的结构处于瞬息万变的状态 液体内部存在着能量起伏。 2 实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体 也就是说 实际的液态合金除了存在能量起伏外 还存在 结构起伏。 充型能力中浇注条件方面的影响因素：1、浇注温度 2、充型压头 3、浇注系统的结构 2.1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？ （1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。原子集团的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离的原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部存在着能量起伏。（2）实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外，还存在结构起伏。 系统吉布斯自由能G=H-TS H为焓、T为热力学温度、S为熵。结构越混乱G越高。G L 液相G s固相当T
1过冷度：金属的理论结晶温度和实际结晶温度的差值 2均质形核：在没有任何外来的均匀熔体中的形核过程 3异质形核：在不均匀的熔体中依靠外来杂质或者型壁面提供的衬底进行形核的过程 4异质形核速率的大小和两方面有关，一方面是过冷度的大小，过冷度越大形核速率越快。二是和界面有关界面和夹杂物的特性形态和数量来决定，如果夹杂物的基底和晶核润湿，那么形核速率大。 5形核速率：在单位时间单位体积内生成固相核心的数目 6液态成型：将液态金属浇入铸型之，凝固后获得具有一定形状和性能的铸件或者铸锭的方法 7复合材料：有两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质复合组成一种多相固体 8定向凝固：使金属或者合金在熔体中定向生长晶体的方法 9溶质再分配系数：凝固过程当中，固相侧溶质质量分数和液相侧溶质质量分数的比值 10流动性是确定条件下的充型能力，液态金属本身的流动能力叫做流动性 11液态金属的充型能力是指液态金属充满铸型型腔获得完整轮廓清晰的铸件能力 影响充型能力的因素：（1）金属本身的因素包括金属的密度、金属的比热容、金属的结晶潜热、金属的粘度、金属的表面张力、金属的热导率金属的结晶特点。（2）铸型方面的因素包括铸型的蓄热系数、铸型的温度、铸型的密度、铸型的比热容、铸型的涂料层、铸型的透气性和发气性、铸件的折算厚度（3）浇注方面的因素包括液态金属的浇注温度、液态金属的静压头、浇注系统中的压头总损失和。 12影响液态金属凝固过程的因素：主要因素是化学成分冷却速度是影响凝固过程的主要工艺因素液态合金的结构和性质以及冶金处理（孕育处理、变质处理、微合金化）等对液态金属的凝固也有重要影响 13液态金属凝固过程当中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流，自然对流是由于密度差和凝固收缩引起的流动，由密度差引起的对流成为浮力流。凝固过程中由传热。传质和溶质再分配引起液态合金密度的不均匀，密度小的液相上浮，密度大的下沉，称为双扩散对流，凝固以及收缩引起的对流主要主要产生在枝晶之间，强迫对流是由液体受到各种方式的驱动力产生的对流，例如压力头。机械搅动、铸型震动、外加磁场。 14铸件的凝固方式：层状凝固方式（动态凝固曲线之间的距离很小的时候）、体积凝固方式（动态凝固曲线之间的距离很大的时候）、中间凝固方式（介于中间情况的时候）、 15影响铸件凝固方式的因素有二：一是合金的化学成分，二是铸件断面上的温度梯度。 16热力学能障动力学能障：热力学能障是右被迫处于高自由能过度状态下的界面原子产生的他能直接影响系统自由能的大小，动力学能障是由于金属原子穿越界面过程引起的，他与驱动力的大小无关，而仅仅取决于界面的结构和性质，例如激活自由能。单从热力学条件来看，液相的自由能已经大于固相的自由能，固相为稳定相，相变应该没有能障，但是要想液相原子具有足够的的能量越过高能界面，还需动力学条件，因此液态金属凝固过程中必须克服热力学和动力学两个
1、对数应变有何特点？它与相对线性应变有何关系？答：对数应变能真实的反应变形的累 积过程。只有当变形程度很小时，相对应变才近似等于对数应变。 2、平面应变状态：某一个坐标平面内的应变分量全为0。 3、平面应力状态；假设变形体内的各质点与某坐标轴垂直的平面上没有应力，且所有的应 力与该坐标轴无关。 4、孪生：在切应力的作用下某一部分沿一定晶面产生一定角度的切变 5、轴对称：当旋转体承受的外力对称于旋转轴分布时，则体内质点所处的应力状态称为 6、主应力：主平面上的正应力。理想弹性；存在弹性变形阶段，塑性变形时无加工硬化 7、简单加载：在加载过程中各应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变。 8、增量理论：对称流动理论，是描述材料处于塑性状态时，应力与应变增量或应变速率之 间关系的理论。 9、塑性抗力因素：金属本质，变形温度，变形速度，应力状态 10加工硬化：塑性变形时材料的强度硬度升高，塑性韧性降低的现象。 11刚塑性硬化材料：无弹性变形阶段，塑性变形时有加工硬化 12理想弹塑性：存在弹性变形阶段，塑性变形时无加工硬化的材料 13 滑移：晶体在外力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向对于另一部分发生相对移动或切变。 14全量理论：在小变形的简单加载过程中应力主轴保持不变，由于各瞬时应变增量主轴和应力主轴重合，故应变主轴也将保持不变，在这种情况下，建立塑性变形的全量应变与应力之间的关系成为全量理论。 15什么叫张量？张量有什么性质？答：张量可以定义为由若干个当坐标系改变时满足装换关系所有分量的集合。性质：张量不变量；张量可以叠加和分解；张量可以分为对称张量，非对称张量，反对称张量；二阶对称张量存在三个主轴和三个主值。 10、应力偏张量和应力球张量的物理意义是什么？答：应力偏张量可以是物体产生形状 变化，但不能产生体积变化，可使材料产生塑性变形。应力球张量不能使物体产生形状变化，而只能产生体质变化，不能使物体产生塑性变形。 11、应力状态对金属的塑性和变形抗力有何影响？答：塑性的大小与金属所受压应力 数目和多少有关系。压应力个数越多，数值越大，则金属的塑性越高。反之，拉应力个数越多，数值越大，则金属的塑性就越差。挤压变形比拉拔变形的塑性好。应力状态对金属变形抗力有很大影响，挤压时变形抗力远比拉拔时变形抗力大。 12、化学成分，组织状态，变形温度，变形程度对变形抗力有何影响？答： 10、产生加工硬化的原因是什么？它对金属的塑性和塑性加工有何影响？答：原因是由于塑性变形引起位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量形成缠结，不动位错等障碍，形成高密度的位错林，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高，产生加工硬化。它降低了金属的塑性，塑性加工的抗力增大，塑性加工变难。 11、冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？答：一，对组织结构的影响：晶粒形状发 生改变；晶粒位向发生改变。二，对金属性能的影响：随着变形程度的增加，金属的强度，硬度增加，二塑性和韧性相应下降。 12、晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？答：晶粒越细，单位体积内晶界越多， 滑移在晶粒间的传播所消耗的能量越多，其在外表现为塑性变形的抗力大，金属的强度高。晶粒越细小，金属的塑性越好。因为在一定体质内，位向有利的晶粒越多，变形能比较均匀的分散在各个晶粒上。 13、试分析多晶体塑性变形的特点？答：1，各晶粒变形的不同时性。2，体现出晶粒间 变形的相互协调性。3，体现出变形的不均匀性4，晶界阻碍位错运动5，晶粒间位向差
材料成型原理 材料成型是指通过一系列工艺操作，将原材料加工成具有特定形状和尺寸的产品的过程。材料成型广泛应用于工业制造领域，包括金属制造、塑料加工、陶瓷制造等。在材料成型过程中，材料经历了多个阶段，如加热、加压、冷却等，通过这些操作，材料的内部结构和形状得以改变，最终得到所需的产品。 材料成型的原理主要包括热成型、冷成型和粉末冶金等。 热成型是指在高温条件下，通过加热和加压使材料发生塑性变形，最终得到所需的形状和尺寸。常见的热成型工艺包括锻造、深冲、热压缩等。锻造是利用金属材料在高温下的塑性变形特性，通过对金属材料施加压力使其改变形状。深冲是将金属板材放置在冲模上，通过冲击力使金属板材进一步变形，最终得到所需的形状。热压缩是将金属材料放置在高温下，施加一定的压力使其塑性变形，通过控制温度和压力来控制材料的形状和尺寸。 冷成型是指在常温下，通过施加力量使材料发生塑性变形，最终得到所需的形状和尺寸。常见的冷成型工艺包括冷压、拉伸、弯曲等。冷压是将金属材料放置在冷模上，施加一定的压力使其发生塑性变形，最终得到所需的形状。拉伸是将金属材料置于拉伸机上，施加拉力使其发生塑性变形，通过控制拉力和拉伸速度来控制材料的形状和尺寸。弯曲是将金属材料置于弯曲机上，通过施加力矩使其发
生塑性变形，最终得到所需的形状。 粉末冶金是指将金属或非金属材料的粉末混合后，通过压制和烧结等工艺，使其形成致密的坯体，最终得到所需的形状和性能。粉末冶金的工艺流程包括粉末混合、压制、烧结和后处理等。粉末混合是将金属或非金属粉末按一定比例混合均匀。压制是将混合后的粉末放置在模具中，施加一定的压力使其形成致密坯体。烧结是将压制后的坯体放置在高温条件下，使粉末颗粒之间发生结合，形成致密的材料。后处理是对烧结后的材料进行表面处理和加工，以获得所需的性能和形状。 除了以上提到的热成型、冷成型和粉末冶金，还有其他一些材料成型原理，如注塑成型、挤压成型、铸造等。这些原理在不同的材料和产品中有着广泛的应用。 材料成型原理是指通过一系列工艺操作，将原材料加工成具有特定形状和尺寸的产品的过程。不同的材料成型原理在实际应用中有着不同的特点和适用范围，通过合理选择和控制成型工艺，可以获得满足需求的材料和产品。
华科材料成型原理考研810资料材料成型原理是材料科学与工程领域中的一门重要学科，主要研究 材料的成型过程以及相关的原理和方法。在华中科技大学（简称华科）的考研810资料中，材料成型原理也是一门必修课程。本文将介绍华 科材料成型原理考研810资料的相关内容和学习要点。 一、概述 华科材料成型原理考研810资料主要包括材料成型基础知识、成型 方法与工艺、材料成型过程与性能等内容。通过学习这门课程，考生 将掌握材料成型的基本原理和方法，了解不同成型方法的适用范围及 其对材料性能的影响。 二、材料成型基础知识 在材料成型原理的学习中，首先需要了解材料的基本性质和成型过 程中涉及到的力学、热学等基础知识。这些基础知识包括材料力学性能、热学性能、流变学等。掌握这些知识对于理解材料成型原理具有 重要意义。 三、成型方法与工艺 材料成型涉及到多种方法和工艺，包括压力成型、非压力成型、粉 末冶金成型等。学生需要深入了解不同成型方法的工作原理、适用范 围以及优缺点。此外，还需要掌握成型工艺中的各种参数和操作要点，以确保成型品的质量和效率。
四、材料成型过程与性能 材料成型过程中会产生各种应力、形变和温度变化，对成型品的性能产生影响。学生需要了解这些变化的影响规律，以及如何通过调控成型工艺来优化材料的性能。此外，还需要学习成型品的缺陷与损伤及其修复的方法，以提高材料的寿命和可靠性。 五、实践与实验 除了理论学习，华科材料成型原理考研810资料还注重学生的实践能力培养。学生需要参与一定的实验操作和案例分析，通过实践来加深对材料成型原理的理解和应用能力。这些实践活动可以提高学生的动手能力和解决实际问题的能力。 六、学习要点 （1）建立牢固的基础知识：在学习材料成型原理之前，应该先学好相关的基础课程，如力学、热学、材料科学基础等。只有建立了牢固的基础，才能更好地理解和应用材料成型原理。 （2）注重理论与实践结合：材料成型原理是一门理论与实践相结合的学科，理论知识需要通过实践来验证和应用。学生应积极参与实验操作、案例分析等实践活动，将理论知识转化为实际应用能力。 （3）多维度学习：除了课堂学习，还可以通过阅读相关的学术论文、参与学术交流会议等方式，拓宽对材料成型原理的认识。同时，还可以借助网络资源和图书馆资源，加深对材料成型原理的学习和研究。
材料成型原理 材料成型是指将原料通过一定的工艺方法，使其获得一定形状和尺寸的过程。 在工业生产中，材料成型是非常重要的一环，它直接影响着产品的质量和性能。而材料成型的原理则是决定了整个成型过程的基础，下面我们将对材料成型原理进行详细的介绍。 首先，材料成型的原理包括物理原理和化学原理两个方面。物理原理是指在成 型过程中，材料受到外力作用下的形变规律和力学性能变化规律。而化学原理则是指在成型过程中，材料的化学性能和结构性能的变化规律。这两个方面相辅相成，共同决定了材料成型的整体过程。 其次，材料成型的原理还包括了温度、压力、时间等因素的影响。温度是指在 成型过程中，材料受热后的软化和流动性增强，从而更容易形成所需的形状。压力则是指在成型过程中，外部施加的力量，使材料克服内部分子间的相互作用力而发生形变。时间则是指在成型过程中，材料受力的持续时间，对于材料的形变和性能变化有着重要的影响。 另外，材料成型的原理还与材料的性质密切相关。不同的材料具有不同的成型 原理，比如金属材料的成型原理与塑料材料的成型原理就有很大的区别。金属材料的成型原理主要是通过塑性变形来实现，而塑料材料的成型原理则是通过熔融和流动来实现。因此，在进行材料成型时，需要根据材料的性质来选择合适的成型原理。 最后，材料成型的原理还与成型工艺密切相关。不同的成型工艺有着不同的原理，比如锻造、压铸、注塑等成型工艺都有着各自的原理。在进行材料成型时，需要根据具体的成型工艺来选择合适的原理，并进行相应的操作。 综上所述，材料成型的原理是一个复杂而又多方面的问题，它涉及了物理、化学、力学等多个学科的知识。只有深入理解材料成型的原理，才能更好地掌握成型工艺，提高产品的质量和性能。希望本文对材料成型原理有所帮助，谢谢阅读！
Every love is for holding a lamp and meeting someone who resembles himself.勤学乐观天天向上（WORD文 档/A4打印/可编辑/页眉可删） 材料成型原理名词解释 滑移：指晶体在外力（切应力）的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向，相对于另一部分发生相对移动或切变。 加工硬化：随着变形程度的增加，金属的强度硬度增加，而塑性韧性相对下降的现象。塑性：指金属材料在外力作用下发生变形而破坏其完整性的能力。P214 变形抗力：金属在发生塑性变形时产生抵抗变形的能力，称为变形抗力，一般用接触面上平均单位面积变形力表示。P230 张量：满足一定的坐标转换关系的分量所组成的集合。p241 应力偏张量：由原应力张量减去应力球张量后得到的，不使物体产生体积变化，产生形状变化。 应力球张量：在任何切平面上都没有切应力，不使物体产生形状变化，只产生体积变化。等效应力：将复杂应力状态的应力值折合成的单向应力状态的应力值。P250 理想塑性：在产生塑性变形过程中几乎不发生加工硬化的塑性状态。主应力：主平面上的正应力。（主应力：切应力为0的微分面）p246
主切应力：主切应力平面上的切应力（主切应力平面：使切应力数值达到极大值的的平面。主轴空间中，垂直一个主平面而与另外两个成45°） 主应变：在任何应变状态下，存在三个垂直主方向，在该方向仅有正应变而切应变为0，该方向的应变称为主应变。 工程应变： 真实应变（即对数应变）：P267 真实应力（流动应力）：式样瞬时横截面A上所作用的应力Y称为真实应力，亦称流动应力。 主切应变：在与主应变方向成45°方向上存在的主切应变。 弹塑性硬化：在塑性变形时，既要考虑塑性变形之前的弹性变形，又要考虑加工硬化。屈服轨道：在主应力空间中，屈服表面与一个平面的交线。 π平面：在主应力空间中，通过坐标原点并垂直于等倾线的平面。 简单加载：在加载过程中各应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变。中性加载：对于硬化材料，既不产生塑性流动，也不发生弹性卸载。
材料成型原理的实际应用 1. 介绍 本文将介绍材料成型原理在实际应用中的几个典型案例，包括注塑成型、挤压 成型和压力成型等等。通过这些案例，我们将深入了解材料成型原理在不同领域的应用和优势。 2. 注塑成型 注塑成型是一种常见的材料成型方法，广泛应用于塑料制品的生产。其原理是 将加热熔融的塑料材料通过高压注射到模具中，然后冷却固化成为所需形状的制品。注塑成型具有高效、快速和成本低廉的特点，并且可以制造出复杂的零部件。注塑成型在汽车、电子、医疗器械等行业得到广泛应用。 优势： - 可以生产大量一致性高的产品； - 可以制造出复杂的内部结构； - 生产效率高。 3. 挤压成型 挤压成型是一种将加热熔融的材料通过挤压机器的模具中，形成所需截面形状 的成型方法。该方法适用于制造长条状零件，如管道、线材等。挤压成型的原理是在挤压机器中施加一定的压力，将材料从模具的出口处挤出并冷却固化。挤压成型具有高效、节省材料和设备简单的优点，广泛应用于建筑、航空航天、电力等领域。 优势： - 生产效率高； - 使用材料少，节约成本； - 产品外观一致。 4. 压力成型 压力成型是一种将加热的材料通过模具施加一定的压力成型的方法。压力成型 适用于制造薄壁零件和复杂形状的产品。其中，常见的压力成型方法包括真空成型、热成型和橡胶成型等。这些方法根据需求和材料的性质使用不同的成型方式。压力成型广泛应用于玩具、电子产品、食品包装等领域。 优势： - 可以制造薄壁零件； - 生产速度较快； - 能够制造出高精度产品。 5. 其他应用 除了上述的注塑成型、挤压成型和压力成型，材料成型原理还有许多其他的实 际应用。例如，热压成型可用于制造复合材料和碳纤维制品；粉末冶金成型可用于制造金属零件；注气成型可用于制造轻质材料；冲压成型可用于制造大批量、高精度的金属零件等等。
材料成型原理课程教学大纲 一、课程的基本信息 适应对象：材料成型及控制工程本科专业 课程代码：20E01114 学时分配：总学时48，讲授48 赋予学分：3学分 先修课程：高等数学、大学物理 后续课程：冲压工艺及模具设计、塑料成型工艺及模具设计、毕业综合训练等 二、课程性质与任务 《材料成型原理》是材料成型及控制专业主要的专业基础课之一。本课程的任务是对材料的凝固成形、塑性成形、焊接成形等近代材料成形技术中共同的物理现象、基本规律及各成形技术的基本原理、理论基础、分析问题的方法加以阐述，使学生对材料成形过程及原理有深入广泛的实质性理解，为后续的成形技术具体工艺方法、设备控制等课程的学习，为开发新材料及其成形技术、分析和解决成形过程中的质量缺陷问题奠定理论基础。 三、教学目的与要求 1. 了解液态金属和合金的结构、性质，掌握液态金属与合金凝固结晶的基本规律及结晶过程中的伴随现象，了解冶金处理对凝固组织与材料性能的影响。 2. 掌握材料成形过程中的物理、化学冶金现象及内部规律。 3. 了解塑性成形力学基础理论、塑性成形过程中的分析方法与原理。 四、教学内容与安排 绪论（2学时） 第一节材料成形的重要意义及主要方法 第二节材料成形原理的研究对象及其发展概况 第三节本课程的任务 第一章液态金属的结构和性质4学时） 第一节材料的固液转变 第二节液态金属的结构与分析 第三节液态金属的性质 第二章液态成形中的流动与传热（4学时） 第一节液态金属的流动性与充型能力 第二节凝固过程中的液体流动 第三节凝固过程中的热量传输 第四节铸件的凝固时间 第三章液态金属的凝固形核及生长（6学时） 第一节凝固的热力学条件 第二节均质形核与异质形核 第三节纯金属晶体的长大方式
材料成型原理名词解释 第一章 2、金属的表面活性物质：使液态金属表面张力降低的溶质元素，称为该金属的表面活性物质。 3、金属的非表面活性物质：使液态金属表面张力增加的溶质元素，称为该金属的非表面活性物质。 4、充型能力：液态金属的充型能力是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充满铸型的能力，简称充型能力。 5、流动性：液态金属本身的流动能力，称为“流动性”。 6.铸造：铸造是一种用液态金属生产制品的工艺方法。 7.铸件：将金属熔化，成为具有良好流动性的液态，在重力场或其它力(压力、离心力、电磁力等)作用下充满铸型，经凝固和冷却成为具有铸型型腔形状的制品，所铸出的金属制品称为铸件。 8.晶界流动：晶粒间出现相对流动，称为
晶界流动。 9.金属的熔点：金属由固态变成液态过程中，在完全熔化前温度维持不变，这时的温度称为金属的熔点。 10.熔化潜热：金属在熔点温度的固态变为同温度的液态时，要吸收大量的热量，称为熔化潜热。 11.近程有序排列：这种仅在原子集团内的有序排列称为“近程有序排列”。 12.近程有序：原子集团由数量不等的原子组成，其大小为10-10m数量级，在此范围内原子排列仍具有一定的规律性，称为“近程有序”。 13.结构起伏：由于能量起伏，液体中大量不停“游动”着的局域有序原子团簇时聚时散、此起彼伏而存在“结构起伏” 14.能量起伏：原子集团间的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离原子。这样的结构不是静止的，而是处于瞬息万变的状态，即原子集团、空穴或裂纹的大小、形态和分布及热运动的状态都处于每时每刻都在变化的状态--液态中也存在着很大的能量起伏。
材料成型原理 晶体形核与生长凝固是指物质由液体转变为固体的相变过 程。凝固包括液体向晶态固体转变，以及向非晶态固体转变两种过程方式。4、2、1液固相变驱动力心相与谋相的体积，自由能之差AGv,即为相变驱动力。第一，无论是液相还是固相，物质自由能随温度上升而下降。第二，液相自由能随温度上升，而下降的速率比固相的大。过冷度越大，凝固相变驱动力越大。通常将过了，分为五种类型，动力学过冷，曲率过冷，压力过冷，热过冷，成份过冷。由于曲率的影响，物质实际熔点比平衡熔点要低。4、3凝固形核凝固理论将晶体形核分为均质形核和非均质形核。均质形核是指形核前母相液体中无外来固相质点，而从液相自身发生形核的过程，所以也称自发形核。一般来说凝固是从非均质形核开始的，即依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行形核过程，这种形核亦称为异质形核或非自发形核。4、3、2非均质形核与均质形核的比较在金属熔体中，存在着大量髙熔点的固相杂质微粒，可作为非均质形核的衬底。形核率是指单位体积，单位时间形成的晶核数目。4、3、3非均质形核的形核条件。1基底与结晶相的晶格错配度的影响。错配度越小，共格情况越好，界面张力就越小，越容易进行非均质形核。2冷却速度的影响。过冷度越大，能促使非均质型和外来质点的种类和数量越多，非均质形核能力越强。3结晶相枝晶熔断和游离的作用。4、4晶体生长1 粗糙界面：固-液界面固相一
侧的点阵位置有一半左右被固相原子所占据，形成坑坑洼洼，凹凸不平的界面结构。粗糙界面也称非小晶面或非小平面。2光滑界面，固液界面固相一侧的点阵位置几乎全部被固相原子所占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构，光滑界面也称为小晶面或小平面。界面结构类型的本质与判据：固液界面结构主要取决于物质的热力学性质，以及晶体生长时的晶面取向。3界面结构类型的影响因素：①熔融炳越小，越容易成为粗糙界面。粗糙还是光滑面主要取决于物质的热力学性质。②n/v值取决于界面是哪个晶面族，非密排晶面作为晶体表面，微观界面结构更容易成为粗糙界面。③过冷度大时生长速度快，容易形成粗糙界面结构。④合金的浓度有时也影响固液界面的性质。4、4、2晶体生长方式两种：连续生长及侧向生长1粗糙界面的连续生长方式：粗糙界面结构，有许多位置可供原子着落，只要原子沉积供应不成问题，即可以连续不断的进行，粗糙界面晶体的这种生长方式称为连续生长，其生长方向为界面的法线方向。2光滑界面的侧向生长方式，原子尺度的光滑界面其单个原子与晶面的结合的较弱，容易脱离界面，因此只有依靠在界面上出现台阶，从液相扩散来的原子沉积在台阶边缘，从而使晶体平行于凝固界面沿侧向延伸生长，故称为侧向生长。光滑界面，台阶形成方式有三种，二维晶核，螺旋位错，李晶面。扩散度定义为固相到液相界面上的原子层数航第5 章单相合金凝固5、1凝固过程中溶质再分配第6章多相合金凝固1、二元共晶组织分类（1）第一类共晶：粗糙-粗糙界面两相组成
一、名词解释 1.均质形核：在没有任何外来的均匀熔体中的形核过程。 2.近程有序：原子集团由数量不等的原子组成，其大小为10-10m数量级，在此范围内原子排列仍具有一定的规律性，称为“近程有序”。 3.热裂纹：热裂纹是金属冷却到固相线附近的高温区时所产生的开裂现象。 4.缩孔：铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞，称为缩孔。 5.铸造应力：金属在凝固及冷却过程中，体积变化受到外界或其本身的制约，变形受阻力，而产生的阻力。 6.溶质再分配：从形核开始到凝固结束，在整个结晶过程中固液两相内部将不断进行着溶质元素的重新分布过程，称为合金结晶过程中的溶质再分配。 7.加工硬化：随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降。 8.内应力：在没有外力的作用下，平衡于物体内部的应力。 9.定向凝固：使金属或者合金在熔体中定向生长晶体的方法。 10.孪生：晶体在切应力的作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面和晶向发生均匀切变。 11、快速凝固：指在比常规冷却速度快得多的条件下，合金以极快的冷却速 度急冷或深过冷，从液态转变为固态的过程。 12焊接热循环：指在焊接过程中热源沿焊件的某一方向移动，焊件上热源热量所及的任一点的温度都要经历由低到高的升温阶段，达到峰值后又经历由高到低的降温阶段，这个过程就称为焊件热循环。 13定向凝固原则：采取各种措施，保证铸件结构上各部分按距离冒口的距离由远及近，朝冒口方向凝固，冒口本身最后凝固 14冷裂纹: 焊接接头冷却到较低温度时产生的焊接裂纹。 15融化潜热:在熔点温度的固态变为佟温度的液态时,金属要吸收的大量的热量. 16表面张力:表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。 17液态成形：是将液化的金属或合金在重力或其他力的作用下注入铸型的型腔