材料成型基本原理习题答案第
一章答案
第一章习题
1 .液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并
不是原子间结合力的全部破坏？
答：（1）液体与固体及气体比较的异同点可用下表说明
（2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明：
①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。金属熔化时典型的体积变化V m/V为3%~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。
②金属熔化潜热H m约为气化潜热H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。
由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。
2 .如何理解偶分布函数g（r）的物理意义？液体的配位数N、平均原子间距r i各表示什么？
答：分布函数g（r）的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子（处于坐标原子r=0）距离为r的位置的数密度P r）对于平均数密度p （=N/V）的相对偏差。
N i表示参考原子周围最近邻（即第一壳层）原子数。
r i表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。
3.如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明
液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。
答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。
近程有序是指相对于完全无序的气体#液体中存在着许多不停“游荡"着的局域有序的原子集团
(2)说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证
①偶分布函数的特征
对于气体，由于其粒子(分子或原子)的统计分布的均匀性，其偶分布函数
晶态固体因原子以特定方式周期頤『)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=l
e
排列*其以相应的规律呈分立的若干尖锐峰。而液体的g(r) 出现若干渐衰的钝化峰直至几个原子间距后趋于直线g(r)=b表明液体存在短程有序的局域范围，其半径只有几个原子间距大小?
②从金属熔化过程看
物质熔化时体积变化、爛变及焙变一般都不大。金属熔化时典型的体积变化为3%~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度臼另一方面，金属熔化潜热九H?n约为气化潜热的1/15-1/30,表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。可以说，在熔点(或液相线)附近，液态金属(或合金)的原子集团内短程结构类似于固体。
③Richter等人利用X衍射、中子及电子衍射手段，对碱金属、Au. Ag. Pb 和T1等熔体进行了十多年的系统研究，认为液体中存在着拓扑球状密排结构以及层状结构，它们的尺寸范围约为10fi-10^m.
④Reichert观察到液态Pb局域结构的五重对称性及二十面体的存在，并推测二十面体存在于所有的单组元简单液体。
⑤在 Li-Pb^ Cs-Au^ Mg-Bi、Mg-Zn> Mg-Sn、Cu-Ti Cu-Sn^ Al-Mg、 Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均被发现有化学短程序的存在中
匕如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？答学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，而且述表现出能量、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館游动"着的原子团簇不断地分化组合，由于対能量起伏X —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“游动神一样，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。
5. 根据图1-10及式（1-7）说明为动力学粘度n 的物理意义，并讨论液 体粘度
n （内摩擦阻力）与液体的原子间结合力之间的关系。
答：物理意义：作用于液体表面的应力 T 大小与垂直于该平面方向上的速
度梯度dV x /dy 的比例系数。
通常液体的粘度表达式为 cexp （u/k B T ）。这里k B 为Bolzmann 常数，u
为无外力作用时原子之间的结合能（或原子扩散势垒），C 为常数，T 为热 力学温
度。根据此式，液体的粘度 n 随结合能U 按指数关系增加，这可以 理解为，液体的原子之间结合力越大，则内摩擦阻力越大，粘度也就越高。 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 低的影响。 答：n 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S 增大而降低，与3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:
（1-9）
式中n 、n 、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 H m 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， H m 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 （如Al-Si 合金变质元素Na ） 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 使粘度提咼。 7. 过共析钢液 n =0.0049Pa ? S ,钢液的密度为 7000kg/m 3
，表面张力为
1500mN/m 加铝脱氧，生成密度为 5400 kg/m 3的ALQ ，如能使 ALQ 颗粒 上浮到钢液
表面就能获得质量较好的钢。 假如脱氧产物在1524mn 深处生成，
试确定钢液脱氧后2min 上浮到钢液表面的Al 2Q 最小颗粒的尺寸 (X 1 1 X 2 2)1 RT
答：根据流体力学的斯托克斯公式：￡—圧，式中：为夹杂物和气泡的上浮速度，r为气泡或夹杂的半径，p m为液体合金密度，p 为夹杂或气泡密度，g为重力加速度。
r 9----------- 1.34 10 4m
V2 g（m B）
8.分析物质表面张力产生的原因以及与物质原子间结合力的关系。
答：表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所造成。由于液体或固体的表面原子受内部的作用力较大，而朝着气体的方向受力较小，这种受力不均引起表面原子的势能比内部原子的势能高。因此，物体倾向于减小其表面积而产生表面张力。
原子间结合力越大，表面内能越大，表面张力也就越大。但表面张力的影响因素不仅仅只是原子间结合力，与上述论点相反的例子大量存在。研究发现有些熔点高的物质，其表面张力却比熔点低的物质低，如Mg与Zn同样都是二价金属，Mg的熔点为650C, Zn的熔点为420C，但Mg 的表面张力为559mN/m ; Zn的表面张力却为782mN/m。此外，还发现金属的表面张力往往比非金属大几十倍，而比盐类大几倍。这说明单靠原子间的结合力是不能解释一切问题的。对于金属来说，还应当从它具有自由电子这一特性去考虑。
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和单位也都相同。表面与界面的差别在于后者泛指两相之间的交界面，而前者特指液体或固体与气体之间的交界面，但更严格说，应该是指液体或固体与其蒸汽的界面。广义上说，物体（液体或固体）与气相之间的界面能和界面张力为物体的表面能和表面张力。
当两个相共同组成一个界面时，其界面张力的大小与界面两侧（两相）质点间结合力的大小成反比，两相质点间结合力越大，界面能越小，界面张力就越小；两相间结合力小，界面张力就大。相反，同一金属（或合金）液固之间，由于两者容易结合，界面张力就小。
10.液态金属的表面张力有哪些影响因素？试总结它们的规律。答：液态金属的表面张力的影响因素有：
（1）原子间结合力
原子间结合力越大，表面内能越大，表面张力也就越大。但表面张力的影响因素不仅仅只是原子间结合力，研究发现有些熔点高的物质，其表面张力却比熔点低的物质低。此外，还发现金属的表面张力往往比非金属大几十倍，而比盐类大几倍。这说明单靠原子间的结合力是不能解释一切问题的。对于金属来说，还应当从它具有自由电子这一特性去考虑。
（2）温度
液态金属表面张力通常随温度升高而下降，因为原子间距随温度升高而增大。（3）合金元素或微量杂质元素
合金元素或微量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。向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使表面张力减小，使表面内能降低，这样，将会使表面张力降低。
合金元素对表面张力的影响还体现在溶质与溶剂原子体积之差。当溶质的原子体积大于溶剂原子体积，由于造成原子排布的畸变而使势能增加，所以倾向于被排挤到表面，以降低整个系统的能量。这些富集在表面层的元素，由于其本身的原子体积大，表面张力低，从而使整个系统的表面张力降低。原子体积很小的元素，女口0、S、N等，在金属中容易进入到熔剂的间隙使势能增加，从而被排挤到金属表面，成为富集在表面的表面活性物质。由于这些元素的金属性很弱，自由电子很少，因此表面张力小，同样使金属的表面张力降低。
（4）溶质元素的自由电子数目
大凡自由电子数目多的溶质元素，由于其表面双电层的电荷密度大，从而造成对金属表面压力大，而使整个系统的表面张力增加。化合物表面张力之所以较低，就是由于其自由电子较少的缘故。
11.设凝固后期枝晶间液体相互隔绝，液膜两侧晶粒的拉应力为 1.5X
103Mpa，液膜厚度为1.1 x 10-6mm，根据液膜理论计算产生热裂的液态金属临界表面张力。
答：二f T/2=0.825N/m
12.试述液态金属充型能力与流动性间的联系和区别，并分析合金成分及结晶潜热
对充型能力的影响规律。
答：（1）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，简称为液态金属充型能力。液态金属本身的流动能力称为“流动性”，是液态金属的工艺性能之一。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、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。
在工程应用及研究中，通常，在相同的条件下（如相同的铸型性质、浇
注系统，以及浇注时控制合金液相同过热度，等等)浇注各种合金的流动性试样，以试样的长度表示该合金的流动性，并以所测得的合金流动性表示合金的充型能力。因此可以认为：合金的流动性是在确定条件下的充型能力。对于同一种合金，也可以用流动性试样研究各铸造工艺因素对其充型能力的影响。
(2)合金的化学成分决定了结晶温度范围，与流动性之间存在一定的规律。一般而言，在流动性曲线上，对应着纯金属、共晶成分和金属间化合物之处流动性最好，流动性随着结晶温度范围的增大而下降，在结晶温
度范围最大处流动性最差，也就是说充型能力随着结晶温度范围的增大而越来越差。因为对于纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，在固定的凝固温度下，已凝固的固相层由表面逐步向内部推进，固相层内表面比较光滑，对液体的流动阻力小，合金液流动时间长，所以流动性好，充型能力强。而具有宽结晶温度范围的合金在型腔中流动时，断面上存在着发达的树枝晶与未凝固的液体相混杂的两相区，金属液流动性不好，充型能力差。
(3)对于纯金属、共晶和金属间化合物成分的合金，在一般的浇注条件下，放出的潜热越多，凝固过程进行的越慢，流动性越好，充型能力越强;
而对于宽结晶温度范围的合金，由于潜热放出15~20%以后，晶粒就连成网
络而停止流动，潜热对充型能力影响不大。但也有例外的情况，由于Si晶体结晶潜热为a-AI的4倍以上，Al-Si合金由于潜热的影响，最好流动性并不在共晶成分处。
13.某飞机制造厂的一牌号Al-Mg合金(成分确定)机翼因铸造常出现“浇不足”
缺陷而报废，如果你是该厂工程师，请问可采取哪些工艺措施来提咼成品率？答：机翼铸造常出现“浇不足”缺陷可能是由金属液的充型能力不足造成的，可采取以下工艺提高成品率：
(1)使用小蓄热系数的铸型来提高金属液的充型能力；采用预热铸型，减小金属与铸型的温差，提高金属液充型能力。
(2)提高浇注温度，加大充型压头，可以提高金属液的充型能力。
(3)改善浇注系统，提高金属液的充型能力。
陶瓷大学材料成型原理题库 热传导：在连续介质内部或相互接触的物体之间不发生相对位移而仅依靠分子及自由电子等微观粒子的热运动来传递热量。 热对流：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程 热辐射：是物质由于本身温度的原因激发产生电磁波而被另一低温物体吸收后,又重新全部或部分地转变为热能的过程。 均质形核：晶核在一个体系内均匀地分布 凝固：物质由液相转变为固相的过程 过冷度：所谓过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值 成分过冷：这种由固-液界面前方溶质再分配引起的过冷，称为成分过冷 偏析：合金在凝固过程中发生化学成分不均匀现象 残余应力：是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力 定向凝固原则：定向凝固原则是采取各种措施，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。 屈服准则：是塑性力学基本方程之一，是判断材料从弹性进入塑性状态的判据 简单加载;在加载过程中各个应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变 滑移线：塑性变形金属表面所呈现的由滑移所形成的条纹 本构关系;应力与应变之间的关系 弥散强化：指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段 最小阻力定律：塑性变形体内有可能沿不同方向流动的质点只选择阻力最小方向流动的规律 边界摩擦：单分子膜润滑状态下的摩擦 变质处理：在液态金属中添加少量的物质，以改善晶粒形核绿的工艺 孕育处理;抑制柱状晶生长，达到细化晶粒，改善宏观组织的工艺 真实应力：单向拉伸或压缩时作用在试样瞬时横截面上是实际应力 热塑性变形:金属再结晶温度以上的变形 塑性：指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性的能力 塑性加工：使金属在外力作用下产生塑性变形并获得所需形状的一种加工工艺 相变应力：金属在凝固后冷却过程中产生相变而带来的0应力 变形抗力：反应材料抵抗变形的能力 超塑性: 材料在一定内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变应力，异常高的流变性能的现象
2．内应力按其产生的原因可分为 热应力 、 相变应力 和 机械应力 三种。。 11、塑性变形时不产生硬化的材料叫做 理想刚塑性材料 。 12、韧性金属材料屈服时， 密席斯屈服 准则较符合实际的。 13、硫元素的存在使得碳钢易于产生 热脆 。 14、应力状态中的 压 应力，能充分发挥材料的塑性。 15、平面应变时，其平均正应力 ｍ 等于 中间主应力 ２。 16、钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 降低 。 17、材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫 超塑性 。 18、材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为 １＝０.1，第二次的真实应变为 ２＝０.25，则总的真实应变 ＝0.35。 19、固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力叫材料的 塑性 。 1、液态金属的流动性越强，其充型能力越好。 （ √ ） 2、金属结晶过程中，过冷度越大，则形核率越高。 （ √ ） 3、实际液态金属（合金）凝固过程中的形核方式多为异质形核。 （ √ ） 4、根据熔渣的分子理论，B>1时氧化物渣被称为碱性渣。 （ √ ） 5、根据熔渣的离子理论，B2>0时氧化物渣被称为碱性渣。 （√ ） 6、合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。 （ × ） 7. 合金钢中的白点现象是由于夹杂引起的。 （ × ） 8 . 结构超塑性的力学特性为m k S 'ε=，对于超塑性金属m =0.02-0.2。 （ × ） 9. 影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。 （ √ ） 10．屈雷斯加准则与密席斯准则在平面应变上，两个准则是一致的。 （ × ） 11．变形速度对摩擦系数没有影响。 （ × ） 12. 静水压力的增加，有助于提高材料的塑性。 （ √ ） 13. 碳钢中冷脆性的产生主要是由于硫元素的存在所致。 （ × ） 14. 塑性是材料所具有的一种本质属性。 （ √ ） 15. 在塑料变形时要产生硬化的材料叫变形硬化材料。 （ √ ） 16. 塑性变形体内各点的最大正应力的轨迹线叫滑移线。 （ √ ） 17. 二硫化钼、石墨、矿物油都是液体润滑剂。 （ × ） 18．碳钢中碳含量越高，碳钢的塑性越差。 （ √ ） 3. 简述提高金属塑性的主要途径。 答：一、提高材料的成分和组织的均匀性 二、合理选择变形温度和变形速度 三、选择三向受压较强的变形方式 四、减少变形的不均匀性
1．什么是锻造？锻造与其他成形方法相比最显著的特点在哪里？ 答：锻造是利用金属的塑性，使坯料在工具（模具）的冲击或压力作用下，成为具有一定形状，尺寸和组织性能的工件的加工方法。（1）综合力学性能好（2）节约材料（3）生产效率高锻造比是锻件在锻造成形时，变形程度的一种表示方法。 2．什么叫计算毛坯？其特点和作用 答：等截面的原毛坯不能保证金属充满非等截面的模膛，因此需要毛坯体积重新分布，得到一种中间坯料，使它沿轴线每一截面面积等于相应部位锻件截面积与飞边截面积之和，这样的中间坯料即为计算毛坯 计算毛坯法？ （2）计算毛坯法的步骤 1）作最能反映锻件截面变化的锻件图的一个视图，沿该视图的轴线，选取若干具有代表性的截面，如：最大、最小、首尾和过渡（拐点）截面等。 2）作各截面的截面图。计算毛坯各截面的截面积： A计=A锻+A飞=A锻+2ηA飞 式中：A计——计算毛坯截面积（mm2），如A计1、A计2、… A锻——锻件截面积（mm2），如A锻1、A锻2、… A飞——飞边截面积(mm2)； η——飞边充填系数，简单形状锻件取0.3~0.5；复杂形状锻件取0.5~0.8. 3）在锻件图下作轴线平行的相对应的计算毛坯截面图： 式中：h计——截面图中各截面的高度（mm），如h计1、h计2、… M——缩尺比，通常取M=20~50 mm2/mm 以计算毛坯截面图的轴线作横坐标，h计为纵坐标，将计算出的各截面h计绘制在坐标图上，并连接各点成光滑曲线。 计算毛坯截面图的每一处高度代表了计算毛坯的截面积，截面图曲线下的整个面积就是计算毛坯的体积。 V计=MS计 式中：V计——计算毛坯体积（mm2）； S计——计算毛坯截面图曲线下的面积（mm2）。 4）作计算毛坯直径图 计算毛坯任一截面的直径： 式中：d计——计算毛坯各截面的直径，如d计1、d计2、… 方截面毛坯： 式中：B计——方截面计算毛坯边长（mm）。 以计算毛坯长度为横坐标，以d计为纵坐标，在截面图的下方，绘制计算毛坯直径图。 5）计算平均截面积和平均直径 平均截面积： 式中：L计——计算毛坯长度（mm）； h均——计算毛坯截面图上的平均高度（mm）。 平均直径： 将和分别用虚线在截面图和直径图上标出。凡大于均线的部分称为头部；凡小于均线的部分称为杆部。 如果选用的毛坯直径与平均直径相等，模锻时头部金属不够，而杆部金属有余，无法得到要求形状和尺寸的锻件。故必须选择合适的毛坯直径和制坯工步。
重庆工学院考试试卷（B） 一、填空题（每空2分，共40分） 1．液态金属本身的流动能力主要由液态金属的、和等决定。 2．液态金属或合金凝固的驱动力由提供。 3．晶体的宏观生长方式取决于固液界面前沿液相中的温度梯度，当温度梯度为正时，晶体的宏观生长方式为，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为。 5．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括和。6．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为。 7．铸件宏观凝固组织一般包括、和 三个不同形态的晶区。 8．内应力按其产生的原因可分为、和三种。 9．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历、和 三个收缩阶段。
10．铸件中的成分偏析按范围大小可分为和二大类。 二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上（每空1分，共9分）。 1.塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响工件表面的粗糙度 对摩擦系数的影响。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 2.塑性变形时不产生硬化的材料叫做。 Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料；3.用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称 为。 Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法；4.韧性金属材料屈服时，准则较符合实际的。 Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加； 5.塑性变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做。Ａ、理想弹性材料；Ｂ、理想刚塑性材料；Ｃ、塑性材料； 6.硫元素的存在使得碳钢易于产生。 Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性； 7.应力状态中的应力，能充分发挥材料的塑性。 Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力；8.平面应变时，其平均正应力 ｍ中间主应力 ２。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；
《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 三、填空（每空0.5分，共26分） 1.( ) ( ) ( ) 2.( ) 3.( ) ( ) 4.( ) 5.( ) ( )6.( ) ( )7.( ) ( )8.( ) ( )9.( ) 10.( )11.( )12.( ) ( ) 13.( ) ( )14.( )15.( ) 16.( ) ( )17.( ) ( ) 18.( )19.( )20.( ) ( ) 21.( ) ( )22.( )23.( ) 24.( )25.( ) ( )26.( ) ( )27.( ) ( )28.( ) 29.( ) ( )30.( )31.( ) ( ) ( )32.( ) ( )
四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） 修 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺序选择自由锻基本工序。（6分） 自由锻基本工序： 3、请修改图7--图10的焊接结构，并写出修改原因。 图7手弧焊钢板焊接结构（2分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2分） 修改原因：焊缝集中修改原因：不便于操作 图9钢管与圆钢的电阻对焊（2分）图10管子的钎焊（2分） 修改原因：修改原因：
《材料成形技术基础》考试样题 （本卷共10页） 注：答案一律写在答题页中规定位置上，写在其它处无效。 一、判断题（16分，每空0.5分。正确的画“O”，错误的画“×”） 1．过热度相同时，结晶温度范围大的合金比结晶温度范围小的合金流动性好。这是因为在结晶时，结晶温度范围大的合金中，尚未结晶的液态合金还有一定的流动能力。F 2．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。T 3．HT100、HT150、HT200均为普通灰口铸铁，随着牌号的提高，C、Si含量增多，以减少片状石墨的数量，增加珠光体的数量。 4．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。T 5．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，形成较大的热应力所至。T 6．影响铸件凝固方式的主要因素是合金的化学成分和铸件
材料成型原理 第一章（第二章的内容） 第一部分：液态金属凝固学 1.1 答：（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。 1.2答：液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。表面张力对应于液－气的交界面，而 界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。 表面张力σ和界面张力ρ的关系如（1）ρ＝2σ/r,因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半径；（2）ρ＝σ（1/r1+1/r2）,式中r1、r2分别为曲面的曲率半径。 附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。 1.3答：液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确 定条件下的冲型能力，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。而冲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。 提高液态金属的冲型能力的措施： （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、导热系大; ④粘度、表面张力大。 （2）铸型性质方面：①蓄热系数大；②适当提高铸型温度；③提高透气性。 （3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。 （4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度； ②降低结构复杂程度。 1.4 解：浇注模型如下：
重庆理工大学考试试卷 材料成型原理（金属塑性成形部分） A 卷 共 7 页 一、填空题（每空1分，共 16 分） 1. 塑性成形中的三种摩擦状态分别是： 、 、 。 2. 物体的变形分为两部分：1） , 2) 。其中，引起 变化与球应力张量有关，引起 变化与偏应力张量有关。 3. 就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性 。 4. 钢冷挤压前，需要对坯料表面进行 润滑处理。 5. 在 平面的正应力称主应力。该平面特点 ，主应力的方向与主剪应力方向的夹角为 或 。剪应力在 平面为极值，该剪应力称为： 。 6. 根据变形体的连续性，变形体的速度间断线两侧的法向速度分量必须 。 二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上（每空1分，共13分） 一般而言，接触面越光滑，摩擦阻力会越小，可是当两个接触表面非常光滑时，摩擦阻力反而提高，这一现象可以用哪个摩擦机理解释 。 Ａ、表面凹凸学说； Ｂ、粘着理论； Ｃ、分子吸附学说 计算塑性成形中的摩擦力时，常用以下三种摩擦条件，在热塑性变形时，常采用哪个 。 Ａ、库伦摩擦条件； Ｂ、摩擦力不变条件； Ｃ、最大摩擦条件 下列哪个不是塑性变形时应力—应变关系的特点 。 Ａ、应力与应变之间没有一般的单值关系； Ｂ、全量应变与应力的主轴重合 C 、应力与应变成非线性关系 4. 下面关于粗糙平砧间圆柱体镦粗变形说法正确的是 。 Ａ、I 区为难变形区； B 、II 区为小变形区； C 、III 区为大变形区 5. 下列哪个不是动可容速度场必须满足的条件 。 Ａ、体积不变条件； Ｂ、变形体连续性条件； Ｃ、速度边界条件； D 、力边界条件 6. 韧性金属材料屈服时， 准则较符合实际的。 Ａ、密席斯； Ｂ、屈雷斯加； Ｃ密席斯与屈雷斯加； 7. 塑性变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做 。 Ａ、理想弹性材料； Ｂ、理想刚塑性材料； Ｃ、塑性材料； 8. 硫元素的存在使得碳钢易于产生 。 Ａ、热脆性； Ｂ、冷脆性； Ｃ、兰脆性； 9. 应力状态中的 应力，能充分发挥材料的塑性。 Ａ、拉应力； Ｂ、压应力； Ｃ、拉应力与压应力； 10. 根据下面的应力应变张量，判断出单元体的变形状态。 ??????????=80001000010ij σ ??????????--=4-0001-2027-ij σ ????? ?????=10000000020-ij σ （ ） （ ） （ ） A 、平面应力状态； B 、平面应变状态； C 、单向应力状态； D 、体应力状态 11. 已知一滑移线场如图所示，下列说法正确的是： 。 A 、C 点和B 点的ω角相等，均为45°； B 、如果已知B 、 C 、 D 、 E 四点中任意点的平均应力，可以求解其他三点的平均应力； C 、D 点和E 点ω角相等，均为-25°
一、判断题（本大题共100分，共 40 小题，每小题 2.5 分） 1. 在铸件热节处安放冷铁能够起补缩作用。( ×) 2. 合金的浇注温度越高越好。( ×) 3. 铸造裂纹按形成的温度范围可分为热裂和冷裂。( ) 4. 铸造的实质使液态金属在铸型中凝固成形。( )。5. 铸钢可以用来进行锻压加工。( ) 6. 凝固温度范围大的合金，铸造时铸件中易产生缩松。( ) 7. 随钢中含碳量增加，其可焊性 变差。( )8. 冲模可分为简单冲模、连续冲模、复合冲模三种。( ) 9. 冲床的一次冲程中，在模具同一部位上同时完成数道冲压工序的模具，是连续模。(×)10. 特种铸造主要用于生产大型铸件。( ×)11. 根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊、软钎焊两类。( )12. 冲压工艺生产率高，适用于成批大量生产。( ) 13. 电阻焊分为点焊、缝焊、对焊三种型式。( ) 14. 用离心铸造法生产空心旋转体铸件时，不需用型芯。( ) 15. 提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰的铸件，因此浇注温度越高越好。( ×)16. 铸铁的焊补方法分为热焊法和冷焊法二种。( )17. 液态金属在金属铸型中的流动性比在砂铸型中好。(×)18. 冲床的一次行程中，在模具不同部位上同时完成数道冲压工序的模具，是复合模( ×)19. 合理选择焊接顺序，可减少焊接应力的产生。选择的主要原则是应尽量使焊缝自由收缩而不受较大的拘束。( )20. 焊接构件中，用得最多的接头型式是对接。( )21. 手工锻造适应于单件小批和大型锻件的生产。( ×)22. 铸件的形状与结构应与零件相同。 ( ×) 23. 拉深系数越小，表明拉深件直径越小，变形程度越小。( ×) 24. 自由锻是巨型锻件成形的唯一方法。( )25. 圆角是铸件结构的基本特征。( ) 26. 焊接后焊件的冷却速度越快越好。( ×)27. 用冲模沿封闭轮廓线冲切板料，冲下来的部分 为成品，这种冲模是落料模。( )28. 锻造加热时，时间越长越好。( ×)29. 板料冲压所用原材料必须具有足够的塑性。( )30. 冲压零件在弯曲时，变形主要集中在圆角部分。( ) 31. 金属型铸造适合于大批大量生产形状复杂的黑色金属铸件。( ×) 32. 某厂需生产8000件外径12mm、内径6.5mm的垫圈，采用连续冲模比简单冲模好。( )33. CO2气体保护焊属于电阻焊。(×)34. 残余应力，可采用人工时效、自然时效或振动时效等方法消除。( ) 35. 地坑造型适合于大、中型铸件的大批大量生产。( ×) 36. 酸性焊条对铁锈、油污和水分等容易导致气孔的有害物质较敏感，焊接时，容易生成气孔；碱 性焊条对油污、铁锈和水分敏感性较低。(×) 37. 热应力是一种残余应力，可采用人工时效、自然时效或振动时效等方法消除。( )38. 用直 流电焊机焊接时，不存在正接或反接的问题。( ×)39. 金属的可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。( ) 40. 纯铝的塑性比铝合金好，低碳钢的塑性比中高碳钢的好，碳素钢的塑性比含碳量相同的合金钢 好。( ) 二、1. 胎模锻是在模锻锤上用胎模生产模锻件的一种锻造方法。(×)2. 纤维组织使金属在性能上具有 了方向性。( )3. 随温度和压力的增大，塑料的粘度降低，流动性增大。( ) 4. 通常熔炼铸铁时，对于单件小批和成批量生产多用冲天炉单炉熔炼，对于大批量机械化生产多 用冲天炉－感应电炉双联熔炼。( )5. 铸铁呈白口或灰口组织，完全决定于它的含碳量。(×) 6. 按照形态学观点：铸造、锻造成形属于质量不变过程，焊接成形过程属于质量增加，冲压成形 属于质量减少过程。(× )7. 焊接应力与变形产生的原因是对焊件进行了局部不均匀的加热和冷却。 ( ) 8. 常言道“趁热打铁“，就是说铸铁是可以锻打的。(×) 9. 结晶温度范围越小的金属，产生缩孔的倾向越大；结晶温度范围越大的合金，产生缩松的倾向 越大。( )10. 对厚度较大的低碳钢结构件，在寒冷的环境下焊接时，应该预热后焊接。( ) 11. 防止或减少铸件变形的方法之一是提高流动性。(×)12. 砂型铸造是铸造生产中唯一的铸造方 法。(×)13. 砂型铸造时，木模尺寸应与铸件尺寸完全相同。(×)14. 氩弧焊是焊接铝及铝合金较好的方法。( )15. 坯料变形前的高度为100，墩粗后高度为50，锻造比为2。( ) 16. 机器造型生产率高，铸件尺寸精度较高，因此应用广泛。( ) 17. 将直径100的坯料拉深成直径70的杯形零件，其拉深系数为0.7。( ) 18. 在冲裁精度较低的零件时，如果采用较小间隙，就可以延长模具的寿命。(×) 19. 冲天炉是铸造有色合金的常用熔炼设备。(×)20. 金属在常温下经过塑性变形后，强度和硬度 上升而塑性下降( )21. 螺旋形试样越长，表示该金属的流动性越好。(× ) 22. 通常熔炼铸铁时，对于单件小批和成批量生产多用冲天炉单炉熔炼，对于大批量机械化生产多 用冲天炉－感应电炉双联熔炼。( )23. 浇注系统结构越复杂，液态金属充型能力越低。( ) 24. 采用直流电弧焊机焊接时，正接用于较厚或高熔点金属，反接用于较薄或低熔点金属。( ) 25. 酸性焊条对铁锈、油污和水分等容易导致气孔的有害物质较敏感，焊接时，容易生成气孔；碱 性焊条对油污、铁锈和水分敏感性较低。(× )26. 中小批量生产的制品适宜采用粉末压制法制造。 (×)
综合测试题一 模具寿命与材料成形加工及材料学 一、填空题（每小题2分，共20分） 1. 目前铸造成形技术的方法种类繁多按生产方法分类，可分为砂型铸造和特种铸造。 2. 在铸造生产中，细化铸件晶粒可采用的途径有增加过冷度、采用孕育处理和附加振动。 3. 铸铁按碳存在形式分灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等。 4. 合金在铸造时的难易程度的衡量指标合金的流动性和收缩。 5. 合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。 6. 压力加工的加工方法主要有：冲压、锻造、轧制、拉拔和 挤压等。 7. 合金的流动性常采用浇注螺旋型标准试样的方法来衡量， 8. 流动性不好的合金容易产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。 9. 液态金属的充型能力主要取决于金属的流动性，还受外部条件如浇注温度、充型压力、铸型结构和铸型材料等因素的影响,是各种因素的综合反映。 10.金属由浇注温度冷却到室温经历了液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个相互关联的收缩阶段。 11.液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的基本原因。固态收缩对铸件的形状和尺寸精度影响很大，是内应力、变形和裂纹等缺陷产生的基本原因。 12.铸造中常产生的铸造缺陷有缩孔、缩松、浇不足、裂纹、内应力、夹渣和夹砂等
13. 特种铸造相对于砂型铸造的两类特点：型模的革新和充型方式的变更。 14.常用特种铸造方法金属型铸造、压力铸造、离心铸造、消失模铸造和熔模铸造、壳型铸造等。 15.衡量金属锻造性能的两个指标塑性和变形抗力。 16.自由锻造常用设备空气锤和水压机。 17.自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转和错移等。 18.镦粗的变形特点横截面积变大，长度变短普通拔长的变形特点横截面积变小，长度变长芯轴拔长的变形特点内孔直径不变，长度变长，壁厚变薄。 19.锻造温度范围是指始锻温度与终锻温度之差。后者过低易产生加工硬化现象。 20. 锤上模锻的实质金属在模膛内成形和变形阻力大，变形不均匀。 21. 模膛的分类制坯模膛和模锻模膛。 22. 板料冲压中分离工序有冲孔、落料、剪切和修整等。变形工序有拉深、弯曲、翻边和成形等。 23. 电弧燃烧实质是指电弧的产生、运动和消失的动态平衡。 24. 电弧分为阴极区、阳极区和弧柱区三个区。 25. 直流电焊机正接极是指焊件接正极，焊条接负极。 26. 焊接冶金过程的特点反应温度高、接触面积大、冷却速度快。 27. 焊接接头是指焊缝和热影响区。焊接热影响区包括熔合区、过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。 28. 焊接应力和变形产生的原因对焊缝区不均匀的加热和冷却。
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能障。液态金属在成分、温度、能量、上不是均匀的，即存在成分、能量、结构
（ . . , [ ' 《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 三、填空（每空分，共26分）
1.( ) ( ) ( ) 2.( ) 3.( ) ( ) 4.( ) 5.( ) < ( )6.( ) ( )7.( ) ( )8.( ) ( )9.( ) 10.( )11.( )12.( ) ( ) 13.( ) ( )14.( )15.( ) 16.( ) ( )17.( ) ( ) 18.( )19.( )20.( ) ( ) 21.( ) ( )22.( )23.( ) 24.( )25.( ) ( )26.( ) — ( )27.( ) ( )28.( ) 29.( ) ( )30.( )31.( ) ( ) ( )32.( ) ( ) 四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） 修 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺 序选择自由锻基本工序。（6分） ·
自由锻基本工序： 3、请修改图7--图10的焊接结构，并写出修改原因。 、 图7手弧焊钢板焊接结构（2分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2分） 修改原因：焊缝集中修改原因：不便于操作 ~ 图9钢管与圆钢的电阻对焊（2分）图10管子的钎焊（2分） 修改原因：修改原因： 《材料成形技术基础》考试样题 （本卷共10页） 注：答案一律写在答题页中规定位置上，写在其它处无效。 一、判断题（16分，每空分。正确的画“O”，错误的画“×”） 1．( 结晶温度范围大的合金比结晶温度范围小的合2．过热度相同时，
金流动性好。这是因为在结晶时，结晶温度范围大的合金中，尚未结晶的液态合金还有一定的流动能力。F 3．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。T 4．HT100、HT150、HT200均为普通灰口铸铁，随着牌号的提高，C、Si含量增多，以减少片状石墨的数量，增加珠光体的数量。 5．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。T 6．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，形成较大的热应力所至。T 7．影响铸件凝固方式的主要因素是合金的化学成分和铸件的冷却速度。F 8．制定铸造工艺图时，铸件的重要表面应朝下或侧立，同时加工余量应大于其它表面。T 9．铸造应力包括热应力和机械应力，铸造应力使铸件厚壁或
. 重庆工学院考试试卷（B） 一、填空题（每空2分，共40分） 1．液态金属本身的流动能力主要由液态金属的、和等决定。2．液态金属或合金凝固的驱动力由提供。 3．晶体的宏观生长方式取决于固液界面前沿液相中的温度梯度，当温度梯度为正时，晶体的宏观生长方式为，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为。 5．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括和。6．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为。 7．铸件宏观凝固组织一般包括、和 三个不同形态的晶区。 8．内应力按其产生的原因可分为、和三种。9．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历、和三个收缩阶段。 10．铸件中的成分偏析按范围大小可分为和二大类。 二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上（每空1分，共9分）。 1.塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响工件表面的粗糙度对 摩擦系数的影响。
. Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 2.塑性变形时不产生硬化的材料叫做。 Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料； 3.用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称 为。 Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法； 4.韧性金属材料屈服时，准则较符合实际的。 Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加； 5.塑性变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做。 Ａ、理想弹性材料；Ｂ、理想刚塑性材料；Ｃ、塑性材料； 6.硫元素的存在使得碳钢易于产生。 Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性； 7.应力状态中的应力，能充分发挥材料的塑性。 Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力； 8.平面应变时，其平均正应力 ｍ中间主应力 ２。 Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于； 9.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性。 Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化； 三、判断题（对打√，错打×，每题1分，共7分） 1．合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。（）
《材料成形基础》试卷（A）卷 考试时间：120 分钟考试方式：半开卷学院班级姓名学号 一、填空题（每空0.5分，共20分） 1. 润湿角是衡量界面张力的标志，润湿角?≥90°，表面液体不能润湿固体；2．晶体结晶时，有时会以枝晶生长方式进行，此时固液界面前液体中的温度梯度为负。3．灰铸铁凝固时，其收缩量远小于白口铁或钢，其原因在于碳的石墨化膨胀作用。 4. 孕育和变质处理是控制金属（或合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响生核过程，而变质则主要改变晶体生长方式。 5．液态金属成形过程中在固相线附近产生的裂纹称为热裂纹，而在室温附近产生的裂纹称为冷裂纹。 6．铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历液态收缩、固态收缩和凝固收缩三个收缩阶段。 7．焊缝中的宏观偏析可分为层状偏析和区域偏析。 8．液态金属成形过程中在附近产生的裂纹称为热裂纹，而在附近产生的裂纹成为冷裂纹。 9．铸件凝固方式有逐层凝固、体积凝固、中间凝固，其中逐层凝固方式容易产生集中性缩孔，一般采用同时凝固原则可以消除；体积凝固方式易产生分散性缩松，采用顺序凝固原则可以消除此缺陷。 10．金属塑性加工就是在外力作用下使金属产生塑性变形加工方法。
1.12．塑性变形时，由于外力所作的功转化为热能，从而使物体的温度升高的现象称为 温度效应。 2.13．在完全不产生回复和再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。 14．多晶体塑性变形时，除了晶内的滑移和产生，还包括晶界的滑动和转动。 3.15．单位面积上的内力称为应力。 4.16．物体在变形时，如果只在一个平面内产生变形，在这个平面称为塑性流平面。17．细晶超塑性时要求其组织超细化、等轴化和稳定化。18．轧制时，变形区可以分为后滑区、中性区和前滑区三个区域。19．棒材挤压变形时，其变形过程分为填充和挤压两个阶段。20．冲裁件的切断面由圆角带、光亮带、断裂带三个部分组成。 二、判断题（在括号内打“√”或“×”，每小题0.5分，共10分）1．酸性渣一般称为长渣，碱性渣一般称为短渣，前者不适宜仰焊，后者可适用于全位置焊。(√ ) 2．低合金高强度钢焊接时，通常的焊接工艺为：采取预热、后热处理，大的线能量。( x ) 3．电弧电压增加，焊缝含氮量增加；焊接电流增加，焊缝含氮量减少。(√ ) 4．电弧电压增加时，熔池的最大深度增大；焊接电流增加，熔池的最大宽度增大。( x ) 5．在非均质生核中，外来固相凹面衬底的生核能力比凸面衬底弱。( x ) 6．液态金属导热系数越小，其相应的充型能力就越好；与此相同，铸型的导热系数越小，越有利于液态金属的充型。(√ ) 7.在K0<1的合金中，由于逆偏析，使得合金铸件表层范围内溶质的浓度分布由外向内逐渐降低。(√ ) 8. 粘度反映了原子间结合力的强弱，与熔点有共同性，难熔化合物的粘度较高，而熔点较低的共晶成分合金其粘度较熔点较高的非共晶成分合金的低。 (√ ) 9．两边是塑性区的速度间断线在速端图中为两条光滑曲线，并且两曲线的距离即为速度间断线的间断值。(√ )
材料成型设备复习题参考答案 第二章 2-1、曲柄压力机由那几部分组成？各部分的功能如何？ 答：曲柄压力机由以下几部分组成：1、工作机构。由曲柄、连杆、滑块组成，将旋转运动转换成往复直线运动。2、传动系统。由带传动和齿轮传动组成，将电动机的能量传输至工作机构。3、操作机构。主要由离合器、制动器和相应电器系统组成，控制工作机构的运行状态，使其能够间歇或连续工作。4、能源部分。由电动机和飞轮组成，电动机提供能源，飞轮储存和释放能量。5、支撑部分。由机身、工作台和紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个整体。 6、辅助系统。包括气路系统、润滑系统、过载保护装置、气垫、快换模、打料装置、监控装置等。提高压力机的安全性和操作方便性。 2-5装模高度的调节方式有哪些？各有何特点？P19 三种调节方法有：1、调节连杆长度。该方法结构紧凑，可降低压力机的高度，但连杆与滑块的铰接处为球头，且球头和支撑座加工比较困难，需专用设备。螺杆的抗弯性能亦不强。2、调节滑块高度。柱销式连杆采用此种结构，与球头式连杆相比，柱销式连杆的抗弯强度提高了，铰接柱销的加工也更为方便，较大型压力机采用柱面连接结构以改善圆柱销的受力。3、调节工作台高度。多用于小型压力机。 2-6、比较压塌块过载保护装置和液压式过载保护装置。P20-21 压塌式过载保护装置结构简单，制造方便，价格低廉，但在设计时无法考虑它的疲劳极限，可能引起提前的剪切破坏，或者使压力只能工作在小于标称压力的情况下，降低设备使用效率。压塌块破坏后还需要更换，降低了生产效率。同时压塌式过载保护装置只能用于单点压力机，用于多点压力机时会因偏载引起某个压塌块先行剪切断裂。 液压式过载保护装置多运用于多点和大型压力机，其特点是过载临界点可以准确地设定，且过载后设备恢复容易。
1.1864 年法国工程师屈雷斯加（ H.Tresca ）根据库伦在土力学中研究成果，并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为 。 2．韧性金属材料屈服时， 准则较符合实际的。 3．塑性变形时不产生硬化的材料叫做 。 4．塑性变形时不产生硬化的材料叫做 。 Ａ、理想塑性材料； Ｂ、理想弹性材料； Ｃ、硬化材料； 5．在塑料变形时要产生硬化的材料叫理想刚塑性材料。 （ ） 6．如果已知位移分量，则按几何方程求得的应变分量自然满足协调方程；若是按其它方法求得的应变分量，也自然满足协调方程，则不必校验其是否满足连续性条件。 （ ） 7.塑性变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做 。 Ａ、理想弹性材料； Ｂ、理想刚塑性材料； Ｃ、塑性材料 8．何谓屈服准则？常用屈服准则有哪两种？试比较它们的同异点？ 9．密席斯Mises 屈服准则的物理意义？屈雷斯加Tresca 屈服准则的物理意义？ 10 应力张量为100 00101001020ij σ????=-????-?? MPa ①画出应力平面图（3分），作出其应力莫尔圆（1分），标出x 面、y 面、z 面。（3 分）②求主应力。（3分） ③求切应力、八面体应力。（5分） ④求应力偏张量的三个不变量。（3分） ⑤假设物体由自由状态简单加载到该应力状态，求321εεε：：。（3分） 态（4分） 11．应力张量为202050001525 0???? - ???? ?? ， ① 作出其应力莫尔圆（1分），标出x 面、y 面、z 面。（3分） ②求主应力。（6分） ③求切应力、八面体应力。（5分） ④求应力偏张量的三个不变量。（6分）
材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。 答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝固原则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴ .试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白
口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否 相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好？普通灰铸铁常用的热处理方法有哪 些？其目的是什么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。
(a) (b) (c) （1分）（2分）（2分） （只要画出各实线以及与成份C0间的相对位置即可得分） 4. 什么是焊接热循环？其主要参数有哪些？t8/5和t100各代表什么含义？（5分） 答：在焊接过程中，焊件上某点的温度由低到高，达到最大值后又由高到低随时间的变化，称为焊接热循环。其主要参数有加热速度、最高温度（峰值温度）、相变温度以上的停留时间（高温停留时间）、冷却速度（冷却时间）。 t8/5——代表从800冷却至500的冷却时间；t100——从最高温度冷却至100的冷却时间；评分标准：对焊接热循环，答对“焊件上某点温度随时间变化”即得1分；主要参数每答出1个得0.5分，4个参数全答出得2分；t8/5和t100各1分。 5. 焊接熔池凝固有何特点？其凝固组织形态有哪些？（5分） 答：由于焊接熔池凝固条件有体积小、过热、处于运动状态、熔池界面导热好及冷却速度快○2择优生长，即当最优结晶方向与导热最快方向一致时，晶粒生长最快而优先长大，取向不一致的晶粒被淘汰。 ○3熔池界面各点柱状晶成长的平均速度θ cos ? =v R，v为焊接速度，θ为R与v之间夹角。 焊接熔池凝固组织形态，宏观上看主要是柱状晶和少量等轴晶。微观分析，柱状晶内又有平面晶、包状晶及树枝晶等。 评分标准：第1问若答出联生（外延结晶）、择优成长及θ cos ? =v R，即得满分3分；第2问只要答出（包状晶、平面晶、包状树枝晶、树枝晶）柱状晶之一和等轴晶即得满分2分。 6. 焊接中脱氧反应有哪几种形式？CO2焊应采用什么焊丝？（5分） 答：在焊接中脱氧反应按其方式和特点可分为先期脱氧、沉淀脱氧和扩散脱氧三种。先期脱氧是在药皮加热阶段，固态药皮受热后发生的脱氧反应；沉淀脱氧是在熔滴和熔池阶段，溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO直接进行反应，把铁还原，且脱氧产物浮出液态金属的过程，扩散氧化是在液态金属与熔渣的界面上进行的，是以分配定律为理论基础的。 CO2气保焊时，由于气氛的强氧化性，根据锰硅联合脱氧原则，常在焊丝中加入适当比例的锰和硅，可减少焊缝中的氧和夹杂物。如常用H08MnSiA或H08Mn2SiA等。 评分标准：第1问答出先期脱氧、沉淀脱氧及扩散脱氧即可得满分3分；第2问答出锰硅联合脱氧得1分；能写出一种焊丝牌号得1分。 7. 什么是动可容速度场？（3分）