根据 K R
=
τ 与 1
1A V R = 所以凝固时间依次为： t 球>t 块>t 板>t 杆。
5. 在砂型中浇铸尺寸为300?300?20 mm 的纯铝板。设铸型的初始温度为20℃，浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660℃，且在铸件凝固期间保持不变。浇铸温度为670℃，金属与铸型材料的热物性参数见下表： 热物性
材料
导热系数λ W/(m ·K)
比热容C J/(kg ·K) 密度ρ kg/m 3 热扩散率a m 2/s 结晶潜热 J/kg 纯铝 212 1200 2700 6.5?10-5 3.9?105
砂型
0.739
1840
1600
2.5?10-7
试求：（1）根据平方根定律计算不同时刻铸件凝固层厚度s,并作出τ-s 曲线；
（2）分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间，并分析差别。
解：(1) 代入相关已知数解得： 2222ρλc b =，=1475 ，
()()[]
S i T T c L T T b K -+ρπ-=
10112022 = 0.9433 (m s m /)
根据公式K
ξ
τ=
计算出不同时刻铸件凝固层厚度s 见下表,τξ-曲线见图3。
τ (s) 0 20 40 60 80 100 120 ξ (mm)
4.22
6.00
7.31
8.44
9.43
10.3
(2) 利用“平方根定律”计算出铸件的完全凝固时间：
图3 τξ-关系曲线
取ξ ＝10 mm ， 代入公式解得： τ=112.4 (s) ； 利用“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间：
11A V R = = 8.824 (mm) 2
??
?
??=K R τ = 87.5 (s)
采用“平方根定律”计算出的铸件凝固时间比“折算厚度法则”的计算结果要长，这是因为“平方根定律”的推导过程没有考虑铸件沿四周板厚方向的散热。
6. 右图为一灰铸铁底座铸件的断面形状，其厚度为30mm ，利用“模数法”分析砂型铸造时底座的最后凝固部位，并估计凝固终了时间.
解：将底座分割成A 、B 、C 、D
查表2-3得：K=0.72(m in cm /)
对A 有：R A = V A ／A A =1.23cm
τA =R A 2／K A 2=2.9min
对B 有: R B = V B ／A B =1.33cm
τB =R B 2／K B 2=3.4min
对C 有：R C = V C ／A C =1.2cm
τC =R C 2／K C 2=2.57min
对D 有：R D = V D ／A D =1.26cm
τD =R D 2／K D 2=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。 第三章金属凝固热力学与动力学
1． 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 ． 随
温度上升而下降以及液相自由能 的斜率的理由。并结合图 及式（ ）说明过 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Δ 是影响凝固相变驱动力Δ 的决定因素。 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）； 并根据数学上的全微分关系：dG = (?G/?T)dT + (?G/?P)dP （2） 比较（1）式和（2）式得：(?G/?T)=—S,(?G/?P)= V （3） 等压时 dP =0 ，此时 dG = —SdT 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： │(?G/?T)│L> │(?G/?P)│S 即 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 。
(3) 过 冷 度 ?T 是 影 响 凝 固 相 变 驱 动 力 ?G 的决定因素的理由如下： 右图即为图 3-1 其中： ?GV 表示液－固体积自由能之差， Tm 表示液-固平衡凝固点 从图中可以看出： T > Tm 时，?G=Gs-GL ＞0，此时 固相→液相； T = Tm 时，?G=Gs-GL =0，此时液固平衡； T < Tm 时，?G=Gs-GL ＜0，此时液相→固相； 所以 ?G 即为相变驱动力。 再结合（3-6）式来看， ?GV = —?H m ?T /Tm （其中：?Hm —熔化潜热， ?T ( = Tm ? T ) —过冷度） .由于对某一特定金属或合金而言，Tm 及 ?Hm 均为定值， 所以过冷度 ?T 是影响凝固相变驱动力 ?G 的决定因素 。
5、结合图 3-3 及图 3－4 解释临界晶核半径 r*和形核功Δ G*的意义 ，以及为什么形核要有一定过冷度 。
（1）临界晶核半径 r*的意义如下： 答： r ＜r*时，产生的晶核极不稳定，随即消散； r =r*时，产生的晶核处于介稳状态，既可消散也可生长； r ＞r*时，不稳定的晶胚转化为稳定晶核，开始大量形核。 故 r*表示原先不稳定的晶胚转变为稳定晶核的临界尺寸。
临界形核功 ?G*的意义如下： 表示形核过程系统需克服的能量障碍，即形核“能垒” 。只有当 ?G ≥?G*时，液相才开始形核。
（2）形核必须要有一定过冷度的原因如下： 由形核功的公式： ?G*=16π /3乘σ SL （的三次方）乘（VS Tm /?H m ?T )的平方 （均质形核） ， ?G*he = 6π /3乘σ SL （的三次方）（VS Tm /?H m ?T ) 乘（ 2 —3 cos θ + cos 3 θ ）/ 4 （非均质形核）。对某种晶体而言，VS 、 σ SL 、 ?H m 、 Tm 均为定值，?G*∝?T 的平方，过冷度 ?T 越小，形核功 ?G*越大，?T →0 时，?G*→∞，这表明 过冷度很小时难以形核，所以物质凝固形核必须要有一定过冷度。
10、讨论两类固-液界面结构（粗糙面和光滑面）形成的本质及其判据。 答：（1）a.固-液界面结构主要取决于晶体生长时的热力学条件及晶面取向。
设晶体内部原子配位数为ν，界面上（某一晶面）的配位数为η，晶体表面上有N 个原子位
置只有N A 个固相原子（
N N x A
=
），则在熔点T m 时，单个原子由液相向固-液界面的固
相上沉积的相对自由能变化为：
)1ln()1(ln )1(~
x x x x x x kT H NkT F m
m S m --++-???
???=?νη
)1ln()1(ln )1(x x x x x ax --++-= （1）
?
?
? ???=νηαm kT H m ~
（2）
k 为玻尔滋曼常数，
S
T H m m ~/~
?=?f 为单个原子的熔融熵，
α被称为Jackson 因子。
通过分析比较不同α值时相对自由能与界面原子占据率可以看出：
α≤2时，ΔF S 在x =0.5（晶体表面有一半空缺位置）时有一个极小值，即自由能最低； 2＜α＜5时，ΔFS 在偏离x 中心位置的两旁（但仍离x=0或x=1处有一定距离）有两个极
小值。此时，晶体表面尚有一小部分位置空缺或大部分位置空缺；
α＞5时，ΔF S 在接近x=0或x=1处有两个极小值。此时，晶体表面位置几乎全被占满或仅
有极少数位置被占据。α非常大时，ΔF S 的两个最小值出现在x →0，x →1的地方（晶体表面位置已被占满）。
若将α=2，νη=0.5同时代入（2）式，单个原子的熔融熵为：f S ~
?=v k T H m
m ηα/~
=?
k k 45.01
2=?
=，对于一摩尔，熔融熵ΔS f =4kN A =4R （其中：N A 为阿伏加德罗常数，R 为气体常数）。由（2）式可知，熔融熵ΔS f 上升，则α增大，所以ΔS f ≤4R 时，界面以粗糙面为最稳定，此时晶体表面容易接纳液相中的原子而生长。熔融熵越小，越容易成为粗糙界面。因此，液-固微观界面结构究竟是粗糙面还是光滑面主要取决于物质的热力学性质。
另一方面，对于热力学性质一定的同种物质，η/ν值取决于界面是哪个晶面族。对于密排晶
面，η/ν值是高的，对于非密排晶面，η/ν值是低的，根据式（2），η/ν值越低，α值越小。这说明非密排晶面作为晶体表面（固-液界面）时，微观界面结构容易成为粗糙界面。
b.晶体生长界面结构还会受到动力学因素的影响，如凝固过冷度及结晶物质在液体中的浓度
等。过冷度大时，生长速度快，界面的原子层数较多，容易形成粗糙面结构，而过冷度小时界面的原子层数较少，粗糙度减小，容易形成光滑界面。浓度小的物质结晶时，界面生长易按台阶的侧面扩展方式进行（固-液界面原子层厚度小），从而即使α＜2时，其固-液界面也可能有光滑界面结构特征。
（2）可用Jackson 因子α作为两类固-液界面结构的判据：
α≤2 时，晶体表面有一半空缺位置时自由能最低，此时的固-液界面（晶体表面）为粗糙
界面;
α＞5 时，此时的固-液界面（晶体表面）为光滑界面;
α=2～5时，此时的固-液界面（晶体表面）常为多种方式的混合，Bi 、Si 、Sb 等属于此类。 第五章铸件与焊缝宏观组织及其控制
1.铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的，它们的形成机理如何? 答：铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。 表面激冷区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激
冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。
柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高，在结晶前沿形成适当的过冷度，使表
面细晶粒区继续长大（也可能直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下，以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，在淘汰取向不利的晶体过程中，发展成柱状晶组织。 内部等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果。随着柱状晶
的发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素的作用，满足了形核时的过冷度要求，于是在整个液体中开始形核。同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上的长大速度是相等的，因此长成了等轴晶。
5.试分析影响铸件宏观凝固组织的因素，列举获得细等轴晶的常用方法。
答：铸件的三个晶区的形成是相互联系相互制约的，稳定凝固壳层的形成决定着表面细晶区向柱状晶区的过度，而阻止柱状晶区的进一步发展的关键则是中心等轴晶区的形成，因此凡能强化熔体独立生核，促进晶粒游离，以及有助于游离晶的残存与增殖的各种因素都将抑制柱状晶区的形成和发展，从而扩大等轴晶区的范围，并细化等轴晶组织。细化等轴晶的常用方法：（1）合理的浇注工艺：合理降低浇注温度是减少柱状晶、获得及细化等轴晶的有效措施；通过改变浇注方式强化对流对型壁激冷晶的冲刷作用，能有效地促进细等轴晶的形成；（2）冷却条件的控制：对薄壁铸件，可采用高蓄热、快热传导能力的铸型；对厚壁铸件，一般采用冷却能力小的铸型以确保等轴晶的形成，再辅以其它晶粒细化措施以得到满意的效果；（3）孕育处理：影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒。（4）动力学细化：铸型振动;超声波振动;液相搅拌;流变铸造，导致枝晶的破碎或与铸型分离，在液相中形成大量结晶核心，达到细化晶粒的目的。
7.试述焊接熔池中金属凝固的特点。
答：熔焊时，在高温热源的作用下，母材发生局部熔化，并与熔化了的焊接材料相互混合形成熔池，同时进行短暂而复杂的冶金反应。当热源离开后，熔池金属便开始了凝固。因此，焊接熔池具有以下一些特殊性。（1）熔池金属的体积小，冷却速度快。在一般电弧焊条件下，熔池的体积最大也只有30cm3 ，冷却速度通常可达4～100℃/s，。（2）熔池金属中不同区域温差很大、中心部位过热温度最高。熔池金属中温度不均匀，且过热度较大，尤其是中心部位过热温度最高，非自发形核的原始质点数将大为减少。（3）动态凝固过程。一般熔焊时，熔池是以一定的速度随热源而移动。（4）液态金属对流激烈。熔池中存在许多复杂的作用力，使熔池金属产生强烈的搅拌和对流，在熔池上部其方向一般趋于从熔池头部向尾部流动，而在熔池底部的流动方向与之正好相反，这一点有利于熔池金属的混和与纯净。
第六章特殊条件下的凝固与成形
1、快速凝固对金属的结果有何影响?
答：在快速凝固条件下，由于凝固是在很大的过冷度和很高的的冷却速率下进行的凝固组织中出现了非平衡相，这些非平衡相的产生在动力学上优先于平衡相，所以金属材料发生了一些前所未有的结构变化，主要有：形成超细组织；形成溶解度比通常情况下大得多的过饱和固溶液。固溶体中合金元素的含量大大超过平衡相图上的合金元素的极限溶解度；形核亚稳相或新的结晶相，形成微晶、纳米晶或金属玻璃。
第十一章凝固缺陷及控制
2.偏析是如何形成的？影响偏析的因素有哪些？生产中如何防止偏析的形成？
答：偏析主要是由于合金在凝固过程中扩散不充分、溶质再分配而引起的。
影响偏析的因素有：1）合金液、固相线间隔；2）偏析元素的扩散能力；3）冷却条件。
针对不同种类的偏析可采取不同的防止方法，具体有：
（1）生产中可通过扩散退火或均匀化退火来消除晶内偏析，即将合金加热到低于固相线100～200℃的温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充分扩散，以达到均匀化；（2）预防和消除晶界偏析的方法与晶内偏析所采用的措施相同，即细化晶粒、均匀化退火。
但对于氧化物和硫化物引起的晶界偏析，即使均匀化退火也无法消除，必须从减少合金中氧和硫的含量入手。
（3）向合金中添加细化晶粒的元素，减少合金的含气量，有助于减少或防止逆偏析的形成。（4）降低铸锭的冷却速度，枝晶粗大，液体沿枝晶间的流动阻力减小，促进富集液的流动，均会增加形成V形和逆V形偏析的倾向。
（5）减少溶质的含量，采取孕育措施细化晶粒，加强固-液界面前的对流和搅拌，均有利于防止或减少带状偏析的形成。
（6）防止或减轻重力偏析的方法有以下几种：1）加快铸件的冷却速度，缩短合金处于液相的时间，使初生相来不及上浮或下沉；2）加入能阻碍初晶沉浮的合金元素。例如，在Cu-Pb合金中加少量Ni，能使Cu固溶体枝晶首先在液体中形成枝晶骨架，从而阻止Pb 下沉。再如向Pb-17％Sn合金中加入质量分数为1.5%的Cu，首先形成Cu-Pb骨架，也可以减轻或消除重力偏析；3）浇注前对液态合金充分搅拌，并尽量降低合金的浇注温度和浇注速度。
5简述析出性气体的特征、形成机理及主要防止措施。
答：液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气孔称为析出性气孔。这类气孔主要是氢气孔和氮气孔。
析出性气孔通常分布在铸件的整个断面或冒口、热节等温度较高的区域。当金属含气量较少时，呈裂纹多角形状；而含气量较多时，气孔较大，呈团球形。
焊缝金属产生的析出性气孔多数出现在焊缝表面。氢气孔的断面形状如同螺钉状，从焊缝表面上看呈喇叭口形，气孔四周有光滑的内壁。氮气孔一般成堆出现，形似蜂窝。
析出性气体的形成机理是：结晶前沿，特别是枝晶间的气体溶质聚集区中，气体的含量将超过其饱和量，被枝晶封闭的液相内则具有更大的过饱和含量和析出压力，而液-固界面处气体的含量最高，并且存在其他溶质的偏析及非金属夹杂物，当枝晶间产生收缩时，该处极易析出气泡，且气泡很难排除，从而保留下来形成气孔。
防止析出性气体的措施主要有以下几个措施：
（1）消除气体来源保持炉料清洁、干燥，焊件和焊丝表面无氧化物、水分和油污等；控制型砂、芯砂的水分，焊前对焊接材料（焊条、焊剂、保护气体等）进行烘干、去水或干燥处理；限制铸型中有机粘结剂的用量和树脂的含氮量；加强保护，防止空气侵入液态金属。
（2）采用合理的工艺焊接时采用短弧焊有利于防止氮气孔，气体保护焊时用活性气体保护有利于防止氢气孔，选用氧化铁型焊条可提高抗锈能力。金属熔炼时，控制熔炼温度勿使其过高，或采用真空熔炼，可降低液态金属的含气量。
（3）对液态金属进行除气处理金属熔炼时常用的除气方法有浮游去气法和氧化去气法。
前者是向金属液中吹入不溶于金属的气体（如惰性气体、氮气等），使溶解的气体进入气泡而排除；后者是对能溶解氧的液态金属（如铜液）先吹氧去氢，再加入脱氧剂去氧。焊接时可利用焊条药皮或焊剂中的CaF2和碳酸盐高温分解出的CO2气体进行除氢。
（4）阻止液态金属内气体的析出提高金属凝固时的冷却速度和外压，可有效阻止气体的析出。如采用金属型铸造，密封加压等方法，均可防止析出性气孔的产生。
9、分析缩孔的形成过程，说明缩孔与缩松的形成条件及形成原因的异同点。
答：纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围窄的合金，在一般铸造条件下按由表及里逐层凝固的方式凝固。由于金属或合金在冷却过程中发生的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，从而在铸件最后凝固的部位形成尺寸较大的集中缩孔。其形成过程如下图所示。
铸件中缩孔形成过程示意图
从图中可以看出，液态金属充满型腔后，由于铸型的吸热作用，其温度下降，产生液态收缩。
此时，液态金属可通过浇注系统得到补充，因而型腔始终保持充满状态（图a）。当铸件外表温度降至凝固温度时，铸件表面就凝固成一层固态外壳，并将内部液体包住（图b）。这时，内浇口已经凝结。当铸件进一步冷却时，壳内的液态金属因温度降低一方面产生液态收缩，另一方面继续凝固使壳层增厚并产生凝固收缩；与此同时，壳层金属也因温度降低而发生固态收缩。如果液态收缩和凝固收缩造成的体积缩减等于固态收缩引起的体积缩减，则壳层金属和内部液态金属将紧密接触，不会产生缩孔。但是，由于金属的液态收缩和凝固收缩大于壳层的固态收缩，壳内液体与外壳顶面将发生脱离（图c）。随着冷却的进行，固态壳层不断加厚，内部液面不断下降。当金属全部凝固后，在铸件上部就形成了一个倒锥形的缩孔（图d）。
形成缩松和缩孔的基本原因是相同的，即金属的液态收缩和凝固收缩之和大于固态收缩。但形成条件是不同的：产生缩孔的条件是铸件由表及里逐层凝固。形成缩松的条件是金属的结晶温度范围较宽，倾向于体积凝固或同时凝固方式。
11、简述顺序凝固原则和同时凝固原则各自的优缺点和适用范围。
答：（1）顺序凝固原则
铸件的顺序凝固原则是采取各种措施，保证铸件各部分按照距离冒口的远近，由远及近朝着冒口方向凝固，冒口本身最后凝固（见右图）。铸件按照这一原则凝固时，可使缩孔集中在冒口中，获得致密的铸件。
顺序凝固原则的优点：可以充分发挥冒口的补缩
作用，防止缩孔和缩松的形成，获得致密铸
件。其缺点为：顺序凝固时，铸件各部分存
在温差，在凝固过程中易产生热裂，凝固后
容易使铸件产生变形。此外，由于需要使用
冒口和补贴，工艺出品率较低。
其适用范围为：凝固收缩大、结晶温度范围小的
合金。
（2）同时凝固原则
同时凝固原则是采取工艺措施保证铸件各部分
之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时
凝固，如右图所示。
同时凝固原则的优点：同时凝固时铸件温差小，不容易产生热裂，凝固后不易引起应力和变
形。其缺点为：同时凝固条件下，扩张角φ
等于零，没有补缩通道，无法实现补缩。其
顺序凝固方式示意图
纵向温度分布曲线
距离温
度
冒口
浇口同时凝固方式示意图
内浇道
III
II
I
距离
纵向温度分布曲线
温
度
冷铁
适用范围为：
1）碳硅含量高的灰铸铁，其体收缩较小甚至不收缩，合金本身不易产生缩孔和缩松。
2）结晶温度范围大，容易产生缩松的合金（如锡青铜），对气密性要求不高时，可采用这一原则，以简化工艺。
3）壁厚均匀的铸件，尤其是均匀薄壁铸件，倾向于同时凝固，消除缩松困难，应采用同时凝固原则。
4）球墨铸铁件利用石墨化膨胀进行自补缩时，必须采用同时凝固原则。
5）某些适合采用顺序凝固原则的铸件，当热裂、变形成为主要矛盾时，可采用同时凝固原则。
第十二章金属塑性成形的物理基础
1.简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别？
答：滑移是晶体在外力的作用下，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。孪生变形需要达到一定的临界切应力可生。在常温下其值要比滑移的临界切应力大得多。
2.试分析多晶体塑性变形的特点。
答：很大程度上取决于第二相的数量、形状、大小和分布的形态，当第二相粒力的尺寸与基本相晶粒尺寸高于同一数量级时，聚合型两相合金。当第二相以细小分散的微粒均匀分布于基体相时，即为弥散型两相合金时，弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显著地强化作用；对聚合型两相合金而言，只有当第二相为较强时，才能对合金起到强化作用。
3.冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？
答：对组织机构的影响：a：晶粒形状发生改变，b:晶粒位向发生改变
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，而塑性和韧性相应下降。
4.什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？
答：动态回复：当加热升温时，原子具有相当的扩散能力，通过位错的攀移，交滑移产生变形后的金属自发地向自由能状态转变。
软化机制：对于铁素体钢、铝及铝合金和密排六方晶格的锌、镁等金属，它们的层错能变。变形位错的交滑移和攀移，比较容易进行。位错容易在滑移面间转
移，使异号位错，相互抵消，使位错密度下降，畸变能降低，达不到动态
再结晶所需要的能量水平。
5．应力状态对金属的塑性和变形抗力有何影响？
答：对金属塑性的影响：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越差。
对变形抗力的影响：挤压时的变形抗力远比拉拔时的变形抗力大，原因是两者的应力状
态不同，挤压时金属处于三向压应力状态，拉拔时金属处于一向受
拉，两向受压的应力状态。
6.什么是金属的超塑性？超塑性变形有何特征？
答：超塑性：一定的化学成分、特定的显微组织、特定的变形温度和应变速率等，金属会出现异乎寻常的变塑性状态，具有均匀变形能力伸长率达到百分之几百，甚至几
千。
特征：大伸长率、无缩颈、低流动应力，对应变速率的敏感性，易成形、变形后的制品表面光滑、没有起皱、微裂和滑移痕迹等现象。
第十三章应力分析
图14-1 任意斜切微分面上的应力
2. 如何表示任意斜微分面上的应力？
答：若过一点的三个互相垂直的微分面上的九个应力分量已知，则借助静力平衡条件，该点任意方向上的
应力分量可以确定。
如图14-1所示，设过Q 点任一斜切面的法线N 与三个坐标轴的方向余弦为l ，m ，n ， l=cos(N,x); m=cos(N,y); n=cos(N,z)。
若斜微分面ABC 的面积为dF ， 微分面OBC(x 面)、OCA(y 面)、OAB(z 面)的微分面积分别为dFx 、dFy 、dFz ， 则各微分面之间的关系为
dFx=ldF ；dFy= mdF ； dFz=ndF
又设斜微分面ABC 上的全应力为S ，它在三坐标轴方向上的分量为Sx 、
Sy 、Sz ，由静力平衡条件
∑=0
x
P
，得：
d d d d zx y x x =---Fz F F F S y x x ττσ
整理得
?
?
?
?
?
++=++=++=n m l S n m l S n m l S z yz xz z zy y xy y zx yx x x στττστττσ （14-6）
用角标符号简记为
()
z y x j i l S i
ij j ，，，==σ
显然，全应力
2
222z
y x S S S S ++=
斜微分面上的正应力σ为全应力S 在法线N 方向的投影，它等于
x S ,y S ,z
S 在N 方向上的投影之和，即
n
S m S l S z y x ++=σ
)
(2222nl mn lm n m l zx yz xy z y x τττσσσ+++++= （14-7）
斜切微分面上的切应力为 222
στ
-=S （14-8）
所以，已知过一点的三个正交微分面上9个应力分量，可以求出过该点任意方向微分面上的应力，也
就是说，这9个应力分量可以全面表示该点应力状况，亦即可以确定该点的应力状态。
5. 平面应力状态和纯切应力状态有何特点?答：平面应力状态的特点为：变形体内各质点与某坐标轴垂直的平面上没有应力。纯切应力状态：纯切应力状态下物体只发生形状变化而不发生体积变化，纯切应力状态下单元体应力偏量的主方向与单元体应力张量的主方向一致，平均应力为0，其第一应力不变量也为0。 7. 已知受力物体内一点的应力张量为
??
??? ??---=307580750508050
50ij σ （MPa ），
试求外法线方向余弦为l=m=1/2，n=21
的斜切面上的全应力、正应力和切应力。
解：设全应力为S ， s
x
，
y
s , s
z
分别为S 在三轴中的分量，
?
?
?
?
?
++=++=++=n m l S n m l S n m l S z yz xz z zy y xy y zx yx x x στττστττσ
则有:
?s
x
=5021?
+ 5021
?+802
1?=106.6 y s =5021?
+021?-7521?=-28.0 s
z =8021?
-7521?-302
1?=-18.7 2
222z
y x S S S S ++= 则得到 S ＝111.79 MPa n
S m S l S z y x ++=σ 则得到 σ＝26.1 MPa
而222
στ
-=S 则得到 τ＝108.7 MPa
8. 已知受力体内一点的应力张量分别为
①????
?
?
?---=100
100100
10010ij
σ，
②????
? ??=10000001720172
0ij
σ， ③???
?
? ?
?-----=40
0014
047
ij
σ (MPa) 1） 画出该点的应力单元体；
2） 求出该点的应力张量不变量、主应力及主方向、主切应力、最大切应力、等效应力、应力偏张量和应力球张量；
3） 画出该点的应力莫尔圆。
解：1）略 2）在①状态下：
J 1=
x σ+y σ+z
σ=10 J 2=-(x σy σ+
z y σσ+
x
z σσ)+
2xy τ+
2yz τ+
2
zx
τ=200
J 3=z y x σσσ+2
zx
yz xy τττ-(
2yz x τσ+
2zx y τσ+
2
xy z τσ)=0
式
10
14—和由
0322
13=---J J J σσσ ?1σ＝20 ， 2σ＝0 ， 3σ＝-10
代入公式对于
1σ＝20时：
对于
2σ＝0时： 对于
3
σ＝－10时：
,21
1=
l 0
1=m 2
11-
=n l
2
12=
l 0
2=m 2
12=
n 0
3=l 1
3=m
： 主切应力
最大切应力
等效应力：2
2132322213)()()(2
1J '=-+-+-=
σσσσσσσ ＝
700
应力偏张量：
m σ＝)(31321σσσ++＝3
10
)10020(31=-+
故
应力球张量：
第十四章应变分析
5. 小应变几何方程和变形协调方程各如何表示？它们有何意义？
???????
?
???????
?3100
00310
000310???
?
??
?
?
????????---='3200
1003400100320ij σ5
2
3
223±=-±=σστ10
2
2
112±=-±
=σστ15
2
1
331±=-±
=σστ15
2
1
331±=-±
=σστ3
20
=
'?x σ3
20='z
σ3
40
-
='y σ0
3=n
答：小应变几何方程：
z w y
v x u z y x ??=??=??=εεε
???????????+??==??+??==??+??==)(21)(21)(21z u x w y w z v x v y u xz
zx zy
yz yx xy γγγγγγ 物理意义：表示小变形时位移分量和应变分量之间的关系，是由变形几何关系得到的，称为小应变几何方程，又称柯西几何方程。如果物体中的位移场已知，则可由上述小应变几何方程求得应变场。
变形协调方程：
????
?
?
??
??????=
??-??+???????=??-??+???????=??-??+????y x z y x z x z y x z y z y x z y x z xy
zx yz y zx yz xy x yz
xy zx εγγγεγγγεγγγ222)()()(
物理意义：只有当应变分量之间满足一定的关系时，物体变形后才是连续的。否则，变形后会出现“撕裂”或“重叠”，变形体的连续性遭到破坏。 7. 对数应变有何特点？它与相对线应变有何关系？ 答：对数应变特点：
（1） 对数应变适用于大变形；
（2） 叠加性 设某物体的原长度为l0，历经变形过程l1、l2到 l3，则总的对数应变为各分量对
数应变之和，即
2
3
120123120103ln ln ln )ln(ln d 3
0l l l l l l l l l l l l l l l l l l ++=??===
?
= 1+ 2+ 3
对应的各阶段的相对应变为
00101l l l -=
ε； 11
212l l l -=ε； 2
2323l l l -=ε 显然， 23120103εεεε
++≠
这表明，对数应变具有可叠加性，而相对应变不具有可叠加性。
（3）可比性 对数应变为可比应变，相对应变为不可比应变。假设将试样拉长一倍，再压缩一半，则
物体的变形程度相同。 拉长一倍时
2ln 2ln
==+
l l 压缩一半时
2ln 5.0ln
-==-
l l 负号表示应变方向相反。而用相对应变时，以上情况分别为
％100200
0=-=
+
l l l ε ％505.00
0-=-=
-
l l l ε
因而，相对应变为不可比应变。
9. 设一物体在变形过程中某一极短时间内的位移为
310)1.02.020(-?++=z xy u 310)2.01.010(-?+-=yz x v
310)2.020(-?-=xyz w 试求：点Ａ（１，１，－１）的应变分量、应变球张量、应变偏张量、主应
变、等效应变
解：由几何方程z w y v x u z y x ??=??=??=
εεε ?
???
?
?
?????+??==??+??==??+??==)(21)(21)(21z u x w y w z v x v y u xz zx zy yz yx xy γγγγγγ来求得应变分量
根据公式)(3
1z y x m εεεε++=和应变球张量表达式????
?
?????m m
m εεε0
0000
求球 量
再根据
???
?
?
?????---m z zy zx yz m y yx xz xy m
x εεγγγεεγγγεε来求应变偏张量 先求三个应变张量不变量1I 2I 3I 代入特征方程
032213=I I I －－－εεε可求。 1ε， 2ε， 3ε
然后根据213232221)()()(3
2
εεεεεε-+-+-=
可求等效应变
第十五章屈服准则
5. 某理想塑性材料的屈服应力为100＝s σMPa ，试分别用屈雷斯加及密塞斯准则判断下列应力状态处于什么状态（是否存在、弹性或塑性）。
①????? ??1000000000100,②????? ??5000050000150,③????? ??000010000120,④????
? ??-00005000050（MPa ） 解：根据屈雷斯加准则s
s s
σσσσσσσσσ=-=--1332
21＝时就发生屈服，
根据密塞斯准则()()()22132322212S σσσσσσσ=-+-+- 或
()()()[]
22132322213161S E
E σνσσσσσσν
+=-+-+-+ ①
1σ＝100 2σ＝0 3σ＝100
100-0＝100发生屈服，
（100-0）2
＋（0-100）2
＋（100-100）2
＝20000＝2s σ2
发生屈服
②
1σ＝150 2σ＝50 3σ＝50
150-50＝100发生屈服
（150-50）2
＋（50-50）2
＋（150-50）2
＝20000＝22
s σ发生屈服
③1σ＝120 2σ＝10 3σ＝0
120-0＝120s σ?
（120-10）2
+（10-0）2
+（120-0）2
＝26600s σ2?2
该力不存在 ④1σ＝50
2σ＝-50 3σ＝0
50-（-50）＝100＝s σ发生屈服
（50+50）2+（50-0）2+（0+50）2＝15000?22s
σ
处于弹性状态
6. 一薄壁管（参见图16-11），内径φ80 mm ，壁厚4mm ，承受内压
p ，
材料的屈服应力为200=s σMPa ，现忽略管壁上的径向应力（即设0=ρσ）。试用两个屈服准则分别求出下列情况下管子屈服时的p ；
（1）管子两端自由; （2） 管子两端封闭; （3）管子两端加100KN 的压力。 解：（1）当两端自由
由于ρσ可以忽略为0 两端自由
0=Z σ
θσ＝t r p 22＝t pr ?0
显然1σ＝s σ＝
t pr ， 2σ＝z
σ＝0， 3σ＝ρσ＝0
Mises 准则：1σ?＝s σ 即 t pr ＝s
σ＝200 MPa 代入可得
P=20 MPa Tresca 准则
1σ－3σ＝s σ p=20 MPa
(2)当管子两端封闭时：
z σ＝t pr 2， θσ＝t pr
1σ＝θσ＝t pr ， 2σ＝z σ＝t pr 2 ，3σ＝ρσ＝0
Mises 准则：
t pr
23＝s σ?P=3
2
r t s
σ?
代入可得
P=23.09 MPa Tresca 准则：
t
pr
-0＝s
σ?p=r t r
σ 代入数据可得 p=20.0 MPa
(3)当管子两端加100KN 的 压力时：
z σ＝
021015
2??-rt
r p ππ
θσ＝t pr 0? ∴ 1σ＝θσ＝t pr 0?
2σ＝ρσ＝0； z σσ=3＝
rt
r p ππ21015
2?-
由密塞斯屈服准则：
()()()22132322212s σσσσσσσ=-+-+-
?（
0-t
pr ）2
＋（
rt r p ππ210152?-）2
＋（
rt
r p ππ21015
2?-－
t
pr ）2＝22
s σ
代入数据得： p 13≈ MPa
由屈雷斯加屈服准则:
z σσθ-=s
σ
s rt
r p t pr σππ=?--?210152
t
pr
2?
=200-100=100 MPa
10=?p MPa
故p=10 MPa
8. 已知材料的真实应力-应变曲线方程为B Y =4.0∈，若试样已有伸长率%25=δ，试问
试验还要增加多少才会发生颈缩？
解：根据 n=b ∈ ∴b ∈=0.4
因为已有伸长率25.0=δ
，则)1ln(δ+∈==0.223
所以，
'∈=b ∈-∈=0.177
即：
177.0)1ln('=+δ ， 1936.0'=δ
∴还要增加19.36%才发生颈缩。
第十六章材料本构关系
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
第十九章思考与练习 1.主应力法的基本原理和求解要点是什么？ 答：主应力法（又成初等解析法）从塑性变形体的应力边界条件出发，建立简化的平衡方程和屈服条件，并联立求解，得出边界上的正应力和变形的力能参数，但不考虑变形体内的应变状态。其基本要点如下： ⑴把变形体的应力和应变状态简化成平面问题（包括平面应变状态和平面应 力状态）或轴对称问题，以便利用比较简单的塑性条件，即 G -二=七S。对于形状复杂的变形体，可以把它划分为若干形状简单的变形单元，并近似地认为这些单元的应力应变状态属于平面问题或轴对称问题。 ⑵根据金属流动的方向，沿变形体整个（或部分）截面（一般为纵截面）切取包含接触面在 内的基元体，且设作用于该基元体上的正应力都是均布的主应力，这样，在研究基元体的力的平衡条件时，获得简化的常微分方程以代替精确的偏微分方程。接触面上的摩擦力可用库仑摩擦条件或常摩擦条件等表示。 ⑶在对基元体列塑性条件时，假定接触面上的正应力为主应力，即忽略摩擦 力对塑性条件的影响，从而使塑性条件大大简化。即有二X- J y=叙（当二X > 二y） ⑷将经过简化的平衡微分方程和塑性条件联立求解，并利用边界条件确定积分常数，求得接 触面上的应力分布，进而求得变形力。 由于经过简化的平衡方程和屈服方程实质上都是以主应力表示的，故而得名“主应力法”。 2 .一20钢圆柱毛坯，原始尺寸为-5Qmm 50mm ,在室温下镦粗至高度h=25mm 设接触表面摩擦切应力E =0.2丫。已知Y =746 ￡2Q MPa ,试求所需的变形力P和单位流动压力P O
解：根据主应力法应用中轴对称镦粗得变形力算得的公式 . Y 而本题.=0.2Y 与例题.=mk , k =—相比较得：m=0.4,因为该圆柱被压缩至 2 h=25mm 根据体积不变定理，可得r e =25 ,2 , d=50 2 ,h=25 又因为 Y = 746 ；0.2 （1 -—2 ） 15 3 .在平砧上镦粗长矩形截面的钢坯，其宽度为 a 、高度为h ,长度 l a ,若接触面上的摩擦条件符合库仑摩擦 定律，试用主应力法推导单位流动压力 P 的表 达式。 解：本题与例1平面应变镦粗的变形力相似，但又有 其不同点，不同之处在于■= U^y 这个摩擦条件，故在 2U ；二 y ^y LdX 中是一个一阶微分方程， J 算得的结果不一样，后面的答案也不 h 一样， 4 .一圆柱体，侧面作用有均布压应力 G ,试用主应力法求镦粗力 P 和单位流动压力p （见图19-36） 解：该题与轴对称镦粗变形力例题相似，但边界条件不一样，当r =r e ,二 re -J 0 而不是二re =0 ,故在例题中，求常数C 不一样: 2 . C = X e ? 2k 飞0 h 2τ ■ -y （X -X e ） 2k — h m d P = 丫（1 图 19-36
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?和界面张力ρ的关系如（1）ρ＝2?/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＝?（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；
硕士研究生入学考试《材料成形原理》命题大纲 第一部分考试说明 一、考试性质 《材料成形原理》考试科目是我校为招收材料成形及控制工程、材料加工工程专业硕士研究生而设置的,由我校材料科学与工程学院命题。考试的评价标准是普通高等学校材料成形及控制工程和相近专业优秀本科毕业生能达到的及格或及格以上水平。 二、考试的学科范围 应考范围包括:焊接热源及热过程,熔池凝固及焊缝固态相变,焊接化学冶金,焊接热影响区的组织与性能,焊接缺陷与控制;金属塑性成形的物理基础,应力分析,应变分析,屈服准则,应力应变关系,变形与流动问题,塑性成形力学的工程应用。 三、评价目标 《材料成形原理》是材料成形及控制工程和相关专业重要的专业基础课。本课程考试旨在考查考生是否了解材料成形的基本过程、基本特点、基本概念和基本理论,是否掌握了材料成形的基本原理、基本规律及应用。 四、考试形式与试卷结构 (一) 答卷方式:闭卷,笔试; (二) 答题时间:180分钟; 第二部分考查要点 一、焊接热源及热过程 1、与焊接热过程相关的基本概念 2、熔焊过程温度场 3、焊接热循环 二、熔池凝固及焊缝固态相变 1、焊接熔池凝固特点 2、焊接熔池结晶形态 3、结晶组织的细化 4、焊缝金属的化学成分不均匀性 5、焊缝固态相变 6、焊缝性能的控制 三、焊接化学冶金 1、焊接化学冶金过程的特点 2、焊缝金属与气相的相互作用 3、焊缝金属与熔渣的相互作用 4、焊缝金属的脱氧与脱硫 5、合金过渡 四、焊接热影响区的组织与性能 1、焊接热循环条件下的金属组织转变特点 2、焊接热影响区的组织与性能
五、焊接缺陷与控制 1、焊缝中的夹杂与气孔 2、焊接裂纹 六、金属塑性成形的物理基础 1、冷塑性变形与热塑性变形 2、影响塑性与变形抗力的因素 七、应力分析 1、应力张量的性质 2、点的应力状态与任意斜面上的应力 3、主应力,主切应力,等效应力 4、应力球张量与偏张量 八、应变分析 1、应变张量的性质 2、工程应变、对数应变、真实应变 九、屈服准则 1、Tresca屈服准则与Mises屈服准则 2、屈服轨迹与屈服表面 十、应力应变关系 1、塑性应力应变关系 2、增量理论与全量理论 十一、变形与流动问题 1、影响变形与流动的因素 2、摩擦及其影响 十二、塑性成形力学的工程应用。 1、主应力法的应用 2、滑移线法的应用 2014试题范围：今年的真题跟去年论坛里回忆的真题考的内容有80%都不一样。还是分为必做题和选做题，必做题100分，选做题50分。必做题包括塑性和焊接，选做题塑性焊接二选一。必做题前四题是塑性，后五题为焊接。选做题中：塑性部分是三题计算题，焊接部分有五题，第一题是计算题，后四题为分析简答题。 必做题：塑性考了 1.冷塑性变形对金属组织和性能的影响。2.什么是应力偏张量，应力球张量以及它们的物理意义。 3.考了对数应变和相对应变。4.还考了塑性成形过程中的力学方程。焊接考了 1.结晶裂纹的影响因素，防治措施 2.还考了熔渣的脱氧 3.熔渣的碱度对金属氧化，脱氧等等的影响。其他的忘了，跟去年考的很不一样，好多不会。 选作题；塑性是考了三个计算题，我没注意看，反正考了利用屈服准则来计算，还考了正应力，切应力，主应力的计算。最后一题利用主应力法来计算什么，我选做题选的是焊接，
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°
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N1、平均原子间距r1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ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。 N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。 r1 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
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
名词解释 1溶质平衡分配系数;特定温度T*下固相合金成分浓度C*S与液相合金成分C*L达到平衡时的比值。 2缩孔：纯金属火共晶合金铸件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞； 缩松:具有宽结晶温度温度范围的合金铸件凝固中形成的细小而分散的缩孔； 3沉淀脱氧：将脱氧元素（脱氧剂）溶解到金属液中以FeO直接进行反应而脱氧，把铁还原的方法。 4均质形核:形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，所以也成“自发形核”（实际生产中均质形核是不太可能的）非均质形核:依靠外来质点或型壁界面而提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”或“非自发形核”。 5.简单加载:是指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。 6.冷热裂纹:冷裂纹是指金属经焊接或铸造成形后冷却到较低温度时产生的裂纹，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 7.最小阻力定律:当变形体质点有可能沿不同方向移动时，则物体各质点将沿着阻力最小的方向移动. 填空 1.动力学细化四个内容:铸型振动、超声波振动、液相搅拌、流变铸造 2.铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和内部等轴晶区三个不同的形态的晶区 3.细化铸件宏观凝固组织的措施有合理地控制浇注工艺和冷却条件、孕育处理、动力学细化等三个方面 4.微观偏析的两种主要类型为晶内偏析与晶界偏析，宏观偏析按由凝固断面表面到内部的成分分布，有正常偏析与逆偏析两类 5.铸造过程中的气体主要来源是熔炼过程和浇注过程和铸型 6.我们所学的特殊条件下的凝固包括快速凝固和失重条件下凝固和定向凝固 7.液态金属（合金）凝固的驱动力由过冷度提供，而凝固时的形核方式有：均质形核和非均质形核两种 8.晶体的生长方式有连续生长和台阶方式生长两种 9.凝固过程的偏析可分为：微观偏析和宏观偏析两种 10.液体原子的分布特征为:长程无序，短程有序，即液态金属原子团的结构更类似于固态金属 11.Jakson因子α可以作为固液界面微观结构的判据，凡α<=2的晶体，其生长界面为粗糙，凡α>5的晶体，其生长界面为光滑 12.液态金属需要净化的有害元素包括碳氧硫磷 13.塑形成形中的三种摩擦状态分别是干摩擦、流体摩擦、边界摩擦 14.对数应变的特点是具有真实性、可靠性、和可加性 15.就大多数金属而言，其总的趋势是随着温度的升高，塑形增加 16.钢冷挤压时，需要对胚料表面进行磷化、皂化润滑处理 选择题1.塑形变形时，工具表面粗糙度对摩擦系数的影响（A）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.塑形变形时，不产生硬化的材料叫做（A）A理想塑形材料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形条件求解塑形成形问题的方法称为（B）A解析法B主应力法C滑移线法 4.韧性金属材料屈服时（A）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.塑形变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做（B）A理想弹性材料B理性刚塑形材料C塑形材料 6.硫元素的存在使碳钢易产生（A）A热脆性B冷脆性C兰脆性 7.应力状态中的（B）应力，能充分发挥材料的塑形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σs（B）中间主应力σz.A大于B等于C小于 9.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑形、韧性（B）.A提高B降低C没有变化 简答题1.简述顺序凝固原则和同时凝固原则的优缺点和适用范围 答：（1）铸件的顺序凝固原则是采取各种措施保证铸件各部分按照距离冒口的远近，由远及近朝着冒口方
《材料成形原理》阶段测验 （第一章） 班级：姓名：学号成绩： 1、下图中偶分布函数g(r)，液体g(r)为c图，晶态固体g(r)为a图，气体g(r)为 b 图。 （a）（b）（c） 2、液态金属是由大量不停“游动”着的原子团簇组成，团簇内为某种有序结构，团簇周围是一些散乱无序的原子。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，这种现象称为结构起伏。 3、对于液态合金，若同种元素的原子间结合力F(A-A、B-B) 大于异类元素的原子间结合力F(A-B)，则形成富A及富B的原子团簇，具有这样的原子团簇的液体仅有“拓扑短程序”；若熔体的异类组元具有负的混合热，往往F(A -B)＞F(A-A、B-B)，则在液体中形成具有A-B化学键的原子团簇，具有这样的原子团簇的液体同时还有“化学短程序”。 4、液体的原子之间结合力（或原子间结合能U）越大，则内摩擦阻力越大，粘度也就越大。液 体粘度η随原子间结合能U按指数关系增加，即（公式）：?? ? ? ? ? = T U T B B k exp k 2 3 τ δ η。 5、加入价电子多的溶质元素，由于造成合金表面双电层的电荷密度大，从而造成对表面压力大，而使整个系统的表面张力增大。 6、铸件的浇注系统静压头H越大，液态金属密度 1 ρ及比热 1 C、合金的结晶潜热H ?越大，浇注温 度 浇 T、铸型温度T型越高，充型能力越强。 7、两相质点间结合力越大，界面能越小，界面张力就越小。两相间的界面张力越大，则润湿角越大，表示两相间润湿性越差。 8、铸件的浇注系统静压头H越大，液态金属密度 1 ρ及比热 1 C、 合金的结晶潜热H ?越小，浇注温度 浇 T、铸型温度T型越高， 充型能力越强。 9、右图为碱金属液态的径向分布函数RDF，请在图中标注液 态K的平均原子间距r1的位置，并以积分面积（涂剖面线）表 达液态K的配位数N1的求法。见图中标注 10、试总结原子间相互作用力、温度、原子间距、表面活性元 素对液态金属的粘度、表面张力的总体规律。（可写于背面）
《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。(√ )
《材料成型原理》试卷 一、铸件形成原理部分（共40分） (1)过冷度；(2)液态成形；(3)复合材料；(4) 定向凝固； （1）过冷度：金属的理论结晶温度与实际结晶温度的差，称为过冷度。 （2）液态成形：将液态金属浇入铸型后，凝固后获得一定形状和性能的铸件或铸锭的加工法。 （3）复合材料：有两种或两种以上物理和化学性质不同的物质复合组成的一种多相固体。（4）定向凝固:定向凝固是使金属或合金在熔体中定向生长晶体的一种工艺方法。 （5）溶质再分配系数：凝固过程中固－液界面固相侧溶质质量分数与液相中溶质质量分数之比，称为溶质再分配系数。 2、回答下列问题 （1）影响液态金属凝固过程的因素有哪些？影响液态金属凝固的过程的主要因素是化学成分；冷却速率是影响凝固过程的主要工艺因素；液态合金的结构和性质等对液态金属的凝固也具有重要影响。 （2）热过冷与成分过冷有什么本质区别？热过冷完全由热扩散控制。成分过冷由固－液界前方溶质的再分配引起的，成分过冷不仅受热扩散控制，更受溶质扩散控制。 （3）简述铸件（锭）典型宏观凝固组织的三个晶区.表面细晶粒区是紧靠型壁的激冷组织，由无规则排列的细小等轴晶组成；中间柱状晶区由垂直于型壁彼此平行排列的柱状晶粒组成；内部等轴晶区由各向同性的等轴晶组成。 3、对于厚大金属型钢锭如何获得细等轴晶组织？降低浇注温度，有利于游离晶粒的残存和产生较多的游离晶粒；对金属液处理，向液态金属中添加生核剂，强化非均质形核；浇注系统的设计要考虑到低温快速浇注，使游离晶不重熔；引起铸型内液体流动，游离晶增多，获得等轴晶。 二、焊接原理部分1简述氢在金属中的有害作用。氢脆，白点，气孔，冷裂纹2写出锰沉淀脱氧反应式，并说明熔渣的酸碱性对锰脱氧效果的影响.[Mn] + [FeO] = [Fe] + (MnO),酸性渣脱氧效果好，碱度越大，锰的脱氧效果越差。3冷裂纹的三大形成要素是什麽？钢材的淬硬倾向，氢含量及其分布，拘束应力状态4说明低碳钢或不易淬火钢热影响区组织分布.（1）熔合区：组织不均匀;（2）过热区：组织粗大; （3）相变重结晶区（正火区）：组织均匀细小;（4）不完全重结晶区：晶粒大小不一，组织分布不均匀. 一、填空题 1．液态金属本身的流动能力主要由液态金属的成分、温度和杂质含量等决定。 2．液态金属或合金凝固的驱动力由过冷度提供。 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平面长大方式，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为树枝晶长大方式。 4．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流。 5．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为热过冷。 6．铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和内部等轴晶区不同形态的晶区。 7．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。 8．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个收缩阶段。 9．铸件中的成分偏析按范围大小可分为微观偏析和宏观偏析二大类。
. 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。（）
第十三章思考与练习 简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。 答：滑移是指晶体在外力的作用下，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。滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。 孪生变形时，需要达到一定的临界切应力值方可发生。在多晶体内，孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。 设有一简单立方结构的双晶体，如图13-34所示，如果该金属的滑移系是{100} <100>，试问在应力作用下，该双晶体中哪一个晶体首先发生滑移？为什么？ 答：晶体Ⅰ首先发生滑移，因为Ⅰ受力的方向接近软取向， 而Ⅱ接近硬取向。 试分析多晶体塑性变形的特点。 答：①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。 ②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。 ③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。 ④多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大， 金属的强度高。金属的塑性越好。 4. 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，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。 5. 合金的塑性变形有何特点？ 答：合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类，它们的塑性变形的特点不相同。 单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生，变形时主要受固溶强化作用， 多相合金的塑性变形的特点：多相合金除基体相外，还有其它相存在，呈两相或多相合金，合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说，仍然是滑移和孪生。 根据第二相又分为聚合型和弥散型，第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时，称为聚合型两相合金，只有当第二相为较强相时，才能对合金起到强化作用，当发生塑性变形时，首先在较弱的相中发生。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时，称为弥散型两相合金，这种弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显着的强化作用，粒子越细，弥散分布越均匀，强化的效果越好。 6. 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？ 答：对组织结构的影响：晶粒内部出现滑移带和孪生带； 晶粒的形状发生变化：随变形程度的增加，等轴晶沿变形方向逐步伸长，当变形量很大时，晶粒组织成纤维状； 晶粒的位向发生改变：晶粒在变形的同时，也发生转动，从而使得各晶粒的取向逐渐趋于一致（择优取向），从而形成变形织构。 对金属性能的影响：塑性变形改变了金属内部的组织结构，因而改变了金属的力学性能。 随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性相应下降。即产生了加工硬化。 7. 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：加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升。为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。这种现象称为加工硬化。 加工硬化产生的原因主要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。 8. 什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？ 答：动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。 对于层错能高的金属，变形位错的交滑移和攀移比较容易进行，位错容易在滑移面间转移，使异号位错互相抵消，其结果是位错密度下降，畸变能降低，达不到动态再结晶所需的能量水平。 9. 什么是动态再结晶？影响动态再结晶的主要因素有哪些？
陕西工学院考试试卷（B）标准答案 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成分、温度和杂质含量等决定。2．液态金属或合金凝固的驱动力由过冷度提供。 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平面长大方式，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为树枝晶长大方式。 5．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流。6．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为热过冷。 7．铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和内部等轴晶区三个不同形态的晶区。 8．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。9．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个收缩阶段。 10．铸件中的成分偏析按范围大小可分为微观偏析和宏观偏析二大类。 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大于工件表面的粗糙 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。 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 Ｂ。 Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法； 4.韧性金属材料屈服时，Ａ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Ｂ。 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。 Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性； 7.应力状态中的B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 ｍB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 B 。 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。（X ）
