《材料成型原理》试卷A试题与答案
一、铸件形成原理部分（共40分）
1、概念（每小题3分共12分）
(1)过冷度；(2)液态成形；(3)复合材料；(4) 定向凝固；
答案：
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。
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。
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。
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。
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（每小题6分共18分）
（1）影响液态金属凝固过程的因素有哪些？（6分）答案：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？（6分）答案：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（6分）答案：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？（10分）答案：：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。
(1)产生成分过冷必须具备哪两个条件？（5分）答案：；第一是固－液界面前沿溶质的富
集而引起成分再分配；第二是固－液界面前方液相的实际温度分布，或温度分布梯度GL必须达到一定的值。
二、焊接原理部分（共20分）
1简述氢在金属中的有害作用。
（4分）
答案：：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（6分）
答案：：[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？（4分）
答案：：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。
（6分）
答案：：（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.
二、焊接原理部分（共20分）
1熔渣的作用是什麽？（4分）
答案：：（1）机械保护作用；（2）冶金处理作用；（3）改善工艺性能的作用 2简述氧在金属中的有害作用，并说明采取哪些措施可以减少焊缝中的氧含量。
（6分） 答案：：氧的有害作用: （1）使材料的强度、塑性和韧性降低，尤其是对低温韧性影响更大；（2）引起气孔和裂纹。
氧的控制：（1）纯化焊接材料；（2）控制焊接工艺参数；（3）冶金方法脱氧处理
三、塑性成形力学部分[共40分] 1、简答题：（10分）
(1) 写出塑性变形时应变分量ij ε与位移分量()
z y x u u u ,,之间关系（小变形几何方程）;
(2) 简述两种屈服准则并写出表达式，并说明其在空间的几何表示。
分]
()⎰⎰⎰⎪⎭
⎫ ⎝⎛--
===--b
x b H
b
x b H b
y x b H d Ke
H dx Ke
dx P 0
)
(20
)
(20
2222222μ
μ
σμμ ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-=+
-
=-
=-12222220
)
(2b
H b
H
b
x b H e HK e HK
HK
e HK
P μ
μ
μ
μμ
μ
μ
3、 如图平面挤压工艺，012 , = 2u u
h H ==，最大剪应力为K ，试用上限法求解平面挤压时的平均流动应力p 。
[15分]
第六题图 )
（三、3题图）
答案：∑⎰*
*
=D
S D
i i dS V K u P ][** ； 02
2u u u u u cd bc ab oa =
===，0u u ac =，h l l l l cd bc ab oa 2====，h l ac =
∑⎰**
=D
S D i i dS V K u
P ][** ，()ac ac cd cd bc bc ab ab oa oa u l u l u l u l u l K Pu ++++=0 ()h Ku hu u h K u l u l K Pu ac ac oa
oa 522
2440000=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=+= ()h K hu u h K u l u l K P ac ac oa oa 522
24400=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=+= K h
P
p 5.22==
2、回答下列问题（共16分）
三、塑性成形力学部分[共40分]
1、应力张量为⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢
⎣⎡=y xy
yx x
ij σττσσ，求主应力分量。
（用解析法和应力摩尔圆法两种方法求）（10分）
答案：⎥⎥⎦⎤
⎢⎢
⎣
⎡=y xy yx x
ij σττσσ，
0=--σ
σττσσy xy
yx
x ，
2
2
2122
xy y x y
x τσσσσσσ+⎪
⎪⎭
⎫ ⎝
⎛-±+=
⎭
⎬⎫
2 平锤头压入半无限体属于平面变形，滑移线场如图所示，最大剪应力为K ，试求平均流动应力p 。
（忽略摩擦）[15分]
第五题图 )
π/4
答案：
任取一点A ：a a ma x y K K 4,,2,0πωσσσ=-=-==
未知点C ：4?,?,?,πωσσσ-====co mc x y [5分] 沿α线：c mc a ma K K ωσωσ22-=-
πωωσσK K K c a ma mc --=--=)(2 [5分]
⎪⎩⎪
⎨⎧==+-=+=-=-=0
)2cos()2()2sin()2sin(c xyc c mc xc c mc xc K K K K K ωτ
πωσσπωσσ 则：)2(π+-=K p
3 平锤头压入半无限体属于平面变形，最大剪应力为K ，试用上限法求平均流动应力p 。
（πα==,冲头语言坯料间摩擦力为K =τ） [15分]
（三、3题图）
答案：∑⎰*
*
=D
S D
i i dS V K u P ][** ；，b l l l l l b l oc od cd bc ob ab ======,, [5分] 03
2u
u u u u u
ac cd ab bc ob ===== [5分] ∑⎰**
=D
S D i i dS V K u
P ][** ，0003
123
26u
Kb u Kb u P == K b
P p 3
12=
=
[5分]。
