材料成形技术基础第五章

材料成形技术基础（问答题答案整理）第二章铸造成形问答题：合金的流动性（充型能力）取决于哪些因素？提高液态金属充型能力一般采用哪些方法？答：因素及提高的方法：（1）金属的流动性：尽量采用共晶成分的合金或结晶温度范围较小的合金，提高金属液的品质；（2）铸型性质：较小铸型与金属液的温差；（3）浇注条件：合理确定浇注温度、浇注速度和充型压头，合理设置浇注系统；（4）铸件结构：改进不合理的浇注结构。

影响合金收缩的因素有哪些？答：金属自身的化学成分，结晶温度，金属相变，外界阻力（铸型表面的摩擦阻力、热阻力、机械阻力）分别说出铸造应力有哪几类？答：（1）热应力（由于壁厚不均、冷却速度不同、收缩量不同）（2）相变应力（固态相变、比容变化）（3）机械阻碍应力铸件成分偏析分为几类？产生的原因是什么？答：铸件成分偏析的分类：（1）微观偏析晶内偏析：产生于具有结晶温度范围能形成固溶体的合金内。

（因为不平衡结晶）晶界偏析：（原因：(两个晶粒相对生长，相互接近、相遇；(晶界位置与晶粒生长方向平行。

）（2）宏观偏析正偏析（因为铸型强烈地定向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度）逆偏析产生偏析的原因：结晶速度大于溶质扩散的速度铸件气孔有哪几种？答：侵入气孔、析出气孔、反应气孔如何区分铸件裂纹的性质（热裂纹和冷裂纹）？答：热裂纹：裂缝短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色冷裂纹：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。

七：什么是封闭式浇注系统？什么是开放式浇注系统？他们各组元横截面尺寸的关系如何？答：封闭式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐减小，阻流截面在直浇道下口的浇注系统。

(ΣF内<ΣF 横<f直下端<f直上端)< bdsfid="120" p=""></f直下端<f直上端)<> 开放式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐加大，阻流截面在直浇道上口的浇注系统。

第五章答案5-1略。

5-2何谓表面张力和表面能？在固态和液态这两者有何差别？解：表面张力：垂直作用在单位长度线段上的表面紧缩力或将物体表面增大一个单位所需作的功；σ=力/总长度（N/m）表面能：恒温、恒压、恒组成情况下，可逆地增加物系表面积须对物质所做的非体积功称为表面能；J/m2=N/m液体：不能承受剪应力，外力所做的功表现为表面积的扩展，因为表面张力与表面能数量是相同的；固体：能承受剪切应力，外力的作用表现为表面积的增加和部分的塑性形变，表面张力与表面能不等。

5-3在石英玻璃熔体下20cm处形成半径5×10－8m的气泡，熔体密度为2200kg/m3，表面张力为0.29N/m，大气压力为1.01×105Pa，求形成此气泡所需最低内压力是多少？解：P1（熔体柱静压力）=hρg=0.2×2200×9.81=4316.4Pa附加压力=2×0.29/5×10-8=1.16×107Pa故形成此气泡所需压力至少为P=P1+△P+P大气=4316.4+1.16×107+1.01×105=117.04×105Pa5-4（1）什么是弯曲表面的附加压力？其正负根据什么划分？（2）设表面张力为0.9J/m2，计算曲率半径为0.5μm、5μm的曲面附加压力？解：（1）由于表面张力的存在，使弯曲表面上产生一个附加压力，如果平面的压力为P0，弯曲表面产生的压力差为△P，则总压力为P=P0+△P。

附加压力的正负取决于曲面的曲率，凸面为正，凹面为负。

（2）根据Laplace公式：可算得△P=0.9×（1/0.5+1/5）=1.98×106Pa5-5什么是吸附和粘附？当用焊锡来焊接铜丝时，用挫刀除去表面层，可使焊接更加牢固，请解释这种现象？解：吸附：固体表面力场与被吸附分子发生的力场相互作用的结果，发生在固体表面上，分物理吸附和化学吸附；粘附：指两个发生接触的表面之间的吸引，发生在固液界面上；铜丝放在空气中，其表面层被吸附膜（氧化膜）所覆盖，焊锡焊接铜丝时，只是将吸附膜粘在一起，锡与吸附膜粘附的粘附功小，锉刀除去表面层露出真正铜丝表面（去掉氧化膜），锡与铜相似材料粘附很牢固。

《工程材料》复习思考题参考答案第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。

答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。

线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。

如位错。

面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。

如晶界和亚晶界。

亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。

亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。

刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。

滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。

如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。

单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。

多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。

过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。

自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。

非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。

变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。

变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。

2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格；α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格；γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格；Mg、Zn属于密排六方晶格；3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。

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材料成型技术基础第二章铸造一、铸造的定义、优点、缺点:铸造指熔融金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法.优点：铸造的工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸几乎不受限制;工业上常用的合金几乎都能铸造；铸造原材料来源广泛，价格低廉，设备投资少;铸造适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗振或耐磨的零件.缺点：铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素，易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，且往往组织疏松,晶粒粗大。

二、充型能力的定义、影响它的三个因素:金属液的充型能力指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力.影响因素：①金属的流动性；②铸型条件；③浇注条件。

三、影响流动性的因素;纯金属和共晶成分合金呈逐层凝固流动性最好；影响充型能力的铸型的三个条件；浇注温度和压力对充型能力是如何影响的：影响流动性的因素：①合金成分:纯金属和共晶成分的合金,结晶过程呈逐层凝固方式，流动性好;非共晶成分的合金,呈中间凝固方式,流动性较差；凝固温度范围过大，铸件断面呈糊状凝固方式，流动性最差。

结晶温度范围越窄，合金流动性越好。

②合金的质量热容、密度和热导率:合金质量热容和密度越大、热导率越小，流动性越好.影响充型能力的铸型的三个条件：①铸型的蓄热系数:铸型从其中金属液吸收并储存热量的能力.蓄热系数越大，金属液保持液态时间短,充型能力越低。

教案
学院机电工程学院
课程名称工程材料及成形技术基础适用专业机械类
课程类型专业基础课
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工程材料及成形技术基础课程教案
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工程材料及成形技术基础课程教案。

工程材料及成‎形技术基础课‎课后习题参考‎答案第一章：1-1 机械零件在工‎作条件下可能‎承受哪些负荷‎？这些负荷对零‎件产生什么作‎用？答：机械零件在工‎作条件下可能‎承受到力学负‎荷、热负荷或环境‎介质的作用（单负荷或复合‎负荷的作用）。

力学负荷可使‎零件产生变形‎或断裂；热负荷可使零‎件产生尺寸和‎体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强‎度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降‎；环境介质可使‎金属零件产生‎腐蚀和摩擦磨‎损两个方面、对高分子材料‎产生老化作用‎。

1-3 σs、σ0.2和σb含义‎是什么？什么叫比强度‎？什么叫比刚度‎？答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料‎。

σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形‎时的条件屈服‎强度，用于无明显屈‎服现象的材料‎。

σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀‎塑性变形的最‎大应力值。

比强度－材料的强度与‎其密度之比。

比刚度－材料的弹性模‎量与其密度之‎比。

思考１－１、１－２.2-3 晶体的缺陷有‎哪些？可导致哪些强‎化？答：晶体的缺陷有‎：⑴点缺陷——空位、间隙原子和置‎换原子，是导致固溶强‎化的主要原因‎。

⑵线缺陷——位错，是导致加工硬‎化的主要原因‎。

⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的‎主要原因。

2-5 控制液体结晶‎时晶粒大小的‎方法有哪些？答：见P101.3.4.2液态金属结‎晶时的细晶方‎法。

⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。

2-8 在铁-碳合金中主要‎的相是哪几个‎？可能产生的平‎衡组织有哪几‎种？它们的性能有‎什么特点？答：在铁-碳合金中固态‎下主要的相有‎奥氏体、铁素体和渗碳‎体。

可能产生的室‎温平衡组织有‎铁素体加少量‎的三次渗碳体‎（工业纯铁），强度低塑性好‎；铁素体加珠光‎体（亚共析钢），珠光体（共析钢），珠光体加二次‎渗碳体（过共析钢），综合性能好；莱氏体加珠光‎体加二次渗碳‎体（亚共晶白口铸‎铁），莱氏体（共晶白口铸铁‎），莱氏体加一次‎渗碳体（过共晶白口铸‎铁），硬度高脆性大‎。

第一、二章1.系统定义：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。

(1) 包含若干部分(2) 各个部分之间存在某种联系(3) 具有特定的功能。

控制对象：泛指任何被控物体（不含控制器）。

控制：使某个控制对象中一个或多个输出量随着时间的推移按照某种预期的方式进行变化。

实现：靠控制系统去完成。

开环系统：不存在稳定性问题，控制精度无法保证。

闭环系统：可实现高精度控制，但稳定性是系统设计的一个主要问题。

2.实现闭环控制的三个步骤一是对被控量(即实际轧出厚度或压下位置)的正确测量与及时报告；二是将实际测量的被控量与希望保持的给定值进行比较、PID计算和控制方向的判断；三是根据比较计算的结果，发出执行控制的命令，使被控量恢复到所希望保持的数值上。

闭环控制系统的基本组成和要求（1）被控对象（2）被控量（3）干扰量(或叫扰动量)（4）自动检测装置(或叫自动检测环节) （5）给定量(或叫给定值)（6）比较环节（7）调节器（8）执行控制器古典控制策略主要包括：PID控制、Smith控制和解耦控制。

古典控制策略的应用要满足下面几个条件：(1) 系统应为线性定常系统；(2)系统的数学模型应比较精确；(3) 系统的运行环境应比较稳定。

PID算法的特点PID算法综合了系统动态过程中的过去、现在以及将来的信息PID算法适应性好，有较强的鲁棒性PID算法有一套完整的参数设计与整定方法PID控制能获得较高的性价比对PID算法的缺陷进行了许多改良形成具有实用价值的复合控制策略PID控制的显著缺点是不适于具有大时滞的被控系统( G(s)e- s )变参数及变结构的被控系统系统复杂、环境复杂、控制性能要求高的场合3.PID控制完全依靠偏差信号调节会带来很大调节延迟。

对偏差信号进行比例、积分和微分调节运算称为PID控制，它可以提高控制品质。

这是将偏差放大或通过微分给与短时间的强烈输出，加快启动，减少死区。

积分是将偏差累积起来，进行调整，达到消除静差的目的。

《材料成型理论基础》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：材料成型理论基础英文名称：Fundamentals for Materials Processing二、课程编码及性质课程编码：0809554课程性质：专业核心课，必修课三、学时与学分总学时：56学分：3.5四、先修课程工程材料学、传热学、流体力学、材料成形工艺基础五、授课对象本课程面向材料成型及控制工程专业学生开设，也可以供材料科学与工程专业和电子封装技术专业学生选修。

六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程是本专业的核心课程之一，其教学目的主要包括：1．让学生对液态成形、连接成形、固态塑性成形及高分子材料成形的基本过程有较全面、深入的理解，掌握其基本原理和规律。

2．了解液态金属的结构和性质；掌握液态金属凝固的基本原理，冶金处理及其对产品性能的影响。

3．掌握材料成形中化学冶金基本规律和缺陷的形成机理、影响因素及防止措施。

4．掌握塑性成形过程中的应力与应变的基础理论，金属流动的基本规律及其应用。

5．了解高分子材料的组织转变及流动、成形的基本规律。

表1 课程目标对毕业要求的支撑关系七、教学重点与难点：教学重点：1）本课程以材料成形工艺的理论基础为主线，根据成形加工过程中材料所处或经历的状态，分为液态凝固成形、固态塑性成形、连接成形、塑料注射成形等几类，学习材料在成形过程中的组织结构、性能、形状随外在条件的不同而变化的规律性知识。

2）本课程着重利用前期所学的物理、化学等基础理论，以及传热学、流体力学等专业基础理论知识，学习液态成形、塑性成形、连接成形等基本材料成形技术的内在规律和物理本质，包括共性原理，同时也要注重个性规律性认识。

3）课程将重点或详细介绍三种主要材料成形方法中的主要基础理论和专门知识，阐述这些现象的本质，揭示变化的规律。

而对次要成形方法的基本原理或发展状况等只作简要介绍或自学。

4）重点学习的章节内容包括：第4章“单相合金与多相合金的凝固”（6学时）、第5章“铸件凝固组织的形成与控制”（6学时）、第7章“焊缝及其热影响区的组织和性能”（6学时）、第8章“成形过程的冶金反应原理”（6学时）、第11章“应力与应变理论”（4学时）、第12章“屈服准则”（6学时）。