材料成型基本原理 第三版 课后答案

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。

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/r 1+1/r 2）,式中r 1、r 2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。

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。

解： 浇注模型如下：则产生机械粘砂的临界压力 ρ＝2σ/r显然 r ＝21×＝ 则 ρ＝410*5.05.1*2－＝6000Pa 不产生机械粘砂所允许的压头为H ＝ρ/（ρ液*g ）＝10*75006000＝ 解： 由Stokes 公式 上浮速度 92(2v )12r r r －＝r 为球形杂质半径，γ1为液态金属重度，γ2为杂质重度，η为液态金属粘度γ1＝g*ρ液＝10*7500＝75000γ2＝g 2*ρMnO ＝10*5400＝54000所以上浮速度 v ＝0049.0*95400075000(*10*1.0*223）－）（－＝s 解：（1）对于立方形晶核 △G 方＝－a 3△Gv+6a 2σ①令d △G 方/da ＝0 即 －3a 2△Gv+12a σ＝0，则临界晶核尺寸a *＝4σ/△Gv ，得σ＝4*a △Gv ，代入① △G 方*＝－a *3△Gv ＋6 a *24*a △Gv ＝21 a *2△Gv 均质形核时a *和△G 方*关系式为：△G 方*＝21 a *3△Gv （2）对于球形晶核△G 球*＝－34πr *3△Gv+4πr *2σ 临界晶核半径r *＝2σ/△Gv ，则△G 球*＝32πr *3△Gv 所以△G 球*/△G 方*＝32πr *3△Gv/(21 a *3△Gv) 将r*＝2σ/△Gv ，a *＝4σ/△Gv 代入上式，得△G 球*/△G 方*＝π/6<1，即△G 球*<△G 方*所以球形晶核较立方形晶核更易形成3-7解： r 均*＝(2σLC /L)*(Tm/△T)＝319*6.618702731453*10*25.2*25）＋（－cm ＝*10－9m △G 均*＝316πσLC 3*Tm/（L 2*△T 2） ＝316π*262345319*)10*6.61870(2731453*10*10*25.2(）＋（）－＝*10－17J 答： 从理论上来说，如果界面与金属液是润湿得，则这样的界面就可以成为异质形核的基底，否则就不行。

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。

第一章液态金属的结构与性质习题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（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g(r）在任何位置均相等,呈一条直线g(r)=1。

晶态固体因原子以特定方式周期排列，其g(r）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）=1,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。

《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。

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相同点不同点液体具有自由表面；可压缩性很低具有流动性，不能承受切应力；远程无序，近程有序固体不具有流动性，可承受切应力；远程有序液体完全占据容器空间并取得容器内腔形状；具有流动性远程无序，近程有序；有自由表面；可压缩性很低气体完全无序；无自由表面；具有很高的压缩性（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g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1。

材料成型原理课后答案材料成型原理是指通过不同的成型工艺，将原料加工成所需形状和尺寸的零部件或制品的原理。

在工程制造领域中，材料成型是非常重要的一环，它直接影响着制品的质量和性能。

下面就材料成型原理的相关问题进行解答。

1. 什么是材料成型原理？材料成型原理是指将原料加工成所需形状和尺寸的零部件或制品的原理。

它是通过对原料进行加工，使其发生形状、尺寸和性能的改变，从而得到符合要求的制品。

材料成型原理是工程制造中的重要环节，它直接关系到制品的质量和性能。

2. 材料成型的基本过程是什么？材料成型的基本过程包括原料的预处理、成型工艺和制品的后处理。

首先，原料需要进行预处理，包括清洁、除杂、干燥等工序，以保证原料的质量和加工的顺利进行。

然后，根据制品的要求，选择合适的成型工艺，如锻造、压铸、注塑等，对原料进行加工成型。

最后，对成型后的制品进行后处理，包括去除余渣、表面处理、热处理等工序，以提高制品的质量和性能。

3. 材料成型原理的影响因素有哪些？材料成型原理的影响因素包括原料的性能、成型工艺、成型设备和操作技术等。

首先，原料的性能直接影响着成型的难易程度和制品的质量。

其次，成型工艺的选择和设计对成型效果起着决定性的作用。

成型设备的性能和精度也会影响成型的质量和效率。

操作技术则是保证成型过程顺利进行的重要因素。

4. 材料成型原理的发展趋势是什么？随着科学技术的不断发展，材料成型原理也在不断创新和完善。

未来，材料成型将更加注重节能环保、智能化和数字化。

新材料、新工艺、新设备的不断涌现，将推动材料成型原理朝着高效、精密、绿色的方向发展。

同时，数字化技术的应用将使成型过程更加智能化和可控化，提高生产效率和产品质量。

5. 如何提高材料成型的质量和效率？要提高材料成型的质量和效率，首先需要加强对原料的质量控制，保证原料的质量稳定。

其次，要优化成型工艺和设备，提高成型的精度和效率。

同时，加强操作技术的培训和管理，确保成型过程的稳定和可控。

材料成型原理课后答案材料成型原理是指通过一定的方法和工艺，将原料加工成所需形状的工程材料的过程。

在工程实践中，材料成型原理是非常重要的，因为它直接影响着材料的性能和质量。

下面是一些关于材料成型原理的课后答案，希望能够帮助大家更好地理解这一知识点。

1. 请简要说明材料成型原理的基本概念。

材料成型原理是指利用一定的方法和工艺，将原料加工成所需形状的工程材料的过程。

这个过程包括了原料的选择、加工工艺的设计、成型设备的选择等多个方面，是一个复杂的系统工程。

2. 什么是材料的塑性变形？请举例说明。

材料的塑性变形是指在一定条件下，材料可以经受外力作用而发生形状和尺寸的变化，而且在去除外力后，能够保持变形的一种性质。

例如金属材料在加工过程中经受压力而产生的变形，就是一种塑性变形。

3. 请简要说明材料的成型工艺对材料性能的影响。

材料的成型工艺对材料性能有着直接的影响。

不同的成型工艺会对材料的组织结构、晶粒大小、内部应力等产生影响，从而影响材料的硬度、强度、韧性等性能。

4. 请简要说明材料成型原理在工程实践中的应用。

材料成型原理在工程实践中有着广泛的应用。

例如在汽车制造中，各种金属材料需要经过成型工艺才能制成车身和零部件；在航空航天领域，各种复杂的零部件需要通过成型工艺才能完成加工。

5. 请简要说明材料成型原理的发展趋势。

随着科学技术的不断发展，材料成型原理也在不断地发展和完善。

未来，随着新材料、新工艺的不断涌现，材料成型原理将更加注重对材料性能的精细调控，以及对环境的友好性。

以上就是关于材料成型原理的一些课后答案，希望能够帮助大家更好地理解和掌握这一知识点。

材料成型原理是工程材料学中的重要内容，对于工程实践具有重要的指导意义。

希望大家能够在学习和工作中充分应用这一知识，不断提高自己的专业水平。

第四章习题解答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G L 随温度上升而下降的斜率大于固相G S 的斜率的理由。

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： VdP SdT dG +-= （1） 并根据数学上的全微分关系：dyy F dx x F y x dF xy ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=),(得： dPP G dT T G dG TP ⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= （2）比较（1）式和（2）式得： V P G S T G TP =⎪⎭⎫⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂,等压时dP =0 ，此时 dT T G SdT dG P⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=-= （3）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G L 随温度上升而下降的斜率大于固相G S 的斜率的理由如下：因为液态熵大于固态熵，即： S L ＞ S S所以：＞ 即液相自由能G L 随温度上升而下降的斜率大于固相G S 的斜率 。

2、结合图4-1及式（4-6）说明过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动力ΔG 的决定因素。

答：过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动力ΔG 的决定因素的理由如下：右图即为图4-1其中：V G ∆表示液－固体积自由能之差T m 表示液-固平衡凝固点 从图中可以看出：T > T m 时，ΔG=Gs -G L ﹥0，此时 固相→液相T = T m 时，ΔG=Gs -G L =0，此时 液固平衡T < T m 时，ΔG=Gs -G L ＜0，此时 液相→固相所以ΔG 即为相变驱动力。

再结合（4-6）式来看， m m V T TH G ∆⋅∆-=∆（其中：ΔH m —熔化潜热， ΔT )(T T m -=—过冷度）由于对某一特定金属或合金而言，T m 及ΔH m 均为定值，所以过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动力ΔG 的决定因素 。

3. 若金属固溶体以初生相按树枝晶单向生长，且生长释放的潜热与热量导出相平衡，试分析其枝晶端部可能具有哪些类型的过冷？若金属固溶体以初生相按等轴树枝晶在熔体中生长呢？答：（1）单向生长枝晶端部存在的过冷类型有：一定有动力学过冷，因为晶体的生长必然具备动力学过冷；一定有曲率过冷，因枝晶端部曲率不可能为零（或曲率半径无穷大），所以必然存在曲率过冷；可能成分过冷，金属固溶体（意味着是合金，而不是纯金属）凝固过程具有溶质再分配（具体见第五章），在条件合适的情况下，可能会出现成分过冷；在通常的条件下（题目未强调大气压之外的附加压力），不会出现压力过冷；按照题意，生长释放的潜热与热量导出相平衡，因此不会出现热过冷。

1 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。

2 粘度－表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。

或作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。

3 表面自由能(表面能)－为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。

4 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。

5 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。

6 铸型的蓄热系数－表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。

7 不稳定温度场－温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场稳定温度场－不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）：8 温度梯度—是指温度随距离的变化率。

或沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。

9 溶质平衡分配系数K0—特定温度T*下固相合金成分浓度CS*与液相合金成分CL*达到平衡时的比值。

10 均质形核和异质形核－均质形核(Homogeneous nucleation) ：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，亦称“自发形核” 。

非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”。

11、粗糙界面和光滑界面－从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置只有50％左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。

粗糙界面在有些文献中也称为“非小晶面”。

光滑界面—从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子占满，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。

也称为“小晶面”或“小平面”。

12 “成分过冷”与“热过冷”－液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固－液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的改变而可能产生所谓的“成分过冷”。

材料成形原理课后习题解答1.什么是材料成形原理？为什么要学习材料成形原理？答：材料成形原理是研究材料在加工过程中的变形原理和规律的学科。

学习材料成形原理可以帮助我们理解和掌握材料的成形过程，从而能够对材料的性能、结构和应用进行合理的设计和改进。

2.材料成形的基本原理是什么？答：材料成形的基本原理是应用外力使材料发生塑性变形，从而改变材料的形状和结构。

3.什么是冷加工和热加工？它们的主要区别是什么？答：冷加工是指在室温下进行的材料成形加工，如冷轧、冷拔等；热加工是指在高温下进行的材料成形加工，如热轧、锻造等。

它们的主要区别在于加工温度的不同，冷加工温度低于材料的再结晶温度，而热加工温度高于材料的再结晶温度。

4.什么是金属的再结晶？它对材料性能有什么影响？答：金属的再结晶是指在加工过程中，材料的晶粒发生重新排列和再生长的过程。

再结晶可以消除材料的冷变形应力，提高材料的塑性和韧性，改善材料的综合性能。

5.什么是金属的变形硬化？它是如何发生的？答：金属的变形硬化是指在加工过程中，由于晶粒的滑移和位错的增加，使材料的塑性变差并增加材料的硬度。

变形硬化是通过位错的堆积和排列来发生的，位错的滑动和相互阻碍使材料的塑性变差。

6.什么是材料的流变应力？它对材料成形有何影响？答：材料的流变应力是指在材料变形过程中，材料所受到的阻碍变形的力。

流变应力对材料成形有重要影响，它决定了材料的变形能力和成形过程中所需的加工力。

7.什么是材料的屈服点？它对材料成形有何影响？答：材料的屈服点是指材料在加工过程中开始发生塑性变形的应力值。

屈服点对材料成形有重要影响，它决定了材料的可塑性和成形的可行性。

8.什么是材料的回弹？它是如何发生的？答：材料的回弹是指在加工过程中，材料在外力消失后恢复到原始形状的程度。

回弹是由于材料的弹性变形和塑性变形共同作用所引起的。

9.什么是材料的成形极限？为什么要考虑材料的成形极限？答：材料的成形极限是指材料在成形过程中能够承受的最大变形量。

第一章习题解答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相同点不同点液体具有自由表面；可压缩性很低具有流动性，不能承受切应力；远程无序，近程有序固体不具有流动性，可承受切应力；远程有序液体完全占据容器空间并取得容器内腔形状；具有流动性远程无序，近程有序；有自由表面；可压缩性很低气体完全无序；无自由表面；具有很高的压缩性（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g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1。

材料成型基础课后习题答案材料成型基础课后习题答案材料成型是一门重要的工程学科，涉及到材料的加工、成型和变形等方面。

在学习这门课程时，我们经常会遇到一些习题，通过解答这些习题，可以加深对材料成型基础知识的理解和掌握。

下面是一些常见的材料成型基础课后习题及其答案，供大家参考。

1. 什么是材料成型？答：材料成型是指将原始材料通过一系列的工艺操作，使其发生形状、尺寸和性能的变化，最终得到所需的成品的过程。

2. 材料成型的分类有哪些？答：材料成型可以分为塑性成型和非塑性成型两大类。

塑性成型是指通过材料的塑性变形来实现成型的过程，如锻造、压力成型等；非塑性成型是指通过材料的断裂、破碎等非塑性变形来实现成型的过程，如切削加工、焊接等。

3. 什么是锻造？答：锻造是一种常用的塑性成型方法，通过对金属材料进行加热后的塑性变形，使其在模具的作用下得到所需的形状和尺寸。

锻造可以分为冷锻和热锻两种方式。

4. 锻造的优点有哪些？答：锻造具有以下几个优点：- 可以改善金属材料的内部组织结构，提高其力学性能；- 可以提高材料的密度和均匀性；- 可以减少材料的加工量，提高生产效率；- 可以节约材料和能源。

5. 什么是压力成型？答：压力成型是一种常用的塑性成型方法，通过对材料施加压力，使其发生塑性变形，最终得到所需的形状和尺寸。

压力成型包括挤压、拉伸、冲压等多种方法。

6. 压力成型的应用领域有哪些？答：压力成型广泛应用于汽车制造、航空航天、电子产品等领域。

例如，汽车制造中的车身板件、发动机零件等都是通过压力成型得到的。

7. 什么是切削加工？答：切削加工是一种常用的非塑性成型方法，通过对材料进行切削、剪切等操作，使其发生变形，最终得到所需的形状和尺寸。

切削加工包括车削、铣削、钻削等多种方法。

8. 切削加工的优点有哪些？答：切削加工具有以下几个优点：- 可以实现高精度的加工，得到精确的形状和尺寸；- 可以加工各种材料，包括金属、塑料、陶瓷等；- 可以加工复杂的形状和结构。

8：本质金属液态合金构造与理想纯金属液态构造有何不一样？答：纯金属的液态构造是由原子公司、游离原子、空穴或裂纹构成的，是近程有序的。

液态中存在着很大的能量起伏。

而本质金属中存在大批的杂质原子，形成夹杂物，除了存在构造起伏和能量起伏外还存在浓度起伏。

12：简述液态金属的表面张力的本质及其影响因数。

答：本质：表面张力是表面能的物理表现，是是由原子间的作使劲及其在表面和内部间摆列状态的差异惹起的。

影响因数：熔点、温度和溶质元素。

13：简述界面现象对液态成形过程的影响。

答：表面张力会产生一个附带压力，当固液互相湿润时，附带压力有助于液体的充填。

液态成形所用的铸型或涂料资料与液态合金应是不湿润的，使铸件的表面得以光洁。

凝结后期，表面张力对铸件凝结过程的补索状况，及能否出现热裂缺点有重要影响。

15：简述过冷度与液态金属凝结的关系。

答：过冷度就是凝结的驱动力，过冷度越大，凝结的驱动力也越大；过冷度为零时，驱动力不存在。

液态金属不会在没有过冷度的状况下凝结。

16：用动力学理论论述液态金属达成凝结的过程。

答：高能态的液态原子变为低能态的固态原子，一定超出高能态的界面，界面拥有界面能。

生核或晶粒的长大是液态原子不停地向固体晶粒聚积的过程，是固液界面不停向前推动的过程。

只有液态金属中那些拥有高能态的原子才能超出更高能态的界面成为固体中的原子，进而达成凝结过程。

17：简述异质形核与均质形核的差异。

答：均质形核是依赖液态金属内部自己的构造自觉形核，异质形核是依赖外来夹杂物所供给的异质界面非自觉的形核。

异质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增添。

异质形核形核功小，形核所需的构造起伏和能量起伏就小，形核简单，所需过冷度小。

18:什么条件下晶体以平面的方式生长？什么条件下晶体以树枝晶方式生长？答：①平面方式长大：固液界眼前面的液体正温度梯度散布，固液界眼前面的过冷地区及过冷度极小，晶体生长时凝结潜热析出的方向与晶体的生长方向相反。

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？（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g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1。

晶态固体因原子以特定方式周期排列，其g(r)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)=1，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。

第三章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G L 随温度上升而下降的斜率大于固相G S 的斜率的理由。

并结合图3-1及式（3-6）说明过冷度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： VdP SdT dG +-= （1） 并根据数学上的全微分关系：dy y F dx x F y x dF x y ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=),( 得： dP P G dT T G dG TP ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂= （2） 比较（1）式和（2）式得： V P G S T G T P=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂-=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂, 等压时dP =0 ，此时 dT T G SdT dG P⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=-= （3） 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G L 随温度上升而下降的斜率大于固相G S 的斜率的理由如下： 因为液态熵大于固态熵，即： S L ＞ S S所以：＞ 即液相自由能G L 随温度上升而下降的斜率大于固相G S 的斜率 。

(3)过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动 力ΔG 的决定因素的理由如下：右图即为图3-1其中：V G ∆表示液－固体积自由能之差T m 表示液-固平衡凝固点从图中可以看出：T > T m 时，ΔG=Gs -G L ﹥0，此时 固相→液相T = T m 时，ΔG=Gs -G L =0，此时 液固平衡T < T m 时，ΔG=Gs -G L ＜0，此时 液相→固相所以ΔG 即为相变驱动力。

再结合（3-6）式来看， m m V T T H G ∆⋅∆-=∆ （其中：ΔH m —熔化潜热， ΔT )(T T m -=—过冷度）由于对某一特定金属或合金而言，T m 及ΔH m 均为定值，所以过冷度ΔT 是影响凝固相变驱动力ΔG 的决定因素 。