材料加工原理第6章-材料加工过程中的化学冶金

《材料加工工艺》考研习题第一章绪论第二章液态金属成形1.金属及合金的结晶包括哪两个基本过程？什么是均质形核和非均质形核？在实际铸造生产中铸造合金结晶的形核是以哪种形核为主，为什么？2.什么是液态金属的充型性能，它与哪些因素有关？铸造合金流动性的好与差对铸件质量有何影响？影响铸造合金流动性的主要因素有哪些？生产中如何采取措施提高铸造合金的流动性？3.铸造合金由液态冷却到室温时要经过哪三个收缩阶段？收缩对铸件质量有什么影响？其收缩大小与哪些因素有关？4.缩孔、缩松是铸件中的常见缺陷之一，哪些因素影响其形成？生产中如何采取措施进行防止？5.什么是铸造应力？铸造应力大小对铸件质量有什么影响？热应力是如何形成的？哪些因素影响其大小？生产中常采取哪些措施来防止和减小应力对铸件的危害？6.铸造合金中的气体主要来源于哪些方面？又以哪些形式存在于铸造合金中？对铸件质量有什么影响？7.铸造合金中的夹杂物是如何分类的？对铸件质有什么影响？如何防止和减小其对铸件的危害？8.湿型粘土砂的主要成分是什么？它有哪些优缺点？适合生产哪些铸件？9.湿型粘土砂的造型方法有哪些？试比较应用震击、压实、射压、高压、气冲和静压等各种造型方法的紧实的砂型紧实度分布（沿砂箱高度方向）。

为什么需要用高密度湿粘土砂型生产铸件？10.树脂自硬砂、水玻璃砂与粘土砂比较有哪些优点？各适用于哪些铸件的生产？11.砂芯的作用是什么？经常使用哪些粘结剂来制芯？常用的制芯工艺有哪些？12.砂型和砂芯涂料的作用是什么？其主要组成有哪些？13.什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？上述两种凝固原则各适用于哪些场合？14.铸件的壁厚为什么不能太薄，也不能太厚，而且应尽可能厚薄均匀？为什么要规定铸件的最小壁厚？不同铸造合金要求一样吗？为什么？。

15.为便于生产和保证铸件质量，通常对铸件结构有哪些要求？16.何谓铸件的浇注位置？它是否指铸件上的内绕道位置？铸件的浇注位置对铸件的质量有什么影响？应按何原则来选择？17.试述分型面与分模面的概念？分模造型时，其分型面是否就是其分模面？从保证质量与简化操作两方面考虑，确定分型面的主要原则有哪些？18.试确定图2-116所示铸件的浇注位置及分型面。

材料加工冶金传输原理一、材料加工材料加工是用各种方法（如机械、热、化学、电等）改变材料的形态、组织、结构和性能的过程。

主要分为塑性加工、切削加工、焊接、热处理等几种。

塑性加工是利用金属材料可塑性变形的特性，通过变形使其得到所需形状、尺寸和性能的过程。

常见的塑性加工方法有锻、挤压、拉伸等。

锻造是利用重锤、压力机等装置对金属材料进行加工的过程；挤压则是利用挤压机对材料进行轴向挤压得到所需的截面形状和尺寸；拉伸则是利用拉伸机将金属材料拉长而得到所需的形状。

切削加工是通过将金属材料的形状、尺寸、表面粗糙度、轮廓等进行切除，从而得到所需的形状、尺寸和性能的过程。

常见的切削加工方法有车削、铣削、钻削等。

车削是利用车床将金属材料旋转进行切除的过程；铣削则是利用铣床进行平面上的加工和修整；钻削则是利用钻床进行孔的加工。

焊接是通过固化剂的作用，将金属材料在高温或者高压的条件下进行接合的过程。

常见的焊接方法包括电弧焊、气焊、激光焊等。

热处理则是通过加热金属材料到一定温度，进行保温和冷却，改变金属组织结构从而改变其性能的过程。

常见的热处理方法包括退火、正火、淬火等。

二、冶金冶金是对金属资源进行提取、加工和利用的过程。

包括选矿、冶炼、铸造、加工等几个环节。

选矿是将含金属矿石中的金属元素和有用矿物从其它无用的矿物中进行分选的过程。

常见的选矿方法有重选、浮选等。

冶炼是将选出的含金属矿石通过热加工或者化学反应将其提炼出来的过程。

常见的冶炼方法有火法冶炼、湿法冶炼等。

铸造则是用熔融的金属材料通过铸造工艺在合适的模具内进行凝固而得到所需的形状和尺寸的过程。

常见的铸造方法有压铸法、砂型铸造法、永久模铸造法等。

加工则是对金属材料进行塑性加工和切削加工等的过程。

常见的加工方法与上述相似。

三、传输原理传输是指物体或物质在空间中向某一方向运动的过程。

而传输原理是指在某种条件下物质传递的规律、原理和机制。

材料加工和冶金的过程中，传输原理起到了至关重要的作用。

作业第一章液态金属的结构与性质1、如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？理想纯金属液态结构能量起伏和结构起伏；实际纯金属液态结构存在大量多种分布不均匀、存在方式（溶质或化合物）不同的杂质原子；金属（二元合金）液态结构存在第二组元时，表现为能量起伏、结构起伏和浓度起伏；实际金属（多元合金）液态结构相当复杂，存在着大量时聚时散，此起彼伏的原子团簇、空穴等，同时也含有各种固态、气态杂质或化合物，表现为三种起伏特征交替；能量起伏指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也会随时间而不停变化，出现时高时低的现象。

结构起伏指液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断分化组合，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，这样此起彼伏，不断发生着的涨落过程，似乎团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及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2、根据图1-8及式（1-7）说明动力学粘度的物理意义和影响粘度的因素，并讨论粘度在材料成形中的意义动力学粘度的物理意义：表示作用于液体表面的外加切应力大小与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。

是液体内摩擦阻力大小的表征影响粘度的因素：1）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；2）粘度随原子间距δ增大而降低，与δ3成反比；3）η与温度T 的关系总的趋势随温度T 而下降。

（实际金属液的原子间距δ也非定值，温度升高，原子热振动加剧，原子间距随之而增大，因此η会随之下降。

）4）合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响，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（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）如果溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度，这归因于合金液中存在异类原子间较强的化学结合键。

材料加工冶金传输原理 -回复材料加工、冶金和传输原理是材料科学的三个重要组成部分，它们分别涉及材料的制备、改性、加工和应用等方面，相互关联、相辅相成。

本文将重点探讨材料加工、冶金和传输原理的基础概念、主要理论和应用现状。

一、材料加工原理材料加工是指将原材料通过机械加工、热加工、化学加工、物理加工等多种方法，将其加工成为所需形状、尺寸、性能和用途的制品的过程。

材料加工过程中，需要了解材料的物理化学性质、力学特性和加工工艺等方面的知识。

材料加工原理是指为了实现材料加工制品所需的形状、尺寸、性能和用途等方面要求，从材料的结构、力学性能、加工工艺等多方面考虑而形成的一套知识体系。

材料加工原理包括的内容：1.材料的基本性质：材料的物理性质、化学性质、结构性质等；2.加工原理：材料加工的机械加工、热加工、化学加工、物理加工原理等；3.加工工艺：包括材料成型、热处理、表面处理等加工过程；4.加工设备：包括机床、热处理设备、表面处理设备等。

二、冶金原理冶金是指以金属、合金及其复合材料等为材料对象，以改变其物理化学性质或金属的形态结构为目的，运用物理、化学、热力学等原理和技术，进行提纯、制备、加工以及新材料的设计、制备和应用等各个方面的活动。

冶金原理是为了合理实现金属材料的改性、提纯、计量等目的，从物理化学、热力学、动力学等方面考虑而形成的一套知识体系。

1.金属物理化学性质：金属的晶体结构、电子结构、成分组成等；2.金属提纯原理：金属提纯的物理原理、化学原理、电化学原理等；3.金属加工原理：涉及金属的锻造、压力处理、复合材料及其成形技术等方面；4.金属的热处理原理：包括金属的淬火、退火、均化等技术。

三、传输原理传输原理是指事物从一个地点、介质或状态到达另一个地点、介质或状态的过程。

在材料学中，传输原理通常指材料在制备、加工、应用等过程中的传输，包括质量传输、热传输、电传输、存储传输等方面。

传输原理是材料科学中的重要理论，它能够预测材料的各种性能，指导材料的制备和应用。

材料加工物理冶金学引言材料加工物理冶金学（Physical Metallurgy of Materials Processing）是材料科学和工程中的一个重要分支学科。

它研究材料在加工过程中的物理性质和冶金原理，通过对材料的结构、组成和性能进行研究，以应用于工程领域的材料加工和制造。

本文将介绍材料加工物理冶金学的基本概念和相关原理。

1.材料加工概述材料加工是将原材料经过一系列的物理或化学加工工艺，改变其形状、结构和性能的过程。

常用的材料加工方法包括锻造、轧制、拉伸、挤压等。

材料加工的目的是得到所需的材料形状和性能，以满足工程应用的需要。

2.材料结构与性能材料加工过程中，材料的结构会发生变化，进而影响材料的性能。

常见的材料结构包括晶体结构、晶界、位错等。

晶体结构决定了材料的物理性质，如硬度、导电性等。

晶界是相邻晶体之间的边界，对于材料的强度和韧性具有重要影响。

位错是材料中原子排列的缺陷，会导致材料的塑性行为。

3.相变与相图在材料加工过程中，相变是指材料中不同相之间的转变。

相图是研究相变行为的重要工具，它描述了材料在不同温度和成分条件下的相变规律。

通过控制相变条件，可以得到不同的相结构和性能。

4.材料加工工艺在材料加工中，有许多不同的工艺可以选择。

常见的材料加工工艺包括锻造、轧制、拉伸、挤压等。

每种工艺都有其特定的优势和适用范围，根据材料的要求和加工目标选择合适的工艺非常重要。

5.材料加工的热力学和动力学材料加工涉及许多热力学和动力学过程，热力学研究材料在加工过程中的能量变化和平衡状态。

动力学研究材料加工中的速率和机制，包括原子扩散、位错运动等。

这些热力学和动力学的知识对于设计合适的材料加工工艺和优化材料性能非常重要。

6.材料加工的微观结构调控材料加工的目标是通过调控材料的微观结构，达到所需的性能。

微观结构的调控可以通过选择适当的加工工艺、调整加工参数以及添加合适的合金元素等。

通过微观结构调控，可以改变材料的硬度、强度、韧性等性能。

复习重点（绪论和有色金属冶金部分）重点章节【第四章3、4、7】、【第五章2】、【第六章1、2、3、4、6、7】【第七章（1-5、1-6）小节、（2-2、2-3）、3、4】【第八章1-2、2-2】【第九章3、6】一、名词解释：1. 拜耳法答：拜耳法是直接利用含有大量游离苛性碱循环母液处理铝土矿，溶出其中氧化铝得到铝酸钠溶掖，井用加氢氧化铝种子(晶种)分解的方法，使铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝结晶。

种分—母液经蒸发后返回用于溶出铝土矿。

2. 冰铜答：冰铜为金属硫化物的熔体，主要成分是Cu2S和Fe S，此外还有Pb S、Ni3S2、Zn S等以及少量的金属氧化物Fe3O4。

3. 重金属答：一般指密度在5t/m3以上的金属。

4. 矿石答：含有用矿物的矿物集合体，如其中金属的含量在现代技术经济条件下能够回收加以利用时，这个矿物集合体就叫做矿石。

5.有色金属：狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。

广义的有色金属还包括有色合金。

6.铝硅比:指铝土矿中的氧化铝和二氧化硅的质量比，即A/S= Al2O3/ SiO2。

7.电解精炼；在直流电的作用下，阳极不断溶解，阴极不断析出，杂质被留在溶液中的电化学过程。

8.还原熔炼；在高温下，在还原气氛下所进行的熔炼。

9.造锍熔炼；在一台高温冶金设备中，含有硫的炉料及燃料和熔剂，在和氧的反应过程中，生成含二氧化硫的烟气、氧化物融合体的炉渣、以及金属硫化物的融合体的冰铜的过程。

10氧位、磷位、分解压、熔析精炼、萃取精炼、氧化精炼、硫化精炼、浸出、净化、沉积、简答题：1.什么是冶金，其目的是什么?冶金是研究如何经济地从矿石或其他原料中提取金属或金属化合物，并采用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学。

冶金的目的就是把所要提取的金属从成分复杂的矿物集合体中分离出来并加以提纯。

2.简述冶金（学科）的分类。

冶金学分类: 提取冶金学和物理冶金学提取冶金学：研究提取金属，存在化学反应。

《材料加工》原理部分习题第一章 绪论第二章 液态金属及其加工1. 己知 700℃时Al 液的表面张力为13m N 10860−−⋅×，求 Al 液中形成μm 1=r 和μm 1.0=r 的球形气泡各需要多大的附加压力P ∆？2. 已知钢液温度为1550℃，2Ns/m 0049.0=η，3l m /7500kg =ρ，MnO 夹杂的密度3MnO m /5400kg =ρ。

若MnO 夹杂为球形，半径为0.1mm ，求它在钢液中的上浮速度？3. 金属元素Fe 的结晶潜热J/mol 6611=∆m H ，熔点T m = 18llK ，固／液界面张力25sl cm /J 1004.2−×=σ，临界过冷度276=∆∗T ℃，试求，临界形核半径∗r ？假如Fe 的原子体积为323cm 1002.1−×，求临界晶核所含的原子数？4. 常用金属如Al 、Zn 、Cu 、Fe 、Ni 等，从液态凝固结晶和从气体凝结结晶时的界面结构与晶体形态会有什么不同？5. 用简单的示意图表示一个孪晶凹角是怎样加速液/固界面生长速度的？6. 石墨的层状晶体结构使得它易形成旋转孪晶。

旋转孪晶是石墨层状晶体的上下层之间旋转一定角度而形成的。

旋转之后石墨晶体的上下层之间应保持有好的共格对应关系以减少界面能，问石墨晶体旋转孪晶的旋转角可能有哪些？第三章 材料加工中的流动与传热1. 以实例分析流体在运动过程中产生吸气现象的条件。

2. 在铸型的浇注过程中，铸型与液态金属界面上的温度分布是否均匀？其程度与哪些因素有关？3. 对凝固潜热的处理有哪些方法？如何合理的选用？4. 用平方根定律计算凝固时间，其误差对半径相同的球体和圆柱体来说，何者为大？对大铸件和小铸件来说何者为大？对熔点高者和熔点低者和者为大？5. 在热处理的数值计算中，热物性参数如何确定？为何特别强调表面传热系数的作用？如何选择和确定表面传热系数？6. 焊接热过程的复杂性体现在哪些方面？7. 焊接热源有哪几种模型？焊接传热的模型有哪几种？8. 热源的有效功率4200W q =，焊速s /1cm .0=υ，在厚大件上进行表面堆焊，试求准稳态时A 点（x =-2.0cm ，y ＝0.5cm ，z ＝0.3cm ）的温度。

冶金传输原理在材料加工中的应用1. 引言在材料加工过程中，冶金传输原理被广泛应用。

冶金传输原理是指通过物质的传输来实现热量、质量、能量等在材料之间的转移过程。

它是材料加工过程中的关键因素，对于提高材料加工效率、质量和节约能源具有重要意义。

2. 冶金传输原理在材料加工中的应用：2.1 传热传质•热传导：冶金传输原理在材料加工过程中的一个重要应用是传热传质。

通过优化材料的热导率、热容量和温度差等因素，实现材料加热或冷却过程的控制，从而提高材料加工的效率和质量。

•传质过程：冶金传输原理还可以用于材料加工过程中的传质过程。

通过控制材料的温度、浓度差和界面传输速率等因素，实现材料中化学物质的传递，从而促进材料的形成、改性或合金化等。

2.2 流体力学•流体流动：在材料加工中，流体力学是一个重要的研究领域。

冶金传输原理在流体流动中的应用主要体现在优化流体的流动相、流动速率和流动路径等方面，从而实现材料加工中的液态金属的充填、注射和浇铸等工艺的控制和优化。

•流体动力学：流体动力学是流体力学研究的一个重要分支，它研究的是流体在运动过程中的力学行为。

冶金传输原理在流体动力学中的应用主要包括流体的动压力、湍流的抗阻力以及流道的设计等方面，从而优化流体在材料加工过程中的流动性能和控制流体中的能量转换过程。

2.3 电磁传输•电磁感应：电磁传输是利用电磁场的变化来实现能量、质量或信息的传递过程。

冶金传输原理在材料加工中的应用主要体现在利用电磁感应的原理来实现电场、磁场和电磁波等能量在材料中的传导和转换，从而实现对材料的加热、控制和变形等过程。

•电磁阻尼：电磁阻尼是一种阻碍电磁振动传播的物理现象。

冶金传输原理在材料加工中的应用主要包括利用电磁感应的原理来实现对材料导电性、磁导率和电磁波传播速度等性质的控制，从而实现对材料加工过程中的电磁场的控制和优化。

3. 结论冶金传输原理在材料加工中的应用对于提高材料加工效率、质量和节约能源具有重要意义。

第二章液态金属第二节液态金属的结金属和合金材料的加工制备过程？配料、熔化和凝固成型三个阶段。

配料是确定具有某些元素的各金属炉料的加入百分数；熔炼是把固态炉料熔化成具有确定成分的液态金属；凝固是金属由液态向固态转变的结晶过程，它决定着金属材料的微观组织特征。

1.液体与固体、气体结构比较固态按原子聚集形态分为晶体与非晶体。

晶体：凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。

单晶体：在晶体中所有原子排列位向相同者多晶体：金属通常是由位向不同的小单晶（晶粒）组成，属于多晶体。

2、液态金属的结构直接法— X射线或中子线分析研究液态金属的原子排列。

液态金属中原子的排列在几个原子的间距范围内，与其固态的排列方式基本一致，但由于原子间距的增大和空穴的增多，原子的配位数略有变化，热运动增强。

间接法过比较固液态和固气态转变的物理性质的变化判断。

（1）体积和熵值的变化（2）熔化潜热和气化潜热固体可以是非晶体也可以是晶体，而液态金属则几乎总是非晶体。

液态金属在结构上更象固态而不是气态，原子之间仍然具有很高的结合能。

3、液态金属的结构特征l）组成：液态金属是由游动的原子团、空穴或裂纹构成。

2）特征：“近程有序”、“远程无序”原子间能量不均匀性，存在能量起伏。

原子团是时聚时散，存在结构起伏。

同一种元素在不同原子团中的分布量不同，存在成分起伏金属由液态转变为固态的凝结过程，实质上就是原子由近程有序状态过渡为长程有序状态的过程，从这个意义上理解，金属从一种原子排列状态（晶态或非晶态）过渡为另一种原子规则排列状态（晶态）的转变均属于结晶过程。

金属从液态过渡为固体晶态的转变称为一次结晶；金属从一种固态过渡为另一种固体晶态的转变称为二次结晶。

第三节液态金属的性质粘度对成形质量的影响●影响铸件轮廓的清晰程度；●影响热裂、缩孔、缩松的形成倾向；●影响钢铁材料的脱硫、脱磷、扩散脱氧；●影响精炼效果及夹杂或气孔的形成：●熔渣及金属液粘度降低对焊缝的合金过渡有利。

《材料加工原理》课程教学大纲一、课程基本信息1、课程代码：MT3212、课程名称（中/英文）：材料加工原理/Fundamentals of Materials Processing3、学时/学分：80/54、先修课程：材料科学基础5、面向对象：材料科学与工程专业学生6、开课院（系）、教研室：材料科学与工程学院7、教材、教学参考书：1)《材料加工原理》，徐洲，姚寿山编著，科学出版社, 2003年2)《金属固态相变及应用》，康煜平主编，化学工业出版社，20073)《焊接原理及应用》，李亚江，王娟等编著，化学工业出版社，20094)《金属材料成型原理》，雷玉成，汪建敏，贾志宏主编，化学工业出版社，20065)《金属材料液态成型工艺》，贾志宏，傅明喜编著，化学工业出版社，20086)《材料成形原理》，胡礼木等主编，机械工业出版社，20057)《金属学》，宋维锡等主编，冶金工业出版社，19898)《材料成形基本原理》，刘全坤主编，机械工业出版社，20109)《材料加工原理》，李言祥主编，清华大学出版社，200510)《金属基复合材料及其浸渗制备的理论和实践》，赵浩峰，冶金工业出版社，2005.11)《金属热态成形传输原理》，林柏年主编，哈尔滨工业大学社，200012)《金属凝固原理及技术》，许云华、马幼平主编，冶金工业出版社，200813)《近代材料加工原理》，吴德海等主编，清华大学出版社，1997二、课程性质和任务《材料加工原理》是材料科学与工程专业的一门主干课，也是该专业的主要技术基础课。

本课程以“加工原理”为主线，综合“材料液态成形”、“材料固态成形”、“材料固态相变”和“塑性成形原理等”材料加工基本方法的基础知识和基本原理，融合主要工程材料加工过程中共性的、基本的原理，并突出各类材料加工过程中的特性。

通过授课、讨论、实验和课外实践等各个教学环节，运用现代教学手段和方法，使学生掌握各类材料在各种加工过程中的物理冶金、化学冶金和力学冶金以及各种组织转变、传热、传质现象等基本概念、基本原理和基本计算方法，并结合材料加工的各种综合实验，了解材料加工制备的基本过程，加深理论认识，掌握实验技能，提高分析问题和解决问题的能力。

材料加工原理材料加工是指通过一系列的工艺和方法，将原料转化为成品的过程。

它是制造业中非常重要的一个环节，直接影响着产品的质量和性能。

在材料加工过程中，加工原理起着至关重要的作用，它决定了加工过程中的各种参数和条件，直接影响着最终产品的质量。

首先，材料加工原理涉及到材料的物理和化学特性。

不同的材料具有不同的物理和化学特性，这些特性决定了材料在加工过程中的行为和性能。

比如，金属材料通常具有良好的导热性和导电性，这就决定了金属材料在加工过程中需要采用一些特殊的方法来控制温度和电流，以避免材料变形或损坏。

而塑料材料则具有较好的塑性和可塑性，因此在加工过程中需要考虑材料的流动性和变形性。

其次，材料加工原理还涉及到加工工艺和方法。

不同的加工工艺和方法对材料的要求和影响也是不同的。

比如，铸造工艺是将熔化的金属或合金倒入模具中，通过冷却凝固成型的工艺方法。

在铸造过程中，需要考虑金属的流动性、凝固过程中的收缩和变形等因素。

而在冲压加工中，材料需要经过强大的压力和冲击力，因此需要考虑材料的强度和韧性。

最后，材料加工原理还涉及到加工设备和工具的选择和设计。

不同的材料和加工工艺需要不同的加工设备和工具来实现。

比如，对于金属材料的切削加工，需要选择合适的刀具材料和刀具结构，以保证切削质量和效率。

而对于塑料材料的成型加工，则需要选择合适的模具和成型设备，以保证产品的尺寸和表面质量。

综上所述，材料加工原理是材料加工过程中的关键环节，它涉及到材料的物理和化学特性、加工工艺和方法，以及加工设备和工具的选择和设计。

只有深入理解和掌握材料加工原理，才能够更好地实现材料加工过程中的质量控制和效率提升。

希望本文能够对材料加工原理有所启发，为相关领域的研究和实践提供一定的参考。