南理工材料成形技术基础
要点整理
第一章绪论
1.材料加工/成形，有三个目的：
（1）获得所需要的形状、尺寸、精度，材料的几何特征；
（2）获得所需要的性能和内部组织，材料的内在特征；
（3）获得所需要的表面性能和表层组织，材料的表面特征。
2.材料加工的类型
1）加工成形 2）切除/去除加工
3）表面处理/加工 4）热处理
3.材料加工三要素：材料、能量和信息
4.材料加工/成形的基本问题
1）形状尺寸的控制 2）组织与性能的控制 3）缺陷控制与防止5.材料加工/成形的发展特点
1）CAD/CAM
2）自动控制、智能控制与机器人应用，实现自动化、高速化、连续化；
3）新的成形加工技术的开发应用；
4）加工方法成为新材料制备手段，先是凝固技术，后来的焊接技术与塑性加工技术；
5）各种加工成形技术的交叉融合：铸轧，轧制复合、沉积、喷涂、激光快速成形等；
6）打破传统的来料加工形式，材料制备与加工成形同时进行；
7）柔性化加工制备技术。
6.塑性加工
利用金属材料的塑性变形特性，用工模具加金属材料施加机械作用，使其发生塑性变形，达到所要求的形状、尺寸、精度和组织性能。该过程中尺寸形状和组织性能都同时改变。
7．焊接过程中，改善凝固组织，防止粗晶产生的措施有：
(1)变质处理焊接时可通过焊接材料向熔池加入一些能细化晶粒的元素，如钼、
钒、钛、稀土等，达到使焊缝晶粒细化，提高强度和韧性的目的。
(2)振动结晶焊接时可同时对焊件施以振动，通过振动，可使柱状树枝晶破碎，
增大晶粒游离倾向，达到细化晶粒的目的。振动方式主要有机械振
动、超声振动和电磁振动。
(3)优化焊接工艺参数
第二章材料凝固理论
8.何为凝固
宏观意义：物质从液态转变成固态的过程；
微观意义：激烈运动的液体原子回复到规则排列的过程。
9.凝固需注意的问题
（1）体积改变（2）外形改变（3）熵值改变（4）结构改变
10.过程自发进行的判据
1）自由能最低原理
即等温等容条件下，体系的自由能永不增大，自发过程的方向力图减小体系的自由能，平衡条件下体系的自由能最小。
（2）自由焓判据（吉布斯自由能判据）
即等温等压条件下，只做体积功的体系自由焓永不增大，自发过程的方向使体系自由焓降低，平衡条件下体系的自由焓最小。
11．界面张力
因为气相中原子的作用力远小于液相，使界面原子受的合力指向液相内部，从而使接触面有自动缩小的趋势，这个使界面缩小的力称为界面张力。薄膜拉伸试验表明：界面张力也可以定义为单位面积所具有的能量，一般用σ表示，单位是J/m2。
12.润湿
13.过冷
液态金属冷却到冷却到平衡结晶温度T m（熔点）时，并没有开始结晶，而是冷却到低于T m时，固相才开始结晶析出（形核并长大），这种现象叫做过冷14.均质形核异质形核
均质形核是指在均一的液相中，靠自身的结构起伏和能量起伏形成新相核心的过程，也被称为自发形核；
异质形核是指依附在液相中某种固体表面（外来夹杂物表面或容器壁上等）形核的过程，也被称为非自发形核。
15.晶胚晶核
根据液态金属结构模型，液态金属中有大量大小不一近程有序排列的原子小集团，即晶胚。
当温度高于结晶温度T m时，它们是不稳定的，当液态金属具有一定过冷度以后，某些较大的原子集团借助结构起伏使其尺寸大于某一临界尺寸才能称为一个结晶核心，即晶核。
16.形核能力
在凸面上形成的晶核包含原子数最多，平面上次之，凹面上最少。可见，即使是同一种物质作为形核基底，起形核能力也不同，跟界面的曲率方向和大小有关，凹面的形核能力最强。
17.形核率
单位时间、单位体积内所形成的晶核数目。它用来衡量形核能力的强弱。
18.形核剂的选择条件
失配度小、粗糙度大、分散性好、高温稳定性好
19.小平面界面，非小平面界面
光滑界面，在液－固相界面处液相和固相截然分开，固相表面为基本完整的原子密排面。微观上，界面是平整光滑的，但宏观上看，它往往由若干弯折的小平面组成，呈小平面台阶状特征，故也称小平面界面（faceted）。
粗糙界面，在液－固界面处存在着几个原子层的过渡层，从微观上看是高低不平的，无明显边界，但从宏观上看，界面却呈无曲折的平面状，因此也称非小平面界面（nonfaceted）。
20.生长方式界面结构
连续长大的界面用原子的尺度来衡量是坎坷不平的，对于接纳从液相沉积来的原子来说各处都是等效的，从液相中扩散来的原子很容易与晶体结合起来，正是由于这种原因，其晶体长大远比光滑界面容易。
侧面长大的界面结构为小平面的光滑界面，这种界面用原子尺度来衡量是光滑的，与单个原子不容易结合，只有依靠在界面上出现台阶，然后从液相中扩散
来的原子沉积在台阶的边缘，依靠台阶向侧面扩展而长大。
21.溶质再分配
由于合金在结晶过程中，析出固相的溶质含量不同于液相，而使界面前沿溶质富集或者贫化的现象，叫做溶质再分配。
22.成分过冷
由溶质再分配导致界面前沿平衡凝固温度发生变化而引起过冷称为成分过冷。
23.成分过冷对晶体生长的影响
成分过冷对晶体生长形态的影响为：随着成分过冷的增加，晶体的生长形态从平面状向胞状、胞状枝晶、柱状枝晶和等轴枝晶发展。
24.胞状晶与树枝晶明显的区别
胞状晶与树枝晶明显的区别：树枝晶具有明显的晶体学特征，其主干和各次分枝的生长方向与特定的晶向平行（密排、自由能问题）
25.偏析
金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象称为偏析。根据偏析区域的不同，可将偏析分为微观偏析和宏观偏析两种。
微观偏析指树枝晶或胞状晶内部与晶间成分的差异。偏析程度用偏析比来表示：
微观偏析对铸件性能危害较大，它可造成材料本身冲击韧性、塑性及耐腐蚀性能的降低（有害相析出、弱化晶界、有利组元贫化等），所以一般考虑控制微观偏析，使成分尽量均匀化。
宏观偏析通常指整个铸锭或铸件范围内产生的成分不均匀现象。造成宏观偏析的原因往往是液相在枝晶间和枝晶外的流动，以及游离或熔断固相的沉浮引起的。一般将宏观偏析分为正偏析、逆偏析、比重偏析、V 形偏析和逆V 形偏析、带状偏析、区域偏析、层状偏析
26.规则共晶， 非规则共晶
规则共晶：由金属—金属形成共晶体，属于非小平面共晶；
非规则共晶：由金属—非金属形成共晶体，属于非小平面—小平面共晶。如Fe-C 、Al-Si 系。
27.共晶凝固方式
在不同的合金体系中，由于共晶两相在析出过程表现的相互关系不同，其结晶方式可分为共生生长和离异生长两种。
（1）共生生长
这种两相彼此合作生长的方式，称为共生生长。
共生生长需要两个基本条件：
Ⅰ 两相生长能力要相近，且后析出相能容易在先析出相上形核和长大。先析出相称为领先相，它可以是初生相也可以不是。
Ⅱ 两组元在界面前沿的横向传输能保证等速生长的要求
（2）离异生长
有的共晶合金两相生长时，没有共同的生长界面，而是两相分离，并以不同的生长速度进行结晶，这就是离异生长方式，形成的共晶组织称离异共晶体。离异共晶又分为晶间偏析型和领先相呈团球型两类。
量组元在枝晶干的最小含量组元在枝晶间的最大含 R S
28.伪共晶
把不是准确共晶成分的合金（共晶点附近的亚共晶和过共晶）形成的完全共晶组织称为伪共晶。
29.凝固方式
（1）糊状凝固：砂型铸造时，固、液边界线的间距很宽，在很长一段凝固时间内，固液共存的两相凝固区几乎贯穿了整个铸件断面，这种凝固方式称为糊状凝固；
（2）逐层凝固：金属型铸造时，固、液边界线的间距很窄，整个凝固过程中，仅有很薄一层两相共存区，凝固层由表面向中心逐渐加厚，这种方式称为逐层凝固。
30.凝固方式的影响因素：铸件的凝固方式由合金液—固相线温度间隔、铸件断面温度梯度两个因素共同决定。
一般凝固温度间隔大的合金，往往倾向于糊状凝固。另一方面温度梯度对凝固方式的影响也相当显著。当温度梯度很大时，即使是结晶温度间隔宽的合金也可以趋向中间凝固和逐层凝固。如工业纯铝，砂型铸造时以糊状凝固方式凝固，而在金属型铸造时以逐层凝固的方式进行。
31.充型能力控制
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，称为液态金属的充型能力。
充型能力与金属本身的流动能力、铸型性质、铸件结构及浇注条件有关。32.影响液态金属充型能力的因素
（1）金属性质
凝固潜热、液相密度、比热容、凝固温度、热导率都与充型能力有关。（2）铸型性质
铸型密度、比热容、热导率，初始温度、涂料层厚度、涂料层热导率。（3）浇注条件
浇注温度、浇注速度、浇注系统中的压头阻力损失（浇道复杂弯曲等，影响流道的平均流速）。
（4）铸件结构
铸件的模数为：
与充型能力有关。铸件结构越复杂（表面积大，模数小），有薄壁等充型能力差。
33.收缩控制
（1）液态收缩
液态合金从浇注温度降低到熔点所发生的体积收缩。
（2）凝固收缩
合金在凝固阶段的体积收缩，它取决于状态改变和凝固温度范围。（3）固态收缩
固态合金因温度降低发生的体积收缩，对铸件的尺寸精度有影响。
液态收缩和凝固收缩是产生缩孔、缩松的主要原因；固态收缩是铸件产生铸造应力、变形、裂纹的主要原因。
34.缩孔和缩松
形成缩孔的影响因素和凝固方式的影响因素类似（凝固方式本身影响缩孔的形
成），也可归纳为：金属性质、铸型性质、铸件结构、浇注条件。
35.应力
凝固过程中的收缩，除了产生缩孔、缩松外，还会导致凝固应力、变形、甚至裂纹。根据产生铸造应力的原因，可将其分为：
（1）热应力
铸件冷却时因各部分冷却速度不同，造成在同一时刻各部分的收缩量不同，彼此不能协调，相互制约的结果形成热应力。
（2）相变应力
具有固态相变的合金铸件，冷却过程中各部分发生相变的时间不一致，以及相变时比体积变化，导致各部分的体积和长度变化的时间不一致，产生相变应力。（3）机械阻碍应力
铸件收缩时，受浇注系统、冒口和本身结构的机械阻碍而产生的应力。
36.凝固组织控制
表面细等轴晶区，紧靠型壁形成外壳层，紊乱排列的细小等轴晶。
柱状晶区，自外向内沿热流方向，彼此平行排列的柱状晶。
内部等轴晶区，紊乱排列的粗大等轴晶。
37.晶区生成的简单过程
金属或合金液浇人铸型后，型壁激冷形核，同时晶核又不断地从型壁脱落、游移，从而在型壁附近沉积细小晶粒，构成表面细晶粒区；
一旦表层由细晶粒连成牢固的凝固层后，液体对流强度大大减弱，固液界面前沿晶体在与型壁垂直的单向热流作用下，向液体中心延伸，形成柱状晶区。值得指出的是，最初各枝晶的取向是很乱的，只有那些主干平行于热流方向的枝晶才能向前延伸，而将取向不的枝晶逐渐淘汰，这样柱状晶的生长方向越来越一致。晶体的这种相互竞争、相互淘汰的生长过程称为择优生长；
在柱状晶生长过程中，液体内部也将可能出现过冷，形成新的等轴晶，或从别处漂游到这个区域的游离晶生长成新的等轴晶，最终形成内部等轴晶区。38.获得细等轴晶组织可采取的措施
(1) 适当降低浇注温度
(2) 合理运用铸型对液态合金的强烈激冷作用
(3) 孕育处理
(4)动态晶粒细化
有时候想获得平行排列的柱状晶组织，提高零件的抗高温蠕变能力，或者获得良好的磁性，可以采用定向凝固技术。
39.焊接生产中的凝固过程控制
1、焊接熔池特征
(1) 体积小，冷却速度大。(2) 过热温度高。
(3) 动态下凝固。(4) 对流强烈。
2.焊缝凝固特点
(1) 外延生长(2) 弯曲柱状晶(3) 凝固界面生长形式多样性
3.熔池凝固组织控制
焊接过程中，改善凝固组织，防止粗晶产生的主要措施有：
(1) 变质处理。 (2) 振动结晶。(3) 优化焊接工艺参数。
40.制约着微晶玻璃形成的原因
（1）熔体中存在的各种聚合的硅氧四面体，进一步联结成更为大型的结构时，
因硅氧结合键键能很大，打开结合键需要很高的能量，这就使得硅酸盐熔体的结构重建比金属熔体困难得多，即形核所需越过的势垒要高得多；
（2）硅酸盐熔体有巨大的溶解能力，几乎可把任何外来的形核质点溶解在本体之中，故非均匀形核亦变得非常困难。由于这两个原因，硅酸盐熔体中形成非晶玻璃，反而要容易得多。
41.硅酸盐熔体析晶条件
如果创造一定的条件，硅酸盐熔体还是具备形成晶体（析晶）的条件。这就需要在熔体中创造非均匀形核的条件。
（1）形成非互溶液相可以实现析晶；
（2）是使用固体颗粒形核剂；
（3）通过光化学反应获致。
加：孕育处理：
变质处理：
成过过冷：由溶质再分配导致界面前沿平衡凝固温度发生变化而引起过冷称为成分过冷粗糙界面：
光滑界面：
平衡分配系数：
有效平衡分配系数：
溶质再分配：单相合金的凝固过程是在某一温度范围内进行的。在平衡结晶过程中，这个温度范围从平衡相图的液相线开始，至固相线温度结束。随着温度的降低，固相成分沿着固相线变化，液相成分沿液相线变化。这样，液相和由它析出的固相具有不同的成分，这种由于合金在结晶过程中，析出固相的溶质含量不同于液相，而使界面前沿溶质富集或者贫化的现象，叫做溶质再分配。
热裂：
冷裂：
临界形核功：
产生晕圈组织的原因：
第三章材料成形热过程
42．焊接分类
焊接分为熔焊、固态焊接和固液相焊接三大类。各类焊接的热过程特点是不同的。
熔焊是利用集中热源，对工件进行局部加热，使之产生局部熔化，再经过冷却凝固，形成一个牢固的接头；
固态焊接是对工件进行局部加热至塑性状态，通过挤压使之成为一个牢固的接头；
固液相焊接是在两工件连接处的中间加入低熔点的钎料和钎剂，通过加热使钎料和钎剂熔焊，母材不熔化，然后经过冷却凝固，形成一个牢固的接头。43.电弧焊（熔焊）热过程的一般特点
1)熔焊使用的热源比较集中，焊接热源的能量密度比较大，相对加热面积比较小。
2)焊接是一局部的不均的集中加热过程。在焊接处的温度梯度很大。加热的速度很快。
3)一般焊接时热源是移动的，也就是热的作用具有瞬时性，因此焊件上的传热过程是一种准稳态的过程。
44.凝固成形热过程的基本特点
凝固成形的基本热过程是将金属材料加热熔化到液态，然后浇注到与零件的形
状、尺寸相适应的铸型空腔中，经过冷却凝固，获得毛坯或零件。因此，凝固成形的基本热过程包含加热熔化和冷却凝固两个部分。
45.冲天炉一般是通过焦碳的燃烧产生的热量来加热熔化铸铁的。
分为：1. 预热区2. 熔化区3. 过热区 4. 炉缸区
46.预热区内的热交换特点
(1)炉气给热以对流传热方式为主(2)传递热量大(3)预热区高度的变动大
47.熔化区的热交换特点
(1)炉气给热以对流传热为主(2)熔化区呈凹形分布(3)熔化区高度波动大
48.过热区内热交换特点
(1)铁水的受热以与焦炭接触传导传热为主(2)传热强度大
(3)炉气最高温度与区域高度起决定作用
49.材料加热过程中的热效率
假设能源提供的热量为Q0。，而真正用加热金属材料的热量为Q，那么热效率η
的定义η=Q/Q0。
50.温度场
所谓温度场是加热和冷却过程中，某一瞬时的温度分布。
51.焊接温度场
所谓焊接温度场是指在焊接集中热源的作用下被焊工件上(包括内部)各点在某一瞬时的温度分布。
52.焊接热传导的基本方程
热总是从物体的高温部位向低温部位流动的，它的流动规律服从于傅立叶(Founer)定律。q n=λdT/dn 式中λ——热导率[J/（cm·s·℃）] 表示某一物体的导热能力。
53.影响焊接温度场的因素
影响焊接温度场的因素很多，其中主要的有以下几个方面：
(1)热源的性质(2)焊接工艺参数(3)被焊金属的热物理性质(4)焊件的板厚及形状
54.凝固成形温度场
凝固成形包含金属材料的加热熔化和冷却凝固两大过程。铸件凝固过程中，许多现象都是温度的函数。因此，研究凝固过程传热所要解决的主要问题是不同时间，铸件和铸型中的温度场变化。
55.焊接热循环
在焊接热源的作用下，焊件上某一点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。
56.长段多层焊接热循环
所谓长段多层焊，就是指每道焊缝较长，例如1m以上，这样在焊完第一层再焊第二层时，第一层焊缝已经基本冷却到较低温度，一般多在100--200℃以下。
57.短段多层焊接热循环
所谓短段多层焊，就是指每道焊缝较短，一般约为50—400mm左右，在这种情况下，未等前层焊缝冷却到较低温度，就开始焊接下一层焊缝。操作工艺繁琐，生产率低。
58.影响焊接热循环的因素
（1）焊件尺寸形状的影响（2）接头形式的影响
（3）焊道长度的影响（4）焊接热输入的影响
（5）预热温度的影响（6）焊接时冷却条件的影响
59．焊接熔滴反应区
熔滴反应区包括熔滴形成，长大，熔滴过渡。
主要特点：
1）温度高
2）熔滴金属与气体，熔渣的接触面积大
3）各相之间反应时间短
4）熔滴金属和熔渣之间发生强烈混合
60.氮与金属的作用
1.影响形成气孔，提高焊缝金属强度，降低塑性和韧性，引起时效脆化。
2.除氮措施：
1）加强对焊接区保护2）选用合适的焊接参数3）添加合金元素
61.氢对金属的作用
1.影响:氢脆，白点，形成气孔，产生冷烈纹
2.控氢措施：1）限制焊接材料中的含氢量
2）清除焊丝和焊件表面上的杂质
3）冶金处理
4）控制焊接参数
5）焊后脱氢处理
62.氧对金属的作用
1.影响：强度，塑性，韧性均下降，热脆，冷脆，时效硬化，降低导电性，导磁性，耐蚀性。
2.控氧措施
1）纯化焊接材料2）控制焊接参数3）脱氧
63.焊接熔渣的作用
（1）机械保护作用（2）改善焊接工艺性能（3）冶金处理作用
64.熔渣对金属的氧化：扩散氧化，置换氧化。
65.选择脱氧剂的原则：
（1）对氧的亲和力大于金属与氧的亲和力
（2）密度小于液态金属密度
（3）考虑脱氧剂对焊缝性能的影响及成本
第四章塑性成形理论基础
66.塑性成形/加工共性特点
67.塑性成形/加工中工件所受外力主要有作用力和约束反力。
作用力：通常把加工设备的可动工具部分对工件所作用的力叫作作用力或主动力。约束反力：工件在主动力作用下变形时，其整体运动和质点流动受到工具的约束，生产约束反力，包括：正压力和摩擦力。
68.应力状态
当物体内部存在应力时，称其处于应力状态。当物体内部存在应变时，称其处于应变状态。
69.变形程度—工程应变
工程应变：绝对变形量与工件原始尺寸之比
真实应变(真应变)：变形过程中原始尺寸L经过无穷多中间阶段逐渐变形l，则由L到l的真应变看作是这无穷多个阶段相对变形的总和
70.屈服准则
Trasca屈服准则: 当物体中的最大切应力达到某一临界值时，物体发生屈服；该临界值取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。
Mises注意到Trasca 屈服条件未考虑中间主应力的影响，从纯粹数学的观点出发，建议采用如下的屈服条件
71.塑性成形理论—物理基础
变形机制
滑移、孪生、晶界滑动、扩散蠕变
1.滑移
晶体在外力的作用下，其一部分沿着一定的晶面和该晶面上的一定晶向，相对于另一部分产生相对移动。滑移的距离是滑移方向上原子间距的整数倍，使大量原子从一个平衡位置滑移到另一个平衡位置，晶体产生宏观的塑性变形。滑移所沿的晶面叫滑移面，所沿的晶向叫滑移方向。
72.滑移—Schmid定律
当作用一定滑移面和滑移方向上的分切应力达到一个临界值时，滑移便沿着它们发生。这就是Schmid临界切应力定律。
滑移—取向因子
临界切应力是材料本身的属性，与外应力和滑移系的取向无关。M=cos f cos l 称为取向因子。M取值小的滑移系难以产生变形，称为硬取向；M取值大的滑移系易于生产变形称为软取向。
73.多晶体的变形特点
1.每个晶粒都处于不同位向的晶粒的包围之中，晶粒在周围(邻居)的
约束下变形，晶粒所受的应力状态发生变化；
2.各个晶粒的取向不同，受力状态不同，造成各晶粒之间变形的不同
时性和不均匀性；
3.相邻晶粒之间的变形在晶界上需要协调配合；造成晶界处多系滑移
的提前开始和晶界上变形困难，造成晶界和晶内变形的不均匀。
74.孪生
孪生：晶体在外力的作用下，其一部分沿着一定的晶面和该晶面(孪生面)上的一定晶向(孪生方向)，产生均匀切变。孪生后，晶体的变形部分与未变形部分形成关于孪生面的镜面对称。镜面两侧晶体的相对位向发生了改变，但不改变晶体的晶格点阵类型。孪生变形部分称为“机械孪晶”。
75.滑移与孪生
滑移孪生
原子相对移动距离：等于小于变形方向上一个原子间距
生产变形的位错：全位错不全位错
原子移动方向：双向单向/有极性
变形均匀性：集中在在整个孪晶
滑移面上带上均匀移动部分晶体取向：不变改变/镜面对称
开动应力服从： H-P关系 H-P关系
开动条件服从： Schmid定律 Schmid定律
大多数bcc金属的孪生临界切应力大于滑移临界切应力，所以滑移先于孪生进行；fcc金属的孪生临界切应力远大于滑移临界切应力
76.扩散蠕变
高温下，晶体中垂直于外力的晶界处空位形成能低，而平行于外力的晶界处空位形成能高，因而造成空位的浓度梯度，导致空位和原子的定向流动，引起晶粒形状改变，生产塑性变形。
77.冷变形中金属组织变化
（1）形成纤维组织
原来近似为球形的晶粒沿主应变方向产生相近的变形，被接长、拉细、或压缩。应变越大，晶粒形状变化越大。
（2）产生结构缺陷
塑性变形引入晶体的结构缺陷有位错、空位、间隙原子、堆垛层错、孪晶界、亚晶界及至晶界。主要由于这些结构缺陷密度的增高，造成金属储存能的升高和热稳定性的降低，产生加工硬化
（3）产生晶体学择优取向
多晶体塑性变形时,虽然各晶粒的转动受相邻晶粒的制约，但各晶粒的滑移面和滑移方向还是趋于向外加应力的特定方向转动，产生了晶粒的择优取向，即晶体学织构
（4）晶粒超细化、甚至非晶化，形成非平衡材料
性能变化：冷变形造成的金属组织的变化，必然导致其性能的变化。
（1）加工硬化(应变强化)（2）各向异性（3）其他性能变化
冷加工还会造成：密度降低，导电性降低，导热性降低，耐蚀性变差以及磁性变化等多种物理化学性能的变化。
78.热变形中组织性能变化
1.消除缺陷：消除某些铸造缺陷，如使气孔、疏松锻合；消除或减
轻铸造偏析；
2.改善晶粒组织：均化和细化晶粒使性能(强度、塑性等)提高
3.改善第二相分布：破碎粗大第二相和化合物，改善夹杂物与脆性
相的分布形态。
4.形成流线：金属中存在的不溶性物质沿着主应变方向拉长，形
成流线。沿着流线方向材料性能提高。
5.形成带状组织：铸锭中原来存在枝晶偏析——合金元素的贫区与
富区。热加工时，这些沿主应变方向扩展，形成带状。
79.热塑性变形的特点
金属在其再结晶及其以上(通常>0.5Tm)温度进行的加工叫热加工。其特点是：1.变形温度高，加工硬化小；2.变形抗力低、耗能少；
3.塑性好；加工变形量大；
4.不易产生裂纹等加工缺陷。
但：加工精度低；组织性能不均匀性大。
80.塑性
、单项选择题（每小题1分，共15 分） 一、填空题（每空1分，共20分） 1. 机械设计时常用屈服强度和抗拉强度两种强度指标 2. 纯金属的晶格类型主要有面心立方、体心立方和密排六方三种。 3. 实际金属存在点 _____、 ____ 线______ 和面缺陷等三种缺陷。 4. F和A分别是碳在、丫-Fe 中所形成的间隙固溶体。 5. 加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得奥氏体组织。 6. QT600-3中,QT表示球墨铸铁,600表示抗拉强度不小于600Mpa。 7?金属晶体通过滑移和孪生两种方式来发生塑性变形。 8 ?设计锻件时应尽量使零件工作时的正应力与流线方向相_同^而使切应力与流 线方向相垂直。 9?电焊条由药皮和焊芯两部分组成。 10 .冲裁是冲孔和落料工序的简称。 1. 在铁碳合金相图中，碳在奥氏体中的最大溶解度为（b ）。 a 、0.77% b 、2.11% c 、0.02% d 、4.0% 2. 低碳钢的焊接接头中，（b ）是薄弱部分，对焊接质量有严重影响，应尽可 能减小。 a 、熔合区和正火区 b 、熔合区和过热区 c、正火区和过热区d 、正火区和部分相变区 3. 碳含量为Wc= 4.3 %的铁碳合金具有良好的（c ）。 a、可锻性b 、可焊性c 、铸造性能d、切削加工性 4. 钢中加入除Co之外的其它合金元素一般均能使其C曲线右移，从而（b ） a 、增大V K b、增加淬透性c、减少其淬透性d、增大其淬硬性
5. 高碳钢淬火后回火时，随回火温度升高其（a ） a 、强度硬度下降，塑性韧性提高 b 、强度硬度提高，塑性韧性下降 c、强度韧性提高，塑性硬度下降 d 、强度韧性下降，塑性硬度提高 6. 感应加热表面淬火的淬硬深度，主要决定于因素（d ） a 、淬透性b、冷却速度c、感应电流的大小d、感应电流的频率 7. 珠光体是一种（b ） a 、单相间隙固溶体b、两相混合物c、Fe与C的混合物d、单相置换固溶体 8. 灰铸铁的石墨形态是（a ） a 、片状 b 、团絮状 c 、球状 d 、蠕虫状 9. 反复弯折铁丝，铁丝会越来越硬，最后会断裂，这是由于产生了（ a ）
1.常用的力学性能判据各用什么符号表示它们的物理含义各是什么 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 工程材料的发展趋势
据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。 铸件的宏观组织一般包括三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶粒区和内部等轴晶区。 金属塑性成形指利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。 主要应用： （1）生产各种金属型材、板材、线材等； （2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆、各种工具等。 金属塑性成形特点
作业2 铸造工艺基础 专业_________班级________学号_______姓名___________ 2-1 判断题（正确的画O，错误的画×） 1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。因此，浇注温度越高越好。（×）2．合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。（O）3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。（O） 4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。（O）5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。（×）6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能。（×）7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。（O）8．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。（O）
材料成形技术基础第一章 1-1 一、铸造的实质、特点与应用 铸造：将熔融的液体浇注到与零件的形状相适应的铸型型腔中，冷却后获得逐渐的工艺方法。 1、铸造的实质 利用了液体的流动形成。 2、铸造的特点 A适应性大（铸件重量、合金种类、零件形状都不受限制）； B成本低 C工序多，质量不稳定，废品率高 D力学性能较同样材料的锻件差。力学性能差的原因是：铸造毛胚的晶粒粗大，组织疏松，成分不均匀 3、铸造的应用 铸造毛胚主要用于受力较小，形状复杂（尤其是腔内复杂）或简单、重量较大的零件毛胚。 二、铸造工艺基础 1、铸件的凝固 （1）铸造合金的结晶结晶过程是由液态到固态晶体的转变过程。它由晶核的形成和长大两部分组成。通常情况下，铸件的结晶有如下特点： A以非均质形核为主 B以枝状晶方式生长为主。 结晶过程中，晶核数目的多少是影响晶粒度大小的重要因素，因此可通过增加晶核数目来细化晶粒。晶体生长方式决定了最终的晶体形貌，不同晶体生长方式可得到枝状晶、柱状晶、等轴晶或混合组织等。 （2）铸件的凝固方式 逐渐的凝固方式有三种类型：A逐层凝固B糊状凝固C中间凝固 2、合金的铸造性能 （1）流动性合金的流动性即为液态合金的充型能力，是合金本身的性能。它反映了液态金属的充型能力，但液态金属的充型能力除与流动性有关，还与外界条件如铸型性质、浇注条件和铸件结构等因素有关，是各种因素的综合反映。 生产上改善合金的充型能力可以从一下各方面着手： A选择靠近共晶成分的趋于逐层凝固的合金，它们的流动性好； B 提高浇注温度，延长金属流动时间； C 提高充填能力 D 设置出气冒口，减少型内气体，降低金属液流动时阻力。 （2）收缩性 A 缩孔、缩松形成与铸件的液态收缩和凝固收缩的过程中。对于逐层凝固的合金由于固液两相共存区很小甚至没有，液固界面泾渭分明，已凝固区域的收缩就能顺利得到相邻液相的补充，如果最后凝固出的金属得不到液态金属的补充，就会在该处形成一个集中的缩孔。适当控制凝固顺序，让铸件按远离冒口部分最先凝固，然后朝冒口方向凝固，最后才是冒口本身的凝固（即顺序凝固方式），就把缩孔转移到最后凝固的部位——冒口中去，而去除冒口后的铸件则是所要的致密铸件。 具有宽结晶温度范围，趋于糊状凝固的合金，由于液固两相共存区很宽甚至布满整个断
作业 2 铸造工艺基础 专业 _________班级 ________学号 _______姓名 ___________ 2-1 判断题（正确的画O，错误的画×） 1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有 利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。因此，浇注温度越高越好。（× ）2．合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松 的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。（ O）3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶 温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔， 从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。（ O）4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严 格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。（O）5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以 当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。（×）6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共 晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的 铸造性能。（×） 7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还 降低了铸件的气密性。（ O）8．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂 程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。（ O） 2-2 选择题 1．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（ A ．减弱铸型的冷却能力； B ．增加铸型的直浇口高度； C．提高合金的浇注温度；D． A 、 B 和 C；E．A 和 C。 D ）。 2．顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适 合于（ D ），而同时凝固适合于（ B ）。 A ．吸气倾向大的铸造合金；C．流动性差的铸造合金； B ．产生变形和裂纹倾向大的铸造合金； D ．产生缩孔倾向大的铸造合金。 3．铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是（D）；消除铸件中机械应力的方法是（C）。 A ．采用同时凝固原则； B ．提高型、芯砂的退让性；
《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 、判断题（每题分，共分，正确的画“O ”，错误的打“X ”） 、选择题（每空1分，共38分） 三、填空（每空0.5分，共26分） 1.( 化学成分) ( 浇注条件) ( 铸型性质) 2.( 浇注温度) 3.( 复杂) ( 广) 4.( 大) 5.( 补缩) ( 控制凝固顺序)6.( 球铁) ( 2 17% ) 7.( 缺口敏感性) ( 工艺)8.( 冷却速度) ( 化学成分) 9.( 低) 10.( 稀土镁合金)11.( 非加工)12.( 起模斜度) ( 没有) 13.( 非铁) ( 简单)14.( 再结晶)15.( 变形抗力) 16.( 再结晶) ( 纤维组织)17.( 敷料) ( 锻件公差) 18.( 飞边槽)19.( 工艺万能性)20.( 三) ( 二） 21.( -二二) ( 三)22.( 再结晶退火)23.( 三） 24.( -二二)25.( 拉) ( 压)26.( 化学成分) ( 脱P、S、O )27.( 作为电极) ( 填充金属)28.( 碱性) 29.( 成本) ( 清理)30.( 润湿能力)31.( 形成熔池) （达到咼塑性状态) ( 使钎料熔化)32.( 低氢型药皮) ( 直流专用)
Ct 230 图5 四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） ? 2J0 环O' 4 “ei吋 纯 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺序选择自由锻基本工序（6 分）。 O O 2 令 i 1 q―1 孔U 400 圈6 3、请修改图7?图10的焊接结构，并写出修改原因。 自由锻基本工序： 拔长、局部镦粗、拔长 图7手弧焊钢板焊接结构（2 分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2 分） 修改原因：避免焊缝交叉修改原因：避免应力集中（平滑过 度）
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
材料成形技术基础复习题 一、填空题 1、熔模铸造的主要生产过程有压制蜡模，结壳，脱模，造型，焙烧和浇注。 2、焊接变形的基本形式有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。 3、接的主要缺陷有气孔，固体夹杂，裂纹，未熔合，未焊透，形状缺陷等。 4、影响陶瓷坯料成形性因素主要有胚料的可塑性，泥浆流动性，泥浆的稳定性。 5、焊条药皮由稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂和粘结剂组成。 6、常用的特种铸造方法有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造和陶瓷型铸造等。 7、根据石墨的形态特征不同，可以将铸铁分为普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等。 二、单项选择题 1.在机械性能指标中，δ是指( B )。 A.强度 B.塑性 C.韧性 D.硬度 2.与埋弧自动焊相比，手工电弧焊的优点在于( C )。 A.焊接后的变形小 B.适用的焊件厚 C.可焊的空间位置多 D.焊接热影响区小 3.A3钢常用来制造( D )。 A.弹簧 B.刀具 C.量块 D.容器 4.金属材料在结晶过程中发生共晶转变就是指( B )。 A.从一种液相结晶出一种固相 B.从一种液相结晶出两种不同的固相 C.从一种固相转变成另一种固相 D.从一种固相转变成另两种不同的固相 5.用T10钢制刀具其最终热处理为( C )。 A.球化退火 B.调质 C.淬火加低温回火 D.表面淬火 6.引起锻件晶粒粗大的主要原因之一是( A )。 A.过热 B.过烧 C.变形抗力大 D.塑性差 7.从灰口铁的牌号可看出它的( D )指标。 A.硬度 B.韧性 C.塑性 D.强度 8.“16Mn”是指( D )。 A.渗碳钢 B.调质钢 C.工具钢 D.结构钢 9.在铸造生产中，流动性较好的铸造合金( A )。 A.结晶温度范围较小 B.结晶温度范围较大 C.结晶温度较高 D.结晶温度较低 10.适合制造齿轮刀具的材料是( B )。 A.碳素工具钢 B.高速钢 C.硬质合金 D.陶瓷材料 11.在车床上加工细花轴时的主偏角应选( C )。 A.30° B.60° C.90° D.任意角度 12.用麻花钻加工孔时，钻头轴线应与被加工面( B )。 A.平行 B.垂直 C.相交45° D.成任意角度 三、名词解释 1、液态成型液态成型是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。金属的液体成型也称为铸造。 2、焊缝熔合比熔焊时，被熔化的母材金属部分在焊道金属中所占的比例，叫焊缝的熔合比。 3、自由锻造利用冲击力或压力使金属在上下砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状及尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法，简称自由锻 4、焊接裂纹在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏，形成新的界面所产生的缝隙称为焊接裂纹。 5、金属型铸造用重力浇注将熔融金属浇入金属铸型（即金属型）中获得铸件的方法。 四、判断题： 1、铸造的实质使液态金属在铸型中凝固成形。（√） 2、纤维组织使金属在性能上具有了方向性。（√） 3、离心铸造铸件内孔直径尺寸不准确，内表面光滑，加工余量大。（×）
2?顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适 合于（ D ），而同时凝固适合于（ B A .吸气倾向大的铸造合金； B .产生变形和裂纹倾向大的铸造合金； C.流动性差的铸造合金； D ?产生缩孔倾向大的铸造合金。 3 ?铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是 （ D ）；消除铸件中机械应力的方法是（ C ）o A .采用同时凝固原则； B ?提高型、芯砂的退让性； C.及时落砂； D .去应力 退火。 4．合金的铸造性能主要是指合金的（ B ）。 C )和( G ）。 作业 2 铸造工艺基础 2-1 判断题（正确的画0,错误的画X ） 1 ．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有 利于获得 形状完整、 轮廓清晰、 薄而复杂的铸件。 因此, 浇注温度越高越好。 （X ） 2．合金收缩经历三个阶段。其中,液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松 的基本原 因,而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。 （ 0 ） 3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶 温度范围 小的合金或共晶成分合金, 原因是这些合金的流动性好, 且易形成集中缩孔, 从而可以通过设置冒口,将缩孔转移到冒口中,得到合格的铸件。 4 ．为了防止铸件产生裂纹,在零件设计时,力求壁厚均匀；在合金成分上应严 格限制 钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。 5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以 当 合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。 6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共 专业 班级 学号 姓名 O ） O ） (X) 晶成分合金由于在恒温下凝固, 即开始凝固温度等于凝固终止温度, 结晶温度范围为 零。因此,共晶成分合金不产生凝固收缩,只产生液态收缩和固态收缩,具有很好的 铸造性能。 7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能,而且还 降低了 铸件的气密性。 8．采用顺序凝固原则,可以防止铸件产生缩孔缺陷,但它也增加了造型的复杂 程度,并 耗费许多合金液体,同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。 (X) O ） O ) 2- 2 选择题 1 ．为了防止铸件产生浇不 足、 A .减弱铸型的冷却能力； 冷隔等缺陷，可以采用的措施有（ B ．增加铸型的直浇口高度； D . A 、B 和 C ; E . A 和 C o ）。
填空题 1．常用毛坯的成形方法有铸造、、粉末冶金、、、非金属材料成形和快速成形. 2.根据成形学的观点,从物质的组织方式上,可把成形方式分为、、 . 1．非金属材料包括、、、三大类. 2．常用毛坯的成形方法有、、粉末冶金、、焊接、非金属材料成形和快速成形作业2 铸造工艺基础 2-1 判断题（正确的画O，错误的画×） 1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。因此，浇注温度越高越好。（×） 2．合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。（O） 3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。（O） 4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。（O） 5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。（×） 6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能。（×）7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。（O） 8．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。（O） 2-2 选择题 1．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（D）。 A．减弱铸型的冷却能力； B．增加铸型的直浇口高度； C．提高合金的浇注温度； D．A、B和C； E．A和C。 2．顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适合于（D），而同时凝固适合于（B）。 A．吸气倾向大的铸造合金； B．产生变形和裂纹倾向大的铸造合金； C．流动性差的铸造合金； D．产生缩孔倾向大的铸造合金。 3．铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是（D）；消除铸件中机械应力的方法是（C）。 A．采用同时凝固原则； B．提高型、芯砂的退让性； C．及时落砂； D．去应力退火。 4．合金的铸造性能主要是指合金的（B）、（C）和（G）。 A．充型能力；B．流动性；C．收缩；D．缩孔倾向；E．铸造应力；F．裂纹；G.偏析；H.气孔。
材料成形技术基础答案_第2版_施江澜_赵占西主编 第一章金属液体成型 1。液态合金的填充能力是多少？它与合金的流动性有什么关系？为什么不同化学成分的合金有不同的流动性？为什么铸钢的填充能力比铸铁差？ ①液态合金的填充能力是指液态合金填充型腔并获得轮廓清晰、形状完整的高质量铸件的能力 ②流动性好，合金熔体充型能力强，容易获得尺寸准确、外观完整的铸件如果流动性不好，填充能力差，铸件容易出现冷隔、气孔等缺陷。不同成分的 ③合金具有不同的结晶特征。共晶合金的流动性最好，其次是纯金属，最后是固溶体合金 ④与铸钢相比，铸铁更接近共晶成分，结晶温度范围更小，流动性更好。2.既然提高浇注温度可以提高液态合金的填充能力，为什么要防止浇注温度过高呢？铸造温度过高( )会增加合金的收缩率，增加空气吸力，并导致严重氧化。相反，铸件容易出现缺陷，如缩孔、缩松、粘砂、夹杂物等。 3。缩孔和气孔的存在会减小铸件的有效承载面积，并引起应力集中，导致铸件的力学性能下降。缩孔 大且集中，容易发现。它可以通过特定的工艺从铸件主体上移除。缩孔较小且分散，多多少少存在于铸件中。对于普通铸件来说，它通常不被视为缺陷，只有当铸件具有高气密性时，才可以防止它液态合
金填充型腔后，如果在冷却和凝固过程中液态收缩和凝固收缩的量没有得到补充，在铸件的最终凝固部分将形成一些型腔。大而集中的空洞变成了缩孔，而小而分散的空洞被称为缩孔 的不足之处是砂类充填不充分。冷绝缘是指在施加一定的力之后，铸造工件出现裂纹或断裂，并且氧化物夹杂出现在断裂表面或没有熔合在一起。 出风口的作用是在铸造过程中排出型腔内的气体，防止铸件产生气孔，便于观察铸件情况。冒口是附加在铸件顶部或侧面的辅助部件，以避免铸造缺陷。在 分步凝固过程中，其横截面上的固相和液相被边界线清楚地分开。在定向凝固中，熔融合金根据所需的晶体取向在与热流相反的方向上凝固。 5。定向凝固的原理是将冒口放置在铸件可能出现缩孔的厚而大的部分，同时采用其他技术措施，从铸件远离冒口的部分到冒口建立逐渐增加的温度梯度，从而实现从远离冒口的部分如冒口方向的顺序凝固。 铸件相邻零件或铸件凝固开始和结束的时间相同或相似，甚至同时完成凝固过程，顺序和方向没有明显区别，称为同步凝固 定向凝固主要用于大体积收缩的合金，如铸钢、球墨铸铁等。同时，凝固适用于凝固收缩小的合金和壁厚均匀、结晶温度范围宽的合金铸件，但对致密性要求不高。6.不均匀冷却使得铸件的慢冷却部分拉伸，而快冷却部分压缩。零件向下弯曲。手动建模和机器建模的优缺点是
材料成型技术基础复习重点-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
1.1 1.常用的力学性能判据各用什么符号表示它们的物理含义各是什么 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 1.2 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 1.3 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 1.4 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 1.5 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 1.6 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 1.8工程材料的发展趋势
据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 2.0材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象 2.1 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。 铸件的宏观组织一般包括三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶粒区和内部等轴晶区。
（ . . , [ ' 《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 三、填空（每空分，共26分）
1.( ) ( ) ( ) 2.( ) 3.( ) ( ) 4.( ) 5.( ) < ( )6.( ) ( )7.( ) ( )8.( ) ( )9.( ) 10.( )11.( )12.( ) ( ) 13.( ) ( )14.( )15.( ) 16.( ) ( )17.( ) ( ) 18.( )19.( )20.( ) ( ) 21.( ) ( )22.( )23.( ) 24.( )25.( ) ( )26.( ) — ( )27.( ) ( )28.( ) 29.( ) ( )30.( )31.( ) ( ) ( )32.( ) ( ) 四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） 修 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺 序选择自由锻基本工序。（6分） ·
自由锻基本工序： 3、请修改图7--图10的焊接结构，并写出修改原因。 、 图7手弧焊钢板焊接结构（2分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2分） 修改原因：焊缝集中修改原因：不便于操作 ~ 图9钢管与圆钢的电阻对焊（2分）图10管子的钎焊（2分） 修改原因：修改原因： 《材料成形技术基础》考试样题 （本卷共10页） 注：答案一律写在答题页中规定位置上，写在其它处无效。 一、判断题（16分，每空分。正确的画“O”，错误的画“×”） 1．( 结晶温度范围大的合金比结晶温度范围小的合2．过热度相同时，
金流动性好。这是因为在结晶时，结晶温度范围大的合金中，尚未结晶的液态合金还有一定的流动能力。F 3．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。T 4．HT100、HT150、HT200均为普通灰口铸铁，随着牌号的提高，C、Si含量增多，以减少片状石墨的数量，增加珠光体的数量。 5．缩孔和缩松都是铸件的缺陷，在生产中消除缩孔要比消除缩松容易。T 6．铸件铸造后产生弯曲变形，其原因是铸件的壁厚不均匀，铸件在整个收缩过程中，铸件各部分冷却速度不一致，收缩不一致，形成较大的热应力所至。T 7．影响铸件凝固方式的主要因素是合金的化学成分和铸件的冷却速度。F 8．制定铸造工艺图时，铸件的重要表面应朝下或侧立，同时加工余量应大于其它表面。T 9．铸造应力包括热应力和机械应力，铸造应力使铸件厚壁或
第一篇 金属铸造成形工艺 一.掌握铸造定义与实质及其合金的铸造性能。 A铸造：将熔融金属浇入铸型型腔， 经冷却凝固后获得所需铸件的方法。 B铸造实质：液态成形。 C合金：两种或两种以上的金属元素、或金属与非金属元素（碳）熔和在一起，所构成具有金属特性的物质。 D合金的铸造性能：是指合金在铸造过程中获得尺寸精确、结构完整的铸件的能力，流动性和收缩性是合金的主要铸造工艺特性。 二.掌握合金的充型能力及影响合金充型能力的因素。 A合金的充型能力：液态合金充满铸型，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。 B影响合金充型能力的因素： （1）铸型填充条件 a. 铸型材料； b. 铸型温度； c. 铸型中的气体 （2）浇注条件 a. 浇注温度（T） T 越高（有界限），充型能力越好。 b. 充型压力 流动方向上所受压力越大， 充型能力越好。 （3）铸件结构
结构越复杂，充型越困难。 三.掌握合金收缩经历的三个阶段及其铸造缺陷的产生。 A合金的收缩：合金从浇注、凝固、冷却到室温，体积 和尺寸缩小的现象。 B合金收缩的三个阶段： （1）液态收缩 合金从 T浇注→ T凝固开始 间的收缩。 （2）凝固收缩 合金从 T凝固开始→T凝固终止 间的收缩。 液态收缩和凝固收缩是形成铸件缩孔和缩松缺陷的基本原因。 （3）固态收缩（易产生铸造应力、变形、裂纹等。） 合金从 T凝固终止→T室 间的收缩。 四.了解形成铸造缺陷（缩孔，缩松）的主要原因及其防止措施。 A产生缩孔和缩松的主要原因：液态收缩 和 凝固收缩 导致。 B缩孔形成原因：收缩得不到及时补充； 缩松形成原因：糊状凝固，被树枝晶体分隔区域难以实现补缩。 C缩孔与缩松的预防： （1）定向凝固，控制铸件的凝固顺序； （2）合理确定铸件的浇注工艺 五.掌握铸件产生变形和裂纹的根本原因。 铸件产生变形和裂纹的根本原因：铸造内应力（残余内应力） 六.掌握预防热应力的基本途径。 预防热应力的基本途径：缩小铸件各部分的温差，使其均匀冷却。借助于冷铁使铸件实现同时凝固。
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。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好？普通灰铸铁常用的热处理方法有哪 些？其目的是什么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。
第一章铸造 1.铸造：将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。 2.充型：溶化合金填充铸型的过程。 3.充型能力：液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。 4.充型能力的影响因素： 金属液本身的流动能力（合金流动性） 浇注条件：浇注温度、充型压力 铸型条件：铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体、铸件结构 流动性是熔融金属的流动能力，是液态金属固有的属性。 5.影响合金流动性的因素： （1）合金种类：与合金的熔点、导热率、合金液的粘度等物理性能有关。 （2）化学成份：纯金属和共晶成分的合金流动性最好； （3）杂质与含气量：杂质增加粘度，流动性下降；含气量少，流动性好。 6.金属的凝固方式： ①逐层凝固方式 ②体积凝固方式或称“糊状凝固方式”。 ③中间凝固方式 7.收缩：液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。 收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。 8.合金的收缩可分为三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。 液态收缩和凝固收缩，通常以体积收缩率表示。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。 合金的固态收缩，通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。 9.影响收缩的因素 （１）化学成分：碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩略减。 （２）浇注温度：浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加。 （３）铸件结构：铸型中的铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍。 （4）铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力 10.缩孔及缩松：铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，按照孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 缩孔的形成：主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。 缩松的形成：主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。 合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大。 缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。
2014年9月份考试材料成形技术基础第三次作业 一、填空题（本大题共20分，共 5 小题，每小题 4 分） 1. 浇注温度过低，液体金属量不够，铸件就会产生冷隔或 ______ 。 2. 常用成形件的检测方法分为 ______ 、 ______ 。 3. 与手工造型相比，机器造型的主要优点是 ______ 、 ______ 、 ______ 。 4. 粉末的成形技术特征主要有： ______ 、 ______ 、 ______ 。 5. 衡量金属材料的焊接性的主要指标有 ______ 、 ______ 两个；通常用 ______ 、 ______ 来评定金属材料的焊接性。 二、名词解释题（本大题共20分，共 4 小题，每小题 5 分） 1. 微观偏析 2. 粘接 3. 塑料的注射成形和挤出成形 4. 液态金属的充型能力与流动性 三、简答题（本大题共20分，共 4 小题，每小题 5 分） 1. 冷铁的作用是什么？ 2. 请简述金属在模膛内的变形过程。 3. 常用成形件内部品质检验方法有那些? 4. 请简要叙述冲天炉熔炼铸铁过程中金属液化学成分的变化情况。 四、分析题（本大题共20分，共 2 小题，每小题 10 分） 1. 分析所示的铸件结构是否合理？请图示改善方案。 2. 试分析图所示铸造应力框： (1)铸造应力框凝固过程属于自由收缩还是受阻收缩? (2)铸造应力框在凝固过程中将形成哪几类铸造应力? (3)在凝固开始和凝固结束时铸造应力框中1、2部位应力属什么性质(拉应力、压应力)? (4）铸造应力框冷却到常温时，在1部位的C点将其锯断，AB两点 间的距离L将如何变化（变长、变短、不变）？
一、判断题(每题1分，共20分。正确的打√，错误的打×) 1.淬火的主要目的是为了提高钢的硬度，因此，淬火钢就可以不经回火而直接使用。（×） 2.钢中的含碳量对钢的力学性能具有重要的影响，40钢与45钢相比，后者的强度和硬度高，而塑性较差。（√） 3.浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素，提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件，因此，浇注温度越高越好。（×） 4. 气孔是气体在铸件中形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。（√） 5.灰口铸铁组织中由于存在着大量片状石墨，因而抗拉强度和塑性远低于铸钢。但是片状石墨的存在，对灰口铸铁的抗压强度影响很少，所以灰口铸铁适合于生产承受压应力的铸件。（√） 6.铸造生产的显著特点是适合于制造形状复杂，特别是具有复杂内腔的铸件。（√） 7.为了避免缩孔、缩松或热应力、裂纹的产生，铸件壁厚应该尽可能均匀，所以设计零件外壁和内壁，外壁和筋，其厚度应该相等。（×） 8.采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它增加了造型的复杂程度，并耗费了许多金属液体，同时增大了铸件产生变形和裂纹的倾向。（√） 9.芯头是砂芯的一个组成部分，它不仅能使砂芯定位、排气，还能形成铸件内腔。（×） 10.浇注位置选择原则之一是将铸件的大平面朝下，主要目的是防止产生缩孔缺陷（×） 11.分型面是为起模或取出铸件而设置的，砂型铸造、熔模铸造和金属型铸造所用的铸型都有分型面。（×） 12.压力加工是利用金属产生塑性变形获得零件或毛坯的一种方法。在塑性变形的过程中，理论上认为金属只产生形状的变化而其体积是不变的。（√） 13.板料弯曲时，弯曲后两边所夹的角度越小，则弯曲部分的变形程度越大。（×） 14.板料冲压落料工序中的凸凹模间隙是影响冲压件剪断面质量的关键。凸、凹模间隙越小，则冲压件毛刺越小，精度越高。（×） 15.氩弧焊采用氩气保护，焊接质量好，适于焊接低碳钢和非铁合金等。（√） 16.焊接中碳钢时，常采用预热工艺，预热对减少焊接应力十分有效，同时，预热也可防止在接头上产生淬硬组织。（√） 17.电阻焊是利用电流通过工件及其接触处所产生的电阻热作为焊接热源，将工件接触处加热到塑性状态或熔化状态，并在压力作用下，形成焊接接头的一种压力焊方法。（√） 18铸造生产中，模样形状就是零件的形状。（×） 19. 铸型中含水分越多，越有利于改善合金的流动性。（×） 20. 铸件在冷凝过程中产生体积和尺寸减小的现象称收缩。（√） 二、单选题：（每题1分，共30分） 1、将模型沿最大截面处分开，造出的铸型型腔一部分位于上箱，一部分位于下箱的造型方 法称（C） A. 挖砂造型 B. 整模造型 C. 分模造型 D. 刮板造型 2、灰口铸铁体积收缩率小的最主要原因是由于（A ） A. 析出石墨弥补体收缩 B. 其凝固温度低 C. 砂型阻碍铸件收缩 D. 凝固温 度区间小 ３、65Mn钢是常用的合金弹簧钢，“65”的意义是：（B） A.钢中的含碳量为6.5% B.钢中的含碳量为0.65% C.钢中的含锰量为6.5%