材料成型基本原理习题整理完成版

一、概念1、温度场：是加热和冷却过程中某一瞬间的温度分布。

2、凝固：将固体材料加热到液态，然后使其按人们预定的尺寸、形状及组织形态再次冷却到固态的过程称为凝固。

3、粘度：原子承接相互阻碍运动的内摩擦力。

影响粘度因素：温度、表面活性元素、非表面活性元素。

4、体积成形：是在塑性成形过程中靠体积的转移和重新分配来实现的。

体积成形有自由锻造、模锻、轧制、挤压、拉拔等。

5、轧制：将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定孔形，使其形成一定截面形状的方法。

6、挤压：挤压是使大截面的毛坯在凸模的强大压力作用下产生塑性流动，迫使金属从模具型腔中挤出，从而获得一定形状和较小截面尺寸的工作。

7、拉拔：拉拔是将金属坯料的前端施以一定的拉力，使它通过锥形的凹模型腔，改变其截面的形状和尺寸的一种加工方法。

8、板料成形一般称为冲压，可分为落料、冲孔（分离工序，简称冲裁）、弯曲、拉深等工序。

9、加工硬化：冷态变形时，随着变形程度的增加，材料强度、硬度提高，塑性、韧性下降现象。

二、简答题1、材料加工的三要素：材料、能量、信息2、选择零件加工方法的原则：要考虑零件的形状、特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本、现有环境条件等多因素，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。

3、冷塑性变形的实质：多晶体变形主要是晶内变形，晶间变形起次要作用，而且需要有其他变形和机制相协调这是由于晶界强度高于晶内，其变形比晶内难，如发生晶界变形易引起晶界破坏和产生裂纹。

4、冷塑性变形特点：1.不是同时性；2.晶粒变形的相互协调性；3．晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。

5、塑性板料成形方面发展方向：a.大批量向高速化、自动化发展。

b.发展多工位压力机。

c.发展冲压生产线。

d.小批量生产时期朝简易化、通用化发展，提高加工的“柔性”。

e.工艺过程模拟化和模具CAD/CAM。

6、柔性加工单元包括：开式双柱宽台面压力机、机器人、模具自动仓库、供料装置、堆垛起重机、成品传送带、废品传送带、操纵台等。

7、自由锻方面发展方向：a.提高大型件质量。

b.改进工艺。

c.发展探伤技术。

d.发展锻焊联合工艺。

8、模锻方面发展方向：a.压力机取代锤上模锻。

b.精度不断提高，重点发展精密模锻。

c.自动化程度日益提高。

d.模锻过程的计算机模拟和工艺、模具CAD/CAM。

9、如何锻合内部缺陷？首先是缺陷区发生塑性变形，使空隙两壁靠拢，称为闭合阶段；然后在三向压力作用下，空隙两壁金属焊合成一体，称为焊和阶段。

这是，需要有足够大的变形程度才能实现锻合。

10、对变形抗力的影响因素？（1）化学成分的影响。

（2）组织结构的影响。

（3）变形温度的影响。

（4）变形程度的影响。

（5）变形速度的影响。

（6）应力状态的影响。

11、影响铸渗效果的因素：1）含合金元素涂料组成和配方。

2）浇注温度。

3）浇注位置及涂层在型中位置。

4）型及涂层预热情况。

5）母材合金种类等。

12、冷铁在凝固成形中的作用？○1在冒口难做位置防缩孔。

○2防壁口交叉处裂纹。

○3配合冒口，效果更好。

○4用冷铁调节各别热节。

○5改变局部组织和性能。

○6减轻或防止厚件偏析。

13、什么是“过热”“过烧”？过热：是指材料加热温度较高，晶粒急长大。

过烧：加热温度过高，晶界氧化，金属失去塑性报废。

14、锻造流线如何形成？它有何有利和不利影响？塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们沿着变形方向被拉长，呈纤维状叫做锻造流线。

有了锻造流线，其性能有了方向性，利用好可提高件的寿命，利用不好则相反。

15、预防焊接变形的措施有哪些？○1合理选焊缝尺寸和形状。

○2尽可能减少不必要焊缝。

○3合理安排焊接位置。

○4采用能量集中热源，对称焊、分散焊、多层焊。

○5反变形法。

○6焊前刚性固定。

○7强散热法。

16、计算机在塑性成形中应用？○1数据模拟：应力分布、应变分布、温度场硬化状况分布分析。

○2模具CAD/CAM：工艺分析、计算、优化方案、专家系统、模具设计制造。

○3过程控制：加工、装卸、存储、运输、管理。

17、焊接变形对工件的影响？使工件尺寸、形状不符合设计要求，组装困难，校正变形浪费时间、工时，降低接头塑性，变形严重报废。

18、常用生核剂有哪些种类？（P104习题）答：生核剂主要有两类：一类是起非自发形核作用；另一类是通过在生长界面前沿的成分富集而使晶粒根部和树枝晶分枝根部产生缩颈，促进枝晶熔断和游离而细化晶粒。

19、何谓“孕育衰退”？如何防止？（P104习题）答：孕育衰退是指孕育效果逐渐减弱的现象。

孕育效果不仅取决于孕育剂的本身，而且也与孕育处理工艺密切相关。

一般处理温度越高，孕育衰退越快，在保证孕育剂均匀散开的前提下，应尽量降低处理温度。

孕育剂的粒度也要根据处理温度、被处理合金液量和具体的处理方法来选择。

20、焊接热影响区的脆化类型有几种？如何防止？（P168习题）答：焊接热影响区的脆化类型及防止措施：（1）粗晶脆化。

（2）析出脆化。

（3）组织脆化。

（4）HAZ 的热应变时效脆化(HSE)。

尽量使焊接接头无缺口，从而减轻动态应变时效脆化程度；采用合适的冷作工序，静态应变时效脆化的程度取决于钢材在焊前所受到的预应变量以及轧制、弯曲、冲孔、剪切、校直、滚圆等冷作工序。

焊接工艺上控制加热速度和最高加热温度以及焊接线能量。

21、简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。

（P240习题）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。

22、试分析多晶体塑性变形的特点。

（P240习题）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。

23、晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？（P240习题）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。

24、产生加工硬化的原因是什么？它对金属的塑形和塑性加工有何影响？（P240习题）答：加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升。

为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。

这种现象称为加工硬化。

加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量形成缠结、不动位错等障碍，形成高密度的“位错林”，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高。

25、什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？（P240习题）答：动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。

对于层错能高的金属，变形位错的交滑移和攀移比较容易进行，位错容易在滑移面间转移，使异号位错互相抵消，其结果是位错密度下降，畸变能降低，达不到动态再结晶所需的能量水平。

26、什么是动态再结晶？影响动态再结晶的主要因素有哪些？（P240习题）答：在热塑性变形过程中，层错能低的金属在变形量很大时，当加热升温时，原子具有相当的扩散能力，变形后的金属自发地向低自由能状态转变，称为动态再结晶。

影响动态再结晶的主要因素有：金属的层错能高低，晶界迁移的难易程度有关。

27、什么是金属的超塑性？超塑性变形有什么特征？（P240习题）答：在一些特定条件下，如一定的化学成分、特定的显微组织、特定的变形温度和应变速率等，金属会表现出异乎寻常的高塑性状态，即所谓超常的塑性变形。

超塑性效应表现为以下几个特点：大伸长率、无缩颈、低流动应力、对应变速率的敏感性、易成形。

三、简述题1、焊条药皮的作用？1)机械保护作用①气保护在焊接时，焊条药皮熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池，基本上把熔化金属与空气隔绝开来。

②渣保护焊接过程中药皮被电弧高温熔化后形成熔渣覆盖着熔滴和熔池金属，这样不仅隔绝空气中的氧、氮，保护焊缝金属，而且还能减缓焊缝的冷却速度，并能改善焊缝的成形和结晶。

2)冶金作用通过熔渣与熔化金属冶金反应，除去有害杂质和添加有益的合金元素，使焊缝获得合乎要求的机械性能。

3)改善焊接工艺性能使电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高等。

2、试述液态金属充型能力与流动性间的联系。

（P30习题）答：联系：(1)液态金属的充型性能是一种基本的性能。

液态金属的充型能力好，零件的形状就完整，轮廓清晰；否则就会产生“浇不足”的缺陷。

液态金属的充型能力首先取决于液态金属本身的流动能力，同时又与外界条件密切相关，是各种因素的综合反映。

(2)液态金属本身的流动能力称为“流动性”，是由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界因素无关。

因此流动性也可认为是确定条件下的充型能力。

(3)液态金属的流动性好，其充型能力强；反之，其充型能力差。

3、铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的？表面激冷区的形成机理如何？（P104习题）答：铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。

表面激冷区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。

这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织。

4、试分析溶质再分配对游离晶粒的形成及晶粒细化的的影响。

（P104习题）对于纯金属在冷却结晶时候没有溶质再分配，所以在其沿型壁方向晶体迅速长大，晶体与晶体之间很快能够连接起来形成凝固壳。

当形成一个整体的凝固壳时，结晶体再从型壁处游离出来就很困难了。

但是如果向金属中添加溶质，则在晶体与型壁的交汇处将会形成溶质偏析，溶质的偏析容易使晶体在与型壁的交会处产生“脖颈”，具有“脖颈”的晶体不易于沿型壁方向与其相邻晶体连接形成凝固壳, 另一方面，在浇注过程和凝固初期存在的对流容易冲断“脖颈”，使晶体脱落并游离出去，形成游离晶。

一些游离晶被保留下来并发生晶体增殖，成为等轴晶的核心，形成等轴晶，从而起到细化晶粒的作用。

5、试述焊接熔池中金属凝固的特点。

（P104习题）答：熔焊时，在高温热源的作用下，母材发生局部熔化，并与熔化了的焊接材料相互混合形成熔池，同时进行短暂而复杂的冶金反应。

当热源离开后，熔池金属便开始了凝固。

因此，焊接熔池具有以下一些特殊性。

（1）熔池金属的体积小，冷却速度快。

（2）熔池金属中不同区域温差很大、中心部位过热温度最高。

（3）动态凝固过程。

（4）液态金属对流激烈。

6、焊接条件下组织转变与热处理条件下组织转变有何不同？（P168习题）答：焊接条件下热影响区的组织转变与热处理条件下的组织转变相比，其基本原理是相同的。