根据
K R =τ 与 11A V R =，所以凝固时间依次为： t 球>t 块>t 板>t 杆。 6.右图为一灰铸铁底座铸件的断面形状，其厚度为30mm ，利用“模数法”分析砂型铸造时底座的最后凝固部位，并估计凝固终了时间.
解：将底座分割成A 、B 、C 、D
查表2-3得：K=0.72(m in cm /)
对A 有：RA= VA ／AA=1.23cm
τA=RA2／KA2=2.9min
对B 有: RB= VB ／AB=1.33cm
τB=RB2／KB2=3.4min
对C 有：RC= VC ／AC=1.2cm
τC=RC2／KC2=2.57min
对D 有：RD= VD ／AD=1.26cm
τD=RD2／KD2=3.06min
7.写出平方根定律和折算厚度法则的公式，并解释两个公式的差别。
答：1）平方根定律：22
K ξτ=即τξK =；折算厚度法则：τK R =
2）ξ代表铸件凝固层厚度，适应薄板类铸件；S
V R =为折算厚度,可适用各种形状的铸件。 8. 影响铸件凝固方式的因素是什么？凝固方式与铸造性能和铸件质量之间有什么关系？ 答：1)影响铸件凝固方式的因素:结晶温度范围和温度梯度；
2)a 逐层凝固：集中缩孔大，易补缩，铸件较致密；热裂倾向小；流动性好。所以，铸件质量好。 b 体积凝固：不易补缩，易形成缩孔；流动性差；热裂倾向大；铸件不致密，性能较差。 c 中间凝固：介于以上两者之间
第3章 金属凝固热力学与动力学
1．金属结晶形核时，系统自由能变化△G 由两部分组成，其中相变驱动力为 ，相变阻力为 。
2.非均质形核过程，晶体与杂质基底的润湿角 θ越小，非均质形核功*
he G ?越 ，形核率越 ；非均质形核临界半径*he r 与均质形核的关系为
*ho r 。 3.为什么金属必须要有一过冷度才能发生液-固相变？
4．什么是溶质平衡分配系数？设状态图中液相线和固相线为直线，证明其k 0为常数。
特定温度*T 下固相合金成分浓度*s C 与液相合金成分浓度*L
C 达到平衡时的比值**0L S C C k =
如上图：
液相线：T *－Tm ＝L m (C l *-0) ① 固相线：T *－Tm ＝S m (C s *
-0) ② ②÷①得：Tm T Tm T －－**＝**L L S S C m C m ＝1
即 **L
S C C ＝S L m m ＝k 0
5.名词解释
1）非均质形核与均质形核 答：非均质形核：液态金属中新相以外来质点为基底进行形核的方式。
均质形核 ：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，所以也称“自发形核”。
2）粗糙界面与光滑界面
答：粗糙界面：a≤2，固液界面上有一半点阵位置被原子占据，另一半位置则空着，微观上是粗糙的；光滑界面：a ＞2，界面上的位置几乎被原子占据，微观上是光滑的。
3）粗糙界面与光滑界面及其判据
答：固－液界面固相一侧的点阵位置有一半左右被固相原子所占据，形成凸凹不平的界面结构，称为粗糙界面；固－液界面固相一侧的点阵位置几乎全被固相原子所占据，只留下少数空位或台阶，称为光滑界面。 根据jachson 因子（??
? ???=νηαm m
kT H ）大小可以判断： α ≤2的物质，凝固时固-液界面为粗糙面，
α ＞5的物质，凝固时界面为光滑面，
6.液态金属（合金）凝固的驱动力由 提供，而凝固时的形核方式有 、 两种。
7.对于溶质平衡分配系数K 0>1时，K 0越大，最终凝固组织的成分偏析越 。常将∣1- K 0∣称为 。
8.设理想液体在凝固时形成的临界核心是边长为a*的立方体形状;
(1)求均质形核时的a*和△G*的关系式。
(2)
T H T V a m m s LS ??=σ4*9.设Ni 的最大过冷度为319℃，已知Tm ＝1453℃,△Hm＝1870J/mol ，摩尔体积为Vs=6.6cm3.求△G*均和r*均
参考答案：r*均=8.59*10－9 m △G*均=6.95*10－17 J
10.晶体长大时，有三种长大方式，长大速度按顺序依次为： 连续 、 缺陷 、和 二维形核 。金属从其自身熔体中结晶，一般以 连续 方式长大。
11.为什么均质生核和非均质生核的临界晶核半径相同，而临界生核功不同？
答：临界晶核半径的含义：当晶核达到此半径时，如液相原子向此堆砌生长，造成的表面能的增加比体积自由能的下降小，即自由能下降，此时，晶体生长是稳定的，所以晶核能逐渐长大。如是均质生核，临界晶核是近似球形，其所包含的原子数较多，所需要的能量起伏较大，即生核功较大；如是非均质生核，临界晶核的大小与润湿角有关，同样的晶核半径时，当晶体与衬底的润湿角越小，晶核所包含的原子个数越少，因此所需的形核功越小。
所以，虽然均质生核和非均质生核的临界晶核半径相同，而临界生核功不同。
12.从原子尺度看，固液界面结构有哪几种？它们与生长机理有何联系？
答：⑴有两种固液界面结构：平整界面和粗糙界面
⑵平整界面的生长机理：
a.理想的平整界面依靠平整界面上生产二维晶核，然后在晶核周围的台阶上生长；
b.当界面上有缺陷时，可依靠螺旋位错、旋转孪晶、反射孪晶等缺陷提供的台阶生长。
⑶粗糙界面由于液相原子堆砌而被弹回的几率很小，因此生长速度较大，此时称为连续生长或正常生长。
14. 随颗粒尺寸的减小，金属的熔点会下降，其原因是什么？这种效应通常在什么尺寸量级才会明显地表现出来？
参考：表面能（张力）作用突显，纳米，m m s r H k
T V T ?=?σ2
第4章第5章
1.根据成份过冷理论的分析，由于过冷程度的不同就会使焊缝组织出现不同的结晶形态，主要有平面结晶、胞状结晶、胞状树枝结晶、树枝状结晶和等轴结晶。
2.根据界面结构的不同，可将共晶合金分为两大类非小面-小面和非小面-非小面
3.用图形表示K0＜1的合金铸件单向凝固时，在以下四种凝固条件下所形成的铸件中溶质元素的分布曲线：
（1）平衡凝固；（2）固相中无扩散而液相中完全混合；
（3）固相中无扩散而液相中只有扩散；（4）固相中无扩散而液相中部分混合。
答：几种条件下的溶质分布如图所示：
4. 内生生长和外生生长
凝固自型壁行核，由外向内的生长称为外生生长，如柱状晶，胞状晶的生长；
在熔体内部形核，由内向外的自由生长称为内生生长，如等轴晶的生长。
5. 共生生长和离异生长
共生生长：共晶结晶时，两相相互依附，借助于对方析出的多余原子的横向扩散而同步偶合生长的方式。离异生长：共晶的两相间没有共同生长的界面，析出和生长在时间上与空间上都相互独立的生长方式。6.共晶组织生长中，共晶两相通过原子的横向扩散不断排走界面前沿积累的溶质，且又互相提供生长所需的组元彼此合作，并排地快速向前生长，这种共晶生长方式称为共生生长。
7. 固相无扩散、液相只有扩散情况下产身成分过冷的判据及影响成分过冷的因素，说明成分过冷对结晶形貌的影响？
答：成分过冷判据：
影响成分过冷的因素：液相中温度梯度GL越小，成分过冷越大；生长速度R越大，成分过冷越大；液相线斜率mL越大，成分过冷越大；合金原始成分C0越大，成分过冷越大；扩散系数DL越小，成分过冷越大；分配系数K0越小，成分过冷越大。
成分过冷对结晶形貌的影响：当C0一定时，随着GL减小，或R增大时，晶体形貌由平面晶依次发展为胞状树枝晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶；而当GL、R一定时，随C0的增加，晶体形貌也同样由平面晶依次发展为胞状树枝晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶。
8．简述晶体生长形貌随成分过冷大小变化的规律。
参考：随“成分过冷”程度的增大，固溶体生长方式由无“成分过冷”时的“平面晶”依次发展为：胞状晶→柱状树枝晶→内部等轴晶。
C=5.65％, Tm＝660℃,T E＝548℃。用Al－1％Cu 9.Al-Cu相图的主要参数为C E＝33%Cu,
sm
合金浇一细长试样，使其从左至右单向凝固，冷却速度足以保持固－液界面为平界面，当固相无Cu扩散，液相中Cu充分混合时，求：
(1)凝固10％时，固液界面的C S *和C L *。
(2)共晶体所占的比例。
答：（1）溶质分配系数 k 0＝
L S C C =E sm C C =%33%65.5=0.171 当s f ＝10％时，有
*s C ＝1000)1(－－k s f C k ＝1171.0%)101(%1171.0--??＝0.187％ *
L C ＝100－k L f C ＝0
*k C S ＝171.000187.0＝1.09％ （2）设共晶体所占的比例为L f ，则 *L C ＝100－k L f C ＝E C
则L f ＝1010－）（k E C C ＝1171.01
)%1%33(－＝0.0147 10.何谓热过冷和成分过冷？成分过冷的本质是什么？
答：金属凝固时，完全由热扩散控制，这样的过冷称为热过冷；由固液界面前方溶质再分配引起的过冷称为成分过冷。
成分过冷的本质：由于固液界面前方溶质富集而引起溶质再分配，界面处溶质含量最高，离界面越远，溶质含量越低。由结晶相图可知，固液界面前方理论凝固温度降低，实际温度和理论凝固温度之间就产生了一个附加温度差△T ，即成分过冷度，这也是凝固的动力。
11.影响成分过冷的因素有哪些？哪些是属于可控制的工艺因素？成分过冷对晶体的生长方式有何影响？晶体的生长方式只受成分过冷的影响吗？
答：影响成分过冷的因素有G 、v 、D L 、m 、k 0、C 0，可控制的工艺因素为D L 。
过冷对晶体的生长方式的影响：当稍有成分过冷时为胞状生长，随着成分过冷的增大，晶体由胞状晶变为柱状晶、柱状树枝晶和自由树枝晶，无成分过冷时，以平面方式或树枝晶方式生长。晶体的生长方式除受成分过冷影响外，还受热过冷的影响。
12.影响成分过冷范围的因素有哪些？它对材质或成形产品（铸件）的质量有何影响？ 答：影响成分过冷范围的因素有：成分过冷的条件为 v G L <000)1(k D k C m L L －
成分过冷的范围为 △＝000)
1(k D k C m L L －－v G L
上式中，00k C m L 、、为不变量，所以影响成分过冷范围的因素只有D L 、G L 和v 。
对于纯金属和一部分单相合金的凝固，凝固的动力主要是热过冷，成分过冷范围对成形产品没什么大的影响；对于大部分合金的凝固来说，成分过冷范围越宽，得到成型产品性能越好。
13.小面－非小平面共晶生长的最大特点是什么？它与变质处理有何关系？
答：小面－非小平面生长最大的特点是：有强烈的方向性。变质处理改变了小平面的形态，使得晶体生长方式发生改变。
14.Mg 、S 、O 等元素如何影响铸铁中石墨的生长。
答：S 、O 等活性元素吸附在旋转孪晶台阶处，显著降低了石墨棱面（0110）与合金液面间的界面张力，使得（0110）方向的生长速度大于（0001）方向，石墨最终长成片状。Mg 是反石墨化元素，在它的作用下，石墨最终长成球状。
15.Al-Cu 合金相图的主要参数：C E =33%,C sm =5.65%,T m =660℃,T E =548℃, 用Al-1%Cu （即：Co=1%）合金浇一细长圆棒试样，使其从左至右单向凝固，冷却速度足以保持固-液界面为平面。当固相中无Cu 扩散，液相中Cu 有扩散而无对流，达到稳态凝固时，求：
（1）固-液界面的Cs *和C L
*
（2）固-液界面的T i （忽略动力学过冷度ΔT k ）
（1）17.033
65.50===E sm C C k %10*==C C S
%88.517
.010**
===k C C S L （2）22T T T T K i ≈?-=
L L m C m T T +=2
39.333
0548660-=--=L m 6409.1966017
.0139.36602=-=-=T ℃ 16.某二元合金相图如图所示。合金液成分为W B =40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固液界面保持平面生长。
1）假设固相无扩散，液相均匀混合。试求：α相与液相之间的平衡分配系数k 0；凝固后共晶体的数量占试棒长度的百分之几？画出凝固后的试棒中溶质B 的浓度沿试棒长度的分布曲线，并注明各特征成分及其位置。
2）假设固相无扩散，液相有扩散而无对流。求达到稳态凝固时：固-液界面的Cs *和C L *
1）液相均匀混合时：a) 5.060
300===E sm C C k b) 共晶体所占的百分数应该是，在共晶温度时所剩余的液相，此时应利用夏尔公式 100-*=k L L f C C 60=*
L C ％，＝0C 40％ 60％＝40％×15.0-L
f =L f 44.4% 所以，共晶体占试棒长度的44.4％
c)
C f 0 0.5 1 20 30 60 L 900 500 A 30 40 60 B
α t/℃ w B ×100
2) 达到稳态凝固时Cs *=C 0=40% C L *
= C 0/k 0=40%/0.5=80%
17.论述成分过冷与热过冷的涵义以及它们之间的区别和联系。
成分过冷的涵义:合金在不平衡凝固时，使液固界面前沿的液相中形成溶质富集层，因富集层中各处的合金成分不同，具有不同的熔点，造成液固前沿的液相处于不同的过冷状态，这种由于液固界面前沿合金成分不同造成的过冷。
热过冷的涵义: 界面液相侧形成的负温度剃度，使得界面前方获得大于k T ?的过冷度。
成分过冷与热过冷的区别 :
热过冷是由于液体具有较大的过冷度时，在界面向前推移的情况下，结晶潜热的释放而产生的负温度梯度所形成的。可出现在纯金属或合金的凝固过程中，一般都生成树枝晶。
成分过冷是由溶质富集所产生，只能出现在合金的凝固过程中，其产生的晶体形貌随成分过冷程度的不同而不同，当过冷程度增大时，固溶体生长方式由无成分过冷时的“平面晶”依次发展为：胞状晶→柱状树枝晶→内部等轴晶（自由树枝晶）。
成分过冷与热过冷的联系:
对于合金凝固，当出现“热过冷”的影响时，必然受“成分过冷”的影响，而且后者往往更为重要。即使液相一侧不出现负的温度梯度，由于溶质再分配引起界面前沿的溶质富集，从而导致平衡结晶温度的变化。在负温梯下，合金的情况与纯金属相似，合金固溶体结晶易于出现树枝晶形貌。 18.焊接熔池凝固结晶的特点。
答：熔池结晶的特点是：
（1）联生结晶，或外沿生长
（2）择优生长，柱状晶弯曲地指向焊缝中心。
19．晶体择优生长
答:在树枝晶生长过程中，那些与热流方向相平行的枝晶较之取向不利的相邻枝晶会生长得更为迅速，其优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，这种相互竞争淘汰的晶体生长过程称为晶体的择优生长。
20.通常条件下，都尽可能使铸件获得细小的等轴晶组织，请问：
（1）细小的等轴晶组织对于减少凝固缺陷、提高力学性能有何重要意义？
（2）通过哪些实际措施可以使铸件获得细小的等轴晶组织？
答：
（1） 细小的等轴晶组织可以使材料具有较高的强度和良好的塑性、韧性。除此之外，如果合金的凝固组织是均匀细小的等轴晶，那么凝固过程中的杂质元素与溶质元素偏析的倾向都可以得到有效的抑制，从而可以减少由于偏析所产生的气孔、夹杂、热裂纹等凝固缺陷，并提高其化学成分、组织与力学性能的均匀性。
（2） 获得细小的等轴晶组织的途径在于强化熔体独立生核，促进晶粒游离，具体有以下三个方面措施：
1） 合理地控制浇注工艺和冷却条件
2） 孕育处理
3）动力学细化
21.某二元合金相图如下图所示。合金液成分为C 0=C B =10%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固。温度梯度大到足以使固-液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合。
①证明已凝固部分（S f ）的平均成分S C 为()[]0
110K S S S f f C C --=
②当试棒凝固时，液体成分增高，而这又会降低液相线温度。证明液相线温度L T 与
S f 之间关系（m T 为纯组元A 的熔点，L m 为液相线斜率的值）为：100)1(---=K S L m L f C m T T
答：①证明：
)1(0*0
0-?===?+?K L L L L L S S f
C C C C f C f C Θ []000)1(1)1(00)1(00K S K L L K L S S f C f C f f C C f C --=-=??-=?∴- ()[]
0110K S S S f f C C --=∴ ②)1(-=ko l o l f c C
)(1m l l T T m C l --=
()1001---=K S L m L f C m T T 22.铸件的宏观组织的组成？
23.内部等轴晶的形成机理有哪几种学说？
24.孕育和变质处理？
25.孕育剂的作用机理？
第7章液态金属与气相的相互作用
1.在一个由金属、金属氧化物、和氧化性气体组成的体系中，若金属氧化物的分解压为PO2，氧的实际分压为{PO2}。则，当，金属被氧化，当时，金属被还原，当时，处于平衡状态。
2.对于气体在金属中溶解为吸热反应的，气体的溶解度随温度升高而升高。氢在合金液中溶解度随焊接气氛氧化性的增强而降低。
3.CO2、H2O和空气在高温下哪个对金属的氧化性更大？
答：在液态铁存在的温度，空气对金属的氧化性是最大的，而H2O 气的氧化性比 CO2小。
4.电弧焊时，气体在金属中的溶解度是否服从平方根定律？为什么？
答：当温度一定时，双原子气体的溶解度与其分压的平方根成正比，这一规律称为平方根定律，但是电弧焊时，金属液体的温度是变化的，所以气体在金属中的溶解度不服从平方根定律。
5.气体对金属质量有哪些影响？
答：1)使材料脆化钢材中氮、氢或氧的含量增加时，其塑性和韧性都将下降，尤其是低温韧性下降更为严重。2)形成气孔氮和氢均能使金属产生气孔。液态金属在高温时可以溶解大量的氮或氢，而在凝固时氮或氢的溶解度突然下降，这时过饱和的氮或氢以气泡的形式从液态金属中向外逸出。当液态金属的凝固速度大于气泡的逸出速度时，就会形成气孔。3)产生冷裂纹冷裂纹是金属冷却到较低温度下产生的一种裂纹，其危害性很大。氢是促使产生冷裂纹的主要因素之一。4)引起氧化和飞溅氧可使钢中有益的合金元素烧损，导致金属性能下降；焊接时若溶滴中含有较多的氧和碳，则反应生成的CO气体因受热膨胀会使熔滴爆炸，造成飞溅，影响焊接过程的稳定性。此外应当指出，焊接材料具有氧化性并不都是有害的，有时故意在焊接材料中加入一定量的氧化剂，以减少焊缝的氢含量，改善电弧的特性，获得必要的熔渣物化性能。
6.焊接区内的气体，对焊接质量有重要影响的是 N2 、 H2 、O2、H2O和 CO2 。
7.气体是如何溶解到金属中的？电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程一样吗？
答：气体溶解到金属中分四个阶段：（1）气体分子向金属-气体界面上运动；（2）气体被金属表面吸附；（3）气体分子在金属表面上分解为原子；（4）原子穿过金属表面层向金属内部扩散。
电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程不一样，氢在高温时分解度较大，电弧温度下可完全分解为原子氢，其溶解过程为分解—吸附—溶入。在电弧气氛中，氮以分子形式存在，其溶解过程为吸附—分解—溶入。
8.哪些因素影响气体在金属中的溶解度，其影响因素如何？
答：气体在金属中的溶解度与压力，温度，合金成分等因素有关：
（1）当温度一定时，双原子的溶解度与其分压的平方根成正比
（2）当压力一定时，溶解度与温度的关系决定于溶解反应类型，气体溶解过程为吸热反应时，△H为正值，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应时，△H为负值，溶解度随温度的上升而降低。（3）合金成分对溶解度的影响：液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即氮、氢、氧化合物），则可降低气体的溶解度。此外，合金元素还能改变金属表面膜的性质及金属蒸气压，从而影响气体的溶解度。
（4）电流极性的影响：直流正接时，熔滴处于阴极，阳离子将向熔滴表面运动，由于熔滴温度高，比表面积大，故熔滴中将溶解大量的氢或氮；直流反接时，阳离子仍向阴极运动，但此时阴极已是温度较低的溶池，故氢或氮的溶解量要少。
（5）焊接区气氛性质的影响：气体分子或原子受激后溶解速度加快；电弧气氛中的阳离子N+或H+可直接在阴极溶解；在氧化性电弧气氛中形成的NO，遇到温度较低的液态金属时可分解为N和O，而N能迅速溶入金属。
9.请说明为什么CO2气保护焊时选用的焊丝成份是H08Mn2SiA，而焊条电弧焊的焊芯成份是H08。
1）焊接过程中，采用CO2作为保护气体可以有效地防止空气侵入焊接区。但是由于CO2具有氧化性，而使焊丝中的各种元素在焊接过程中被剧烈地氧化。CO2在高温下分解出的原子氧也会使合金元素氧化。由于合金元素氧化烧损，必然影响焊缝金属的化学成分与力学性能。如果焊丝中Mn、Si含量不足，其脱氧作用较差，致使熔池结晶后期容易产生CO气孔。因此，CO2气体保护焊焊丝必须有较高的Mn、Si等脱氧元素的含量，所以常用的焊丝成份为H08Mn2SiA。
2）焊条电弧焊接过程中，由于药皮中含有造气剂、造渣剂等，焊接过程中会产生大量的保护气体和熔渣，对焊缝金属和熔池形成很好的保护作用，避免了焊缝金属的氧化，所以在焊条电弧焊中采用低碳钢焊芯。
第8章液态金属与熔渣的相互作用
1. 熔渣对于焊接、合金熔炼过程起着积极作用。主要作用有：作用、作用和作用。
2.熔渣分子理论和离子理论的基本观点是什么？
3.熔渣的碱度的分子理论和离子理论？
4.根据熔渣随温度变化的速率可将焊接熔渣分为“长渣”与“短渣”。“长渣”是指随温度下降粘度的渣，“短渣”是指随温度下降粘度的渣。
5.在熔渣中含FeO相同的情况下，碱性渣比酸性渣对钢液的氧化性。实际焊接钢时，碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的。
6.熔渣对液态金属的氧化方式有哪些？写出氧化的原理。
7.由熔渣的离子理论可知，液态碱性中自由氧离子的浓度远高于酸性渣，这是否意味着碱性渣的氧化性要比酸性渣更强？为什么？
答：不一定比酸性渣强。因为离子理论把液态熔渣中自由氧离子的浓度定义为碱度。渣中自由氧离子的浓度越大，其碱度就越大，虽然液态碱性渣中自由氧离子的浓度远大于酸性渣，但是它不一定与熔渣中的某些物质反应，进而不能体现出其具有氧化性，而酸性渣则可以，熔渣的氧化性通常是用渣中含有最不稳定的氧化物FeO 的高低及该氧化物在熔渣中的活度来衡量的。
8.1600摄氏度时，炼钢熔池中熔渣的成分为：
氧化物 Cao Mgo Mno Feo Fe2O3 SiO2 P2O5
重量（%） 46.59 3.2 5.68 13.82 4.47 24 2.24 钢水含氧0.07%，问熔渣对钢水而言是氧化渣还是还原渣？
解：W（SiO2+P2O5）=26.24%
W(Cao+Mgo+Mno)=55.47%
查图8-4得：Feo的碱度系数为0.65
Lg[%O]max= -6320/T+2.734
当T=1600时，[%O] max =0.23
因为[%O]= [%O] max *0.65=0.23*0.65=0.15
在1600摄氏度时熔渣与液态金属构成的系统达到平衡时的液态金属中含氧量为0.15%，而实际中钢水含氧0.07%〈0.15%，固熔渣对钢水而言是氧化渣。
9.为什么Feo在碱性渣中活度系数比在酸性渣中大？这是否说明碱性渣的氧化性高于酸性渣？为什么？
答：1）渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，FeO大部分以自由态存在，即FeO在渣中活度系数比在酸性渣中大。
2）但这并不能说明碱性渣的氧化性大于酸性渣
3）虽然碱性渣中FeO的活度系数大，但碱性渣中FeO的含量并不高，因此碱性渣对液态金属的氧话性比酸性渣小。
第9章液态金属的净化与精炼
1.沉淀脱氧及其优、缺点
沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧元素直接和熔池中的[FeO]反应，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并转入熔渣中的脱氧方式。
优点：脱氧速度快，脱氧彻底。
缺点：脱氧产物不能清除时易形成夹杂。
2.扩散脱氧：通过降低熔渣中（Feo）含量，或通过改变界面两侧Feo的平衡条件促使[Feo]向熔渣中转移而降低液态金属中的（Feo）含量的方法称为扩散脱氧。
3..熔炼钢时，根据脱磷反应原理，提高脱磷效率的原则是希望较的温度、高碱度、氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足够的渣量。
4.简述扩散脱氧的原理。说明熔渣碱度对扩散脱氧的影响？
答：在液态金属与熔渣的界面上进行的，以分配定律为理论基础：
L=[FeO]/(FeO) 通过减少熔渣中的(FeO)含量使金属液中的[FeO]向熔渣中扩散，从而脱去金属中的氧的方法。酸性渣中的酸性氧化物与FeO生成复合物使其活度减小，而有利于液态金属的氧向熔渣扩散，因此脱氧能力强，相反碱性渣中FeO的活度大，扩散脱氧的能力小。
5. 通过熔渣进行脱硫和脱磷有何矛盾（请写出相应的冶金反应式）？在炼钢过程中是如何解决这一矛盾的？
（1）通过熔渣脱硫：
渣中的碱性氧化物MnO、CaO、MgO 等都具有脱硫作用：
吸热反应
提高温度，提高碱度，减少（FeO）含量（熔渣氧化性），有利脱硫。
（2）通过熔渣脱磷：
降低温度、提高碱度、增加（FeO）含量（熔渣氧化性），有利脱磷。
（3）矛盾：脱磷加强氧化性和降低温度与脱硫的提高温度和熔渣氧化性的要求相矛盾的。
（4）在炼钢时解决这一矛盾的办法是采取分阶段的措施。脱磷可在氧化期进行，然后扒出含磷高的氧化性渣，另造新渣进入还原期，此时进行脱氧和脱硫。
6.请写出练钢时扩散脱氧和沉淀脱氧的表达式，并简述熔渣碱度对脱氧效果的影响。
（1）扩散脱氧：[FeO]→（FeO），熔渣碱度提高，不利于扩散脱氧；
（2）沉淀脱氧：[M]+[FeO]→（MO）+[Fe]
a.Mn脱氧时：[Mn]+[FeO]→（MnO）+[Fe]，熔渣碱度提高，不利于脱氧；
b.Si脱氧时：[Si]+2[FeO]→（SiO2）+2[Fe]，熔渣碱度提高，有利脱氧。
7.沉淀脱氧应具备的三个条件？
① 对氧亲和力较大的元素；
② 脱氧产物应不溶于金属而成为独立液相转入熔渣；
③ 熔渣的酸碱性质应与脱氧产物的性质相反，以利于熔渣吸收脱氧产物。
8.扩散脱氧的优缺点？实现扩散脱氧的条件？
扩散脱氧的优点：脱氧产物留在熔渣中，液态金属不会因脱氧而造成夹杂
缺点：扩散过程进行缓慢，脱氧时间长。
条件：还原性炉气，高的炉温，炉渣粘度小。
9.为什么说一般炼钢过程中，脱碳是手段而不是目的？
10.脱磷的有利条件是高碱度和强氧化性的、粘度小的熔渣，较大的渣量和较低的温度。
11.熔渣脱硫的影响因素：还原性炉渣、熔渣的高碱度、粘度小的炉渣、高的炉温、硫的活度大。
12.为什么酸性焊条常采用锰铁作为脱氧元素？
答：酸性渣中含有较多的 SiO2 和 TiO2，它们容易与锰的脱氧产物 MnO 生成复合物MnO·SiO2 和MnO·TiO2，使 MnO 的活度系数减小，因此脱氧效果较好。相反，在碱性渣中 MnO 的活度较大，不利于锰脱氧。碱度越大，锰的脱氧效果越差。
13.为什么碱性焊条不单独采用硅铁作为脱氧元素？
答：硅的脱氧能力比锰大，但生成的 SiO2熔点高，通常认为处于固态，不易聚合为大的质点；同时SiO2
与钢液的界面张力小，润湿性好，不易从钢液中分离，易造成夹杂。因此，碱性焊条一般不单独用硅脱氧。
14、何谓沉淀脱氧？试述生产中常用的几种沉淀脱氧反应。
答：（1）沉淀脱氧是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的[FeO]起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并析出转入熔渣的一种脱氧方式。
（2）生产中几种常用的沉淀脱氧反应：
a 锰的脱氧反应，[Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO)
b 硅的脱氧反应，[Si]+2[FeO]=2[Fe]+(SiO2)
c 硅锰联合脱氧反应。
15.综合分析熔渣的碱度对脱氧、脱磷、脱硫的影响。
脱氧在熔渣脱氧时，碱度高不利于脱氧，但在用硅沉淀脱氧时，碱度高可以提高硅的脱氧效果。
脱硫：熔渣的还原性和碱度渣中氧化钙的浓度高和氧化亚铁的浓度低都有利于反应的行因此，在还原期中脱硫是有利的。熔渣碱度高也有利于脱硫。
脱磷脱磷的有利条件是高碱度和强氧化性的、粘度小的熔渣，较大的渣量和较低的温度。
16.试述熔渣脱硫的原理及影响因素。
答：（1）熔渣脱硫的原理与扩散脱氧相似,。根据它是利用FeS在熔渣中和金属液中的分配定律，通过在熔渣中脱S，达到对金属的脱S作用。CaO、CaC2、MnO、MgO与熔渣中的FeS反应而进行脱硫，当熔渣中的FeS 含量减少时，钢液中的FeS就向熔渣中扩散，这样就间接达到了脱去钢液中FeS的目的。
（2）影响因素
a、熔渣的还原性和碱度。在熔渣还原期中和熔渣的碱度高时都有利于脱硫。
b、粘度。粘度小有利于脱硫。
c、温度。脱硫反应是吸热反应，因此温度高有利于脱硫。
d、硫的活度。硫的活度大，容易从金属液中析出，有利于脱硫。
17.磷在钢中有何危害？试述影响脱磷的因素有哪些。
答：（1）当钢中含磷量过多时，将增加材料的冷脆性，即冲击韧性降低，脆性转变温度升高。在含碳量较高的低合金钢和奥氏体钢中，磷也会促使产生热裂纹。
（2）影响脱磷的因素：
a、熔渣的碱度和氧化性。高碱度和强氧化性的熔渣有利于脱磷反应进行。
b、熔渣的粘度。粘度小有利于脱磷。
C、温度。脱磷反应是强放热反应，降低温度有利于反应的进行。但是，只有在高温下才能获得流动性良好的高碱度熔渣，所以温度必须适当，才能有效地脱磷。
d、渣量。渣量大有利于脱磷。但渣量也不能过多，因为造渣需要消耗大量的热，使耗电量增加，冶炼时间延长。
18.FeO在熔渣及钢液中的分配常数L随温度升高而减小，焊接时FeO在熔滴阶段和熔池前部高温区容易向钢液中过渡；酸性氧化物使熔渣中FeO活度减小，因此酸性渣有利于熔渣中脱氧元素的扩散脱氧。
第10章焊接热影响区的组织和性能
1.焊接热影响区：熔焊时在高温热源作用下，靠近焊缝两侧一定范围内发生组织和性能变化的区域称为“焊接热影响区”。
2.焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。
3.焊接热循环的参数及特征
加热速度ωH、最高加热温度Ｔm、相变温度以上的停留时间t H、冷却速度ωc
4.低碳钢焊接热影响区由哪几部分构成？分别叙述各区域的组织与性能特点。
答：低碳钢的热影响区为：
1) 熔合区
焊缝与母材之间的过渡区域。熔合区最大的特征是具有明显的化学成分不均匀性，从而引起组织、性能上的不均匀性，所以对焊接接头的强度、韧性都有很大的影响。
2) 过热区(粗晶区)
加热温度在固相线以下到晶粒开始急剧长大温度(约为1100℃左右)范围内的区域叫过热区。由于金属处于过热的状态，奥氏体晶粒发生严重的粗化，冷却之后便得到粗大的组织。并极易出现脆性的魏氏组织。故该区的塑性、韧性较差。
3) 相变重结晶区（正火区或细晶区）
该区的母材金属被加热到AC3至1100℃左右温度范围，其中铁素体和珠光体将发生重结晶，全部转变为奥氏体。形成的奥氏体晶粒尺寸小于原铁素体和珠光体，然后在空气中冷却就会得到均匀而细小的珠光体和铁素体，相当于热处理时的正火组织，故亦称正火区。由于组织细密，此区的塑性和韧性均较好，是热影响区中组织性能最佳的区段。
4) 不完全重结晶区焊接时处于AC1～AC3之间范围内的热影响区属于不完全重结晶区。因为处于AC1～AC3范围内只有一部分组织发生了相变重结晶过程，成为晶粒细小的铁素体和珠光体，而另一部分是始终未能溶入奥氏体的剩余铁素体，由于未经重结晶仍保留粗大晶粒。所以此区特点是晶粒大小不一，组织不均匀，因此力学性能也不均匀。
5.焊接热影响区的脆化类型有哪几种？
答：粗晶脆化、组织转变脆化、析出脆化、热应变时效脆化
6.熔化焊的焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。
7.焊接热循环过程具有以下特点：峰值温度高，加热速度快，高温停留时间短，冷却速度快，加热的局部性和移动性。
8. M-A组元：焊接低合金钢时，以一定冷却速度连续冷却到400~350℃时，残余奥氏体的碳浓度可达0.5%~0.8%，随后这些高碳奥氏体可转变为高碳马氏体与残余奥氏体的混合物，即M-A组元。
9．简要说明易淬火钢和不易淬火钢HAZ粗晶区的组织特点和对性能的影响？
答：（1）易淬火钢HAZ粗晶区：
在紧靠焊缝相当于低碳钢过热区的部位，由于晶粒严重粗化，故得到粗大的马氏体，强度硬度很高，塑性韧性较低；正火区得到细小的马氏体，强度硬度较高，但是比粗大马氏体要低，塑性韧性比粗大马氏体好。
（2）不易淬火钢HAZ粗晶区：
由于金属处于过热的状态，奥氏体晶粒发生严重的粗化，冷却之后便得到粗大的组织。并极易出现脆性的魏氏组织。故该区的塑性、韧性较差。焊接刚度较大的结构时，常在过热粗晶区产生脆化或裂纹。
10.在相同的条件下焊接45钢和40Cr钢，哪一种钢的近缝区淬硬倾向大？为什么？
答：在相同的条件下焊接45钢和40Cr钢，淬硬倾向45钢的近缝区淬硬倾向大。因为45钢不含碳化物形成元素，奥氏体开始长大温度低，高温区晶粒粗大，容易形成粗大的马氏体，而40Cr含强碳化物形成元素，强碳化物分解温度高，碳化物的存在会阻碍奥氏体晶粒长大，形成细小的马氏体；钢的淬硬倾向取决于钢的含碳量，45钢的含碳量比40Cr高，综合以上两方面的原因可知淬硬倾向。
11.焊接热影响区的脆化类型有几种？如何防止？
答：焊接热影响区的脆化类型及防止措施：
（1）粗晶脆化：对于某些低合金高强钢，由于希望出现下贝氏体或低碳马氏体，可以适当降低焊接线能量和提高冷却速度，从而起到改善粗晶区韧性的作用，提高抗脆能力。高碳低合金高强钢与此相反，提高冷却速度会促使生成孪晶马氏体，使脆性增大。所以，应采用适当提高焊接线能量和降低冷却速度的工艺措施。
（2）析出脆化：控制加热速度和冷却速度，加入一些合金元素阻止碳化物，氮化物等的析出。
（3）组织脆化：控制冷却速度，中等的冷速才能形成M-A组元，冷速太快和太慢都不能产生M-A组元氏体(孪晶马氏体)；控制合金元素的含量，合金化程度较高时，奥氏体的稳定性较大，因而不易分解而形成M-A组元；控制母材的含碳量，选用合适含碳量的材料。
（4）HAZ 的热应变时效脆化(HSE): 焊接接头的HSE往往是静态应变时效和动态应变时效的综合作用的结果。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。
12.某厂制造大型压力容器，钢材为14MnMoVN 钢，壁厚36mm ，采用手弧焊：
1)计算碳当量及HAZ 最大硬度Hmax （t8/5=4s ）;
2)根据Hmax 来判断是否应预热；
3）如何把Hmax 降至350HV 以下；
解：（1）依据B V
Mo
Ni
Cr
Cu Mn Si C 51015602030P cm ++++++
++=
查得14MnMoVN 的成分wC=（0.10-0.18）%,wMn=（1.2-1.6）%,wMo=（0.41-0.65）%,
wV=（0.05-0.15）%,代入上式得
Pcm=0.255
依据 H ma x （HV10）= 140 + 1089 P cm - 8.2 t 8∕5 t 8∕5=4s , Pcm=0.255得
H ma x=524.89 HV
（2）H ma x=524.89 HV 说明其淬硬倾向较大，冷裂倾向也随之较大，应该预热
（3）依据 H m ax （HV10）= 140 + 1089 P c m - 8.2 t 8∕5 H m ax <350，Pcm=0.255得
t 8∕5>8.26 s
由壁厚36mm 可知钢板为厚板
所以 冷却时间58t 随着线能量E 和初始温度T 0的提高而延长，焊接方式和材料确定，则线能
量E 确定，主要是通过提高初始温度即预热温度来降低冷却速度，延长58t 时间大于8.26s 。从而降低H m ax . ()()?
?
?
???--
-=0058T 8001T 50012E t πλ
第11章凝固缺陷及控制
1.铸造应力按产生的原因分为：热应力、相变应力、机械阻碍应力。
2.液膜理论认为，液膜是产生热裂纹的根本原因，而收缩受阻是产生热裂纹的必要条件。
3.微观偏析的两种主要类型为晶内偏析与晶界偏析，宏观偏析按由凝固断面表面到内部的成分分布，有正常偏析与逆偏析两类。
4. 夹杂物的形状越近似球状，对金属基体力学性能的影响越小；夹杂物越细小而分散，且分布在晶内，其危害越小。
5. 存在于铸件中的气体主要有固溶体、化合物、气态三种状态。
6. 根据被焊钢种和结构的不同，冷裂纹可分为延迟裂纹、淬硬脆化裂纹和低塑性脆化裂纹三种。
7. 金属中的气孔按气体来源不同可分为析出性气孔、反应性气孔和侵入性气孔。
8. 对于圆柱形铸件，凝固后冷却到室温时，内部存在残余拉应力，外部存在残余压应力。
9. 钢材产生焊接冷裂纹的主要因素有钢种的淬硬倾向、焊接接头的应力状态、熔敷金属中扩散氢的含量。
10.一般低合金钢焊接，延迟裂纹的出现主要与哪些因素有关？为什么具有延迟现象？采取何种冶金措施加以防止？
1）影响延迟裂纹产生的因素：
材料的淬硬倾向，焊接接头的应力状态，熔敷金属中扩散氢的含量。
2）具有延迟现象的原因：
氢在金属中的扩散过程中，遇到显微缺陷而聚集，聚集后原子结合为分子形成一定的应力。在应力作用下，显微缺陷处出现微裂纹，氢在进一步扩散又使微裂纹扩展为裂纹。由于氢的扩散、聚集并达到临界浓度都需要时间，这样形成的裂纹都具有延迟特性。
3）冶金措施：
改进母材的化学成分；严格控制氢的来源；适当提高焊缝金属的韧性；选用低氢的焊接材料和焊接方法。
11.说明下图中T
B 、P
min
的意义及其对结晶裂纹的影响，碳、锰对碳钢结晶裂纹的影响规律。
TB：脆性温度区间，材料易发生脆性断裂的温度区间。TB越大，形成结晶裂纹倾向越大。
Pmin：脆性温度区间内金属的最小塑性。TB一定时，其内Pmin越小，结晶裂纹形成倾向越大。
碳：碳能显著增大钢的凝固温度区间，从而使TB增大，增加结晶裂纹的倾向。碳还能增加S，P的有害作用.锰：锰具有脱硫作用而减少硫的有害作用，从而抑制结晶裂纹的倾向。但是锰能增加凝固温度区间，增加热裂倾向。
12.为什么采用碱性焊条施焊时，其热裂纹的形成倾向显著低于使用酸性焊条？
根据熔渣脱硫原理，由于碱性焊条施焊时，熔渣中的CaO等碱性氧化物比酸性焊条熔渣中的含量高且碱性熔渣的氧化性较弱，因此脱硫效果较好。但由于脱磷不仅需要高碱度的熔渣，而且希望熔渣具有强氧化性，因此碱性焊条与酸性焊条的脱磷效果都不理想。
酸性焊条施焊时由于熔池中含有较多的硫化物FeS，凝固时容易发生偏析，形成低熔点共晶，呈片状或链状分布于晶界，因此焊接热裂纹倾向显著高于碱性焊条。
13.说明凝固热裂纹的形成取决于哪几个方面，进而分析凝固温度区间、钢的成分(只对S、P、
C、Mn)对钢凝固热裂纹的影响规律及其原因。
答：凝固热裂纹的形成主要取决于：
（1）脆性温度区间；TB，TB越大，热裂纹倾向越大；
（2）脆性温度区间内金属的最低塑性δmin，δmin越低，热裂纹倾向越大；
（3）脆性温度区间内的应变增长率，应变增长率越大热裂纹倾向越大；
凝固温度区间越大，凝固成分偏析越严重，TB越大，因此，热裂纹倾向越大。
化学成分对热裂裂纹倾向的影响：
S、P的影响：S、P在钢中形成低熔点共晶体，如FeS，Fe3P、Fe2P等，在最后凝固的晶界处形成液膜，从而增加热裂纹倾向；
C的影响：随着含C量增加，钢的凝固温度区间增大，即TB越大因此增加热裂纹倾向，同时C还加剧S、P 的有害作用；
Mn的影响：Mn在钢中具有脱S作用而减小S的有害影响，减小热裂纹倾向，但也加大凝固温度区间14.缩孔缩松
答：缩孔：纯金属或共晶合金铸件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞；缩松：具有宽结晶温度范围的合金铸件凝固中形成的细小而分散的缩孔。
15. 宏观偏析和微观偏析
凝固件断面上可观察到的区域溶质偏聚现象称为宏观偏析；
在一个晶粒内部或晶界上存在的溶质偏聚现象称为微观偏析。
16. 冷裂纹和热裂纹
金属凝固冷却至室温附近发生的开裂现象称之为冷裂纹；
在固相线附近发生的裂纹称之为热裂纹。
17.影响凝固裂纹产生的因素主要有合金元素或成分、晶间易熔物质数量及其形态、一次结晶组织及其形态以及工艺因素等。
18.简述凝固裂纹的形成机理。
答：具有宽结晶温度范围的合金，以枝晶凝固方式，在凝固后期，枝晶形成骨架，即固液态下，尚未凝固的低熔点成分分布于枝晶之间，形成液膜，在收缩应力作用下，液膜被拉开形成微小缝隙，即热裂纹。
塑料成型工艺学思考题答案)
序言及第一章 1.为什么塑料成型加工技术的发展要经历移植、改造和创新三个时期？(P2)第一段 2.移植期、改造期和创新期的塑料成型加工技术各有什么特点? 答：移植时期用移植技术制造的塑料制品性能较差，只能成型加工形状与结构简单的制品．而且制品的生产效率也比较低。这段时问虽然已经出现了几种改性纤维素类热塑性塑料，但其使用性远不如酚醛和脲醛等热固性塑料料，从而使压缩模塑等特别适合成型热固性塑料的制品生产技术；其一是塑料的成型加工技术更加多样化，从前一时期仅有的几种技术发展到数十种技术，借助这几十种技术可将粉状、粒状、纤维状、碎屑状、糊状和溶液状的各种塑料原材料制成多种多样形状与结构的制品，如带有金属嵌件的模制品、中空的软制品和用织物增强的层压制品等；其二是塑料制品的质量普遍改善和生产效率明显提高，成型过程的监测控制和机械化与自动化的生产已经实现，全机械化的塑料制品自动生产线也已出现；其三是由于这一时期新开发的塑料品种主要是热塑性塑料，加之热塑性塑料有远比热固性塑料良好的成型工艺性，因此，这一时期塑料成型加工技术的发展，从以成型热固性塑料的技术为重点转变到以成型热塑性塑料的技术为主; 进入创新时期的塑料加工技术与前一时期相比，在可成型加工塑料材料的范围、可成型加工制品的范围和制品质量控制等方面均有重大突破。采用创新的成型技术，不仅使以往难以成型的热敏性和高熔体粘度的她料可方便地成型为制品，而且也使以往较少采用的长纤维增强塑料、片状馍型料和团状模塑料也可大量用作高效成型技术的原材料。 3.按所属成型加工阶段划分，塑料成型加工可分为几种类型？分别说明其特点。 答：一次成型技术,二次成型技术,二次加工技术
材料成型及控制技术
材料成型及控制技术 材料成型及控制技术是通过改变金属材料的结构与形状来提高材料的性能,这是X为大家整理的材料成型控制技术论文，仅供参考! 材料成型控制技术论文篇一 材料成型与控制工程模具制造技术分析初探 摘要：材料成型与工程控制在制造业中扮演着十分重要的角色，是机械制造业发展的重头戏，在发展中机器制造业企业必须加以重视。作为汽车、电力、石化、造船及机械等方面的基础制造技术，材料成型加工技术在发展中得到不断成熟与发展壮大。文章主要论及材料成型与控制工程方面的汽车零部件方面的模块制造技术方面额介绍与分析探讨。 关键词：材料成型控制工程技术 现代制造工业在行业发展中呈蒸蒸日上的发展新趋势，并受到业界的广泛关注，为工业发展作出巨大的贡献。制造业的材料成型与控制工程方面的技术发展，同时也是业内十分关注的内容之一，我们从其技术发展特点入手屁，实现进一步分析和探究。 一、材料成与控制工程模具制造技术分析探讨 材料成型与制造中讲究技术发展，从效益、节能、生产速率等方面考虑进一步探讨研究，下面以奇瑞A21汽车中支
板产品图的制造技术方面进行分析探究。 (一)金属材料成型与控制工程加工技术 1技术材料一次成型加工技术 挤压：在置于模具内金属坯料的端部加压，使之通过一定形状、尺寸摸孔，产生塑性变形，获得与模孔相应的形状尺寸的工件。 特点：塑性好、不易变形 拉拔：在置于模具内金属坯料的前端施加拉力，使之通过一定形状、尺寸的摸孔，产生塑性变形，获得与模孔相应的形状尺寸的工件 特点：变形阻力比挤压小，但对材料塑性要求高 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩产生塑性变形，获得一定形状、尺寸断面的工件。 2金属材料的二次成型加工 锻造：阻力大，通常需要加热实现。 自由锻造：在锤或压力机上，通过砧子、锤头或其它简单工具对金属坯料施加压力，使之产生塑性变形，获得所需形状、尺寸的工件。 特点：不用模具，易变形，简单的工件形状。 模型锻造：坯料在锤或压力机上，通过模具施加压力，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸的工件。 特点：需要模具(锻模)，变形阻力大，工件形状可以比
材料成型工艺基础部分复习题答案
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.何谓同时凝则和定向凝则？ 答：①同时凝则：将浇道开在薄壁处，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没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？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。 第三章 ⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？ 答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。
材料成型及控制工程.doc
目标 本专业培养具备材料科学与工程的理论基础、材料成型加工及其控制工程、模具 材料成型及控制工程 设计制造等专业知识，能在机械、模具、材料成型加工等领域从事科学研究、应用开发、工艺与设备的设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才和管理人才。本专业分为四个培养模块： （一）焊接成型及控制： 培养能适应社会需求，掌握焊接成型的基础理论、金属材料的焊接、焊接检验、焊接方法及设备、焊接生产管理等全面知识的高级技术人才。 （二）铸造成型及控制 这是目前社会最需要人才的专业之一。主要有砂型铸造、压力铸造、精密铸造、金属型铸造、低压铸造、挤压铸造等专业技术及专业内新技术发展方向。
（三）压力加工及控制 分为锻造和冲压两大专业方向，在国民经济中起到非常重要的作用。 （四）模具设计与制造： 掌握材料塑性成型加工的基础理论、模具的设计与制造、模具的计算机辅助设计、材料塑性加工生产管理等全面知识的高级技术人才。 编辑本段课程设置 由于材料成型与控制包括焊接、铸造、压力加工、模具设计四个方面，每个方面之间差别较大。因而课程开设将依据学校的侧重点而异。 主要课程：高等数学、大学物理、基础外语、马克思主义哲学原理、计算机应用、机械制图、电工电子技术、金属学、材料冶金与成型工艺、材料成型设备及方法、材料成型微机应用、先进制造技术、检测技术与控制工程、技术经济、CAD/CAM基础、表面工程学、焊接冶金学、金属材料焊接、焊接方法与焊接设备、焊接检验、塑性成型理论、橡塑材料成型工艺学、橡塑成型模具、金属冲压工艺与模具设计、模具制造技术等专业基础和专业课程知识等等。
主要实践性教学环节：包括金工实习、机械热加工实习、机械设计课程设计、专业实习、综合设计、毕业设计（论文）等。 主要专业实验：包括材料冶金与成型工艺综合实验、材料成型设备方法综合实验、材料成型自动控制综合实验等。 编辑本段培养特色 本专业涉及的知识面广、信息量大，注重英语能力、计算机能力和实际动手能力的培养，使学生具有很强的适应能力、创新能力、分析和解决问题的能力。另外还注重学生的素质教育，培养富有创新精神的高素质复合型人才。 编辑本段就业去向 本专业具有工学学士、工学硕士和工学博士学位的授予权，学生可以选择进一步深造。学
《材料成形技术基础》习题集答案
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。
《材料成型基本原理》刘全坤版 第一章答案
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 具有流动性，不能承受切应力；远程无序，近程有序 固体 具有自由表面；可 压缩性很低 不具有流动性，可承受切应力；远程有序 液体 远程无序，近程有序；有自由表面；可压缩性很低 气体 完全占据容器空间 并取得容器内腔形 状；具有流动性 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 Δm /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 Δm 约为气化潜热ΔH 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N 1 、平均原子间距r 1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。 N 1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。 r 1 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。 ② 从金属熔化过程看 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 Δm /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。另一方面，金属熔化潜热H Δm 约为气化潜热ΔH 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。可以说，在熔点（或液相线）附近，液态金属（或合金）的原子集团内短程结构类似于固体。 ③ Richter等人利用X衍射、中子及电子衍射手段，对碱金属、Au、Ag、Pb和Tl等熔体进行了十多 年的系统研究，认为液体中存在着拓扑球状密排结构以及层状结构，它们的尺寸范围约为10-6-10-7cm。 ④ Reichert 观察到液态Pb 局域结构的五重对称性及二十面体的存在，并推测二十面体存在于所有的单组元简单液体。
全国材材料成型与控制专业院校实力排名
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材料成型及控制工程专业排名 1 上海交通大学 A+ 9 吉林大学 A 17 浙江大学 A 2 哈尔滨工业大学 A+ 10 天津大学 A 18 四川大学 A 3 清华大学 A+ 11 同济大学 A 19 兰州理工大学 A 4 华南理工大学 A+ 12 西安交通大学 A 20 北京航空航天大学 A 5 西北工业大学 A+ 13 大连理工大学 A 21 武汉理工大学 A 6 北京科技大学 A 14 山东大学 A 22 北京工业大学 A 7 华中科技大学 A 15 郑州大学 A 23 东南大学 A 8 东北大学 A 16 太原理工大学 A 2012年全国大学材料成型及控制工程专业排名： 科别：理工 培养目标：本专业培养具备机械热加工基础知识与应用能力，能在工业生产第一线从事热加工领域内的设计制造、试验研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。 培养要求：本专业学生主要学习材料科学及各类热加工工艺的基础理论与技术和有关设备的设计方法，受到现代机械工程师的基本训练，具有从事各类热加工工艺及设备设计、生产组织管理的基本能力。 毕业能力： 1．具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力。 2．较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括力学、机械学、电工与电子技术、热加工工艺基础、自动化基础、市场经济及企业管理等基础知识。 3．具有本专业必需的制图、计算、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能及较强的计算机和外语应用能力。
材料成型技术基础试题
《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 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：修改原因：
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0.5分。正确的画“O”，错误的画“×”） 1．过热度相同时，结晶温度范围大的合金比结晶温度范围小的合金流动性好。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。 2．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。 3．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。 4．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。 5．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。 6．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。 7．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。8．铸造应力包括热应力和机械应力，铸造应力使铸件厚壁或心部受拉应力，薄壁或表层受压应力。铸件壁厚差越大，铸造应力也越大。 9．型芯头是型芯的一个组成部分。它不仅能使型芯定位，排气，同时还能形成铸件的内腔。10．为了防止铸钢件产生裂纹，设计零件的结构时，尽量使壁厚均匀；在合金的化学成分上要严格限制硫和磷的含量。 11．用压力铸造方法可以生产复杂的薄壁铸件，同时铸件质量也很好。要进一步提高铸件的机械性能，可以通过热处理的方法解决。 12．铸件大平面在浇注时应朝下放置，这样可以保证大平面的质量，防止夹砂等缺陷。13．自由锻的工序分为辅助工序、基本工序和修整工序，实际生产中，最常用的自由锻基本工序是镦粗、拔长、冲孔和轧制等。 14．制定铸造工艺图时，选择浇注位置的主要目的是保证铸件的质量，而选择分型面的主要目的是简化造型工艺。 15．把低碳钢加热到1200℃时进行锻造，冷却后锻件内部晶粒将沿变形最大的方向被拉长并产生碎晶。如将该锻件进行再结晶退火，便可获得细晶组织。
液态成形原理名词解释及简答题
一、名词解释。 过冷度：金属的理论结晶温度和实际结晶温度的差值 均质形核：在没有任何外来的均匀熔体中的形核过程 异质形核：在不均匀的熔体中依靠外来杂质或者型壁面提供的衬底进行形核的过程 异质形核速率的大小和两方面有关，一方面是过冷度的大小，过冷度越大形核速率越快。二是和界面有关界面和夹杂物的特性形态和数量来决定，如果夹杂物的基底和晶核润湿，那么形核速率大。 形核速率：在单位时间单位体积内生成固相核心的数目 液态成型：将液态金属浇入铸型之，凝固后获得具有一定形状和性能的铸件或者铸锭的方法 复合材料：有两种或者两种以上物理和化学性质不同的物质复合组成一种多相固体 定向凝固：使金属或者合金在熔体中定向生长晶体的方法 溶质再分配系数：凝固过程当中，固相侧溶质质量分数和液相侧溶质质量分数的比值 流动性是确定条件下的充型能力，液态金属本身的流动能力叫做流动性 液态金属的充型能力是指液态金属充满铸型型腔获得完整轮廓清晰的铸件能力 影响充型能力的因素：（1）金属本身的因素包括金属的密度、金属的比热容、金属的结晶潜热、金属的粘度、金属的表面张力、金属的热
导率金属的结晶特点。（2）铸型方面的因素包括铸型的蓄热系数、铸型的温度、铸型的密度、铸型的比热容、铸型的涂料层、铸型的透气性和发气性、铸件的折算厚度（3）浇注方面的因素包括液态金属的浇注温度、液态金属的静压头、浇注系统中的压头总损失和 影响液态金属凝固过程的因素：主要因素是化学成分冷却速度是影响凝固过程的主要工艺因素液态合金的结构和性质以及冶金处理（孕育处理、变质处理、微合金化）等对液态金属的凝固也有重要影响 液态金属凝固过程当中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流，自然对流是由于密度差和凝固收缩引起的流动，由密度差引起的对流成为浮力流。凝固过程中由传热。传质和溶质再分配引起液态合金密度的不均匀，密度小的液相上浮，密度大的下沉，称为双扩散对流，凝固以及收缩引起的对流主要主要产生在枝晶之间，强迫对流是由液体受到各种方式的驱动力产生的对流，例如压力头。机械搅动、铸型震动、外加磁场。 铸件的凝固方式：层状凝固方式（动态凝固曲线之间的距离很小的时候）、体积凝固方式（动态凝固曲线之间的距离很大的时候）、中间凝固方式（介于中间情况的时候）、 影响铸件凝固方式的因素有二：一是合金的化学成分，二是铸件断面上的温度梯度。 热力学能障动力学能障：热力学能障是右被迫处于高自由能过度状态下的界面原子产生的他能直接影响系统自由能的大小，动力学能障是由于金属原子穿越界面过程引起的，他与驱动力的大小无关，而仅仅
材料成型工艺基础习题答案
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。
全国材材料成型与控制专业院校实力排名
材料成型及控制工程专业排名 1 上海交通大学 A+ 9 吉林大学 A 17 浙江大学 A 2 哈尔滨工业大学 A+ 10 天津大学 A 18 四川大学 A 3 清华大学 A+ 11 同济大学 A 19 兰州理工大学 A 4 华南理工大学 A+ 12 西安交通大学 A 20 北京航空航天大学 A 5 西北工业大学 A+ 13 大连理工大学 A 21 武汉理工大学 A 6 北京科技大学 A 14 山东大学 A 22 北京工业大学 A 7 华中科技大学 A 15 郑州大学 A 23 东南大学 A 8 东北大学 A 16 太原理工大学 A 2012年全国大学材料成型及控制工程专业排名： 科别：理工 培养目标：本专业培养具备机械热加工基础知识与应用能力，能在工业生产第一线从事热加工领域内的设计制造、试验研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。 培养要求：本专业学生主要学习材料科学及各类热加工工艺的基础理论与技术和有关设备的设计方法，受到现代机械工程师的基本训练，具有从事各类热加工工艺及设备设计、生产组织管理的基本能力。 毕业能力： 1．具有较扎实的自然科学基础，较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力。 2．较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括力学、机械学、电工与电子技术、热加工工艺基础、自动化基础、市场经济及企业管理等基础知识。 3．具有本专业必需的制图、计算、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能及较强的计算机和外语应用能力。 4．具有本专业领域内某个专业方向所必需的专业知识，了解科学前沿及发展趋势。 5．具有较强的自学能力、创新意识和较高的综合素质。 核心课程：机械工程、材料科学与工程。 主要课程：工程力学、机械原理及机械零件、电工与电子技术、微型计算机原理及应用、热加工工艺基础、热加工工艺设备及设计、检测技术及控制工程、CAD／CAM基础。
西南交通大学 材料成型技术基础复习纲要
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。
材料成型理论基础练习1到11章
第1章 液态金属的结构与性质 1.液体原子的分布特征为 远程 无序、 近程 有序，即液态金属原子团的结构更类似于 。 2.实际液态金属内部存在 起伏、 起伏和 起伏 。 3.物质表面张力的大小与其内部质点间结合力大小成 比，界面张力的大小与界面两侧质点间结合力大小成 比。衡量界面张力大小的标志是润湿角θ的大小，润湿角θ越小，说明界面能越 。 4.界面张力的大小可以用润湿角来衡量，两种物质原子间的结合力 ，就润湿，润湿角 ；而两种物质原子间的结合力 ，就不润湿，润湿角 。 5.影响液态金属表面张力的主要因素是 ， ，和 。 6.钢液中的MnO ，当钢液的温度为1550℃时，3/0049.0m s N ?=η，3/81.97000m N g ?=液ρ，3/81.95400m N g ?=杂ρ，对于r=0.0001m 的球形杂质，其上浮速度是多少？参考答案：0.0071m/s 7.影响液态金属充型能力的因素可归纳为 合金本身性质 、 铸型性质 、 浇注方面 、 铸件结构方面 四个方面的因素。 8.影响液态金属黏度的因素有 合金成分 、 温度 、 非金属夹杂物 。 9.合金流动性：合金本身的流动能力；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。 10.液态合金的流动性和充型能力有何异同？如何提高液态金属的充型能力？ 答：液态金属的流动性和充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充型能力，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。而充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。 提高液态金属的充型能力的措施： （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、密度大，导热率小;④粘度、表面张力小。 （2）铸型性质方面：①蓄热系数小；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。 11.设凝固后期枝晶间液体相互隔绝，液膜两侧晶粒的拉应力为1.5×103Mpa ，液膜厚度为1.1×10-6mm ，根据液膜理论计算产生热裂的液态金属临界表面张力σ= 0.825 N/m 。 12.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。 13.粘度表达式：dy dv x =η，雷诺数：η υρνυD D R e ==
对材料成型与控制工程的认识
对材料成型及控制工程的认识 After studying the material molding and control engineering introduction of material molding after class and control engineering knowledge 作者：XXX 通讯地址：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 摘要： Material molding and control engineering is a door and our life's special technology, we usually use the cups and plates and dishes tableware, daily necessities, children's toys, motor vehicle, household appliances, computer and its accessories, etc have a type (shell) items, all depend on material molding technology made out. It is simple to understand the process principle of it is a choice materials, mould forming, the products. It is a involve machine, the material, the control gave three subject of interdisciplinary professionals. The professional main course are: material mechanics, physical chemistry, metal science etc.it and heat treatment principle, transmission principle, pressure processing technology and die, metal solidification and control, welding, metallurgy, metal plastic forming principle, material molding the computer simulation and so on, to learn the course has the certain difficulty, but because of the design appearance to drift and fine quality products of light as the goal, material molding course also contains the content such as drawing, artistic modelling, in practice to development and design, thus learn up is not boring. Along with the computer technology is more and more widely applied to material molding and control in the field, with computer aided design and system ? 关键词：材料加工与成型；塑性成形；非金属材料成型；发展趋势 引言： 材料成形加工行业是制造业的重要组成部分，材料成形加工技术是汽车、电力、石化、造船及机械等支柱产业的基础制造技术，新一代材料加工技术也是先进制造技术的重要内容。铸造、锻造及焊接等材料加工技术是国民经济可持续发展的主体技术。据统计，全世界75%的钢材经塑性加工成形，45%的金属结构用焊接得以成形。又如我国铸件年产量已超过1400万t，是世界铸件生产第一大国。汽车结构中65%以上仍由钢材、铝合金、铸铁等材料通过铸造、锻压、焊接等加工方法成形。 对材料加工与成型的工艺的认识： 材料加工与成型的工艺分类主要按照材料的种类可分为金属塑性成形工艺及非金属成型加工。 金属塑性成形工艺是指利用金属的塑性变形来获得一定形状、尺寸和组织性能的成形加工方法。金属塑性成形的一般特点是生产率高、生成效率高、节约原材料、节约能源、降低成本。其中突出的优点为内部组织得以改善，性能提高。但也存在缺点，像通常需要较大的成形力，设备体积、吨位较大；为了提高被加工材料的塑性、降低成形力，有时需要加热，脆性材料、形状过于复杂的零件不能进行塑性成形。金属塑性成形工艺可应用于以下领域，特别是重要的零件：汽车（连杆、曲轴、大梁、齿轮、轴等）飞机（发动机叶片、梁、框架等）大炮（炮筒）。
材料成型技术基础知识点总结
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。
铸造成形工艺理论基础
第一篇金属的铸造成形工艺 第一章铸造成形工艺理论基础 §1-1 概述 金属液态成形工艺——铸造、液态冲压、液态模锻等 铸造（最广泛）——将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型空腔中，使其冷却凝固，得到毛坯或零件的成形工艺（生产方法）。 一、特点 1．能制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯： 如：阀体、泵体、叶轮、螺旋浆等 2．铸件的大小几乎不受限制，重量从几克到几百吨 3．常用的原材料来源广泛，价格低廉，成本较低，其应用及其广泛 （如：机床、内燃机中铸件70~80%，农业机械40~70%） 但铸造生产过程较复杂，废品率一般较高，易出现浇不足，缩孔，夹渣、气孔、裂纹等缺陷。 二、分类 铸造 砂型铸造——90%以上，成本低 特种铸造——熔模、金属型、压力、低压、离心 质量、生产率高，成本也高 §1-2 铸造的工艺性能 工艺性能——符合某种生产工艺要求所需要的性能 铸造性能——合金的流动性、收缩性、吸气性、偏析等 一、合金的流动性 1．概念 指液态合金本身的流动能力，它是合金主要的铸造性能，流动性愈强，愈便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。 同时，有利于非金属夹杂物和气体的上浮与排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。 流动性不好——浇不足、冷隔 [注]：流动性的测定——“螺旋形试样”（图1-1）
流动性愈好，浇出的试样愈长 灰铸铁、硅黄铜最好，铝合金次之，铸钢最差 2．影响合金流动性的因素 ①化学成分 共晶成分合金的结晶是在恒温下进行的，此时，液态合金从表层逐层向中心凝固，由于已结晶的固体层内表面比较光滑（图1-3a）对金属液的阻力较小。同时，共晶成分合金的凝固温度最低（铁碳合金状态图）。 相对说来，合金的过热度（浇注温度与合金熔点之温差）大，推迟了合金的凝固，故共晶成分合金的流动性最好。 除纯金属外，其它成分合金是在一定温度范围的逐步凝固，即经过液、固并存的两相区。此时，结晶是在截面上的一定宽度的凝固区内同时进行的，由于初生的“树枝状”晶体，使已结晶固体层的表面粗糙（图1-3b）所以，合金的流动性变差。 共晶生铁，流动性好。 [注]：降低金属液粘度——提高流动性 如加P—铸铁凝固温度、粘度↓→流动性好 但引起冷脆性（性能要求不高的小件） S→MnS→内摩擦（粘度↑）→流动性↓ ②浇注条件 浇注温度——温度↑→粘度↓过热度↑，保持液态时间长→流动性好，但过高→收缩增大，吸气增多，氧化严重→缩孔、缩松、气孔、粘砂等 控制浇注温度：灰铸铁：1200~1380℃ 铸铜：1520~1620℃ 铝合金：680~780℃ 浇注压力——压力愈大，流动性愈好 增加直浇口高度或采用压力铸造、离心铸造 ③铸型充填条件 铸型的蓄热能力——铸型材料的导热系数和比热愈大，对液态合金的“激冷” 能力愈强，流动性差。如：金属型比砂型铸造更容易产生浇不足等缺陷。 铸型中气体——在金属液的热作用下，型腔中气体膨胀，腔中气体压力增大——流动性差（阻力大） 改善措施：使型砂具有良好的透气性，远离浇口最高部位开设气口。 二、合金的收缩性
材料成型及控制工程
材料成型及控制工程 材料成型及控制工程这个专业的就业前景 材料成型及控制工程是材料、机械、控制、计算机等多学科交叉融合的工程技术专业，主要研究金属材料、非金属材料、超导材料、微电子材料及特殊功能材料的成型设备与工艺、成型过程的自动化与智能控制、质量检测和可靠性评价等。随着各种新材料在各行各业中的广泛应用，加之我国新材料行业的产业结构调整与材料成型设备新技术的发展紧密相关，因此对既有材料科学知识，又能掌握材料成型设备设计和制造技术的高级科技人才的需求将有所增加。 材料成型及控制工程专业作为机械工程、材料工程、计算机应用技术相结合的宽口径高技术专业，培养工程材料、材料成型、模具设计与制造、计算机应用等领域内的高级工程技术人才。该专业包含材料成型工程、模具设计与制造多个方向。 材料成型工程是制造业的基础，是各类产品制造的先行和必备工序;模具工程是衡量一个国家工艺水平的重要标志，模具技术人才的社会需求量极大。本专业的学生应掌握机械工程、材料科学与工程、计算机应用技术等相关领域的基本原理、基本技能、基本工作能力，本专业的毕业生应能在机械、材料、模具、电子电器、检测、工业管理、技术贸易等领域内的大中型企业、科研及设计部门中胜任新材料设计开发、材料成型工艺设计、材料的检测与质量控制、模具设计与制造、热处理与表面处理、计算机应用、企业信息化，以及管理、教学、技术贸易和其它技术工作。 材料成型及控制工程专业毕业生就业前景非常好,就业领域宽,可在机械、电子、电器、汽车、仪器仪表、能源、交通、航空航天等行业内从事材料和产品的研究与开发、工艺设计、模具设计与制造、质量检测、经营销售及管理工作或在相关的研究部门和高校从事科技研究和教学。
