材料成型原理复习整理

考试试卷（B）

一、填空题（每空1分，共15分）

1.液态金属结构特点：长程无序短程有序

微观特点：能量起伏（液态原子能量不均匀的现象称为能量起伏），结构起伏、成分起伏其中在一定过冷度下，临界核心由结构起伏提供，临界生核功由能量起伏提供。？？？？？？？

2能证明液态金属的结构接近于固体金属而远离气态金属的证据：1金属的融化过程，液态金属原子间结合键之破坏了一部分，而气态金属原子间结合键几乎全部破坏2 X射线衍射分析

3液态合金的表面张力产生原因：表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所造成。物体倾向于减小其表面积而产生表面张力。

4影响液态金属表面张力的因素：熔点、温度、溶质。

5液态金属的充型能力取决于：

内因——金属本身的流动性；外因——铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。

6纯金属凝固过程中晶体的宏观长大方式可分为平面方式长大（正温度梯度）和树枝晶方式生长（负温度梯度）两种，主要取决于界面前沿液相中的温度分布。

4、金属（合金）凝固过程中由热扩散控制的过冷被称为热过冷。

7铸件的宏观凝固组织主要是指 铸态晶粒的形状，尺寸、取向和分布等情况 ，其通常包括 激冷晶区（晶粒细小）、 柱状晶区（平行于热流方向）和 内部等轴晶区（晶粒粗大）三个典型晶区。

8孕育和变质处理是控制金属（合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响 生核过程（通过增加晶核数量实现细化晶粒），而变质则主要改变 晶体的生长过程（通过变质元素的选择性分布，实现改变晶体的生长形貌）。

9 熔渣（渣相）的作用：机械保护作用、冶金处理作用、改善成型工艺性能作用

10态金属成形过程中在 高温阶段固相线附近产生的裂纹称为热裂纹，而在 温室附近产生的裂纹称为冷裂纹。

11热裂纹的分类：凝固裂纹、液化裂纹 、高温失延裂纹

12气孔的分类：析出性气孔（因气体 在液固金属中的溶解度差造成过饱和状态的气体析出所形成的气孔）、侵入性气孔、反应性气孔

13塑性成型中成型的三种方法：自由锻造、胎模锻、模型锻造

8、铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 三个收缩阶段。

14塑性指标：延伸率

断面收缩率：ψ=△A/A 0=(A 0-A k )/A 0 x 100%

11、 塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干摩擦 、 流体摩擦 边界摩擦

12、 就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性 增加 。 15 应力书写规则：321σσσ>>

13、对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性。

14、就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性增加。

15、钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化、皂化润滑处理。

二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上（每空1分，共9分）

1.塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响工件表面的粗糙

度对摩擦系数的影响。

Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；

2.塑性变形时不产生硬化的材料叫做。

Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想弹性材料；Ｃ、硬化材料；3.用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称

为。

Ａ、解析法；Ｂ、主应力法；Ｃ、滑移线法；4.韧性金属材料屈服时，准则较符合实际的。

Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯与屈雷斯加；

5.塑性变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做。

Ａ、理想弹性材料；Ｂ、理想刚塑性材料；Ｃ、塑性材料；

6.硫元素的存在使得碳钢易于产生。

Ａ、热脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、兰脆性；

7.应力状态中的应力，能充分发挥材料的塑性。

Ａ、拉应力；Ｂ、压应力；Ｃ、拉应力与压应力；8.平面应变时，其平均正应力 ｍ中间主应力 ２。

Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；

9.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性。

Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、没有变化；

三、判断题（对打√，错打×，每题1共20分）

1．液态金属的流动性越强，其充型能力越好。（√）2．金属结晶过程中，过冷度越大，则形核率越高。（√）3．实际液态金属（合金）凝固过程中的形核方式多为异质形核。（√）

4、稳定温度场通常是指温度不变的温度场。（√）

5、根据熔渣的分子理论，B>1时氧化物渣被称为碱性渣。（√）

6、根据熔渣的离子理论，B2>0时氧化物渣被称为碱性渣。（√）

7、按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=0.5。（ x ）

8、塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表面的

粗糙度对摩擦系数的影响。（x ）

9、静水压力的增加，对提高材料的塑性没有影响。（x ）

10、在塑料变形时要产生硬化的材料叫理想刚塑性材料。（x ）

11、塑性变形体内各点的最大剪应力的轨迹线叫滑移线。（√）

6. 温度梯度对液态金属的凝固无影响（Ⅹ）

7.金属熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏（√）

8.非均质形核过冷度ΔT比均质形核临界过冷度ΔT*小得多时就大量成核。（√）

9.界面前沿液相的实际温度梯度对成分过冷有影响（√）

10.晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式，称为“外生生长”。

平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属于外生生长。

等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为“内生生长”。(√)\

液态熔渣的粘度随温度下降而上升

11.随温度增高粘度急剧下降的渣称为短渣，而随温度增高粘度下降缓慢的渣称为长渣。（√）。一般酸性渣为长渣（碱性焊条—表面张力大使粗化，飞溅多外观成型不好），碱性渣为短渣（酸性焊条—表面张力小使外观成形好）。

白哦面张力影响因素：温度、原子键键能

12.最大切应力产生在主平面上，材料的塑性变形由切应力产生（√）

四、名词解释（每题3，共15 分）

1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(方式)，所以也称“自发形核” 。

非均质形核：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”或“非自发形核”。

5凝固时溶质分配系数

是指在给定的温度下，固-液界面两侧固相溶质浓度Cs与液相浓度C L之比

k=Cs/C L

2 在应力与致脆因素的共同作用下，使材料的原子结合遭到破坏，在形成新界面时产生的缝隙称为裂纹

凝固裂纹：金属凝固结晶末期，在固相线附近发生的晶间开裂现象，称为凝固裂纹或结晶裂纹。其形成与凝固末期晶间存在的液膜有关，

凝固裂纹的形成机理：金属在凝固过程中，经过液固态和固液态到达“脆性温度区”时，若该区内的应力应变达到产生裂纹的条件则凝固裂纹将产生。

-凝固裂纹的产生因素：1.脆性温度区T B越大，收缩应力的作用时间就越长，产生的应变量越大，形成热裂纹的倾向越大。2. T B内金属的塑性δmin越低，产生热裂纹的倾向越大。3. TB 内的应变增长率?ε/?T越大，越容易产生裂纹。热裂纹的影响因素冶金因素（包括：凝固温度区越大倾向越大、合金元素和杂质元素能增大凝固温度区间，且易形成偏析都有利于产生裂纹、凝固组织形态的影响）工艺因素

对于结构钢焊接冷裂纹的控制，总的原则是控制冷裂纹形成的三大要素，即

降低扩散氢的含量、控制组织脆化和减小拘束应力。

3金属产生凝固的途径

顺序凝固：铸件各部位由远及近，朝着冒口方向顺序凝固。

用于凝固收缩大、结晶间隔窄的金属。

同时凝固：凝固时产生热裂纹、变形倾向小。

用于凝固收缩小、对气密性要求不高的铸件。

4 主平面：切应力为零的平面称为主平面；

主应力：主平面上的正应力叫做主应力；

主方向：主平面的法线方向，亦即主应力的方向称为主方向或应力主轴。

五、简答题（每题5分共30分）

1铸件凝固方式分类

根据固液两相区的宽度，可将凝固过程分为层状凝固方式与体积凝固方式（或糊状凝固方式）。

当固液两相区很窄时称为层状凝固方式，反之为糊状凝固方式，固液两相区宽度介于两者之间的称为“中间凝固方式”。

影响因素：凝固温度区间的影响；温度梯度的影响

2为什么说过冷度度是影响相变驱动力的主要因素：

一般凝固都发生在金属熔点附近，有：H L-H S=L,S L-S S=ΔS,L为结晶潜热，

?为过冷度，对于给定金属，L，Tm（纯金属的平衡结晶温度）均为定值，故至T

于过冷度有关，过冷度越大，凝固驱动力就越大。

3.成分过冷产生条件及对单相合金固溶体结晶形态的影响规律：

由固液界面前方溶质的再分配引起的过冷—成分过冷

“成分过冷”的形成条件分析（K0＜1 情况下) ：

→界面前沿形成溶质富集层

→平衡液相线温度TL(x’)随x’增大上升

→当GL（界面前沿液相的实际温度梯度）

小于液相线的斜率时，即

随“成分过冷”程度增大，固溶体生长方式：

→平面晶

→胞状晶

→胞状树枝晶(柱状树枝晶)

→内部等轴晶(自由树枝晶)

6.金属成型缺陷简述：

1，气体元素经过饱和析出产生气泡，若凝固前来不及排出而留滞在里

面形成气孔；2 杂质元素过饱和析出形成化合物杂质留滞在里面形成夹

渣；若为低熔点共晶杂质则会在脆性温度区作用下产生裂纹3，经非平衡

凝固形成成分偏析；4 降温凝固时体积收缩产生变形、缩松缩孔，或者

由于受拘束产生应力与脆性温度去共同形成裂纹。

3.缩孔缩松

缩孔特点：1出现于纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围较窄的以层状

凝固方式凝固的铸造合金中；

2多集中在铸件的上部和最后凝固的部位；

3孔尺寸较大，形状不规则，表面不光滑

缩松特点缩松多出现于结晶温度范围较宽的合金中；

常分布在缩孔附近

缩孔的形成机理：纯金属、共晶成分合金和结晶温度范围窄的合

金，在一般铸造条件下按由表及里逐层凝固的方式凝固。由于金属或合

金在冷却过程中发生的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，从而在铸件

最后凝固部位形成尺寸较大的集中缩孔。

4张量不变量

应力张量的三个不变量I1、I2、I3表示了一个确定的应力状态其应力分量之间的确定关系，尽管应力张量的各分量随坐标而变，但其函数值是不变的，称为应力张量第一、第二、第三不变量。

主应力表示的应力张量不变量I1、I2、I3

??

???=++-=++=321313322123211)(σσσσσσσσσσσσI I I

六、综合分析(每题20分，共20分)

均质形核功及临界半径分析

晶核形成时，系统自由能变化由两部分组成：即作为相变驱动力的液-固体积自由能之差（负）和阻碍相变的液-固界面能（正）： 当晶核为球形时，自由能的变化为

当r r=r*时，自由能变化达到最大值（r 为晶核临界半径）

r>r*时，体积自由能起主导作用，使体系自由能降低，原子集团稳定成为核心，形核过程发。 令：

此时

r* 与ΔT 成反比，即过冷度ΔT 越大，r* 越小； ΔG*与ΔT 2成反比，过冷度ΔT 越大，ΔG * 越小。

设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)求均匀形核时的a*与△G*的关系式；

(2)证明在相同过冷度下均质形核时，球形晶核较立方晶核更易形成。

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G V G A σ?=-??+