华科材料成形原理课后部分例题--手抄本
《材料成型工艺基础》部分习题答案(精品).docx
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、缩孔缺陷的间接原因。
⑷•何谓合金的收缩？影响合金收缩的因素有哪些?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缩减的现象，称为收缩。
②影响合金收缩的因素：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：在铸件可能出现缩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。
第一早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。
材料成形工艺基础华中科技大学第四版课后习题答案
材料成形工艺基础华中科技大学第四版课后习题答案1. 金属材料的机械性能通常用哪几个指标衡量？答：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳极限等。
2. 何谓同素异晶转变，纯铁不同温度下的晶格变化如何？答：同素异晶转变：金属在固态下，随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异晶转变。
纯铁在1538。
C结晶为σ-Fe ,体心立方结构;温度降到1394。
C时，σ-Fe转变为γ-Fe,面心立方结构；降到912。
C时，γ-Fe转变为α-Fe,为体心立方结构3. 从状态图看含碳0.4%、0.9%的碳钢在室温下由哪些组织构成？答：0.4%由铁素体（F）+珠光体（P）0.9%由二次渗碳体（Fe3CⅡ）+珠光体（P）4. 淬火的目的是什么？答：淬火的主要目的是使奥氏体化后的工年获得尽量多的马氏体（或下贝氏体组织），然后配以不同的温度回火获得各种需要的性能。
例如：提高钢件的机械性能,诸如硬度、耐磨性、弹性极限、疲劳强度等，改善某些特殊钢的物理或者化学性能，如增强磁钢的铁磁性，提高不锈钢的耐蚀性等。
5.某弹簧由优质碳素钢制造，应选用什么牌号的钢？应选用怎样的热处理工艺？答：含碳量在0.6%-0.9%之间，65、70、85、65Mn.65Mn淬火+中温回火6.从下列钢号中，估计出其主要元素大致含量20 45 T10 16Mn 40Cr答：0.2%C 、0.45%C、1.0%C,Mn≤0.4%,Si≤0.35、0.16%C,Mn1.2%-1.6% 、0.4%C，0.8-1.1%Cr7.简述铸造成型的实质及优缺点。
答：铸造成型的实质是：利用金属的流动性，逐步冷却凝固成型的工艺过程。
优点：1.工艺灵活生大，2.成本较低，3.可以铸出外形复杂的毛坯缺点：1.组织性能差，2机械性能较低，3.难以精确控制，铸件质量不够稳定4.劳动条件太差，劳动强度太大。
8.合金流动性取决于哪些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？答：合金流动性取决于 1.合金的化学成分 2.浇注温度 3.浇注压力 4.铸型的导热能力5.铸型的阻力合金流动性不好：产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣和缩孔缺陷的间接原因。
华科 材料成型原理 三部分 塑性力学
第三部分 塑性力学1、设有一高为H 的长方体均匀变形，已知顶端质点的小量级的压下量为0u ，底面的质点静止不动，将中心线取作Oz 轴，O 为底面的形心，Ox 轴与Oy 轴分别平行于长方体的两条水平横线，试由体积不变这一条件出发，证明该长方体的位移场为000,,22x y z x y z u u u u u u H H H===- 2、设有一高为H 的圆柱体，先均匀拉伸到2H ，再均匀压缩回H ，设在变形过程中体积保持不变，试分别求出这两个阶段的对数应变、等效对数应变及最终的对数应变、等效对数应变？3、设薄球壳的半径为R ，厚度为t （t R ），承受内压P ，试用Mises 屈服准则求薄球壳屈服时的内压P ？4、有一刚塑性硬化材料，其硬化曲线、也即等效应力－应变曲线为200(1)MPa σ=+∈。
质点承受两向压力，应力主轴始终不变。
试按下列两种加载路线分别求出最终的塑性全量主应变123,,εεε：a ） 主应力从0开始直接按比例加载到最终主应力状态为（300，0，-200）MPa 。
b ） 主应力从0开始按比例加载到（150，0，100）MPa ，然后按比例变载到（300，0，-200）MPa 。
5、已知刚塑性变形体中的某质点处的平面应力张量为6030⎡--⎥⎦MPa ，应变分量x d εδ=-（0δ>为一微量），试求应变增量张量及塑性功增量密度。
6、设有薄壁圆筒，半径为r ，两端面是半径为r 的薄壁半球壳，设壁厚全部为t ，承受内压p 。
设圆筒为Mises 刚塑性材料，屈服应力为s σ。
试求：（1）不计径向应力r σ，确定圆筒与半球壳哪一部分先屈服？（2）设屈服时的等效应变增量为0δ>，试求对应的应变增量张量？7、设圆柱体在平行砧板之间镦粗，高度为H ，半径为R 0，真实应力为σ，摩擦应力为μσ，试用主应力法求镦粗时的的单位流动压力。
8、大圆柱拉深为小圆筒，如图示，设变形只发生在工件的圆锥面上，锥面与轴线的夹角为α，不计接触面上的摩擦应力，且忽略凹模出口处的弯曲效应，圆筒的t 且在拉深时保持不变，试用主应力法求拉深力？。
华科材料力学课后习题答案
2
3)
(1 2 0.3) 3 50 106 300 106 200 109
u
1 2E
[
2 1
2 2
2 2
2 ( 1
2
2 3
31)]
3 (1 2 0.3) 502 1012 2 200 109
7.5103
(J
/ m3)
ud
1
6E
[(1
2)2
( 2
3 )2
( 3
1)2]
x 20MPa y 30MPa xy 40MPa
x
z y
~~mmianx x
y
2
x
2
y
2
2 xy
20 30 2
20 30 2
2
(40)2
5 47.17
524.12.717
主应力为：1 52.17 MPa 2 50MPa 3 42.17 MPa
相当应力： r1 1 52.17 MPa
2
M
2 y
M
2 z
W
M
2 x
W2
[ ]
7-17 图示直角曲拐，C端受铅垂集中力F作用。已知a=160mm，AB杆直径
D=40mm，l=200mm ，E=200GPa， μ=0.3，实验测得D点沿45º方向的线应变
ε45º=0.265 × 10-3。试求：（1）力F的大小；（2）若AB杆的[σ]=140MPa，试按 最大切应力理论校核其强度。解：测点在中性轴处为纯剪切应力状态，且有
Fx
4 5
F
2.4kN
Fy
3 5
F
1.8kN
Fx Fy
FN ：
- 2.4kN
华科材料成型原理作业
材料成型原理作业1.焊接熔池的凝固与一般铸锭的凝固有何不同的特点焊接熔池的结晶过程与钢锭一样都经历形核和晶核长大的过程。
然而，由于焊接熔池的凝固属于非平衡凝固，使焊接熔池的凝固组织具有其独特的形态，其凝固过程具有以下特点：（1）联生结晶（或称交互结晶、外延结晶）（2）择优成长（3）凝固线速度2.分析粒状贝氏体和M-A组元形成的原因及其对焊缝性能的影响。
在奥氏体以中等速度连续冷却时，稍高于上贝氏体形成温度下还可能出现粒状贝氏体，以Bn表示。
它是在块状铁素体形成后，待转变的富碳奥氏体呈岛状分布其上，Wc约为1%，在一定的合金成分和冷却速度下可转变为富碳马氏体和残留奥氏体，有时也有碳化物，称为M-A组元。
当块状铁素体上M-A组元以粒状分布时，即称粒状贝氏体。
如以条状分布时，称为条状贝氏体粒状贝氏体不仅在奥氏体晶界形成，也可在奥氏体晶内形成。
粒状贝氏体中M-A组元也称为岛状马氏体。
因硬度高，在载荷下可能开裂，或在相邻铁素体薄层中引发裂纹而使焊缝韧性下降。
3.分析有效功率q，焊缝速度v，和导热系数对成长平均线速度的方向和数值的影响。
热源的有效热功率q一定时，增大焊接速度v，某一温度的等温线所包围的范围显著缩小，温度场的形态变得细长。
当v 一定时，随着q的增大，一定温度的等温线所包围的范围显著增大，尤其在长度方向。
当q/v保持一定，即热输入E为常数时，同时增大q与v，此时等温线在热源移动方向上会伸长，而在宽度方向上变化较小。
当热输入相同时，λ很小的奥氏体不锈钢600℃以上高温区所包围的范围显然比低碳钢大得多。
对于λ相当大的铝和钢，较高温度的等温线显著的向热源中心收缩，而温度较低的等温线则向周围散开，这说明热源作用点附近部位的温度不易升高。
4.如何利用所得规律来调整焊缝的结晶组织。
1.焊缝合金化与变质处理焊缝合金化的目的是保证焊缝金属的焊态强度与韧性，可以采取固溶强化、细晶强化、弥散强化、相变强化等措施。
在焊接熔池中加入少量钛、硼、锆、稀土等元素有变质处理作用，可以有效细化焊缝组织，提高韧性。
材料成型基本原理课后答案
1 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。
表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。
2 粘度－表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。
或作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。
3 表面自由能(表面能)－为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。
4 液态金属的充型能力－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，即液态金属充填铸型的能力。
5 液态金属的流动性－是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。
6 铸型的蓄热系数－表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。
7 不稳定温度场－温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场稳定温度场－不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）：8 温度梯度—是指温度随距离的变化率。
或沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。
9 溶质平衡分配系数K0—特定温度T*下固相合金成分浓度CS*与液相合金成分CL*达到平衡时的比值。
10 均质形核和异质形核－均质形核(Homogeneous nucleation) ：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，亦称“自发形核” 。
非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：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”。
11、粗糙界面和光滑界面－从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置只有50％左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。
粗糙界面在有些文献中也称为“非小晶面”。
光滑界面—从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。
也称为“小晶面”或“小平面”。
12 “成分过冷”与“热过冷”－液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固－液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的改变而可能产生所谓的“成分过冷”。
华科 材料成型原理 第一部分 液态金属凝固学答案
第一部分：液态金属凝固学2.1 答：（1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。
原子集团的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离的原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部存在着能量起伏。
（2）实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外，还存在浓度起伏和结构起伏。
2.2答：液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。
表面张力对应于液－气的交界面，而界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。
表面张力ς和附加压力p的关系如（1）p＝2ς/r,因表面张力而长生的曲面为球面时，r 为球面的半径；（2）p＝ς（1/r1+1/r2）,式中r1、r2分别为曲面的曲率半径。
附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。
2.3答：液态金属的流动性和冲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冲型能力，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。
而冲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。
提高液态金属的冲型能力的措施：（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、导热系大;④粘度、表面张力大。
（2）铸型性质方面：①蓄热系数大；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。
2.4 解：浇注模型如下：则产生机械粘砂的临界压力p＝2ς/r显然 r ＝21×0.1cm ＝0.05cm 则 p ＝410*5.05.1*2－＝6000Pa 不产生机械粘砂所允许的压头为H ＝p/（ρ液*g ）＝10*75006000＝0.08m 2.5 解： 由Stokes 公式 上浮速度 92(2v )12r r r －＝ r 为球形杂质半径，γ1为液态金属重度，γ2为杂质重度，η为液态金属粘度γ1＝g*ρ液＝10*7500＝75000γ2＝g 2*ρMnO ＝10*5400＝54000所以上浮速度 v ＝0049.0*95400075000(*10*1.0*223）－）（－＝9.5mm/s3.1解：（1）对于立方形晶核 △G 方＝－a 3△Gv+6a 2ς①令d △G 方/da ＝0 即 －3a 2△Gv+12a ς＝0，则临界晶核尺寸a *＝4ς/△Gv ，得ς＝4*a △Gv ，代入① △G 方*＝－a *3△Gv ＋6 a *24*a △Gv ＝21 a *2△Gv 均质形核时a *和△G 方*关系式为：△G 方*＝21 a *3△Gv （2）对于球形晶核△G 球*＝－34πr *3△Gv+4πr *2ς 临界晶核半径r *＝2ς/△Gv ，则△G 球*＝32πr *3△Gv 所以△G 球*/△G 方*＝32πr *3△Gv/(21 a *3△Gv) 将r*＝2ς/△Gv ，a *＝4ς/△Gv 代入上式，得△G 球*/△G 方*＝π/6<1，即△G 球*<△G 方*所以球形晶核较立方形晶核更易形成3-7解： r 均*＝(2ςLC /L)*(Tm/△T)＝319*6.618702731453*10*25.2*25）＋（－cm ＝8.59*10－9m △G 均*＝316πςLC 3*Tm/（L 2*△T 2） ＝316π*262345319*)10*6.61870(2731453*10*10*25.2(）＋（）－＝6.95*10－17J3.2答： 从理论上来说，如果界面与金属液是润湿得，则这样的界面就可以成为异质形核的基底，否则就不行。
华科工程力学部分习题参考答案
2-8： (b) m = F[(L + a) sinα − b cosα ] (d) m = F a 2 + b2 sinα
2-9： (b)：FR=14.23kN，过o点向上。 (d): FR=3 kN， 作用于x=4/3 m 处
2-10： (c)：FR=8 kN， 作用点距A为 5/3 m。
第三章 静力平衡问题
第六章 强度与连接件设计
6-1: AAD=10.8cm2， ADK=0 (零杆)， ABK=20cm2 6-2： Fmax=2.26 KN 6-3: A≥240 mm2 6-4： (b)：σ1=16.7 MPa； σ2= −33.4 MPa； 6-5: L≤1102m 6-8： F ≥120 KN 6-9: 螺栓：τ=31.85MPa，σj=12.5MPa； 键：τ=40MPa， σj=100MPa。 6-10：F ≤ 245 kN
7-9: t=10mm；n=40
第八章 圆轴的扭转
8-2: τ=127 MPa、 255 MPa、 509MPa 8-3: τmax实=14.9 MPa， τ min空=14.6 MPa， ϕBA=0.53° 8-5: D1=45 mm； D2=46 mm，d2=23 mm 8-7: MTmax= 9.64 kN•m， τmax=52.4 MPa 8-8: d1=85 mm， d2=75 mm 8-9: MB=B 4.79 kN•m， MC=3.22 kN•m
华科材料成形原理习题集.docx
材料成形理论基础习题第一部分液态金属凝固学2.1 纯金属和实际合金的液态结构有何不同？举例说明。
2.2 液态金属的表面张力和界面张力有何不同？表面张力和附加压力有何关系？2.3 液态合金的流动性和冲型能力有何异同？如何提高液态金属的冲型能力/ 2.4 钢液对铸型不浸润，θ＝180°，铸型砂粒间的间隙为0.1cm，钢液在1520℃时的表面张力σ=1.5N/m,密度ρ液＝7500kg/m3。
求产生机械粘砂的临界压力；欲使钢液不粘入铸型而产生机械粘砂，所允许的压头H值是多少？2.5 根据Stokes公式计算钢液中非金属夹杂物MnO的上浮速度，已知钢液温度为1500℃，η＝0.0049N.s/m2,ρ液=7500kg/m3,ρMnO=5400kg/m3,MnO呈球行，其半径r＝0.1mm。
3.1 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)求均质形核时的a*和△G*的关系式。
(2)证明在相同过冷度下均质形核时，球形晶核较立方形晶核更易形成。
3.2 设Ni的最大过冷度为319℃，求△G*均和r*均，已知θm＝1453℃。
L＝-1870J/mol，σLC=2.25×10-5J/cm2,摩尔体积为6.6cm3.3.3 什么样的界面才能成为异质结晶核心的基底？3.4 阐述影响晶体生长的因素。
4.1 用Chvorinov公式计算凝固时间时，误差来源于哪几方面？半径相同的圆柱和球体哪个误差大？大铸型和小铸型哪个误差大？金属型和砂型哪个误差大?4.2 立方体、等边圆柱和球形冒口，试证明球形冒口的补缩能力最强。
4.3 焊接熔池有何特征？对凝固过程有何影响？4.4 何谓凝固过程的溶质再分配？它受哪些因素的影响？4.5 设状态图中液相线和固相线为直线，证明平衡常数k0＝Const。
4.6 Al-Cu相图的主要参数为C E＝33%Cu,C=5.65％, Tm＝660℃,T E＝sm548℃。
华中科技大学材料力学课后习题解答（精品）
A
F
B
由胡克定律： l3 0
l1
l2
Nl EA
0.476
mm
结构中A点位移受约束，B点无约束，因此C点位移
受A，B两点位移影响。而A，B点的纵向位移相同，
因此C点纵向位移由图知与A点纵向位移相同：
lC 0.476 mm
2-7
d
建立图示坐标系，在x处横截面
截面半径为： r x d x l
第二版《材料力学》习题解答 （华中科大版 倪樵主编）
第二章至第七章
2-1, 2-2
3
2
3F
3
2
FN
1
F
1
F
O
F
x
F
故 最大正应力为:
F A
10
150 N 10-6 m2
15 MPa
(a)
2
2F
F
1
2F
2
1
FN
3F
2F
F
O
故 最大正应力为： 3F 45 MPa
A
x
(c)
3
2
1
F
2F
3F
3
2
1
3F
ls lc l
Fsl Fcl 0l (2)
Es As Ec Ac Es
联立方程1,2，可解得:
s
Fs As
15 19
0
c
Fc Ac
Fc As
As Ac
1 38
0
联立方程1,2，可解得:
Fs 9314 N
Fc 9314 N
有两个铆钉，每个铆钉所受剪切力为:
Fs 2
则铆钉剪切面上的切应力为:
2.5