材料成形原理试题及部分答案

中国矿业大学09～10学年第 1 学期
《材料成形基础》试卷（A）卷
考试时间：120 分钟考试方式：半开卷学院班级姓名学号
一、填空题（每空0.5分，共20分）
1. 润湿角是衡量界面张力的标志，润湿角Ɵ≥90°，表面液体不能润湿固体；2．晶体结晶时，有时会以枝晶生长方式进行，此时固液界面前液体中的温度梯度为负。

3．灰铸铁凝固时，其收缩量远小于白口铁或钢，其原因在于碳的石墨化膨胀作用。

4. 孕育和变质处理是控制金属（或合金）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，而变质则主要改变晶体生长方式。

5．液态金属成形过程中在固相线附近产生的裂纹称为热裂纹，而在室温附近产生的裂纹称为冷裂纹。

6．铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历液态收缩、固态收缩和凝固收缩三个收缩阶段。

7．焊缝中的宏观偏析可分为层状偏析和区域偏析。

8．液态金属成形过程中在附近产生的裂纹称为热裂纹，而在附近产生的裂纹成为冷裂纹。

9．铸件凝固方式有逐层凝固、体积凝固、中间凝固，其中逐层凝固方式容易产生集中性缩孔，一般采用同时凝固原则可以消除；体积凝固方式易产生分散性缩松，采用顺序凝固原则可以消除此缺陷。

10．金属塑性加工就是在外力作用下使金属产生塑性变形加工方法。

11．塑性反映了材料产生塑性变形的能力，可以用最大变形程度来表示。

1.12．塑性变形时，由于外力所作的功转化为热能，从而使物体的温度升高的现象称为
温度效应。

2.13．在完全不产生回复和再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。

14．多晶体塑性变形时，除了晶内的滑移和产生，还包括晶界的滑动和转动。

3.15．单位面积上的内力称为应力。

4.16．物体在变形时，如果只在一个平面内产生变形，在这个平面称为塑性流平面。

17．细晶超塑性时要求其组织超细化、等轴化和稳定化。

18．轧制时，变形区可以分为后滑区、中性区和前滑区三个区域。

19．棒材挤压变形时，其变形过程分为填充和挤压两个阶段。

20．冲裁件的切断面由圆角带、光亮带、断裂带三个部分组成。

二、判断题（在括号内打“√”或“×”，每小题0.5分，共10分）
1．酸性渣一般称为长渣，碱性渣一般称为短渣，前者不适宜仰焊，后者可适用于全位置焊。

(√ ) 2．低合金高强度钢焊接时，通常的焊接工艺为：采取预热、后热处理，大的线能量。

( x )
3．电弧电压增加，焊缝含氮量增加；焊接电流增加，焊缝含氮量减少。

(√ ) 4．电弧电压增加时，熔池的最大深度增大；焊接电流增加，熔池的最大宽度增大。

( x ) 5．在非均质生核中，外来固相凹面衬底的生核能力比凸面衬底弱。

( x ) 6．液态金属导热系数越小，其相应的充型能力就越好；与此相同，铸型的导热系数越小，越有利于液态金属的充型。

(√ ) 7.在K0<1的合金中，由于逆偏析，使得合金铸件表层范围内溶质的浓度分布由外向内逐渐降低。

(√ ) 8. 粘度反映了原子间结合力的强弱，与熔点有共同性，难熔化合物的粘度较高，而熔点较低的共晶成分合金其粘度较熔点较高的非共晶成分合金的低。

(√ ) 9．两边是塑性区的速度间断线在速端图中为两条光滑曲线，并且两曲线的距离即为速度间断线的间断值。

(√ ) 10．在主应力空间，任一应力张量的偏张量都可用π平面的矢量表示。

(√ )
11．米塞斯屈服准则可用主应力偏量表达为s σσσσ=++2/12`32`22`12/123）（）（。

( x )
12．应力为零（如02=σ）方向上的应变恒等于另两个方向的应变之和一半，即
2212εεε+=。

( x )
13．多晶体中单个晶粒的塑性变形和单晶体的塑性变形特点相同。

( x )
14．平面应力状态的屈服轨迹上，在二、四象限内的两个相差最大的点是平面应变。

（x ）
15．多晶体变形是，首先是取向有利的晶粒内所有的滑移系开始滑移，然后取向不利的晶粒的滑移系才会滑移。

( x )
16． 塑性变形时，晶粒内的位移一旦开始滑动，只有当去掉外力后它才会停止。

( x )
17． 塑性变形时，变形材料的实际温度是变形温度。

( √ )
18. 最小阻力定律中的阻力就是摩擦力。

( x )
19. 物体要产生塑性变形，一般地，则其内部各点的应力状态不同。

（ √ ）
20. π平面上的任意一点所对应的应力张量中，其σm 为零。

（ √ ）
三、简答题（ 30分）
1．解释下列名词： 溶质再分配 联生结晶 析出性气孔 (6分)
3． 是碱性焊条还是酸性焊条对工件表面铁锈（FeO ﹒nH2O ）更敏感？简述其理由。

（4分）
3．分析氢在形成冷裂纹中的作用，简述氢致裂纹的特征和机理（6分）
4． 简述细晶超塑性的应力状态方程m
k ∙⨯=εσ中m 的物理意义。

(6分)
5． 试用一点的应力莫尔园判断该点受力后是出于弹性状态还是塑性状态。

(8分)
四、综合题（40分）
1．假设液体在凝固时均质形核，所形成的临界晶核分别是半径为r* 的球形和边长为a*正方体形状：（8分）
①分别求临界晶核半径r*、临界晶核边长a*、临界晶核形成功△G*之表达式。

②证明在相同过冷度下均质性核时，球形晶核较之立方晶核更易形成。

2．Al-Cu 合金的主要参数：共晶点成分CE=33%，CSm=5.65%，Tm=660℃，TE=548℃，用Al-1%Cu
（即：C0=1%）的合金浇注细长圆棒状试样，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，达到稳定凝固时，求：（8分）
①该合金的熔点；
②固-液界面的Cs* 和CL* 和界面温度Ti （忽略动力学过冷△Tk ）；
③共晶体所占比例；
④画出沿棒长度方向Cu 的分布曲线。

3．应力张量为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢
⎢⎣⎡=60000154004045
ij
σMPa ① 作出其应力莫尔圆（1分），标出x 面、y 面、z 面。

（3分）
②求主应力。

（6分）
③求切应力、八面体应力。

（5分）
④求应力偏张量的三个不变量。

（3分）
⑤ 假设物体由自由状态简单加载到该应力状态，求321εεε：：。

（3分）
⑥设材料50=k MPa ，分别用屈雷斯加、密塞斯屈服准则判断物体处于于什么状
态（4分）。