材料成型原理复习题1

第一章

1.液态金属的结构特点：存在能量起伏、结构（或相）起伏或者成分（或浓度）起伏。p11

2.液态合金的粘度的有意义：可视为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dνx/dνy的比例系数。

3. 影响表面张力的因素：熔点、温度、溶质元素。

4.表面和界面的概念区别。液体或固体同空气或真空接触的界面叫表面。任意两相的交界面叫界面。

5.液态成形\铸造：熔融金属在重力或外力的作用下充型、冷凝获得铸件的一种成形方法，包括熔炼、浇注和凝固等过程，该工艺具有其他金属成形方法无可比拟的适应性。

6.液态成形的基本问题有哪些？1.凝固组织的形成与控制，2.铸造缺陷的防止与控制，3.铸件尺寸精度及表面质量的控制。

7.流变铸造的概念。

对于流体，当施加的切应力小于屈服切应力时，它如同固体一样不能流动，但可以像固体一样搬动，但当施加的切应力大于屈服切应力时，即使固相体积分数达到50%~70%，合金仍具有液态的性质，能很好地流动，把这种半固态金属浆料直接铸成锭或在压力下制成铸件，称为流变铸造。

8.铸锻焊技术的流程和相互关联性？

第二章

1.流动性与充型能力概念。流动性：熔融合金本身的流动能力。充型能力：在实际生产条件下的熔融金属是否能够顺利充满型腔从而得到轮廓清晰形状完整的铸件，这种能力被称为合金的充型能力

2. 铸件凝固时间计算公式：平方根公式、折算厚度R=V/S。

利用平方根定律计算出得铸件凝固时间比实际凝固时间要长，因为平方根定律没有考虑铸件厚度沿四周板厚方向的散热。平方根定律对大平板、球体和长圆柱体铸件比较准确。

第三章

1.金属必须要有一定过冷度才能发生液-固相变的原因。

由热力学可以知道，物质的稳定状态一定时是自由能最低的状态。当T=Tm时，两相处于平衡状态。当T

2.金属凝固时的自由能变化有两部分组成：相变驱动力为体积自由能的降低，相变阻力为表面能的升高。

3.液态金属的凝固需克服热力学能障和动力学能障才能不断进行。

4.均质形核、异质形核的概念。会推导均质形核的临界形核功的公式，及理解其物理意义。

均质形核：在没有任何外来界面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型壁界面提供的衬底进行形核的过程

5.对于“过冷度越大，形核率越大”的说法，对吗？为什么

错误。因为当过冷度达到某一值，即温度降到某一温度时，由于原子扩散能力的减小而致使形核率降低的程度大于因过冷度增加带来的形核率的增加程度，将使形核率减小。

6.金属凝固过程的宏观长大方式（两种），长大方式主要取决于什么。P45（界面前方液体中的

温度分布，即温度梯度）平面方式长大，树枝晶方式生长，取决于界面前方液体的温度分布7.固液界面的微观结构有哪几种，形成这样的界面是由什么决定的。粗糙界面，平整界面。由

杰克逊因子决定的

8.粗糙界面与光滑界面的概念。

粗糙界面：界面固相一侧的点阵位置只有约50%被固相原子所占据，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面结构。

光滑界面：界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，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。

粗糙界面与光滑界面的概念。

9.Jakson因子a可以作为固-液界面微观结构的判据，凡a≤2 的晶体，其生长界面为粗糙，凡a

＞5的晶体，其生长界面为光滑。

10.熔化熵值与金属与非金属、固液界面微观结构间的关系如何？

杰克逊模型认为当α≤2时，：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，微观上是粗糙的称为粗糙界面；当α＞2时，界面上的位置几乎被原子占据，微观上是光滑的，称为光滑界面。α由两项因子构成，一项为熔化熵值，一项为取向因子。绝大部分金属的熔化熵均小于2，其α值也小于2。故在其结晶过程中，固液界面是粗糙界面。

11.金属凝固过程的微观长大方式（三种）p49~50连续生长，二维生长，螺旋生长

第四章

1.溶质再分配的概念。P52从形核开始到凝固结束，在整个结晶过程中固液两相的内部将不断进行着溶质的重新分布过程称为合金结晶过程的溶质再分配

2.根据溶质再分配程度，合金的凝固可分为平衡凝固、近平衡凝固、非平衡凝固。P53

3.金属（合金）凝固过程中由热扩散控制的过冷称为热过冷。P59

4.成分过冷的判据，成分过冷的大小受哪些因素的影响？

凝固过程的溶质再分配引起固－液界面前沿的溶质富积，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”。

其判据为：

00

(1)

L

L

L

m C K G

R D K

-

<

不难看出，下列条件有助于形成“成分过冷”：

(1) 液相中温度梯度GL小，即温度场不陡。

(2) 晶体生长速度快（R大）。

(3) 液相线斜率mL大。

(4) 原始成分浓度C0高。

(5) 液相中溶质扩散系数DL低。

(6) K0<1时，K0小；K0>1时，K0大

5.内生生长与外生生长的概念。P65

外生生长：晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式；

内生生长：在液体内部生核自由生长的生长方式。

6. 共晶凝固过程中的共生生长与离异生长。

共生生长：共晶结晶时，后析出的相依附于领先析出的相表面析出，两相具有共同的生长界面，依靠溶质原子在界面前沿的横向扩散，彼此偶合地共同向前生长。离异生长：共晶两相的析出在时间上和空间上是彼此分离的，没有共生共晶的特征。

第五章

1.孕育处理的概念。

孕育处理是指在凝固过程中，向液态金属中添加少量其它物质，促进形核、抑制生长，达到细化晶粒的目的。

2.铸件生产过程中，获得细小等轴晶的途径有哪些？并就每一途径列举出至少两种措施。

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

通过控制浇注方式来促进游离晶的形成，通过控制浇注温度减少游离晶的重熔消失；

通过对铸型冷却条件的合理控制或采用悬浮铸造法获得小的温度梯度和高的冷却速度，从而形成宽的凝固区域和大的过冷，促进熔体生核和晶粒游离。

2） 孕育处理

在浇注之前或浇注过程中向液态金属中添加少量孕育剂或变质剂以促进非均质形核与枝晶熔断，达到细化晶粒、改善宏观组织目的。

3）动力学细化

采用机械力或电磁力引起固相和液相的相对运动，导致枝晶的破碎或与铸型分离，在液相中大量形核，达到细化晶粒的目的。常用的动力学细化方法有铸型振动、超声波振动、液相搅拌和流变铸造等。

3. 如何获得细小的等轴晶组织。

一是向熔体中加入强生核剂：包括加入直接作为外加晶核的生核剂、与合金元素能形成高熔点稳定化合物的生核剂、能形成很大的微区富集，迫使结晶相提前析出的生核剂和含强成份过冷的生核剂。二是控制浇注条件：包括采用较低的浇注温度、合适的浇注工艺、选择合适的铸型和铸件结构以及动态下结晶。

4.析出性气孔、反应性气孔的概念。P955析出性气孔：液态金属在冷却凝固过程中，因其他溶解度下降，析出的其他来不及逸出而长生的气孔称为析出气孔 反应性气孔：液态金属内部或与铸型之间发生化学反应而产生的气孔，称为反应性气孔

5.什么是缩孔和缩松。分析它们的形成原因和控制措施。P108~111 铸件在凝固过程中由于合金的液态收缩和凝固所造成的体积减缩若果未能获得补充，则会在铸件最后凝固的部分形成孔洞，大二集中的孔洞叫缩孔，小而松散的孔洞叫缩松

产生缩孔和缩松的基本原因均在于合金的液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值。通过定向凝固，同时凝固，控制浇注条件，应用冒口、补贴和冷铁以及加压补缩等措施可以减小或消除缩孔或缩松。

6.偏析的概念。P113液态合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀现象称为偏析

第七章

1.焊接接头的组成。P138 1焊缝 2 熔合区 3 热影响区 4 母材

2. 影响焊接温度场的因素主要有热源的性质、焊接参数、金属的热物理性质、焊件的厚度及形状。P141

3. 焊接熔池凝固有何特点？其凝固组织形态有哪些？p142~145

焊接熔池凝固条件有体积小、过热、处于运动状态、熔池界面导热好及冷却速度快等特点，因此焊接熔池的凝固属非平衡凝固，其凝固过程具有以下特点：1.联生结晶（交互结晶、外延结晶）：即从熔池边界开始，依附于部分熔化的母材晶粒的现成表面，而形成共同晶粒的凝固方式。2.择优生长，即当最优结晶方向与导热最快方向一致时，晶粒生长最快而优先长大，取向不一致的晶粒被淘汰。3.熔池界面各点柱状晶成长的平均速度θcos ?=v R ，v 为焊接速度，θ为R 与v 之间夹角。焊接熔池凝固组织形态，宏观上看主要是柱状晶和少量等轴晶。微观分析，柱状晶内又有平面晶、包状晶及树枝晶等。

4. 一般焊接速度下易形成“偏向晶”，而高速焊易形成“定向晶”。P144

5.焊接热循环概念，其主要参数有哪些？p152 在焊接中，焊件上某一点的温度由低到高，达到最

大值后，又有高到低随时间的变化过程称为焊接热循环

主要参数：1加热速度2最高温度3相变温度的停留时间4冷却速度或冷却时间

第八章

1.手工电弧焊分为三个冶金反应区：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区。其中熔滴反应区是焊接冶金反应最激烈的部位，熔池反应区对焊缝的化学成分具有决定性的影响。P158~160

2. 焊接中可能产生的反应型气孔有CO气孔和H2O气孔。P161

3. 氮在金属中的溶解度与氮分压的平方根成比例。P1624

4. 氢对焊缝金属的质量影响。P165~166

（a）氢脆。氢使钢在室温附近的塑性严重下降。（b）白点（鱼眼）。碳钢或低合金钢在拉伸或弯曲断面上出现银白色的圆形局部脆断点。若产生白点，则其塑性大大降低。（c）形成气孔。形成析出性氢气孔。（d）冷裂纹。氢是促使产生冷裂纹的主要因素之一。

5. 熔渣对于焊接、合金熔炼过程起着积极作用。主要有：机械保护作用、冶金处理作用和改善成形工艺性能作用。P169

5. 焊接熔渣的长渣与短渣的概念。P171

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。

6. 熔渣对金属的氧化有扩散氧化和置换氧化两种形式。P173

7.. 焊接中脱氧反应有哪几种形式。P174~176

在焊接中脱氧反应按其方式和特点可分为先期脱氧、沉淀脱氧和扩散脱氧三种。先期脱氧是在药皮加热阶段，固态药皮受热后发生的脱氧反应；沉淀脱氧是在熔滴和熔池阶段，溶解在液态金属中的脱氧剂和FeO直接进行反应，把铁还原，且脱氧产物浮出液态金属的过程，扩散氧化是在液态金属与熔渣的界面上进行的，是以分配定律为理论基础的。

沉淀脱氧的概念。

8.CO2焊应采用什么焊丝。P176

CO2气保焊时，由于气氛的强氧化性，根据锰硅联合脱氧原则，常在焊丝中加入适当比例的锰和硅，可减少焊缝中的氧和夹杂物。

9.使用碱性焊条比酸性焊条对铁锈（FeO·mH2O）更敏感的原因。P176

在酸性渣中由于SiO2和TiO2能与FeO反应，使FeO得活度减小，有利于液态金属中FeO向熔渣进行扩散，而在碱性渣中，FeO的活度大，扩散脱氧能力比酸性渣差，即在熔渣含FeO相同的情况下，碱性渣中焊缝含氧量比酸性渣中多，因此在使用碱性焊条时，要清除焊件表层的铁锈。

10.对重要的焊接结构一般应采用碱性焊条J507施焊的原因分析。

1）氧化性：J507碱性焊条中不加入FeO物质，并在药皮中加入大量脱氧剂，故焊缝含氧量少；2）脱S脱P：J507中含大量CaO，脱S、P能力较强，具有较好的抗热裂能力；3）含氢量：J507

中不加有机物，药皮中大量的大理石分解增加了电弧气氛的氧化性，同时药皮中的CaF2反应生成的HF及NaHF2可降低氢分压，故J507焊缝含氢量较少，具有强的抗冷裂能力。

J507的冶金性能好，焊缝质量高，故对重要焊接结构或易产生裂纹的钢材，应采用碱性焊条J507施焊。

11. p181习题13。

第九章

1. 对接焊缝纵向残余应力分布有何特点。P184~185

对接接头中纵向残余应力沿板宽方向的分布特点：焊缝及近缝区中的纵向残余应力为拉应力，离开焊缝和近缝区后的母材中是压应力。纵向残余应力沿焊缝长度的分布特点：中间段的纵向应

力保持为常数，而在焊缝的头尾部，因受自由边界的影响，应力值逐渐趋向于零。

2. 对接焊缝横向残余应力分布有何特点。P185

在焊缝的两端产生横向的压应力，焊缝的中间段产生横向拉应力，通常两端压应力的最大值比拉应力的最大值大得多。而且焊缝越长，中间段的拉应力会有所降低，并逐渐趋近于零。

3. 减小或消除焊接残余应力的途径。p187 1热处理法 2 机械法 3 共振法

4.常见的焊接变形有：横向和纵向的收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。P188

5.裂纹的概念。P192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形成新界面时产生的缝隙称为裂纹

6.冷裂纹与热裂纹概念。P194、p202 焊接过程中在高温阶段产生的开裂现象，多在固相线附近发生称为热裂纹，焊件在室温附近出现的裂纹被称为冷裂纹

7.常见焊缝中的夹杂物有几类，对焊缝产生哪些危害。P214

1氧化物夹杂：降低焊缝金属的韧性2 氮化物夹杂：降低焊缝金属的塑性韧性3 硫化物夹杂：增加热裂纹生成的

金属塑性加工力学基础

1.塑性加工概念。P233是对金属施加外力在不破坏其本身完整性的条件下改变形状，从而获得所需工件的一种无切削加工方法

2.塑性的概念。P217

塑性是指金属材料在外力作用下发生永久变形而又不破坏其完整性的能力。

超塑性：金属材料在某些显微组织、温度和变形速度条件下表现出延伸率比通常变形条件下高出许多倍的行为。

影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。

结构超塑性的力学特性为

m

k

S'ε

=，对于超塑性金属m =0.3-0.8。

3. 已知某点的应力状态，会求某点的三个主应力，p241；

主切应力、最大切应力，245；

应力偏张量、应力求张量，p246

八面体正应力、八面体切应力、等效应力，p247~248

4.主应力图共有9种。P243

5.理解八面体正应力、八面体切应力、等效应力其物理意义。

八面体正应力就是平均应力，是不变量。

八面体切应力是与应力球张量无关的不变量，与材料的塑性条件有关，产生形状变化。

等效应力是一个不变量，称为广义应力或应力强度，它不能在特定微分平面上表示出来，但可以在一定意义上“代表”整个应力状态中的偏张量部分，因而与材料的塑性变形密切有关。