材料成型原理.
材料成型原理
)(]4coscos32[316323fGGGVLS均异1. 固态金属的加热膨胀的实质是原子距离的增加与空穴的产生，粘度的实质是液态金属原子间的结合力，表面张力的实质是表面原子受力不平衡。
2.金属的熔化过程是金属由固态变成液态时原子由规则排列变成非规则排列的过程，在该过程中，原子紊乱度增加，熵值增大。
3. 理想液态金属的结构由原子集团、游离态原子、空穴或裂纹组成。实际液态金属除上述四种外，还有杂质与气泡组成。
4. 三个起伏是能量起伏、浓度起伏、结构起伏。
5. 粘度的影响因素：①粘度与离位激活能成正比。②一定范围内，温度与粘度成反比。③与杂质及合金元素有关。④熔体处理。包括精炼处理，粘度降低；变质处理，改变其中的形状；细化处理，减少其尺寸。粘度在材料成型中的意义：①液态金属的净化。②对液态金属流动阻力的影响。③对凝固过程中液态金属对流的影响。表面张力的影响因素：①熔点越高，表面张力越大。②温度与表面张力成反比。③与合金元素有关。表面活性元素使表面张力减小，表面非活性元素使其增加。表面张力的意义：①对铸型表面光滑程度的影响。②获得薄壁件。③对铸件凝固后期热裂有影响。
6.当界面上的原子与内部的原子所处的状态相差不大时，接触的两相质点间结合力越大，界面张力越小，界面越稳定，润湿角越小。
7. 因素：液态金属性质；铸型性质；浇注条件；铸件结构。根据公式
型浇LKCKLPFl)-(gH211一.液态金属性质：①合金成分。纯金属、共晶合金流动性好；结晶温度越宽，充型能力越差。②.结晶潜热越大，充型能力越大。③比热容越大，密度越大，充型能力越大；导热系数越大，充型能力越大。④粘度越大，充型能力越差⑤表面张力越大，充型能力越差。二 铸型性质。①蓄热系数越大，充型能力降低②型腔温度增大，充型能力降低③铸型中的气体。三 浇注条件。①浇注温度增大，充型能力越好②颈压头增大，充型能力增强③浇注系统结构。四 铸件结构。①折算厚度越大，充型能力越好②浇注方案③铸件复杂程度增加，充型能力越弱。
材料成型原理 2
材料成型原理
第1章液态金属的结构与性质
物相由界面包围的具有一定成分和结构的均匀体
组织物相的机械混合物
润湿性是指存在两种互不相溶液体，液体首先润湿固相表面的能力，即一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性
压力差物体两侧所受压力的差值
现代晶体学表明，晶体的原子一定方式周期排列在三维空间的晶格结点上，表现出平移对称性特征，同时原子以某种模式在平衡位置上作热振动，相对于晶体这种原子有序排列，气体的分子原子，不停的做无规律运动。
液体表现出长程无序特征，液体结构表现出局域范围内的近程有序。
偶分布函数的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的概率。晶态固体因原子以特定方式周期排列，其偶分布函数以相应的规律呈分立的若干尖锐峰，液体的g(r)出现若干衰减的钝化峰，直至几个原子间距后趋于直线g(r)等于1。
由于能量起伏，液体中大量不停游动着的局域有序原子团簇，时聚时散，此起彼伏，而存在结构起伏，实际金属的现象，还要复杂的多，除了能量起伏及结构起伏，还同时存在着浓度起伏。
长程有序：液体的原子相对于周期有序的晶体固态是不规则的，液体结构宏观上不具有平移、对称性。黏度是液体内摩擦阻力大小的标志，黏度的物理意义可以视为：作用于液体表面的应力与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。
表面活性元素使液体黏度降低，非表面活性杂质的存在使黏度提高。
黏度的意义：黏度影响金属液的流动性进而影响铸件轮廓的清晰程度。影响钢铁材料的脱硫，脱磷，扩散脱氧。熔渣及金属液粘度降低对合金元素的过渡是有利的。影响铸件内部缩孔或缩松、热裂的形成倾向。影响精炼效果，夹杂、气孔的形成。
表面张力是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所致。表面是产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。表面与界面的差别在于后者泛指两相之间的交界面，前者指液体或固体与气体之间的交界面。原子间结合力越大，表面内能越大，因此表面自由能越大，表面张力也就越大。两个相共同组成一个界面时，其界面张力的大小与界面两侧质点间结合力的大小成反比。
材料成型原理课后题答案
第三章：
8：实际金属液态合金结构与理想纯金属液态结构有何不同?
答：纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的，是近程有序的。液态中存在着很大的能量起伏.而实际金属中存在大量的杂质原子，形成夹杂物,除了存在结构起伏和能量起伏外还存在浓度起伏。
12：简述液态金属的表面张力的实质及其影响因数。
答：实质：表面张力是表面能的物理表现，是是由原子间的作用力及其在表面和内部间排列状态的差别引起的。
影响因数：熔点、温度和溶质元素.
13:简述界面现象对液态成形过程的影响。
答：表面张力会产生一个附加压力，当固液相互润湿时，附加压力有助于液体的充填.液态成形所用的铸型或涂料材料与液态合金应是不润湿的，使铸件的表面得以光洁.凝固后期，表面张力对铸件凝固过程的补索状况，及是否出现热裂缺陷有重大影响。
15：简述过冷度与液态金属凝固的关系。
答：过冷度就是凝固的驱动力,过冷度越大，凝固的驱动力也越大；过冷度为零时，驱动力不存在。液态金属不会在没有过冷度的情况下凝固.
16：用动力学理论阐述液态金属完成凝固的过程.
答：高能态的液态原子变成低能态的固态原子，必须越过高能态的界面，界面具有界面能。生核或晶粒的长大是液态原子不断地向固体晶粒堆积的过程，是固液界面不断向前推进的过程.只有液态金属中那些具有高能态的原子才能越过更高能态的界面成为固体中的原子，从而完成凝固过程.
17：简述异质形核与均质形核的区别.
答:均质形核是依靠液态金属内部自身的结构自发形核，异质形核是依靠外来夹杂物所提供的异质界面非自发的形核.
异质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加.
异质形核形核功小，形核所需的结构起伏和能量起伏就小,形核容易，所需过冷度小。
18：什么条件下晶体以平面的方式生长？什么条件下晶体以树枝晶方式生长？
答：①平面方式长大:固液界面前方的液体正温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域及过冷度极小,晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体的生长方向相反。
材料成型原理名词解释及分析
材料成型原理名词解释及分析
名词解释
能量起伏：原⼦能量存在不均匀性。
结构起伏：原⼦时聚时散。
浓度起伏：同种原⼦在不同原⼦团的分布量不同。
表⾯张⼒：⼀⼩部分液体单独在⼤⽓中出现时，⼒图保持球状形态，说明总有⼀个⼒的作⽤使其趋向球状，这个⼒为表⾯张⼒。
传热的基本⽅式：传到传热、对流换热和辐射换热。
三种计算凝固时间的⽅法：1理论计算法；2平⽅根定律；3折算厚度法。
匀质形核：在没有任何外来界⾯的均匀熔体的形核过程。
⾮均质形核：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。
粗糙界⾯：界⾯固相⼀侧的点阵位置只有50%左右被固相原⼦所占据，这些原⼦散乱的随机分布在界⾯上，形成⼀个坑坑洼洼，凹凸不平的界⾯。
平整界⾯：固相表⾯的点阵位置⼏乎全部被固相原⼦所占据，只留下少数空位；或者是在充满固相原⼦的界⾯上存在少数不稳定的孤⽴的固相原⼦，从⽽形成了⼀个总体上的平整光滑界⾯。
溶质再分配：从形核开始到凝固结束，在整个结晶过程中固液两相内部将不断进⾏着溶质元素的重新分布过程，称为合⾦结晶过程中的溶质再分配
平衡凝固：在⼀定压⼒条件下，凝固体系的温度和成分完全由相应合⾦系的平衡相图所规定，这种理想状态下的凝固过程称为平衡凝固。
近平衡凝固过程：在固液界⾯处合⾦成分符合平衡相图，这种情况称为界⾯平衡，相应的凝固过程称为近平衡凝固过程，也成为正常凝固过程。
⾮平衡凝固过程：即使在固液界⾯处也不符合平衡相图的规定，产⽣所谓的溶质捕获现象，这类凝固过程称为⾮平衡凝固过程
溶质平衡分配系数：平衡固相溶质浓度Cs与液相溶质浓度Cl之⽐为溶质平衡分配系数
热过冷——液态凝固时所需过冷完全由传热所提供。
成分过冷：凝固时由于溶质再分配造成固液界⾯前沿溶质浓度变化，引起理论凝
固温度的改变⽽在液固界⾯前液相内形成的过冷。
⾮⼩平⾯-⾮⼩平⾯共晶合⾦（⼜称规则共晶合⾦）：该类合⾦在结晶过程中，共晶两相α和β具有⾮⼩平⾯⽣长的粗糙界⾯，组成相的形态为规则的棒状或层⽚状。
材料成型原理思考题及解答改
材料成型原理思考题及解答改
本课程的教学要求为
1。掌握液态金属和合金的凝固和结晶的基本规律，冶金处理及其对材料和零件性能的影响。
2。注重掌握塑性成形的基础和塑性成形理论的应用
3。重点掌握材料成型过程中的化学冶金及现象、缺陷形成机理、影响因素和预防措施
第二章液态金属的主要内容
1，液态金属的基本特性
2，液态金属的粘度，表面张力，G吸附方程3，流动方程，相似律4，流变行为和流变铸造问题
1。当固相表面存在液相和气相，且三者处于界面平衡时，在什么条件下固液相互润湿当达到平衡时，气、液、固三相交界处的气液界面和固液界面之间的夹角称为接触角，由θ表示它实际上是液体表面张力和液-固界面张力之间的角度接触角由气相、液相和固相界面上三种界面张力的相对大小决定。从接触角的值可以看出液体对固体的润湿程度。
当和达到平衡时，得到以下关系:γSG-γSL=γLG cosθ
上述方程称为杨氏方程从杨的方程中，我们可以得出以下结论:
(1)如果(γSG-γSL)=γLG，cosθ=1，θ = 0，这是完全润湿的情况。如果(γSG-γSL)>γLG，则直到
θ=0时才达到平衡，因此杨方程不适用，但液体仍能在固体表面扩散(2)如果00，θeC产生裂纹
3)冷裂纹分为延迟裂纹、硬化脆化裂纹(淬火裂纹)和低塑性脆化裂纹。宏观断裂具有闪亮金属光泽的脆性断裂特征。显微观察:沿晶断裂，也有穿晶(粒内)断裂，或沿晶和穿晶混合断裂。原因:钢级的硬化倾向；焊接接头的氢含量和分布，焊接接头的约束应力
4)分层撕裂特征:具有梯形外观的外观基本上由平行于滚动方向的平台和基本上垂直于平台的剪力墙组成断口是典型的木纹原因:由于轧制母材中的层状夹杂物和焊接过程中垂直轧制方向的应力
5)应力腐蚀裂纹特征:无明显均匀腐蚀痕迹，断续裂纹形式从横截面上看:裘德
就像一棵干枯的树的根须，由表及里，深宽比大，典型特征是长而细的分叉。从断口来看，它是一个典型的脆性断口，仍保持金属光泽。原因:某些特定的介质和拉伸应力共同作用
合工大版材料成型原理课后习题参考答案(重要习题加整理)
第二章 凝固温度场P49
8. 对于低碳钢薄板，采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形（背面均匀焊透）。采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么？
解：采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板可能会出现烧穿，这是因为不锈钢材料的导热性能比低碳钢差，电弧热无法及时散开的缘故；
相反，采用同样焊接规范去焊同样厚度的铝板可能会出现焊不透，这是因为铝材的导热能力优于低碳钢的缘故。
9. 对于板状对接单面焊焊缝，当焊接规范一定时，经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透，分析其产生原因并提出相应工艺解决方案。
解：（1）产生原因：在焊接起始端，准稳态的温度场尚未形成，周围焊件的温度较低，电弧热不足以将焊件熔透，因此会出现一定长度的未焊透。
（2）解决办法：焊接起始段时焊接速度慢一些，对焊件进行充分预热，或焊接电流加大一些，待焊件熔透后再恢复到正常焊接规范。生产中还常在焊件起始端固定一个引弧板，在引弧板上引燃电弧并进行过渡段焊接，之后再转移到焊件上正常焊接。
第四章 单相及多相合金的结晶 P90
9.何为成分过冷判据?成分过冷的大小受哪些因素的影响?
答: “成分过冷”判据为:
RGL＜NLDRLLLeKKDCm0011
当“液相只有有限扩散”时，δN=∞，0CCL，代入上式后得
RGL＜000)1(KKDCmLL
( 其中: GL — 液相中温度梯度
R — 晶体生长速度
mL — 液相线斜率
C0 — 原始成分浓度
DL — 液相中溶质扩散系数
K0 — 平衡分配系数K )
成分过冷的大小主要受下列因素的影响:
1）液相中温度梯度GL , GL越小,越有利于成分过冷
2）晶体生长速度R , R越大,越有利于成分过冷
3）液相线斜率mL ,mL越大,越有利于成分过冷
4）原始成分浓度C0, C0越高,越有利于成分过冷
材料成型原理备课笔记.
附件三 《材料成型原理》备课笔记
122第二篇 材料成形力学原理
第十三章 金属塑性成形的物理基础
基本要求： 1． 掌握金属塑性、抗力及其影响因素； 2． 了解金属变形机理和变形特征。
第一节 概述
一、金属塑性成形的特点 定义—— 塑性是指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性的能力。人们利用金属的这种特性，使其在外力作用下改变形状，并获得一定力学性能。这种加工方法，称为金属塑性加工或塑性成形。 用途——金属塑性加工在汽车、拖拉机、船舶、兵器、航空和家用电器等行业都有广泛的应用。如汽车的大梁和覆盖件是冲压出来的，曲轴、连杆和齿轮的毛坯是锻造出来的。 优点： １． 生产效率高，适用于大批量生产 ２．改善了金属的组织和结构 ３．材料利用率高 ４．尺寸精度高 二、塑性成形工艺的分类 （一）体积成形 体积成形是在塑性成形过程中靠体积的转移和重新分配来实现的。 1．锻造 锻造可分为自由锻和模锻。 自由锻是在空气锤或水压机上将毛坯锻成一定的形状和尺寸。自由锻不使用专用的模具，它的形状和尺寸主要靠工人的熟练技巧来保证。锻件的尺寸精度较低，生产效率不高，主要适用于单件、小批量生产，以及大型锻件的生产。 模锻是在锻压机器的压力作用下，使金属在模具的孔型中产生塑性变形，获得与模腔形状、尺寸相同的零件，保证相当高的尺寸精度，且生产效率高，适合于大批量生产。模锻可分开式模锻和闭式模锻。 2．轧制 轧制是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定孔型，使其形成一定截面形状的成形方法。利用轧制方法可获得型材、板材和管材。轧制可分为纵轧、横轧和斜轧。 3．拉拔 拉拔是将金属坯料的前端施以一定的拉力，使它通过锥型的凹模型腔、改变其截面的形状和尺寸的一种加工方法。拉拔是生产棒材、线材和管材的主要方法，它的生产效率很高。 4．挤压 挤压是使大截面的毛坯在凸模的强大压力作用下产生塑性流动，迫使金属从模具型腔中挤出，从而获得一定形状和较小截面尺寸的工件。由于金属在挤压模具中受三向压应力作用，挤压成形零件的力学性能极佳。这种加工方式也特别适用于塑性较差的材料成形。 附件三 《材料成型原理》备课笔记
材料成型原理期末知识点总结
第一章 1.液体的表观特征
具有流动性（液体最显著的性质）；
可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状（类似于气体，不同于固体）；
不能够象固体那样承受剪切应力，表明液体的原子或分子之间的结合力没有固体
中强（类似于气体，不同于固体）；
具有自由表面（类似于固体，不同于气体）；
液体可压缩性很低（类似于固体，不同于气体）。 2.液体：
长程无序
近程有序（短程有序） 3.
4.每个原子在三维方向都有相邻原子，频繁相互碰撞而交换能量。每时每刻都有
一些原子能量超过(或低于)原子平均能量(“能量起伏”)，即原子能量的不均匀
性。 5.由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又
会有另一些原子组合到该团簇中，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎
原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随时间和空间发
生着改变，这种现象称为“结构起伏”。 6.温度越高原子团簇平均尺寸越小。
7.“浓度起伏”——同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力
较强的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间
存在着成分差异。 8.黏度η定义：当液态金属在外力作用下流动时，由于分子间存在内聚力，因此
使液体内部产生内摩擦力，以阻碍液层间的相对滑动。液体的这种性质称为粘滞
性，用黏度表征。
dydVX
（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的比例系数）
内摩擦阻力越大，液体越不容易流动，液体的黏度越大。 9.液态金属的黏度及其影响因素：
TkUTk
Bexp2
03b
①液体的原子之间结合力越大，则内摩擦阻力越大，黏度也就越高;黏度随原子
间距δ增大而降低,但总的趋势随温度T而下降；
②如果混合热H为负值，合金元素的增加会使合金液的黏度上升；
③若溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会明显高于纯溶剂
金属液的粘度，因为合金液中存在异类原子间较强的化学结合键；
材料成型原理 3
材料成型原理
材料成型原理是指通过加工工艺将原始材料经过一定的变形、组合或者结合等方式，使其达到预期的形状、结构和性能的过程。该原理涉及多种加工方式，如挤压、铸造、锻造、注塑等，每种方式都有自己独特的原理和应用领域。
挤压是一种常用的材料成型方式，通过将加热至熔融状态的材料通过模具的压力，使其在一定形状的模具孔中流动，并成型为所需的形状。这种方式适用于制造管材、线材等长条状零件。挤压的成型原理是利用材料在受到压力作用时的流动性，使其顺应模具的形状，并形成所需的截面形状。
铸造是一种将液态材料倒入铸型中形成所需形状的成型方式。该方式适用于制造各种形状的零件。铸造的成型原理是利用熔融态的材料具有流动性，通过将熔融金属或合金倒入模具中并冷却凝固，得到所需的形状。
锻造是一种通过加热金属材料至一定温度后施加压力使其塑性变形、改变原始形状、提高性能的成型方式。该方式适用于制造各种形状的零件。锻造的成型原理是通过应用压力改变材料的组织结构，使其粒子得到重新排列并获得更好的力学性能。
注塑是一种将熔融材料注入模具中形成所需形状的成型方式。该方式适用于制造复杂形状的零件。注塑的成型原理是将熔融态的材料注射进模具中，并通过冷却凝固，得到所需的形状。
以上是几种常见的材料成型方式及其成型原理，每种方式都有其独特的应用领域和适用对象。工程师们可以根据具体需求选择不同的成型方式，以实现材料的预期形状、结构和性能。
材料成型原理 4
材料成型原理
材料成型是制造业中一项非常重要的工艺过程，它涉及到原材料的加工和成型，对于产品的质量和性能起着至关重要的作用。在材料成型过程中，需要考虑材料的性质、成型工艺、设备和模具等多个因素，以确保最终产品能够满足设计要求。
首先，材料成型的原理是基于材料的塑性变形特性。大多数材料在一定条件下都具有塑性，即可以在外力作用下发生形变而不破坏。利用这一特性，可以通过加工成型将材料变成所需形状。塑性变形的原理是在外力作用下，材料分子间发生相对位移，从而形成新的结构，使材料发生形变。这种形变可以通过压力、拉伸、弯曲等方式来实现，从而得到所需的产品形状。
其次，材料成型的原理还涉及到材料的流变性能。流变性能是材料在加工过程中的变形行为和变形特性，包括材料的屈服点、流变应力、流变指数等参数。了解材料的流变性能可以帮助选择合适的成型工艺和设备，并且可以预测材料在成型过程中可能出现的问题，从而采取相应的措施进行调整和优化。
另外，材料成型的原理还与成型工艺和设备密切相关。不同的成型工艺和设备对于材料的成型过程有着不同的影响。例如，压铸、注塑、挤压等成型工艺都有其独特的特点和适用范围，需要根据产品的要求和材料的性质选择合适的成型工艺。同时，成型设备的性能和精度也会直接影响到产品的质量和成型效率。
最后，材料成型的原理还包括模具设计和制造。模具是实现材料成型的重要工具，它的设计和制造质量直接关系到产品的成型质量和精度。模具的设计需要考虑材料的流动性、收缩率、成型温度等因素，以确保产品能够满足设计要求。同时，模具的制造精度和表面处理也对产品的外观和尺寸精度有着重要影响。
综上所述，材料成型的原理涉及到材料的塑性变形特性、流变性能、成型工艺和设备以及模具设计和制造等多个方面。只有充分理解和把握这些原理，才能够有效地进行材料成型工艺的设计和优化，确保最终产品的质量和性能达到预期要求。