材料成型原理复习资料

焊接：

1、焊接热循环的焊接参数包括哪些？经过焊接热循环后，焊接热影响区的性能会产生哪些变化并分析产生的原因

（1）参数：加热速度，最高加热温度，在相变温度以上停留的时间和冷却速度。（2）变化：HAZ的硬化、HAZ的脆化、HAZ的韧化和HAZ的软化。产生原因是各部位经历的热循环不同，造成焊接热影响区的组织分布不均匀。

2、焊接热循环？特点？

(1)在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程称为焊接热循环。

(2)特点：a.加热速度快 b.峰值温度高 c.高温停留时间短（高于Ac3以上温度≤100s） d.冷却速度快 e.加热的局部性与移动性

3、焊接技术发展的趋势、对焊接热源的要求。焊接电弧加热区的特点，焊接时热作用的特点。

（1）发展趋势：焊接成型精确化，焊接生产自动化和过程控制智能化，优质、高效的焊接工艺将不断涌现，特殊材料及特殊环境下焊接技术，焊接过程计算机模拟技术将得到不断发展和应用，同时焊接技术也不断向材料科学与工程的新兴领域渗透和发展。

（2）对焊接热源的要求:能量密度高度集中，实现快速焊接过程，保证得到高质量(强韧而致密)焊缝和最小的焊接热影响区(HAZ)。

（3）特点：热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，如果再进一步分析时，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区。

（4）焊接时热作用的特点：a.热作用的局部性:即焊接热量集中作用在焊件连接部位,而不是均匀加热整个焊件。与金属热处理不同,不均匀加热是焊接过程的基本特征;b.热作用的瞬时性:焊接时,热源以一定速度移动,焊件上任一点受热的作用都具瞬时性，即随时间而变。在集中热源作用下,加热速度很快( 电弧焊在1500C/S 以上),在很短时间内热量从热源传递到焊件上。随着热源向前移动,曾被加热达高温部位的金属迅速导出热量而冷却降温。焊件上各点受热温度不断变化,说明了这种传热过程不是稳定的。

4、焊接温度场的影响因素及其对温度场的影响。

（1）热源的性质。

（2）焊接工艺参数 q（热源功率）、 v（焊速）。

q一定；v增大；等温线的范围变小，热源集中程度增大↑。

v一定；q增大；温度场的范围增大，grad T ↓。

q/v一定；v 较大时， grad T ↓。

（3) 金属的热物理性质

热物理性质主要是指热扩散率α = λ/cρ

焊接线能量 E 相同， a↑； grad T ↑。

（4）板厚：其他因素不变，随板厚的减小，焊件表面的高温区域↑

5、焊缝金属是如何被氧化的？

溶解在溶池中的氧可以与碳反应而生成CO,如果CO自熔池中来不及逸出，将在焊缝中形成CO气孔。与此同时，高盘下在熔滴中产生的CO受热膨胀还将引起较多的金属飞溅，破坏焊接过程的稳定性。焊接过程中合金元素的氧化损失也将损害焊缝的性能。

6、分析焊区气体的来源及其对焊接质量的影响

(1).焊区内的气体主要来源于焊接材料。（2）影响：a.氢对焊接质量的影响：氢脆；白点：形成气孔；冷裂纹；组织变化；b.氮对焊接质量的影响：1.造成气孔。2.引起时效脆化，3.降低焊缝的塑性、韧性而使强度提高。 c.氧对焊接质量的影响：1.氧化物极易呈薄膜状偏析于晶粒边界或以夹杂物的形式存在，使焊缝的韧性、塑性下降，尤其是低温冲击韧性的急剧下降，引起红脆、冷脆和时效脆化。2.熔滴中生成CO时，引起熔滴的爆炸，造成飞溅。3.氧烧损钢中有益元素。

7、氧对焊接接头的质量有何影响？如何解决？

(1)：氧对焊接质量的影响：a.氧化物极易呈薄膜状偏析于晶粒边界或以夹杂物的形式存在，使焊缝的韧性、塑性下降，尤其是低温冲击韧性的急剧下降，引起红脆、冷脆和时效脆化。b.熔滴中生成CO时，引起熔滴的爆炸，造成飞溅。

C.氧烧损钢中有益元素;d.有时为了减轻焊缝中[H]的含量，或改变电弧特性，以获得必要的熔渣物化性能，有时在焊接材料中还需要适当的加入氧化剂。

（2）解决方式：a.纯化焊接材料：对焊缝质量要求高的，选用无氧或含氧少的焊接材料，采用惰性气体保护；b.控制工艺参数；c.加入脱氧剂进行脱氧脱氧剂的亲和力要大于该金属对氧的亲和力。

8、为焊缝合金化的目的、途径、方法

1）合金化得目的:a.补偿焊接过程中由于蒸发、氧化、以及残留等原因造成的合金元素损失；b.有利于消除缺陷、改善焊缝的组织和性能；c.可以获得特殊性能的堆焊以及实现异种金属的焊接。

2）合金化的方式: a.应用合金带极或焊丝；b.用于合金药皮或焊剂；c.应用合金粉末或药芯。

9 熔池金属的运动方式、对焊缝质量的影响

（1）熔池中液态金属的运动形式：熔池上部，液体从头部向尾部运动，熔池底部，运动方向相反。（2） a.搅拌作用有利于熔池金属充分地混合，使成分均匀化；b.有利于气体和杂质的排除，提高焊缝质量。c.合金元素烧损.

10、焊接化学冶金的研究内容与目的。

(1)研究内容：研究在各种焊接工艺条件下，冶金反应与焊缝成分、性能之间的关系及其变化规律。

（2）目的：运用这些规律，合理选择焊接材料，控制焊缝金属的成分和性能，使之符合要求，设计创造新的焊接材料。

11、手工电弧焊焊接低碳钢检查发现焊缝中存在氢气孔，分析产生的原因及解决措施.

（1）形成原因：氢气孔是在结晶过程中形成的，其在树枝晶之间的四谷部位成核，在该部位长大、上浮都会受到树枝晶的阻碍和黏度的阻力，形成

喇叭口形的气孔，呈现在焊缝的近表面。

（2）解决措施：(1) 尽可能减小低碳钢吸收气体的数量和降低熔池金属中的气体过饱和度，以使气孔难以形成。(2) 不论是酸性焊条，还是碱性焊条，均推荐采用直流反接法进行焊接。直流反接时，工件接负极，熔池表面的电子过剩，不利于产生氢质子的反应，阻碍了氢向熔池金属中溶解，因而气孔倾向最小。当直流正接时，工件接正极，在溶池表面容易发生氢形成质子的反应，这时部分氛质了溶入熔池，另部分在电场作用下移向负极，所以其气孔形成倾向比直流反接时要大。当用交流焊接时，在电流通过零点瞬间无电场作川，氣质了可以顺利地溶入熔池，故其气孔的倾向增加。

12、P、S对焊缝质量的影响以及解决方式

（1）硫的危害：使焊缝产生硫化物夹杂，增大焊缝金属产生结晶裂纹倾向，降低焊缝冲击韧性耐腐蚀性能。

解决方式：a.限制焊接材料的含硫量；b.采用冶金方法进行脱硫

（2）P磷的危害：增大焊缝金属的结晶裂纹倾向和冷脆性。

解决方式：a.限制焊接材料的含磷量；b.采用冶金的方法脱磷

13、焊接熔渣的来源、作用、分类、结构特点

(1)来源:在焊接过程中，由药皮、焊剂、药芯熔化后形成熔融状态并参与焊接区冶金反应的非金属物质。（2）作用：1.机械保护作用 2.改善焊接工艺性能 3.冶金作用。（3）分类：盐型熔渣；盐-氧化物型；氧化物型。关于熔渣的性质，目前有两种结构理论：分子理论与离子理论。

14、焊接接头与母材有何不同？

⑴由于二种以上的金属在高温下混合且伴随各种化学冶金反应，随后冷却使焊缝金属和母材相比，其成分、组织、性能均发生了巨大的变化。

⑵在热影响区没有化学成分变化的区域，但由于焊接热循环的作用相当于对它进行了一次短时高温热处理，发生了组织改变，带来性能上的变化。

⑶由于化学冶金反应的不均匀，造成接头部分成分不均匀，有时区域偏析很大，因此造成组织和性能的差异。

⑷由于焊接热效应的不均匀，使材料随加热温度的不同而形成组织梯度。

15、熔池凝固的特点并分析其原因。

（1）熔池的特点：

a.熔池体积小，冷却速度大，体积小于30cm3, G≤ 100g; 冷却速度4～100℃/s；钢锭的冷却速度3~150×10-4 ℃ /s；

b.熔池的温度高，分布不均匀；中心：2100～2300 ℃，边缘1600 ℃。熔池金属处于过热状态;

c.液态金属处于运动状态；

d.熔池界面的导热条件好。(1)熔池与“模壁”之间不存在间隙；(2)熔池的体积相对于母材金属来讲非常小，固液界面温度梯度大。e、热源移动，结晶过程连续进行并随熔池前进。

16、从焊接冶金的角度，如何控制焊缝的质量？

1.消除气体来源。

2.正确选择焊接材料。（1.熔渣性质2.保护气体

3.其他因素匹配保护气等）3.优化焊接工艺。

17何谓裂纹，其特征是什么？裂纹的分类

（1）裂纹：在应力和致脆因素的共同作用下，使材料的原子间结合遭到破坏，在形成新界面时产生的缝隙。

（2）特征：（尖锐的缺口和大的长宽比）。

（3）分类：a.热裂纹(凝固裂纹、液化裂纹、多边化裂纹等。其中最常见的是凝固裂纹)；b.冷裂纹

18、冷裂纹的形成条件，分析延迟裂纹产生过程与影响因素

（1）产生条件：①焊接接头存在淬硬组织，性能脆化；②扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力。(氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹)；③存在较大的焊接拉应力。

（2）延迟裂纹产生过程：由于塑性储备、应力状态以及焊缝金属中氢含量等综合作用而产生的焊接裂纹。延迟裂纹不是在焊接过程中产生的，而是在焊后延续一段时间产生的。

（3）影响因素：主要与焊缝含扩散氢、接头所承受的拉应力以及由材料淬硬倾向决定的金属塑性储备有关，是三个因素中的某一因素与相互作用的结果。

19、热裂纹形成的条件是什么？结晶裂纹易于在何中类型的钢种中出现？为什么？

（1）形成条件：在高温阶段，当晶间延性或塑性变形能力δmin不足以承受当时发生的应变ε时，发生高温沿晶断裂。即δmin ≤ε。

（2）低合金钢：原因：镍在低合金钢中易于与硫形成低熔共晶(Ni与Ni

3S

2

熔点

仅645℃)，因此易引起结晶裂纹.

锻压：

一、名词解释

1. 主应力：只有正应力没有切应力的平面为主平面，其面上的应力为主应力。

2. 主切应力：切应力最大的平面为主切平面，其上的切应力为主主切应力。

3. 对数应变 答：变形后的尺寸与变形前尺寸之比取对数

4. 滑移线 答：最大切应力的方向轨迹。

5. 八面体应力：与主平面成等倾面上的应力

6. 金属的塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力。

7. 等效应力：又称应力强度，表示一点应力状态中应力偏张量的综合大小。 8.

室温的变形。热变形：在再结晶温度以上的变形。

高于室温的变形。 9.

动，即做最少的功，走最短的路。

10.金属的再结晶 答：冷变形金属加热到一定的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。

11. π平面 答：是指通过坐标原点并垂于等倾线的平面。

12.塑性失稳 答：在塑性加工中，当材料所受的载荷达到某一临界后，即使载荷下降，塑性变形还会继续，这种想象称为塑性失稳。

13.理想刚塑性材料：在研究塑性变形时，既不考虑弹性变形，又不考虑变形过程中的加工硬化的材料。P139

14.应力偏张量：应力偏张量就是应力张量减去静水压力，即：σij ′ =σ－δij σm

二、填空题

1. 冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生

2. 金属塑性变形的特点：不同时性、相互协调性和不均匀性。

3. 由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织称为：变形织构 。

4. 随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为：加工硬化。

5. 超塑性的特点:大延伸率、低流动应力、无缩颈、易成形、无加工硬化 。

6. 细晶超塑性变形力学特征方程式中的m 为:应变速率敏感性指数。

7. 塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力 。

8. 塑性指标是常用的两个塑性指标是：伸长率和断面收缩率。

9. 影响金属塑性的因素主要有：化学成分、组织状态、变形温度、应变速率、应力状态(变形力学条)。

10. 晶粒度对于塑性的影响为：晶粒越细小，金属的塑性越好。

11. 应力状态对于塑性的影响可描述为：(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多，数值越大时,金属的塑性越好。

12. 通过试验方法绘制的塑性——温度曲线,称为：塑性图 。

13. 用对数应变表示的体积不变条件为: 0x y z εεε++=。

14. 平面变形时,没有变形方向(设为z 向)的正应力为：

21311=()=()=22z x y m σσσσσσσ=++。

15. 纯切应力状态下，两个主应力数值上相等,符号相反 。

16. 屈雷斯加屈服准则和米塞斯屈服准则的统一表达式为：13s σσβσ-=。表达式中的系数β的取值范围为:β=1.155 。

17. 塑性变形时，当主应力顺序123σσσ≥≥不变，且应变主轴方向不变时，则

主应变的顺序为：123εεε≥≥ 。

18. 根据塑性条件可确定库伦摩擦条件表达式中的μ的极限值为： 0.5—0.577 。P151

19. 速度间断线两侧的法向速度分量：相等 。

20. 滑移系（ 多 ）的金属总是比滑移系（ 少 ）的金属变形协调性好，塑性高。

21. 热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、（ 晶界滑移 ）和扩散蠕变。

22. 应变速率增加无足够的时间进行回复和再结晶，从而使金属的塑性降低。但是增加应变速率使（ 温度效应 ）增大，从而使金属的温度升高。

23.作用于金属的外力可分为体积力和（ 面力 ）。

24.屈雷斯加（Tresca ）屈服准则是指当受力物体中的最大剪应力达到某一定值时物体发生屈服。而米塞斯（Mises ）屈服准则的物理意义则是当（单位体积形状改变的弹性位能/弹性形变能 ）达到某一常数时，材料就屈服。

25. 屈雷斯加（Tresca ）屈服准则在应力主空间是以等倾线为轴线的正六棱柱面，在π平面

上是正六边形。而米塞斯（Mises ）屈服准则在应力主空间是（以等倾线为轴线的圆柱面 ），在π平面上是一个圆。平面应力的米塞斯（Mises ）屈服轨迹在应力主空间为(椭圆)。

26. 按应力应变顺序对应关系，当主应力123σσσ≥≥时则123εεε≥≥ ，按中间关系，当2131()2

σσσ=

+时，则2ε( = ) 0。 P126 27. 据变形体的连续性，变形体的速度间断线两侧的法向速度分量必须（ 相等 ）。

28. 金属单晶体变形的两种主要方式是 滑移 和 孪生。

29. 一点的代数值最大的 主应力 的指向称为 第一主方向，由 第一主方向顺时针转

4

π 所得滑移线即为 α 线。P208 30. 对数应变的特点是具有真实性、可靠性和 可加性 。

31. 钢冷挤压前，需要对坯料表面进行 磷化皂化 润滑处理。

32. 塑性变形时不产生硬化的材料叫做 理想塑性材料 。

33. 硫元素的存在使得碳钢易于产生 热脆 。

四、叙述题

1. 已知某受应力作用点处于塑性纯剪切状态，试画出表示该点应力状态的主应力简图和表示该点应变状态的主应变简图（已知真实应力为s σ）

2. 已知一点的应力状态如图所示，试写出其应力偏张量并画出主应变简图。

3. 画出无摩擦的接触表面上一点处的滑移线(必须标明αβ线线) y

4. 在塑性加工中润滑的目的是什么，影响摩擦系数的主要因素有哪些？

答：（1）润滑的目的是:减少工模具磨损；延长工具使用寿命；提高制品质量；降低金属变形时的能耗。（2）影响摩擦系数的主要因素有：①金属种类和化学成分；②工具材料及其表面状态；③接触面上的单位压力；④变形温度；⑤变形速度；⑥润滑剂。

5. Levy-Mises 理论的基本假设是什么？

Levy-Mises 理论是建立在以下四个假设基础上的 (1)

量；

(2) 材料符合 Mises 即：132K σσ-=

(3) 每一加载瞬时，应力主轴与应变增量主轴重合； (4) 1230εεε++=，

所以应变增量张量就是应变增量偏张量。

6. 简述在塑性加工中影响金属材料变形抗力的主要因素有哪些

答：（1）材料的化学成分、组织结构；

2）变形程度 3

4）变形速度

5）应力状态 6

7.何谓屈服准则？常用屈服准则有哪两种？试比较它们的同异点。

答（1）屈服准则：只有当各应力分量之间符合一定的关系时，材料的质点才进

（2）常用屈服准则：密席斯屈服准则与

屈雷斯加屈服准则。（3

是一致的。对于塑性金属材料密席斯准则更接近于实验数据。在平面应变状态时，两个准则的差别最大为15.5%。

8. 简述金属塑性加工的主要优点?

答（1）结构致密、组织改善、性能提高。

2）材料利用率高，流线分布合理。

3）精度高，可以实现少无切削的要求。

4）生产效率高。

9. 上限法的基本原理是什么

答： 按运动学许可速度场来确定变形载荷的近似解，这一变形载荷它总是大于

10. 影响金属塑性的外因有哪些？

答（1）温度：就大多数金属和合金来说，随着温度升高，塑性增加。

（2）变形速度：变形速度对塑性的影响，实质上是热效应在起作用。

（3）变形程度：一般冷变形都是随着变形程度的增加而降低塑性。

（4）应力状态：压应力个数越多，数值越大，则金属塑性越好。

（5）变形状态：主变形图中压缩分量越多，对充分发挥金属的塑性越有利。（6）尺寸因素：一般是随着体积的增大，塑性下降，但当体积增大到一定程度后，塑性不再下降。

(7) 周围介质

11. 试述冷变形后的金属在以后加热过程中（从室温加热到过热温度）组织和性能将发生什么样的变化？

答；冷塑性变形后的金属加热时，通常是依次发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变

化。冷变形金属在回复时，显微组织不发生变化，但晶体缺陷密度和它们的分布有所改变。这个过程是通过点缺陷消除、位错的对消和重新排列来实现的。冷变形后的金属加热时，其组织性能最显著的变化是在再结晶阶段发生的。通过各种影响因素对再结晶过程进行控制，将对金属材料的强韧性、热强性、冲压性和电磁性等发生重大影响。冷变形后的金属在完成再结晶后，继续加热时会发生晶粒长大。晶粒大小对金属的性能有很大影响，晶粒越粗大，强度就越低。所以控制再结晶晶粒长大在生产中是很重要的。

12. 铸态金属经过热加工变形后，其强度和塑性有何变化，原因为何？

答：铸态金属经过热加工变形后，其强度和塑性一般都会提高。因为：铸态金属组织中的缩孔、疏松、空隙、气泡等缺陷得到压密或焊合。在热加工变形中可使晶粒细化和夹杂物破碎。形成纤维组织和带状组织也是热加工变形的一个重要特征。由于纤维状和带状组织的出现，使变形金属在纵向和横向具有不同的力学性能。

13. 应力偏张量和应力球张量的物理意义是什么？

答：在一般情况下，应力张量可以表示为两个张量之和的形式，即应力偏张量和应力球张量。球应力张量只能改变物体内给定微元的体积而不改变它的形状；偏张量则只能改变微元的形状而不改变其体积。

14.塑性变形时应变张量与应变偏张量有何关系？其原因何在？

答：塑性变形时应变张量与应变偏张量相等。其原因就是在塑性变形时忽略的体积变化。

15.用主应变简图来表示塑性变形的类型有那些？

答：有三种类型：两向正应变一向负应变；两向负应变一向正应变；一正一负应变。

16. 什么是结构超塑性？什么是相变超塑形？与常规的塑性相比，超塑性变形具

有那些主要特征？超塑性变形力学方程m K Y ε =中m 的物理意义是什么？

答：结构超塑性是指材料晶粒超细化，并在一定的温度范围内和一定的变形速度的条件下出现的超塑性。主要特征：

1）高延伸率，2）无缩颈，3）低流动应力，4）低的应变速率。

m 是应变速率敏感指数，它的物理意义是： m 值大，流动应力会随着应变速率ε 的增大而急速增大；此时，如试样某处有局部缩小，则该处的应变速率加大，该处继续变形所需的应力也随之剧增，这就阻止了该处断面的继续减小，促使变形向别处发展而趋于均匀，最终获得了更大的伸长率。由此可见，m 值反映了材料抗局部收缩或产生均匀拉伸变形的能力。

17.在塑性成形过程中，经常采用的真实应力－应变曲线的简化类型有那些？分别写出其数学表达式。

答：采用的四种简化模型是：幂指数硬化曲线n B Y ε=、刚塑性硬化曲线

m s B Y εσ1+=、刚塑性硬化直线εσ2B Y s +=、理想刚塑性水平直线s Y σ=。

18. 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？（5'）

答：⑴ 金属组织的变化：

①晶粒的形状沿变形方向被拉长；②位错密度增大，出现亚结构；③形成变形织构。

⑵ 金属性能的变化： ①物理化学性能的变化：金属的密度降低，电阻增大，导热性降低，磁性发生变化，化学稳定性能降低。 ②力学性能的变化：产生加工硬化，性能出现方向性。

19. 试说明为什么同样的材料在拉伸和压缩时所表现的变形抗力不同？ 答：其原因是拉伸和压缩时其应力球张量大小不同所导致的变形抗力不同。

20.什么应力状态下其变形为平面应变？

答：纯剪切加球张量为平面应变。

五、计算题

1. 有一试棒均匀连续拉伸三次，每拉一次断面收缩20%，试计算各次的对数应变值和总对数应变值。

解：第一次拉伸：

01101100011100%0.21100%0.20.8ln ln1.250.22314F F F F F F F F F ε-Φ=?=-?=====即： 1221

2211122

100%0.210.20.8ln ln1.250.22314F F F F F F F F F ε-Φ=?=-=====即：

同样：30.22314ε=

总对数应变值：1230.66942εεεε=++=

2. 一块长、宽、厚为120mm ×36mm ×0.5mm 的平板，在长度方向均匀拉伸至144mm ，若此时允许宽度有相应的自然收缩，即：h t εε=，试求对数应变和平板

的最终尺寸。

0.182320.1823200.091160.0911600

0.091160.0911600

2144=ln 0.18232120144120

0.09116ln 0.091160.50.456443632.8634

l h b h b l b l b h h l l e e h h h e e h b b e e εεεεεεεεεεε----++===-======-==-======解：

由于：则：而：

3. 求高为h 、直径为d 的圆柱体平砧间自由镦粗时接触面上的压应力σy 和单位变形力p ，设τ=mK 。P191

4.已知受力体内一点的应力张量为

??????????=90000030003000ij σ(Mpa)， （1）画出该点的应力单元体。

（2）求出该点的应力张量不变量、主应力、主切应力、最大切应力、等效应力、应力偏张量和应力球张量。(10')

解：应力张量不变量：81000009000030030090321-=-=?-==J J J 主应力：MPa MPa MPa 30090300321-===σσσ

最大切应力：MPa 30013±=τ

主切应力：Mpa MPa MPa 300195105132312±=±=±=τττ 等效应力：MPa

i 352.527)300300()30090()9030021

222=--+++-=σ

应力偏张量：

??????????-=60330270ij σMpa 应力球张量：????

??????=303030ij σMPa

5.一个两端封闭的薄壁圆筒，半径为r ，壁厚为t, 受内压p 的作用, 试求此时产生塑性变形时的内压p 以及周向、轴向和径向应变增量之间的比值。(15') 解：根据平衡条件可求得应力分量为：

σz =pr 2t ; σθ=pr t

; σt =0 静水压力：σm = 13 (σz +σθ+σt ) = pr 2t

由：t t Z Z εσεσεσθθ'='=' 得：1202-=--=''

t t pr t pr t σσθ ; 由于：σz ′＝0 故： εθ﹕εr ﹕εt=1﹕-1﹕0

根据屈雷斯加屈服准则：σ1-σ3＝σs

得：内表面开始屈服的p 值为： p= t r

σs 6、一个两端敞开的薄壁圆筒，筒长l, 半径r ，壁厚t, 受内压p 的作用开始胀形, 试求此时产生塑性变形时的内压p 以及周向、轴向和径向应变增量之间的比值。(15')

解：根据平衡条件可求得应力分量为：

σz =0 ; σθ= pr t

; σt =0 静水压力：σm = 13

(σz +σθ+σt ) = 3pr t 由：l t l t θθ

σσσεεε'''== 得：::::():(0):(0)2:(1):(1)333l t l t pr pr pr pr t t t t θθεεεσσσ'''==---=-- ; 根据屈雷斯加屈服准则：σ1-σ3＝σs

得：内表面开始屈服的p 值为： p= t r

σs

7. 在平砧上镦粗矩形长毛坯，其宽度为a 、高度为h 、长度l ﹥﹥a,试用主应力法推导出单位流动压力p 的表达式。(15')

解：设：τ＝mk, 对图中基元板列出平衡方程式：

()20

2n x x x x P lh d lh ldx mk d dx h

σσστσ∑=-+-==-

由屈服条件：

2;

y x y x k d d σσσσ-==代入上式得 2C

a x=0,22y x y mk x C h

K σσσ=-+==利用应力边界条件求积分常数当时，则

222

mk a C k h =+? 最后得：2[1()]2y m a k x h σ=+- 单位面积的平均变形抗力为：012(1)4a y P m a p dx k F a h σ===+?

8. 求光滑冲头压入半无限体时的单位流动压力p 。

解：建立滑移线场如图所示

则有：σma-σmb=2k ωab

即：k-p-(-k)=2k(-

π2) 解得：p=2k(1+

π2)

9.模壁光滑的平面正挤压的刚性变形模式如图所示。试计算P ？

解：速度场

为： 其上限载荷：K K P 6)222212(=?+?+?=

一、名词解释

1.线收缩 :金属在凝固和随后固态冷却时的线尺寸改变量，称为线收缩。

2.外裂纹 :在铸件表面即可观察到的热裂（铸件处于高温状态时形成的裂纹

类缺陷）。

3.凝固收缩 :金属从液相线冷却到固相线所产生的体收缩称为凝固收缩。

4.初生夹杂物:是在金属熔炼及炉前处理过程中产生的与金属内部或表面存

在的和基体金属成分不同的物质。

5.热应力 :工件在加热和冷却过程中，由于各部分的温度不同造成在工件上

同一时刻各部分的收缩或膨胀量不同，从而导致内部彼此相互制约而产生的应力。

6.机械阻碍应力：金属在冷却过程中因收缩受到外界阻碍而产生的应力。

7.领先相 :共晶合金液结晶过程中，在溶体中率先析出、且能为第二相提供

有效衬底，使第二相在其表面上析出，从而确保共晶反应得以进行的那个相。

8.离异生长 :共晶转变中合金固溶体不能进入共生区时，共晶两相没有共同

的生长界面，它们以不同速度独立生长，两相的析出在空间和时间上都是彼此分离的，这种非共生生长的共晶结晶方式为离异生长。

9.规则共晶合金:（非小面－非小面共晶合金）两相性质相近，共生区成对

称性型。金属结晶时两项同时以垂直于固液界面的方向析出，形成层片状、棒状或碎片状的共晶组织。

10.非规则共晶合金:（非小面－小面共晶）两相性质差异较大，共生区往往

偏向于高熔点的非金属组元一侧。小面相存在多种生长机制，组织形态变化复杂。

二、问答分析题

1.可以通过哪些途径来研究液态金属的结构？

一种是间接方法，即通过固一液态、固一气态转变后一些物理性质的变化判断液态的原子结合状况，近年来研究人员也采用诸如内耗技术、电阻率测定、黏度等物理性参数的变化来得到液态金属结构变化的信息；另一种是较为直接的方法，即通过液态金属的X射线衍射、中子衍射等结构分析手段研究液态的原子排列情况，通常采用实验测得衍射强度再经过一定的数据处理，得到相关分布函数以定量描述液态金属的结构。

2.如何理解偶分布函数g（r）的物理意义？

当以溶体中某一参考原子为坐标原点时，g（r）表示距参考原子r处找到其他原子的几率。

3.对于砂型铸造发动机缸体铸件，若出现浇不足缺陷，如何解决？

（1）适当提高浇注温度。（2）保证适当的充型压力。（3）预热铸型。（4）合理设计浇注系统。

4.如何避免或减少析出性气孔的产生？

措施：1、减少金属液的吸气量（对炉料烘干、除湿，采取合理的熔化工艺等）2、对金属液进行去气处理（浮游去气、氧化去气）；3、阻止金属液中气体的析出4、型（芯）砂处理，减少其发气量。

5.为什么说，金属结晶时固液界面为粗糙界面？

因为绝大多数金属的熔化熵均小于2，界面取向因子η/v≤0.5，因此，α值也必小于2，故在其结晶过程中，固-液界面是粗糙界面。

6.金属结晶时，决定固液界面微观结构的因素是什么？

热力学因素:α<=2为粗糙界面，α>2时为平整界面；动力学因素：动力学过冷度△Tk较大时连续生长，产生粗糙界面，△Tk较小时为平整界面。

7.说明在固相无扩散，液相仅有扩散条件下成分过冷的影响因素。

(1)液相中温度梯度GL；(2)晶体生长速度；(3)液相线斜率mL；(4)原始成分浓度C0；(5)液相中溶质扩散系数DL；(6)平衡分配系数K0。

8.为什么说界面平衡假设仅对粗糙界面适用？

界面平衡假设对速度缓慢的单晶体可控生长以及在一般凝固条件下具有

粗糙界面结晶相的生长，都表现出良好的近似。但具有平整界面结晶相的生长及某些极端条件（如快速凝固等）下结晶相的生长则与事实有一定的偏离，此时界面平衡假设是不适用的。

9.分析枝晶缩颈产生的原因。

晶粒生长过程中界面前沿液态凝固点降低，从而使其实际过冷度减小，生长速度慢，又由于晶体根部紧靠壁型，富集的溶质不易排出，生长受到抑制，远离根部其它位面临较大的过冷度，生长速度要快的多，从而产生缩颈现象。

10.单相合金结晶时，为什么经常会在其枝晶间隙中发现共晶相？