材料成形基本原理合肥工大14-15章习题课

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第三章材料成形基本原理 课件

第三章材料成形基本原理  课件
合肥工业大学材料科学与工程学院制作
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
粗糙界面与光 滑界面是在原子 尺度上的界面差 别,注意要与凝 固过程中固-液 界面形态差别相 区别,后者尺度 在μ m 数量级。
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普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
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对球形颗粒 k 2 2 1 p 2
rr
r
Tr

2k VsTm
H m

2Vs Tm
H mr
VsTmp H m
上式表明:
固相表面曲率k>0,引起熔点降低。 曲率越大(晶粒半径r越小),物质熔点温度越低。
=(HS- HL )-T(SS- SL )

ΔGV = ΔH - TΔS
当系统 的温度 T 与平衡凝固点 Tm 相差不大时,
ΔH ≈-ΔHm(此处,ΔH 指凝固潜热,ΔHm 为熔化潜热)
相应地,ΔS ≈ -ΔSm = -ΔHm / Tm,代入上式得:
GV
H m
T
H m Tm

H
K0定义为恒温T*下固相合金成分浓度Cs*与液
相合金成分浓度C*L 达到平衡时的比值。
K0

CS CL
K0 的物理意义:
对于K0<1, K0 越小,固相线、液相线张开程
度越大,固相成分开始结晶时与终了结晶时差
别越大,最终凝固组织的成分偏析越严重。因
此,常将∣1- K0∣称为“偏析系数”。
T T* C0K0
1 1
r1 r2
2VS k
欲保持固相稳定,必须有一相应过冷度

材料成形原理习题集及解答

材料成形原理习题集及解答

6.3 Mg、S、O 等元素如何影响铸铁中石墨的生长。 7.1 界面作用对人工复合材料的凝固有何影响/ 7.2 任意一种共晶合金能制取自生复合材料吗?为什么? 8.1 铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的,它们的形成机理如何? 8.2 常用生核剂有哪些种类,其作用条件和机理如何? 8.3 试分析影响铸件宏观凝固组织的因素,列举获得细等轴晶的常用方法。 8.4 何谓“孕育衰退”,如何防止? 9.1 说明焊接定义,焊接的物理本质是什么?采取哪些工艺措施可以实现焊 接? 9.2 传统上焊接方法分为哪三大类?说明熔焊的定义。 9.3 如何控制焊缝金属的组织和性能? 9.4 给出 HAZ 的概念。焊接接头由哪三部分组成? 10.1 何为快速凝固,其基本原理是什么? 10.2 定向凝固技术有哪些应用?
=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 ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

材料成形理论基础习题

材料成形理论基础习题

材料成形理论基础习题 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=5400 kg/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。 C=5.65%, Tm=660℃,T E=548℃。用Al-1%Cu 4.6 Al-Cu相图的主要参数为C E=33%Cu, sm 合金浇一细长试样,使其从左至右单向凝固,冷却速度足以保持固-液界面为平界面,当固相无Cu扩散,液相中Cu充分混合时,求: (1)凝固10%时,固液界面的C S*和C L*。 (2)共晶体所占的比例。 (3)画出沿试棒长度方向Cu的分布曲线,并标明各特征值。 5.1 何谓热过冷和成分过冷?成分过冷的本质是什么/ 5.2 影响成分过冷的因素有哪些?哪些是属于可控制的工艺因素?成分过冷对晶体的生长方式有 何影响?晶体的生长方式只受成分过冷的影响吗? 5.3 影响成分过冷范围的因素有哪些?它对材质或成形产品(铸件)的质量有何影响? 5.4 影响枝晶间距的主要因素是什么?枝晶间距与材质的质量有何关系? 6.1 在普通工业条件下为什么非共晶成分的合金往往能获得100%的共晶组织?用相图说明之。这 与单相合金固相无扩散、液相均匀混合凝固产生的共晶组织有何不同? 6.2 小面-非小平面共晶生长的最大特点是什么?它与变质处理有何关系? 6.3 Mg、S、O等元素如何影响铸铁中石墨的生长。 7.1 界面作用对人工复合材料的凝固有何影响/ 7.2 任意一种共晶合金能制取自生复合材料吗?为什么? 8.1 铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的,它们的形成机理如何? 8.2 常用生核剂有哪些种类,其作用条件和机理如何? 8.3 试分析影响铸件宏观凝固组织的因素,列举获得细等轴晶的常用方法。 8.4 何谓“孕育衰退”,如何防止? 9.1 说明焊接定义,焊接的物理本质是什么?采取哪些工艺措施可以实现焊接? 9.2 传统上焊接方法分为哪三大类?说明熔焊的定义。 9.3 如何控制焊缝金属的组织和性能? 9.4 给出HAZ 的概念。焊接接头由哪三部分组成? 10.1 何为快速凝固,其基本原理是什么? 10.2 定向凝固技术有哪些应用? 第二部分 连接成形 1、简述焊接时加热和加压的作用? 2、简述焊接熔池的凝固组织形态并分析结晶速度、温度梯度和溶质浓度对组织形态的影响。 3、试述影响焊接热裂纹的形成因素及防止措施。 4、以低碳钢为例,试述焊接热影响区的组织与性能的变化。 5、什么是熔合比?试分析手工电弧焊时,熔合比对焊缝成分的影响。 6、简述产生焊接应力与变形的原因及消除或减少残余应力与变形的方法。 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

材料成形基本原理 第2版 教学配套课件 刘全坤主编 材料成形基本原理(上).配套课件 第二章

材料成形基本原理 第2版 教学配套课件 刘全坤主编 材料成形基本原理(上).配套课件 第二章
根据固液两相区的宽度,可将凝固过程分为逐层凝固方 式与体积凝固方式(或糊状凝固方式)。 当固液两相区很窄时称为逐层凝固方式,反之为糊状凝 固方式,固液两相区宽度介于两者之间的称为“中间凝固 方式”。 铸件凝固方式对凝固液相的补缩能力影响很大,从而影 响最终铸件的致密性和热裂纹产生几率。
6/3合肥工业大学材料科学与工程学院制作
“模数法”用于大平板、球体和长圆柱体铸件比较准确,对于短而粗的块 体,由于棱角散热效应的影响,计算结果有一定误差。
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普通高等教育“十一五”国家尚级规辅划教教学材配 套 课 件 《材料成形基本原理》
从传热学角度来说,模数代表着铸件热容量与散热表面积之间的 比值关系,凝固时间随模数增大而延长。对于形状复杂的铸件, 其体积与表面积的计算都是比较麻烦的,这时可将复杂铸件的各 部分看作是形状简单的平板、圆柱体、球、长方体等单元体的组 合,分别计算出各单元体的模数,但各单元体的结合面不计入散 热面积中。一般情况下:
尚辅教学配套课件
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6/3
普通高等教育“十一五”国家尚级规辅划教教学材配 套 课 件 《材料成形基本原理》
第一节 传热基本原理 第二节 铸件凝固温度场的解析解法 第三节 熔焊过程温度场
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普通高等教育“十一五”国家尚级规辅划教教学材配 套 课 件 《材料成形基本原理》
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):
T f x , y , z
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普通高等教育“十一五”国家尚级规辅划教教学材配 套 课 件 《材料成形基本原理》
等温面:空间具有相同温度点的组合面。 等温线:某个特殊平面与等温面相截的交线。 温度梯度:对于一定温度场,沿等温面或等温线

材料成形技术基础习题

材料成形技术基础习题

材料成形技术基础习题第一篇:材料成形技术基础习题金属材料力学性能部分一、填空题1.材料力学性能指标有:()、()、()、()、()、()。

2.拉伸试验可以用来测试()、()、()。

3.塑性可由()和()两种方式是表示。

4.硬度表示方法有三种,分别是:()、()、()。

5.布什硬度的压头有两种,()和()。

6.一个洛氏硬度单位是()mm。

二、判断题1.面收缩率表示塑性比伸长率表示塑性跟接近真实变形。

()2.疲劳强度的单位是KPa/m2。

()3.布氏硬度计适合测量灰铸铁、非铁合金及较软的钢材。

()4.洛氏硬度是根据压痕直径测试材料硬度值。

()三、单项选择题1.布氏硬度的符号是:A、HAB、HBC、HCD、HD 2.布氏硬度符号中,HBS表示:A、压头是淬火钢球B、压头是硬质合金C、压头是高铬铸铁 3.洛氏硬度的符号是:A、HLB、HNC、HRD、HQ四、简答题1.什么是材料的刚度?2.什么是材料的强度?什么是屈服强度?什么是抗拉强度?3.什么是材料的塑性?4.什么是材料的冲击韧性?5.什么是材料的疲劳强度?6.“520HBW10/1000/30”的含义是?7.三种硬度的测量标准有何不同?D、压头是金刚石铁碳相图部分一、填空题1.纯铁的同素异构体有()、()、()。

2.共晶反应的方程式是()。

3.共析反应的方程式是()。

4.包晶反应的方程式是()。

5.亚共析钢和过共析钢的碳含量分界点是()。

6.亚共晶白口铁和过共晶白口铁的碳含量分界点是()。

7.奥氏体最大含碳量为()。

8.铁素体最大含碳量为()。

二、判断题1.实际讨论的铁碳相图的含碳量范围是0.0008~6.69%。

()2.莱氏体的物相包括α-Fe和Fe3C。

()3.珠光体的物相包括α-Fe和Fe3C。

()4.初生奥氏体存在于过共析钢中。

()5.珠光体的组织特征是平行线状黑白交替的铁素体和渗碳体。

()6.板条状渗碳体出现在过共晶白口铁中。

()三、简答题1.什么是铁素体?它的特征是什么?2.什么是奥氏体?它的特征是什么?3.什么是渗碳体?它的特征是什么?四、计算题根据铁碳相图计算含碳量为0.5%,0.77%,1.2%,2.11%,3%,4.3%,5%的常温下各组织的含量?各物相的含量?热处理部分一、填空题1.普通热处理有四种,分别是:()、()、()、()。

材料成型原理习题

材料成型原理习题

(a) (b) (c)
(1分)(2分)(2分)
(只要画出各实线以及与成份C0间的相对位置即可得分)
4. 什么是焊接热循环?其主要参数有哪些?t t各代表什么含义?(5分)
答:由于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σ
为只有在比例加载的条件下,全量应变的主轴才能与应力主轴重合。

(2分)
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CaF 2反应生成的HF 及 NaHF 2可降低氢分压,故J507焊缝含氢量比J422低得多,具有强的抗冷裂能力。

根据平方根定律t=M2/K2(K为凝固系数)可以计算出三者的凝固时间:。

合肥工业大学考研材料成型基本原理优秀课件

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普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
图5-7 游离晶体的生长、局部熔化与增殖
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三、 枝晶熔断及结晶雨理论
生长着的柱状枝晶在凝固界面前方的熔断、 游离和增殖导致了内部等轴晶晶核的形成, 称为“枝晶熔断”理论。 液面冷却产生的晶粒下雨似地沉积到柱状晶 区前方的液体中,下落过程中也发生熔断和 增殖,是铸锭凝固时内部等轴晶晶核的主要 来源,称为“结晶雨”理论。
二、柱状晶区的形成
柱状稳晶定区的开凝始固于壳稳层定一凝旦固形壳成层,的柱产 生,而结束于内部等轴晶区的形成。
状晶就直接由表面细等轴晶凝 因此柱状晶区的存在与否及宽窄程 度取固决层于某上些述晶两粒个为因基素底综向合内作生用长的
结果,。发如展果成在由凝外固向初内期生就长使的得柱内状部
产生晶等区轴。晶枝的晶晶主核干,取将向会与有热效流地方抑 制柱向状平晶行的的形枝成晶。生长迅速 。
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第一节 铸件的宏观组织 第二节 表面激冷区及柱状晶区的形成 第三节 内部等轴晶的形成机理 第四节 铸件宏观结晶组织的控制 第五节 焊接熔池凝固及控制
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四、单个等轴晶形成过程的动态演示
各向同性,多方向生长 各向异性,四向生长 各向异性,六向生长 各向异性,双核生长

工程材料与成型技术习题课

习题课提纲力学性能的基本指标有哪些?分别通过什么实验测得?布氏硬度和洛氏硬度的优缺点、测试范围分别是怎样的?名词解释:力学性能、强度、刚度、塑性、弹性、硬度、冲击韧性。

常见金属晶体的结构有哪些?实际晶体的缺陷分为几大类?其主要形式分别是什么?结晶的必要条件是什么?其过程如何?金属结晶时如何能够获得比较细小的晶粒?金属铸锭的组织分布及其形成原因是怎样的?名词解释:结晶、过冷度、晶粒、变质处理。

名词解释:合金、组元、相、组织、固溶强化、枝晶偏析(晶内偏析)。

测定合金相图的实验方法有哪些,其共同的原理是什么?形成匀晶相图和共晶相图的条件分别是什么?含Sn分别是50%和70%的Pb-Sn合金,在183 0C共晶转变刚刚结束时,其相组成、组织组成各是什么?重量百分数又分别是多少?铁碳合金相图中的基本相有哪些,其性能如何?亚共析钢和过共析钢的平衡态室温组织分别是什么,如何计算其重量百分数?钢的性能和成分之间的关系如何,杂质有什么影响?名词解释:加工硬化、再结晶塑性变形的主要形式是什么,塑性的好坏如何判断?塑性变形对性能有何影响,塑性变形金属在加热时有何变化?名词解释:钢的热处理、本质晶粒度、淬透性、淬硬性、淬透层深度A的形成过程分哪几个阶段,晶粒大小的影响因素有哪些?过冷A在不同温度下等温转变的产物及其性能特点如何。

M的性能、残余A的含量和碳质量分数之间的关系如何?淬火的温度和介质如何选择?表面淬火和化学热处理的区别和联系如何。

渗碳的工艺特点是怎样的,其中预冷有什么作用,组织分布如何?说明直径为10 mm 的45 钢试样分别经下列温度加热,保温后在水中冷却得到的室温组织:700℃、760℃、840℃、1100℃。

渗碳钢生产汽车齿轮时的工艺路线如何,热处理步骤有什么作用?调质钢生产轴时工艺路线如何,热处理步骤有什么作用?高速钢的热处理特点及其组织状态。

铸铁的分类和石墨的形态。

时效强化的阶段和实质。

综合题1、欲做下列零件:小弹簧、高速轴承、螺钉、手锯条、轻载齿轮、重载齿轮,试为其各选一材料(待选材料:ZChPb16-16-2、Q195、45、65Mn、20CrMnTi、T10 )。

材料成形原理--固态成形部分

机械学院--固态成形部分《材料成形原理》习题解(1)绪论1、什么是金属的塑性?什么是塑性成形?塑性成形有何特点?答:在外力的作用下使金属材料发生永久的塑性变形而不破坏其完整性的能力称为金属的塑性。

金属材料在一定的外力作用下,利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法称为塑性成形。

塑性成形的特点是(1)组织、性能好;(2)材料利用率高;(3)如在模具中成型,尺寸精度高,生产效率高。

第六章1、如何完整的表示受力物体内任一点的应力状态?原因何在?答:为了完整的表示受力物体内任一点的应力状态,围绕该点切取一平行于坐标轴的六面体作应力单元体,用三个微分面上的应力来完整的描述该点的应力状态。

在一般情况下表示一点的应力状态须用九个应力分量来描述,由切应力互等定理,只须用六个应力分量来描述,如果以主轴作坐标系,一点的应力状态只须用三个应力分量来描述。

应力单元体,应力张量,应力莫尔圆,应力椭球面都是点的应力状态的表达方法。

2、叙述下列术语的定义或含义:张量:张量是矢量的推广,可以定义由若干个当坐标系改变时满足转换关系的分量所组成的集合为张量应力张量:在一定的外力条件下,受力物体内任一点的应力状态已被确定,如果取不同的坐标系,表示该点的应力状态的九个应力分量将有不同的数值,而该点的应力状态并没有变化,因此,在不同坐标系中的应力分量之间应该存在一定的关系。

符合数学上张量之定义,表示该点的应力状态的九个应力分量构成一个二阶张量,称为应力张量。

应力张量不变量:应力状态特征方程式中的系数J1、、J2、J3、不随坐标而变,所以将J1、、J2、J3、称为应力张量的第一、第二、第三不变量。

主应力:切应力为零的微分面称为主平面,主平面上的正应力称为主应力。

主切应力:切应力达极大值的微分面称为主切应力平面,主切应力平面上的切应力称为主切应力。

最大切应力:三个主切应力中绝对值最大的一个。

主应力简图:只用主应力的个数及符号来描述一点应力状态的简图。

材料成型基本原理完整版

第一章:液态金属的结构与性质1雷诺数Re:当Re>2300时为紊流,Re<2300时为层流。

Re=Du/v=Duρ/η,D为直径,u 为流动速度,v为运动粘度=动力粘度η/密度ρ。

层流比紊流消耗能量大。

2表面张力:表面张力是表面上平行于切线方向且各方向大小相同等的张力。

润湿角:接触角为锐角时为润湿,钝角时为不润湿。

3压力差:当表面具有一定的曲度时,表面张力将使表面的两侧产生压力差,该压力差值的大小与曲率半径成反比,曲率半径越小,表面张力的作用越显著。

4充型能力:充型过程中,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,即液态金属充型能力。

5长程无序、近程有序:液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的,液体结构宏观上不具备平移、对称性,表现出长程无序特征;而相对于完全无序的气体,液体中存在着许多不停游荡着的局域有序的原子集团,液体结构表现出局域范围内的近程有序。

拓扑短程序:Sn Ge Ga Si等固态具有共价键的单组元液体,原子间的共价键并未完全消失,存在着与固体结构中对应的四面体局域拓扑有序结构。

化学短程序:Li-Pb Cs-Au Mg-Bi Mg-Zn Mg-Sn Cu-Ti Cu-Sn Al-Mg Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均有化学短程序的存在。

6实际液态金属结构:实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇空穴所组成,同时也含有各种固态液态和气态杂质或化合物,而且还表现出能量结构及浓度三种起伏特征,其结构相对复杂。

能量起伏:液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低,同一原子的能量也在随时间不停的变化,时高时低,这种现象成为能量起伏。

结构起伏:由于能量起伏,液体中大量不停游动的局域有序原子团簇时聚时散,此起彼伏而存在结构起伏。

浓度起伏:游动原子团簇之间存在着成分差异,而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化,这一现象成为浓度起伏。

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