材料成型原理復習

一、鑄件形成原理部分（共

《材料成型原理》試卷40分）(1)過冷度；(2)液態(tài)成形；(3)復合材料；(4)定向凝固；1）過冷度：金屬的理論結晶溫度與實際結晶溫度的差，稱為過冷度。2）液態(tài)成形：將液態(tài)金屬澆入鑄型后，凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件或鑄錠的加工法。3）復合材料：有兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質復合組成的一種多相固體。4）定向凝固:定向凝固是使金屬或合金在熔體中定向生長晶體的一種工藝方法。5）溶質再分配系數(shù)：凝固過程中固－液界面固相側溶質質量分數(shù)與液相中溶質質量分數(shù)之比，稱為溶質再分配系數(shù)。2、回答下列問題1）影響液態(tài)金屬凝固過程的因素有哪些？影響液態(tài)金屬凝固的過程的主要因素是化學成分；冷卻速率是影響凝固過程的主要工藝因素；液態(tài)合金的結構和性質等對液態(tài)金屬的凝固也具有重要影響。2）熱過冷與成分過冷有什么本質區(qū)別？熱過冷完全由熱擴散控制。成分過冷由固－液界前方溶質的再分配引起的，成分過冷不僅受熱擴散控制，更受溶質擴散控制。3）簡述鑄件（錠）典型宏觀凝固組織的三個晶區(qū).表面細晶粒區(qū)是緊靠型壁的激冷組織，由無規(guī)則排列的細小等軸晶組成；中間柱狀晶區(qū)由垂直于型壁彼此平行排列的柱狀晶粒組成；內部等軸晶區(qū)由各向同性的等軸晶組成。3、對于厚大金屬型鋼錠如何獲得細等軸晶組織？降低澆注溫度，有利于游離晶粒的殘存和產(chǎn)生較多的游離晶粒；對金屬液處理，向液態(tài)金屬中添加生核劑，強化非均質形核；澆注系統(tǒng)的設計要考慮到低溫快速澆注，使游離晶不重熔；引起鑄型內液體流動，游離晶增多，獲得等軸晶。二、焊接原理部分1簡述氫在金屬中的有害作用。氫脆，白點，氣孔，冷裂紋2寫出錳沉淀脫氧反應式，并說明熔渣的酸堿性對錳脫氧效果的影響.[Mn]+[FeO]=[Fe]+(MnO),酸性渣脫氧效果好，堿度越大，錳的脫氧效果越差。3冷裂紋的三大形成要素是什麼？鋼材的淬硬傾向，氫含量及其分布，拘束應力狀態(tài)4說明低碳鋼或不易淬火鋼熱影響區(qū)組織分布.1）熔合區(qū)：組織不均勻;（2）過熱區(qū)：組織粗大;（3）相變重結晶區(qū)（正火區(qū)）：組織均勻細小;（4）不完全重結晶區(qū)：晶粒大小不一，組織分布不均勻.一、填空題1．液態(tài)金屬本身的流動能力主要由液態(tài)金屬的成分、溫度和雜質含量等決定。2．液態(tài)金屬或合金凝固的驅動力由過冷度提供。3．晶體的宏觀生長方式取決于固液界面前沿液相中的溫度梯度，當溫度梯度為正時，晶體的宏觀生長方式為平面長大方式，當溫度梯度為負時，晶體的宏觀生長方式為樹枝晶長大方式。4．液態(tài)金屬凝固過程中的液體流動主要包括自然對流和強迫對流。5．液態(tài)金屬凝固時由熱擴散引起的過冷稱為熱過冷。6．鑄件宏觀凝固組織一般包括表層細晶粒區(qū)、中間柱狀晶區(qū)和內部等軸晶區(qū)不同形態(tài)的晶區(qū)。7．內應力按其產(chǎn)生的原因可分為熱應力、相變應力和機械應力三種。8．鑄造金屬或合金從澆鑄溫度冷卻到室溫一般要經(jīng)歷液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三個收縮階段。9．鑄件中的成分偏析按范圍大小可分為微觀偏析和宏觀偏析二大類。二、下列各小題均有多個答案，選擇最適合的一個填于橫線上塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響大于工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；2.塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做Ａ。Ａ、理想塑性材料；Ｂ、理想彈性材料；Ｃ、硬化材料；3.用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問題的方法稱為Ｂ。Ａ、解析法；Ｂ、主應力法；Ｃ、滑移線法；韌性金屬材料屈服時Ａ準則較符合實際。Ａ、密席斯；Ｂ、屈雷斯加；Ｃ密席斯與屈雷斯加5.塑性變形之前不產(chǎn)生彈性變形（或者忽略彈性變形）的材料叫做Ｂ。Ａ、理想彈性材料；Ｂ、理想剛塑性材料；Ｃ、塑性材料；6.硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生A。Ａ、熱脆性；Ｂ、冷脆性；Ｃ、蘭脆性；應力狀態(tài)中的B應力，能充分發(fā)揮材料的塑性。Ａ、拉應力； Ｂ、壓應力； Ｃ、拉應力與壓應力；平面應變時，其平均正應力B中間主應力。Ａ、大于；Ｂ、等于；Ｃ、小于；9.鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性B。Ａ、提高；Ｂ、降低；Ｃ、沒有變化；三、判斷題1．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。（X）2.合金鋼中的白點現(xiàn)象是由于夾雜引起的。（X）3.結構超塑性的力學特性為mkS'，對于超塑性金屬m=0.02-0.2。（X）4.影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結構。（√）5．屈雷斯加準則與密席斯準則在平面應變上，兩個準則是一致的。（X）6.按密席斯屈服準則所得到的最大摩擦系數(shù)μ=0.5。（X）7．變形速度對摩擦系數(shù)沒有影響。（X）四、名詞解釋1．晶體擇優(yōu)生長:在樹枝晶生長過程中，那些與熱流方向相平行的枝晶較之取向不利的相鄰枝晶會生長得更為迅速，其優(yōu)先向內伸展并抑制相鄰枝晶的生長，這種相互競爭淘汰的晶體生長過程稱為晶體的擇優(yōu)生長。2．偏析:一般情況下，鑄件凝固后，從微觀晶粒內部到宏觀上各部位，化學成分都是不 均勻的，這種現(xiàn)象稱為偏析。五、簡答題1.什么是縮孔和縮松？試簡要介紹它們的形成原因和控制措施。答：鑄造合金凝固過程中， 由于液態(tài)收縮和凝固收縮的產(chǎn)生， 往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞，稱為縮孔。其中尺寸細小而且分散的孔洞稱為縮松。 產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因均在于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值之和大于固態(tài)收縮值。通過定向凝固，同時凝固，控制澆注條件，應用冒口、補貼和冷鐵以及加壓補縮等措施可以減小或消除縮孔或縮松。2.簡述提高金屬塑性的主要途徑。答： 一、 提高材料的成分和組織的均勻性 二、合理選擇變形溫度和變形速度 三、選擇三向受壓較強的變形形式 四、減少變形的不均勻性1.凝固速度：單位時間內凝固層的增長速度。2.凝固時間：液態(tài)金屬充滿鑄型的時刻至凝固完畢所需要的時間。3.液態(tài)成型：將液態(tài)金屬澆入鑄型后， 凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件或鑄錠的加工方法。4.異質形核：在不均勻的熔體中依靠外夾雜質或型壁界面提供的襯底而非自發(fā)地形核過程。5.均質形核：在沒有任何外來界面的均勻熔體中依靠液態(tài)金屬內部自身的結構自發(fā)地形核。6.外生生長：就合金的宏觀結晶狀態(tài)而言，平面生長、胞狀生長和柱狀樹枝晶生長都屬于一7.種晶體自型壁生核，然后由外向內單向延伸的生長方式成為外生生長。8.內生生長：在液體內部形核后，不依靠型壁而是在液體內部自由生長的晶粒的生長方式。9.熱過冷：金屬凝固時完全由熱擴散控制的過冷度叫做熱過冷。10.氫脆：氫在室溫附近使鋼的塑性嚴重下降的現(xiàn)象被稱為氫脆。11.氮對焊縫的影響：使焊縫產(chǎn)生氣孔；使材料變脆嚴重降低金屬塑性；促進時效脆化。一、填空題目前鑄造成形技術的方法種類繁多按生產(chǎn)方法分類，可分為砂型鑄造和特種鑄造。在鑄造生產(chǎn)中，細化鑄件晶?？刹捎玫耐緩接性黾舆^冷度、用孕育處理和附加振動。3.鑄鐵按碳存在形式分灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵 等。合金在鑄造時的難易程度的衡量指標合金的流動性和收縮。合金的流動性主要取決于它本身的化學成分。壓力加工的加工方法主要有：沖壓、鍛造、軋制、拉拔和擠壓等。合金的流動性常采用澆注螺旋型標準試樣的方法來衡量流動性不好的合金容易產(chǎn)生澆不足、冷隔、氣孔、夾渣等缺陷。液態(tài)金屬的充型能力主要取決于金屬的流動性，還受外部條件如澆注溫度、充型壓力、鑄型結構和鑄型材料等因素的影響,是各種因素的綜合反映。10.金屬由澆注溫度冷卻到室溫經(jīng)歷了液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三個相互關聯(lián)的收縮階段。11.液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因。固態(tài)收縮對鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是內應力、變形和裂紋等缺陷產(chǎn)生的基本原因。12.鑄造中常產(chǎn)生的鑄造缺陷有縮孔、縮松、澆不足、裂紋、內應力、夾渣和夾砂等13.特種鑄造相對于砂型鑄造的兩類特點：型模的革新和充型方式的變更。14.常用特種鑄造方法金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、消失模鑄造和熔模鑄造、殼型鑄造等。15.衡量金屬鍛造性能的兩個指標塑性和變形抗力 。16.自由鍛造常用設備空氣錘和水壓機。17.自由鍛的基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉和錯移等。18.鐓粗的變形特點橫截面積變大，長度變短；普通拔長的變形特點橫截面積變小，長度變長；芯軸拔長的變形特點內孔直徑不變，長度變長，壁厚變薄。19.鍛造溫度范圍是指始鍛溫度與終鍛溫度之差。后者過低易產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。20.錘上模鍛的實質金屬在模膛內成形和變形阻力大，變形不均勻。模膛的分類制坯模膛和模鍛模膛。22.板料沖壓中分離工序有沖孔、落料、剪切和修整等。變形工序有拉深、彎曲、翻邊和成形等。23.電弧燃燒實質是指電弧的產(chǎn)生、運動和消失的動態(tài)平衡。電弧分為陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)三個區(qū)。直流電焊機正接極是指焊件接正極，焊條接負極。焊接冶金過程的特點反應溫度高、接觸面積大、冷卻速度快。焊接接頭是指焊縫和熱影響區(qū)。焊接熱影響區(qū)包括熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)和再結晶區(qū)。28.焊接應力和變形產(chǎn)生的原因對焊縫區(qū)不均勻的加熱和冷卻。29.焊接變形的幾種形式收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形和波浪形變形等。30.焊接變形矯正方法機械矯正法和火焰矯正法。焊接性主要指結合性能和使用性能。估算材料焊接性常采用的方法碳當量法。33.焊接方法按照連接形式不同可以分為壓焊、熔焊、和釬焊。34.埋弧自動焊使用連續(xù)送進的焊絲相當于焊條，顆粒狀的焊劑相當于藥皮。氬弧焊的分類熔化極電弧焊和不熔化極電弧焊。電阻焊的分類點焊、縫焊、和對焊。釬焊的分類軟釬焊和硬釬焊。二、選擇題1.式樣拉斷前承受的最大拉應力稱為（ B）。A屈服強度 B抗拉強度 C塑性強度 D抗壓強度2.常用金屬的塑性判斷依據(jù)是斷后伸長率和（ C）。A硬度 B強度 C斷面收縮率 D屈服極限3.金屬的韌性通常隨溫度降低 （ B ）。A變好 B變差 C不變 D都不對4.加工硬化現(xiàn)象最主要的原因是（ B ）。A.晶粒破裂細化 B.位錯密度增大 C.晶粒擇優(yōu)取向5.機床床身應選用（ C ）材料。A.Q235鋼 B.T10A鋼C.HT150D.T8

D.形成纖維組織三、是非題沖壓加工只能用于加工金屬板材。（╳）沖壓產(chǎn)品的尺度精度主要是由模具保證的。（√）3.金屬的晶粒越細，其強度越高，塑性越好。（√）6.材料強度極限與屈服極限之比值稱為屈強比/。（╳）7.在其他條件相同時，砂型鑄造比金屬型鑄造的鑄件晶粒更細。（╳）8.固溶強化是指因形成固溶體而引起的合金強度、硬度升高的現(xiàn)象。（√）9.珠光體、索氏體、屈氏體都是鐵素體和滲碳體組成的機械混合物。（√）碳的質量分數(shù)對碳鋼力學性能的影響是：隨著鋼中碳的質量分數(shù)的增加。硬度、強度增加，塑性、韌性也隨著增加。（╳）點焊、縫焊時，焊件的厚度基本不受限制。（╳）四名詞解釋1.金屬流動性：金屬液本身的流動能力。2.液態(tài)金屬的充型能力：金屬液充滿鑄型型腔，獲得輪廓清晰、形狀準確的鑄件的能力。3.定向凝固：在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位，通過安放冒口等工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位最先凝固，爾后是靠近冒口的部位凝固，冒口本身最后凝固。4.同時凝固：將內澆口開設在鑄件薄壁處，在厚壁處安放冷鐵，使鑄件各部分溫差很小，幾乎同時進行凝固。5.塑性變形 ：在外力的作用下金屬內部原子沿一定的晶面和晶向產(chǎn)生滑移和孿生的結果。6.冷變形強化 ：在冷變形時，隨著變形程度的增加，金屬材料的強度和硬度都有所提高，但塑性有所下降的現(xiàn)象。7.再結晶 ：當退火溫度足夠高、時間足夠長時，在變形金屬或合金的顯微組織中，產(chǎn)生無應變的新晶粒。8.鍛造流線：在熱加工變形過程中，晶界與晶內夾雜物不能參與再結晶，仍呈拉長狀態(tài)，形成鍛造流線。9.纖維組織：材料塑性變形時，隨工件外形的變化，其內部晶粒及晶間夾雜物沿著最大主變形方向被拉長、拉細、壓扁而形成的組織。自由鍛造：利用沖擊力或壓力使金屬在上下砧面間各個方向自由變形，不受任何限制而獲得所需形狀及尺寸和一定機械性能的鍛件的一種加工方法。11.模型鍛造 ：在專用模鍛設備上利用模具使毛坯成型而獲得鍛件的鍛造方法。12.板料沖壓 ：利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法。13.材料的焊接性：采用一定焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結構形式的條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度，即對焊接加工的適應性。14.電弧焊：利用焊條和焊件之間的電弧熱使金屬和母材熔化形成焊縫的一種焊接方法。15.電渣焊 ：利用電流通過液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源來進行焊接的方法。16.電阻焊 ：將被焊工件壓緊于兩電極之間，并施以電流，利用電流流經(jīng)工件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱效應將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結合的一種方法。一、填空題和名詞解釋液態(tài)金屬的結構可概括為近程有序，遠程無序。實際金屬液中存在能量、濃度、構（相）三種起伏。純金屬的液態(tài)結構是由原子集團、游離原子、空穴或裂紋組成的。溶質元素對液態(tài)金屬表面張力的影響分為兩大類，提高表面張力的溶質元素叫非表面活性元素，使表面張力降低的溶質元素叫表面活性元素。4.流變鑄造是金屬（合金）在凝固溫度區(qū)間給以強烈攪拌， 破碎枝晶，使其形態(tài)發(fā)生變化，由枝晶經(jīng)梅花狀最終變?yōu)閳F粒狀。金屬及合金的結晶包括形核和長大兩個過程，完成這兩個過程需要熱力學過冷度和動力學過冷度兩種過冷度。6.依靠液態(tài)金屬（合金）內部自身的結構自發(fā)地形核，稱為均質形核。 依靠外來夾雜所提供的異質界面非自發(fā)地形核，稱為異質形核，或非均質形核。界面前沿液體中的溫度條件有正溫度梯度和負溫度梯度兩種，對純金屬而言，晶體的宏觀生長方式有平面生長和樹枝狀生長，而無胞狀生長。固-液界面的微觀結構（幾個原子層范圍內）分為粗糙界面和光滑（平整）界面兩類。純金屬晶體的微觀生長方式有晶體的連續(xù)（垂直）生長、二維生長和從缺陷處生長。鑄件凝固時間“折算厚度法則”公式為t=R2/K2，其中K為凝固系數(shù)，R為折算厚度（鑄件模數(shù)）。由于折算厚度法則考慮到了鑄件形狀這個因素，所以它更接近實際。10.液態(tài)金屬凝固過程中的液體流動主要包括自然對流和強迫對流。自然對流是由浮力流和凝固收縮引起的流動。液體在枝晶間的流動驅動力來自三個方面，即凝固時的收縮、液體成分變化引起的密度改變和液體和固體冷卻時各自收縮。11.成分過冷：由固 -液界面前方溶質的再分配引起的過冷，稱為成分過冷。 熱過冷：金屬凝固時所需要的過冷度，若完全由熱擴散控制，這樣的過冷稱為熱過冷。成分過冷的判據(jù)式是：GL/R<mLC0(1-k)/DLk，當GL/R≥mLC0(1-k)/DLk時，合金界面前沿無成分過冷，此時界面以平面方式生長；當GL/R<mLC0(1-k)/DLk時合金界面前沿有成分過冷，此時界面以胞狀方式或樹枝狀方式生長。變質處理：通過變質元素的選擇性分布實現(xiàn)改變晶體的生長形貌，從而改變晶體的生長過程的方法。 孕育處理：向液體金屬中添加生核劑，通過增加晶核數(shù)影響生核過程，細化晶粒的方法。

實現(xiàn)應力按其產(chǎn)生原因可分為：熱應力、相變應力和機械（阻礙）應力在應力與致脆因素的共同作用下，使材料的原子結合遭到破壞，在形成新界而時產(chǎn)生的縫隙被稱為裂紋。宏觀可見的熱烈紋，其斷口均有較明顯的氧化色彩；冷裂紋的