《材料成形基本原理（第3版）》第十二-第十九章重難點復(fù)習(xí)題答案

十三章答案練習(xí)（一）一、判斷對錯：1、（T）；2、（T）；3、（F）；4、（T）；5、（F）。6、（F）二、填空：1、提高材料成分和組織的均勻性；合理選擇變形溫度和應(yīng)變速率；選擇三向壓縮性較強的變形方式；減小變形的不均勻性；2、晶粒度越小，塑性越高；晶粒越細(xì)，同一體積內(nèi)的晶界越多，變形抗力就越高。3、相界面積顯著增多并使周圍晶格發(fā)生顯著畸變，從而使滑移阻力增加；彌散的第二相粒子對位錯有阻礙作用。4、冷脆性；熱脆現(xiàn)象；失效脆性；氫脆。5、金屬純度越高，變形抗力越??；合金元素引起基體點陣畸變程度越大，金屬的變形抗力也越大；金屬中含有雜質(zhì)的成分越多，抗力增加越顯著。6、晶界滑移的作用；擴散蠕變的作用；動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶。7、轉(zhuǎn)移；重新分配；鍛造；軋制；擠壓；拉拔。8、室溫時晶界的強度和硬度高于晶內(nèi)，高溫時則相反；晶界中原子的擴散速度比晶內(nèi)原子快得多；晶界的熔點低于晶內(nèi)；晶界容易被腐蝕等三、名詞解釋塑性：金屬材料在外力的作用下產(chǎn)生一定的永久變形而不破壞其完整性的能力?；疲涸谇袘?yīng)力的作用下，晶體的一部分與另一部分沿一定的晶面（滑移面：原子密度最大或比較大的晶面）和晶向（滑移方向：原子密度最大的密排方向）產(chǎn)生相對滑動。固溶強化：溶質(zhì)原子溶入后，阻礙金屬中位錯的運動，使合金塑性變形抗力增大，合金強度、硬度提高而塑性、韌性下降，并有較大的加工硬化率。這種現(xiàn)象叫固溶強化。塑性指標(biāo)：為了衡量金屬塑性的高低而確立的數(shù)量上的指標(biāo)，以材料發(fā)生破壞時塑性變形量來表示。常用的塑性指標(biāo)是由拉伸試驗測定的伸長率δ(％)和斷面收縮率Ψ（％）。主應(yīng)力圖：自變形體中某點取一立方微單元體，用箭頭表示微元體三個面上的主應(yīng)力，稱為主應(yīng)力圖。三、回答下列問題1、答：滑移是指晶體在外力的作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對于另一部分發(fā)生移動和切變；孿生是晶體在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿著一定的晶面和一定的晶向發(fā)生均勻切變?；剖强朔娱g的結(jié)合力，而孿生是克服臨界切應(yīng)力。2、答：對組織結(jié)構(gòu)的影響：（1）晶粒內(nèi)部出現(xiàn)滑移帶和孿生帶；（2）晶粒的形狀發(fā)生變化：隨變形程度的增加，等軸晶沿變形方向逐步伸長，當(dāng)變形量很大時，晶粒組織成纖維狀；（3）晶粒的位向發(fā)生改變：晶粒在變形的同時，也發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而使得各晶粒的取向逐漸趨于一致（擇優(yōu)取向），從而形成變形織構(gòu)。對金屬性能的影響：隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性和任性相應(yīng)下降，即產(chǎn)生了加工硬化。3、答：在熱加工的過程中，在金屬的內(nèi)部同時進行著加工硬化和回復(fù)再結(jié)晶軟化兩個相反的過程，不過此時的回復(fù)是邊加工邊進行的所以稱為動態(tài)回復(fù)。動態(tài)回復(fù)主要是通過位錯的攀移、交滑移來實現(xiàn)的，是層錯能高的金屬熱變形過程中唯一的軟化機制。4、答：變形溫度：對大多數(shù)金屬而言，總的趨勢是隨著溫度升高，塑性增加。但也不是成線性增加的，在200～400oC出現(xiàn)中溫脆性區(qū)，800～950oC出現(xiàn)熱脆區(qū)，1250oC之后出現(xiàn)高溫脆區(qū)，金屬的塑性都會下降。應(yīng)變速率：提高應(yīng)變速率，沒有足夠的時間進行回復(fù)或再結(jié)晶，使金屬的塑性降低。5、答：主應(yīng)力圖中壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，即靜水壓力越大，則金屬的塑性越高；拉應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，即靜水壓力越小，則金屬的塑性就越低。這是由于拉應(yīng)力促進晶間變形，加速晶界破壞，而壓應(yīng)力阻止或減小晶間變形；另外，三向壓應(yīng)力有利于抑制或消除晶體中由于塑性變形而引起的各種微觀破壞，而拉應(yīng)力則相反，它使各種破壞發(fā)展，擴大。6、σmax-σmin=σS擠壓：σmax=-σ3σmin=-σ1-σ3+σ1=σSσ1=σS+σ3拉拔：σmax=σ1σmin=-σ3σ1+σ3=σSσ1=σS-σ3練習(xí)（二）一、判斷對錯：1、（F）；2、（F）；3、（F）；4、（T）；5、（T）；6、（F）二、填空：1、各晶粒變形的不同時性；晶粒間變形的相互協(xié)調(diào)性；、晶粒與晶粒之間和晶粒內(nèi)部與晶界2、改善了晶粒組織；鍛合了內(nèi)部缺陷；形成了纖維狀組織；擊碎夾雜物和碳化物，改善了分布；熱塑性變形中，通過枝晶破碎和擴散，改善偏析。3、動態(tài)回復(fù)；動態(tài)再結(jié)晶；靜態(tài)回復(fù)；靜態(tài)再結(jié)晶；亞動態(tài)再結(jié)晶。4、面心立方的塑性最好；體心立方的次之；密排六方的塑性最差。5、大伸長率；無縮頸；低流動應(yīng)力；對應(yīng)變速率的敏感性；易成形。6、沖壓；落料；沖孔；彎曲；拉深。7、滑移和孿生；滑移。三、名詞解釋塑性加工：利用材料的塑性，在外力作用下獲得所需尺寸和形狀，并獲得一定力學(xué)性能的加工方法?；葡担阂粋€滑移面和該面上的一個滑移方向構(gòu)成滑移系。彌散強化：第二相以細(xì)小質(zhì)點的形式存在而使合金顯著強化的現(xiàn)象稱彌散強化。變形抗力：金屬在發(fā)生塑性變形時，產(chǎn)生抵抗變形的能力，稱為變形抗力，一般用接觸面上平均單位面積變形力表示。三、回答下列問題1、答：合金分為單相固溶體合金和多相合金，其塑性變形的特點各不相同。單相固溶體合金的塑性變形也是滑移和孿生，但由于溶質(zhì)原子這種異類原子對金屬的變形行為產(chǎn)生影響，使合金強度、硬度提高而塑像、韌性下降；多相合金，由于彌散的第二相粒子對位錯有阻礙的作用，從而對金屬的塑性變形有強化的作用。2、答：加工硬化：在塑性成形過程中，隨著變形程度的增加，金屬的強度、硬度增加，而塑性和韌性相應(yīng)降低的現(xiàn)象稱為加工硬化。產(chǎn)生加工硬化的起因是由于塑性變形引起位錯密度增大，導(dǎo)致位錯之間交互作用增強，大量形成纏結(jié)、不動位錯等障礙，形成高密度的“位錯林”，使其余位錯運動阻力增大，于是塑性變形抗力提高。一方面，它能夠提高金屬的強度，可以用來作強化金屬的一種手段；另一方面，它又增加了變形的困難，提高了變形抗力，甚至降低了金屬的塑性，所以對于多道次加工的金屬需要在中間變形階段進行退火來消除加工硬化。3、答：動態(tài)再結(jié)晶是指在熱塑性變形過程中隨著金屬的加工硬化同時進行的再結(jié)晶。層錯能低的金屬在變形量很大的時候才能發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。動態(tài)回復(fù)的速率和程度很低，材料的局部區(qū)域會積聚足夠高的畸變能差，而且由于動態(tài)回復(fù)的不充分性，所形成的胞狀亞晶組織的尺寸較小，晶界不規(guī)整，同時在胞壁還有較多的位錯纏結(jié)。這種不完整的亞組織成再結(jié)晶的形核，促進了動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。動態(tài)再結(jié)晶的能力除了與金屬的層錯能高低有關(guān)外，還與晶界遷移的難易程度有關(guān)，金屬越純，發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的能力越強，溶質(zhì)原子固溶于金屬基體、彌散的第二相粒子都會嚴(yán)重阻礙晶界的遷移，減緩或遏止動態(tài)再結(jié)晶過程的進行。動態(tài)再結(jié)晶的晶粒度大小與變形程度、應(yīng)變速率和變形溫度有關(guān)，一般是降低變形溫度，提高應(yīng)變速率和變形程度，會使動態(tài)再結(jié)晶后的晶粒度變細(xì)，而細(xì)小的晶粒組織具有更高的變形抗力，因此，可以通過控制變形溫度，速率和變形程度來調(diào)節(jié)晶粒組織的粗細(xì)和它的力學(xué)性能。4、答：變形溫度：幾乎所有的金屬和合金，變形抗力都隨溫度的升高而降低。變形程度：變形程度增加，必然會產(chǎn)生加工硬化，使繼續(xù)變形發(fā)生困難，因而變形抗力增加。5、答：塑性是指金屬在外力的作用下，能穩(wěn)定的發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力，它是金屬的一種重要的加工性能。塑性指標(biāo)是衡量金屬材料好壞的一種數(shù)量上的指標(biāo)，是以材料開始破壞的塑性變形量來表示，它可以借助于各種試驗來測定。常用的塑性指標(biāo)是拉伸試驗的材料伸長率和斷面收縮率。因為各種試驗方法都是相對于其特定的受力狀況和變形條件的，由此所測定的塑性指標(biāo)僅具有相對的和比較的意義。它們僅僅說明在某種受力狀況和變形條件下，哪種金屬的塑性高，哪種金屬的塑性低；或者對于同一種金屬，在哪種變形條件下塑性高，而在哪種條件下塑性低。6、答：因為深拉延用的鋼板是經(jīng)軋制產(chǎn)生的，沿軋制方向表現(xiàn)出很強的織構(gòu)性，沿不同的方向表現(xiàn)出不同的伸長率，從而用這種板材下料的圓形毛坯拉成筒形件后，口部不平齊，在與軋制方向成45o方向上形成明顯的“制耳”。7、九種，主應(yīng)力圖中壓應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，即靜水壓力越大，則金屬的塑性越高；拉應(yīng)力個數(shù)越多，數(shù)值越大，即靜水壓力越小，則金屬的塑性就越低。這是由于拉應(yīng)力促進晶間變形，加速晶界破壞，而壓應(yīng)力阻止或減小晶間變形；另外，三向壓應(yīng)力有利于抑制或消除晶體中由于塑性變形而引起的各種微觀破壞，而拉應(yīng)力則相反，它使各種破壞發(fā)展，擴大。十四章答案練習(xí)（一）一、判斷對錯：答案1、（T）；2、（T）；2、（F）；4、（T）；5、（F）、6（T）二、填空：1、y平面上平行于x軸的切應(yīng)力分量；2、張量具有不變量；張量可以疊加和分解；張量可分為對稱張量、非對稱張量、反對稱張量；二階張量存在三個主軸和三個主值。三、回答下列問題1、答：應(yīng)力偏張量只使物體產(chǎn)生形狀變化，而不產(chǎn)生體積變化。材料的塑性變形是由應(yīng)力偏張量引起的；應(yīng)力球張量表示一種球應(yīng)力狀態(tài)，也稱靜水應(yīng)力狀態(tài)，稱為應(yīng)力球張量，其任何方向都是主方向，且主應(yīng)力相同，均為平均應(yīng)力。球應(yīng)力狀態(tài)的特點是在任何切平面上都沒有切應(yīng)力，所以不能使物體產(chǎn)生形狀變化，而只能產(chǎn)生體積變化，即不能使物體產(chǎn)生塑性變形。四、計算題1、；；2、。3、解：已知斜截面方程為，則斜截面法線向量為n=(1，-2，2)則法線與X軸的方向余弦為：同理可求得法線與Y軸，Z軸的方向余弦：，根據(jù)公式，可求得全應(yīng)力斜微分面上的正應(yīng)力：斜微分面上的切應(yīng)力：練習(xí)（二）一、判斷對錯：答案1、（F）；2、（F）；3、（F）；4、（T）；5、（T）二、填空：1、2倍；2、：反映了變形體體積改變的劇烈程度；：反映了變形體形狀改變的劇烈程度；：反映了塑性變形的類型。三、回答下列問題1、答：應(yīng)力張量不變量：；應(yīng)力偏張量不變量：四、計算題1、應(yīng)力張量不變量：、、；主應(yīng)力：、、；主切應(yīng)力：、、；最大切應(yīng)力：；等效應(yīng)力：；應(yīng)力偏張量：；應(yīng)力球張量：。2、解：所以：為應(yīng)力球張量，它引起物體體積改變；為應(yīng)力偏張量，它引起物體形狀改變；由知，對應(yīng)伸長類變形。十五章課后練習(xí)答案練習(xí)（一）一、判斷對錯：答案1、（F）2、（T）、（F）4、（F）。二、填空：1、對數(shù)應(yīng)變、真實應(yīng)變、全量應(yīng)變、應(yīng)變主軸方向不變，疊加性、可比性。2、，三個正應(yīng)變之和等于零，不可能全部同號。3、一壓二拉、一拉二壓，一拉一壓。4、平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力σz=三、回答下列問題1、答：只有當(dāng)應(yīng)變分量之間滿足一定的關(guān)系時，物體變形后才是連續(xù)的。否則，變形后會出現(xiàn)“撕裂”或“重疊”，變形體的連續(xù)性遭到破壞。2.＝＝練習(xí)（二）十六章一、名詞解釋：真實應(yīng)力（流動應(yīng)力）：單向拉伸或壓縮時，作用在試樣瞬時橫截面上的實際應(yīng)力稱為真實應(yīng)力，亦稱為流動應(yīng)力形狀硬化：縮頸邊緣處受單向拉伸應(yīng)力作用，中心處軸向拉伸應(yīng)力大于，由于出現(xiàn)縮頸而產(chǎn)生的應(yīng)力升高現(xiàn)象，稱為“形狀硬化”，須加以修正。四、回答下列問題拉伸真實應(yīng)力-應(yīng)變曲線在塑性失穩(wěn)點特性？答：在失穩(wěn)點b處（16-7）上式的意義表示在曲線上，過失穩(wěn)點所作的切線的斜率為Yb，真實應(yīng)力應(yīng)變曲線在塑性失穩(wěn)點上所作切線的特性：在曲線上，過失穩(wěn)點所作的切線與橫坐標(biāo)軸的交點到失穩(wěn)點橫坐標(biāo)的距離為1。2、材料模型（真實應(yīng)力應(yīng)變曲線的簡化形式）有哪幾種？（一）指數(shù)硬化型（16-8）式中，B是與材料的力學(xué)性能有關(guān)的常數(shù)；n是硬化指數(shù)。（二）有初始屈服應(yīng)力的剛塑性硬化曲線型（16-10）式中，、是與材料性能有關(guān)的參數(shù)（三）有初始屈服應(yīng)力的剛塑性硬化直線型（16-11）式中，是硬化系數(shù)。在室溫下的大的塑性變形即屬于這種情況。（四）無加工硬化的水平直線型（理想剛塑性材料模型）（16-12）大多數(shù)金屬在高溫低速下的大變形及一些低熔點金屬在室溫下的大變形可采用無加工硬化模型假設(shè)。如果要考慮彈性變形，則為理想彈塑性材料模型。高溫低速下的小塑性變形，可近似認(rèn)為是這種情況。十八章答案練習(xí)（一）一、判斷對錯：答案1．F；2．F；3．T；4．F；5．F；二、填空：1、V形砧中拔長圓截面坯料時，由于工具的側(cè)面壓力使金屬沿橫向流動受到阻礙，故金屬大量沿軸向流動，從而使拔長效率高。2、正確選用變形的溫度－速度制度；盡量減小接觸面上外摩擦的有害影響；合理設(shè)計加工工具的形狀；盡可能的保證金屬的成分及組織的均勻。三、名詞解釋：1、最小阻力定律：當(dāng)變形體質(zhì)點有可能沿不同方向移動時，則物體各質(zhì)點將沿著阻力最小的方向移動。2、殘余應(yīng)力：當(dāng)引起附加應(yīng)力的外因去除后，在物體內(nèi)仍殘存的應(yīng)力叫參與應(yīng)力。3、邊界摩擦：單分子膜潤滑狀態(tài)下的摩擦稱為邊界摩擦四、回答下列問題1、利用最小阻力定律，通過調(diào)整某方向的流動阻力，來改變金屬在某方向上的流動量，使成形更為合理。如在開式模鍛，增加金屬流向飛邊的阻力，以保證金屬充填模腔；或者修磨圓角r，減小金屬流向型腔的阻力，使金屬充填的更好。在大型覆蓋件拉深成形時，常常要設(shè)置拉深筋，用來調(diào)整或增加板料進入模具的流動阻力，以保證覆蓋件的成形質(zhì)量。2、殘余應(yīng)力分為三類：第一類殘余應(yīng)力存在于變形體各區(qū)域之間；第二類殘余應(yīng)力存在于各晶粒之間；第三類參與應(yīng)力存在于晶粒內(nèi)部。引起的后果有：具有參與應(yīng)力的物體再承受塑性變形時，其應(yīng)變分布及內(nèi)部應(yīng)力分布更不均勻；縮短制品的使用壽命；使制品的尺寸和形狀發(fā)生變化；增加塑性變形抗力，降低塑性、沖擊韌度及抗疲勞強度；降低制品表面的耐腐蝕性。殘余應(yīng)力的消除方法有：熱處理法和機械處理方法。3、定量計算摩擦力的關(guān)系式稱作摩擦條件。有三類：庫侖摩擦條件=QUOTEτN：主要運用于正壓力不太大，變形量較小的冷成形工序。最大摩擦力條件QUOTEτ=K=/2Y：運用于接觸表面沒有相對滑動，完全處于粘合狀態(tài)，例如熱變形工序。摩擦力不變條件QUOTEτ=mK：運用于摩擦因數(shù)低于最大值的三向應(yīng)力顯著的塑性變形過程，如擠壓、變形量大的鐓粗、模鍛等。4、磷化—皂化處理即是在坯料表面用化學(xué)方法制成一層磷酸鹽或草酸鹽膜，這種磷化膜是由細(xì)小片狀的無機鹽結(jié)晶組成的，呈多孔狀態(tài)，對潤滑劑有吸附作用。膜厚一般為10～20μm，與金屬結(jié)合力強且有塑性，可與金屬坯料一起變形。磷化后進行潤滑處理，常用硬脂酸鈉、肥皂等，故稱為皂化。擠壓生產(chǎn)中壓力很高，及時加入添加劑，潤滑劑還是會遭到破壞或被擠掉，而失去潤滑作用，而磷化—皂化能夠使其起到很好得的潤滑作用。5、通過對金屬流動分析可以預(yù)測變形體的形狀和尺寸，進行工藝和模具設(shè)計以及質(zhì)量分析。目前主要采用的分析方法有最小阻力定律、不均勻變形、附加應(yīng)力和參與應(yīng)力、塑性成形中摩擦與潤滑等。6、答：“外端”是塑性成形的過程中，未變形的金屬，也叫“剛端”?！巴舛恕睂ψ冃螀^(qū)金屬的影響主要是阻礙變形區(qū)金屬的流動，進而產(chǎn)生或加劇附加應(yīng)力和應(yīng)變，在自由鍛造中，除了鐓粗外的其它變形工序，工具只與坯料的一部分接觸，變形是分段逐步進行的，因此變形區(qū)金屬的流動就受外端的制約?！巴舛恕睂ψ冃螀^(qū)金屬的流動產(chǎn)生影響的同時，變形區(qū)金屬的變形流動也要對其相鄰的外端金屬發(fā)生作用，它在外端內(nèi)部引起一定的附加應(yīng)力，并可能引起外端金屬產(chǎn)生變形，甚至引起工件的開裂。7、答：在擠壓時，擠壓件會在擠壓的表面形成裂紋，嚴(yán)重時裂紋會變成竹節(jié)狀，這是由于擠壓筒和凹?？着c坯料之間接觸摩擦力的阻滯作用，使擠壓表面層的流動速度低于中心部分，于是在表面層受附加拉應(yīng)力，中心部分又受附加壓應(yīng)力，此附加拉應(yīng)力越趨近于出口部分其值越大，與基本應(yīng)力合成后，工件表面層的工作應(yīng)力仍為拉應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過材料的實際斷裂強度時就會產(chǎn)生向內(nèi)擴展的裂紋。防止措施是：減小金屬與擠壓筒及?？组g的摩擦力，并加強潤滑，可減小金屬流動的不均勻性，從而可以防止或減少這種裂紋的產(chǎn)生。練習(xí)（二）一、判斷對錯：答案1．T；2．F；3．T；4．T；5．T二、填空：1、使變形體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，應(yīng)力分布更加不均勻；提高了單位變形力；使金屬的塑性降低，甚至造成破壞；造成物體的形狀扭曲；形成殘余應(yīng)力。2、變形體必須是均質(zhì)和各向同性的；整個物體在任何瞬時都承擔(dān)相等的變形量；接觸表面沒有外摩擦，即變形體是在單向應(yīng)力狀態(tài)下變形。三、名詞解釋：1、附加應(yīng)力：由于變形體各部分之間的不均勻變形收到整體性的限制，在各部分之間必將產(chǎn)生相互平衡的應(yīng)力，該應(yīng)力叫附加應(yīng)力2、干摩擦：接觸表面沒有其他外來介質(zhì)，僅是金屬與金屬之間的摩擦叫做干摩擦3、流體摩擦：當(dāng)坯料與工具表面之間的潤滑劑層較厚，兩表面的微觀凸凹部分不直接接觸，完全被潤滑劑隔開的潤滑叫做流體潤滑，該狀態(tài)下的摩擦叫流體摩擦。四、回答下列問題1、影響塑性變形和流動的因素有：摩擦、工具、金屬個部分之間的關(guān)系和金屬本身性質(zhì)不均勻?qū)ΨQ。如當(dāng)環(huán)形零件鐓粗時，由于摩擦力的作用從而會使金屬質(zhì)點的流動方向改變；在圓弧形砧或V形砧上拔長圓截面坯料時要比平形和凸形砧上的效率高。2、塑性成形中摩擦的特點有：接觸面單位壓力高；伴隨著塑性變形；在高溫下進行。在多數(shù)情況下是有害的，例如：改變應(yīng)力狀態(tài)，增大變形抗力——在存在摩擦?xí)r，坯料由單相應(yīng)力狀態(tài)變成三相應(yīng)力狀態(tài)，使斷面壓力增加才能屈服，因而變形抗力增加。引起不均勻變形，產(chǎn)生附加應(yīng)力和參與應(yīng)力。降低模具壽命。當(dāng)應(yīng)用好時也是有益的，例如模鍛中利用飛邊槽橋部的摩擦力來保證模膛充滿，輥鍛和軋制時依靠足夠的摩擦使坯料被咬入軋輥。3、流體潤滑劑包括動物油、植物油、礦物油和乳化液等。固體潤滑劑又分為干性固體潤滑劑和軟化固體潤滑劑。干性固體潤滑劑有石墨和二硫化鉬等，軟化固體潤滑劑主要有玻璃、琺瑯、天然礦物及無機鹽等。石墨和二硫化鉬能起到潤滑作用是因為他們都是六方晶系的層狀結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合力比同層原子結(jié)合力小很多，