材料成型原理復(fù)習(xí)

1、材料成型原理試卷 一、鑄件形成原理部分（共40分） (1)過冷度；(2)液態(tài)成形；(3)復(fù)合材料；(4) 定向凝固；（1） 過冷度：金屬的理論結(jié)晶溫度與實(shí)際結(jié)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(fù)合材料：有兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)復(fù)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(zhì)再分配系數(shù)：凝固過程中固液界面固相側(cè)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與液相中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)之比，稱為溶質(zhì)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

2、態(tài)金屬凝固的過程的主要因素是化學(xué)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(jié)構(gòu)和性質(zhì)等對(duì)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(zhì)區(qū)別？熱過冷完全由熱擴(kuò)散控制。成分過冷由固液界前方溶質(zhì)的再分配引起的，成分過冷不僅受熱擴(kuò)散控制，更受溶質(zhì)擴(kuò)散控制。 （3）簡述鑄件（錠）典型宏觀凝固組織的三個(gè)晶區(qū).表面細(xì)晶粒區(qū)是緊靠型壁的激冷組織，由無規(guī)則排列的細(xì)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(nèi)部等軸晶區(qū)由各向同性的等軸晶組成。 3、 對(duì)于厚大金屬型鋼錠如何獲得細(xì)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(duì)金屬液處理，向

3、液態(tài)金屬中添加生核劑，強(qiáng)化非均質(zhì)形核；澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮到低溫快速澆注，使游離晶不重熔；引起鑄型內(nèi)液體流動(dòng)，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(diǎn)，氣孔，冷裂紋 2寫出錳沉淀脫氧反應(yīng)式，并說明熔渣的酸堿性對(duì)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(yīng)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(jié)晶區(qū)（正火區(qū)）：組織均勻細(xì)小;（4）不完全重結(jié)晶區(qū)：

4、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(dòng)能力主要由液態(tài)金屬的成分、溫度和雜質(zhì)含量等決定。 2 液態(tài)金屬或合金凝固的驅(qū)動(dòng)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(dāng)溫度梯度為正時(shí)，晶體的宏觀生長方式為平面長大方式，當(dāng)溫度梯度為負(fù)時(shí)，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(dòng)主要包括自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流。 5液態(tài)金屬凝固時(shí)由熱擴(kuò)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(xì)晶粒區(qū)、中間柱狀晶區(qū)和內(nèi)部等軸晶區(qū)不同形態(tài)的晶區(qū)。 7內(nèi)應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力三種。 8鑄造金屬或合金從澆鑄溫度

5、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(gè)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(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線上1. 塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響大于工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。 、大于； 、等于； 、小于； 2. 塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做 。 、理想塑性材料； 、理想彈性材料； 、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 。 、解析法； 、主應(yīng)力法； 、滑移線法； 4. 韌性金屬材料屈服時(shí)準(zhǔn)則較符合實(shí)際。 、密席斯； 、屈雷斯加； 密席斯與屈雷斯加5. 塑性變形

6、之前不產(chǎn)生彈性變形（或者忽略彈性變形）的材料叫做 。 、理想彈性材料； 、理想剛塑性材料； 、塑性材料； 6. 硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生 A 。 、熱脆性； 、冷脆性； 、蘭脆性； 7. 應(yīng)力狀態(tài)中的 B 應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。 、拉應(yīng)力； 、壓應(yīng)力； 、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力； 8. 平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力B 中間主應(yīng)力。 、大于； 、等于； 、小于； 9. 鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 B 。 、提高； 、降低； 、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(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。 （ X ） 3 . 結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特

7、性為mkSe=，對(duì)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(jié)構(gòu)。 （ ） 5屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。 （ X ）6. 按密席斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩擦系數(shù)=0.5。 （ X ） 7變形速度對(duì)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(huì)生長得更為迅速，其優(yōu)先向內(nèi)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(nèi)部到宏觀上各部位，化學(xué)成分都是不 均勻

8、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(xì)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(shí)凝固，控制澆注條件，應(yīng)用冒口、補(bǔ)貼和冷鐵以及加壓補(bǔ)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(qiáng)的變形形式 四、減少變形的不均勻性 1.凝固速度：單位時(shí)間內(nèi)凝

9、固層的增長速度。 2.凝固時(shí)間：液態(tài)金屬充滿鑄型的時(shí)刻至凝固完畢所需要的時(shí)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(zhì)形核：在不均勻的熔體中依靠外夾雜質(zhì)或型壁界面提供的襯底而非自發(fā)地形核過程。 5.均質(zhì)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(nèi)部自身的結(jié)構(gòu)自發(fā)地形核。 6.外生生長：就合金的宏觀結(jié)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(nèi)單向延伸的生長方式成為外生生長。 8.內(nèi)生生長：在液體內(nèi)部形核后，不依靠型壁而是在液體內(nèi)部自由生長的晶粒的生長方式。 9.熱過冷：金屬凝固時(shí)完全由熱擴(kuò)

10、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(yán)重下降的現(xiàn)象被稱為氫脆。 11.氮對(duì)焊縫的影響：使焊縫產(chǎn)生氣孔；使材料變脆嚴(yán)重降低金屬塑性；促進(jìn)時(shí)效脆化。一、填空題1. 目前鑄造成形技術(shù)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。 2. 在鑄造生產(chǎn)中，細(xì)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(dòng)。 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。 4. 合金在鑄造時(shí)的難易程度的衡量指標(biāo)合金的流動(dòng)性和收縮。 5. 合金的流動(dòng)性主要取決于它本身的化學(xué)成分。 6. 壓力加工的加工方法主要有：沖壓、鍛造、軋制、拉拔和擠壓等。 7. 合金的流動(dòng)

11、性常采用澆注螺旋型標(biāo)準(zhǔn)試樣的方法來衡量8. 流動(dòng)性不好的合金容易產(chǎn)生澆不足、 冷隔 、氣孔、夾渣等缺陷。 9. 液態(tài)金屬的充型能力主要取決于金屬的流動(dòng)性，還受外部條件如澆注溫度、 充型壓力 、鑄型結(jié)構(gòu)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(gè)相互關(guān)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(duì)鑄件的形狀和尺寸精度影響很大，是內(nèi)應(yīng)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(nèi)應(yīng)力、夾渣和夾砂等 13. 特種鑄造相對(duì)于砂型鑄造的兩類特點(diǎn)

12、： 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(gè)指標(biāo)塑性和變形抗力 。 16.自由鍛造常用設(shè)備空氣錘和水壓機(jī)。 17.自由鍛的基本工序包括 鐓粗、拔長 、沖孔 、 彎曲 、切割、扭轉(zhuǎn)和 錯(cuò)移 等。 18.鐓粗的變形特點(diǎn) 橫截面積變大，長度變短；普通拔長的變形特點(diǎn) 橫截面積變小，長度變長；芯軸拔長的變形特點(diǎn) 內(nèi)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(shí)質(zhì) 金屬在模膛內(nèi)成形 和 變形阻力大，變形

13、不均勻 。21. 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(shí)質(zhì)是指電弧的 產(chǎn)生 、 運(yùn)動(dòng) 和 消失的動(dòng)態(tài)平衡。24. 電弧分為陰極區(qū)、 陽極區(qū) 和 弧柱區(qū) 三個(gè)區(qū)。25. 直流電焊機(jī)正接極是指 焊件接正極，焊條接負(fù)極。 26. 焊接冶金過程的特點(diǎn)反應(yīng)溫度高、接觸面積大、冷卻速度快。 27. 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(jié)晶區(qū) 。 28. 焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因?qū)缚p區(qū)不均勻的加熱和冷卻 。 29

14、. 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(jī)械矯正法 和 火焰矯正法。 31. 焊接性主要指 結(jié)合性能和 使用性能。 32. 估算材料焊接性常采用的方法 碳當(dāng)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(dòng)焊使用 連續(xù)送進(jìn)的焊絲相當(dāng)于焊條，顆粒狀的焊劑相當(dāng)于藥皮。 35. 氬弧焊的分類 熔化極電弧焊 和 不熔化極電弧焊。 36. 電阻焊的分類 點(diǎn)焊、縫焊、和 對(duì)焊。 37. 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(yīng)力稱為（ B ）。 A 屈服強(qiáng)度

15、 B抗拉強(qiáng)度 C 塑性強(qiáng)度 D 抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(duì) 4.加工硬化現(xiàn)象最主要的原因是（ B ）。 A. 晶粒破裂細(xì)化 B. 位錯(cuò)密度增大 C. 晶粒擇優(yōu)取向 D. 形成纖維組織 5.機(jī)床床身應(yīng)選用（ C ）材料。 A. Q235鋼 B. T10A鋼 C. HT150 D. T8 三、是非題1. 沖壓加工只能用于加工金屬板材。（ ） 2. 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(xì)，其強(qiáng)度越高，塑

16、性越好。（ ） 6. 材料強(qiáng)度極限與屈服極限之比值稱為屈強(qiáng)比/。（ ） 7. 在其他條件相同時(shí)，砂型鑄造比金屬型鑄造的鑄件晶粒更細(xì)。（ ） 8. 固溶強(qiáng)化是指因形成固溶體而引起的合金強(qiáng)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(jī)械混合物。（ ） 10. 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)碳鋼力學(xué)性能的影響是：隨著鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加。硬度、強(qiáng)度增加，塑性、韌性也隨著增加。（ ） 11. 點(diǎn)焊、縫焊時(shí)，焊件的厚度基本不受限制。（ ） 四 名詞解釋1.金屬流動(dòng)性：金屬液本身的流動(dòng)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(zhǔn)確的鑄件的能力。 3.定向凝

17、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(yuǎn)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(shí)凝固 ：將內(nèi)澆口開設(shè)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(shí)進(jìn)行凝固。 5.塑性變形 ：在外力的作用下金屬內(nèi)部原子沿一定的晶面和晶向產(chǎn)生滑移和孿生的結(jié)果。 6.冷變形強(qiáng)化 ：在冷變形時(shí)，隨著變形程度的增加，金屬材料的強(qiáng)度和硬度都有所提高，但塑性有所下降的現(xiàn)象。 7.再結(jié)晶 ：當(dāng)退火溫度足夠高、時(shí)間足夠長時(shí)，在變形金屬或合金的顯微組織中，產(chǎn)生無應(yīng)變的新晶粒。 8.鍛造流線 ：在熱加工變形過程中，晶界與晶內(nèi)夾雜物不能參與再結(jié)晶，仍呈

18、拉長狀態(tài)，形成鍛造流線。 9.纖維組織 ：材料塑性變形時(shí)，隨工件外形的變化，其內(nèi)部晶粒及晶間夾雜物沿著最大主變形方向被拉長、拉細(xì)、壓扁而形成的組織。 10. 自由鍛造：利用沖擊力或壓力使金屬在上下砧面間各個(gè)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(jī)械性能的鍛件的一種加工方法。 11.模型鍛造 ：在專用模鍛設(shè)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(jié)構(gòu)形式的條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。 14.電弧焊 ：利用焊條和焊件之間的電弧熱使

19、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(jìn)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(yīng)將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，使之形成金屬結(jié)合的一種方法。一、填空題和名詞解釋 1. 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)可概括為近程有序，遠(yuǎn)程無序。實(shí)際金屬液中存在能量、濃度、構(gòu)（相）三種起伏。 2. 純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)是由原子集團(tuán)、游離原子、空穴或裂紋組成的。 3. 溶質(zhì)元素對(duì)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(zhì)元素叫非表面活性元素，使表面張力降低的溶質(zhì)元素叫表面活性元素。 4. 流

20、變鑄造是金屬（合金）在凝固溫度區(qū)間給以強(qiáng)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(tuán)粒狀。 5. 金屬及合金的結(jié)晶包括形核和長大兩個(gè)過程，完成這兩個(gè)過程需要熱力學(xué)過冷度和動(dòng)力學(xué)過冷度兩種過冷度。 6. 依靠液態(tài)金屬（合金）內(nèi)部自身的結(jié)構(gòu)自發(fā)地形核，稱為均質(zhì)形核。 依靠外來夾雜所提供的異質(zhì)界面非自發(fā)地形核，稱為異質(zhì)形核，或非均質(zhì)形核。 7. 界面前沿液體中的溫度條件有正溫度梯度和負(fù)溫度梯度兩種，對(duì)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。 8. 固-液界面的微觀結(jié)構(gòu)（幾個(gè)原子層范圍內(nèi)）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

21、續(xù)（垂直）生長、二維生長和從缺陷處生長。 9. 鑄件凝固時(shí)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(gè)因素，所以它更接近實(shí)際。 10. 液態(tài)金屬凝固過程中的液體流動(dòng)主要包括自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流。自然對(duì)流是由浮力流和凝固收縮引起的流動(dòng)。液體在枝晶間的流動(dòng)驅(qū)動(dòng)力來自三個(gè)方面，即凝固時(shí)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(shí)各自收縮。 11. 成分過冷：由固-液界面前方溶質(zhì)的再分配引起的過冷，稱為成分過冷。 熱過冷：金屬凝固時(shí)所需要的過冷度，若完全由熱擴(kuò)散控制，這樣的過冷稱為熱過冷。 12. 成分過冷的判據(jù)式是：GL/RmLC0(1-k)/DLk，當(dāng)GL/RmLC0(1-k)/DLk時(shí)，合金界面前沿?zé)o成分過冷，此時(shí)界面以平面方式生長；當(dāng)GL/RmLC0(1-k)/DLk時(shí)合金界面前沿有成分過冷，此時(shí)界面以胞狀方式或樹枝狀方式生長。 13. 變質(zhì)處理：通過變質(zhì)元素的選擇性分布實(shí)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，實(shí)現(xiàn)細(xì)化晶粒的方法。 14. 應(yīng)力按其產(chǎn)生原因可分為：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力和機(jī)械（阻礙）應(yīng)力 15. 在應(yīng)力與致脆因素的共同作用下，使材料的原子結(jié)合遭到破壞，在形成新