河北工程大學(xué)材料成型理論基礎(chǔ)試題A

…………密…………封…………線…………內(nèi)…………請(qǐng)…………不…………要…………答…………題………河北工程大學(xué)2009~2010學(xué)年第2學(xué)期期末考試試卷 （A）卷題號(hào)—一二三四五.六七八九十總分評(píng)分評(píng)卷教師一、填空題（每空1分,共30分）1?液體原子的分布特征為長程無序、短程有序，即液態(tài)金屬原子團(tuán)的結(jié)構(gòu)更類似于固態(tài)金屬。鑄件的凝固方式可以分為逐層凝固、體積凝固和中間凝固三種不同形式。金屬結(jié)晶形核時(shí)，系統(tǒng)自由能變化△G由兩部分組成，其中相變驅(qū)動(dòng)力為體積自由能的降低，相變阻力為表面能的升高。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)三個(gè)不同形態(tài)的晶區(qū)。對(duì)于氣體在金屬中溶解為吸熱反應(yīng)的，氣體的溶解度隨該氣體分壓的增高而壇丄。氫在合金液中溶解度隨焊接氣氛氧化性的增強(qiáng)而降低。熔渣對(duì)于焊接、合金熔煉過程起的積極作用有：機(jī)械保護(hù)作用、冶金處理作用和改善成形工藝性能作用。在一個(gè)由金屬、金屬氧化物、和氧化性氣體組成的體系中，若金屬氧化物的分解壓為P0,氧的實(shí)際分2壓為叫｝。則，當(dāng)理宓時(shí)，金屬被氧化，當(dāng)理U辱時(shí)，金屬被還原。通常，人們根據(jù)變形中金屬流動(dòng)的特點(diǎn)把塑性成形工藝分為兩大類：體積成形 和板料成形。金屬熱塑性變形機(jī)理主要有： 晶內(nèi)滑移, 晶內(nèi)孿生，晶界滑移 ，擴(kuò)散蠕變。塑性加工可以按照加工溫度分成熱加工和冷加工。熱加工是指在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性加工。根據(jù)超塑性變形的特點(diǎn)，超塑性可分為細(xì)晶超塑性和相變超塑性兩大類。12?應(yīng)變張量存在三個(gè)應(yīng)變張量不變量、打、13,且對(duì)于塑性變形，由體積不變條件，￡=丄殘余應(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;第三類殘余應(yīng)力存在于晶粒內(nèi)部。根據(jù)塑性成形中坯料與工具表面之間的潤滑狀態(tài)的不同，摩擦可分為三類，即干摩擦 、邊界摩擦和流體摩擦 ，由此還可以派生出混合型摩擦。在主應(yīng)力空間中，通過坐標(biāo)原點(diǎn)，并垂直于等傾線ON的平面稱為n平面。其方程為_=0T 2 316?塑性成形過程中的摩擦是非常復(fù)雜的，目前關(guān)于摩擦機(jī)理（即摩擦產(chǎn)生的原因）有三種學(xué)說。即：表面凹凸學(xué)說 、分子吸附學(xué)說 、粘附理論。17?金屬粉末冶金的基本工藝過程的三大工序?yàn)椋航饘俜勰┑纳a(chǎn)、粉末的成形、燒結(jié)。二、判斷題（對(duì)的打錯(cuò)的打X,每題2分，共10分）物質(zhì)界面張力的大小與界面兩側(cè)質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力大小成正比，與其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力大小成反比（X）。在熔渣中含F(xiàn)eO相同的情況下，堿性渣比酸性渣對(duì)鋼液的氧化性更強(qiáng)，所以實(shí)際焊接鋼時(shí)，堿性焊條的焊縫含氧量比酸性焊條的高（X）。由于成分過冷的存在，使得固液界面前沿實(shí)際結(jié)晶的過冷度增大（X）。由于物體變形后仍然是連續(xù)的，因此，在三維空間內(nèi)，三個(gè)切應(yīng)變分量一經(jīng)確定，線應(yīng)變分量也就確定。V）5?在真實(shí)應(yīng)力一應(yīng)變曲線上，過失穩(wěn)點(diǎn)所作的切線與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)到失穩(wěn)點(diǎn)橫坐標(biāo)的距離為1。3三問答題（每題6分，共42分）為什么均質(zhì)生核和非均質(zhì)生核的臨界晶核半徑相同，而臨界生核功不同？答：臨界晶核半徑的含義：當(dāng)晶核達(dá)到此半徑時(shí)，如液相原子向此堆砌生長，造成的表面能的增加比體積自由能的下降小,即自由能下降,此時(shí),晶體生長是穩(wěn)定的,所以晶核能逐漸長大。（2分）如是均質(zhì)生核,臨界晶核是近似球形,其所包含的原子數(shù)較多,所需要的能量起伏較大,即生核功較大（2分）；如是非均質(zhì)生核,臨界晶核的大小與潤濕角有關(guān),同樣的晶核半徑時(shí),當(dāng)晶體與襯底的潤濕角越小,晶核所包含的原子個(gè)數(shù)越少,因此所需的形核功越小。（2分）所以,雖然均質(zhì)生核和非均質(zhì)生核的臨界晶核半徑相同,而臨界生核功不同。某二元合金相圖如圖所示。合金液成分為W=40%，置于長瓷舟中并從左端開始凝固。溫度梯度大到足以使固液界面保持平面生長,假設(shè)固相無擴(kuò)散,液相均勻混合。試求：a相與液相之間的平衡分配系數(shù)k；凝固后共晶體的數(shù)量占試棒長度的百分之幾？畫出凝固后的試棒中溶質(zhì)B的濃度沿試棒長度的分布曲線,并注明各特征成分及其位置。0C60E②共晶體所占的百分?jǐn)?shù)應(yīng)該是，在共晶溫度時(shí)所剩余的液相，此時(shí)應(yīng)利用夏爾公式C*=Cfk0-1（1分）L0LC*=60%,C-40% 60%=40%Xf0.5-1 f=44.4%（1分）L0LL所以，共晶體占試棒長度的44.4%③（2分）請(qǐng)寫出煉鋼時(shí)擴(kuò)散脫氧和沉淀脫氧的表達(dá)式，并簡述熔渣堿度對(duì)脫氧效果的影響。答：（1）擴(kuò)散脫氧：[Fe0]f（Fe0），熔渣堿度提高，不利于擴(kuò)散脫氧；（2分）(2)沉淀脫氧：[M]+[Fe0]f(M0)+[Fe]Mn脫氧時(shí)：[Mn]+[Fe0]f（Mn0）+[Fe]，熔渣堿度提高，不利于脫氧；（2分）Si脫氧時(shí)：[Si]+2[FeO]f（SiO）+2[Fe]，熔渣堿度提高，有利脫氧。（2分）2低碳鋼焊接熱影響區(qū)由哪幾部分構(gòu)成？分別敘述各區(qū)域的組織與性能特點(diǎn)。答：

…………密…………封…………線…………內(nèi)…………請(qǐng)…………不…………要…………答…………題………1） 熔合區(qū)焊縫與母材之間的過渡區(qū)域,介于液相線和固相線之間,具有明顯的化學(xué)成分不均勻性,從而引起組織、性能上的不均勻性,性能較差。2）過熱區(qū)（粗晶區(qū)）溫度介于固相線到1100°C左右，處于過熱的狀態(tài)，冷卻后組織粗大，塑性、韌性較差。3） 相變重結(jié)晶區(qū)（正火區(qū)或細(xì)晶區(qū)）溫度介于1100C-A，在空氣中冷卻就會(huì)得到均勻而細(xì)小的珠光體和鐵素體，相當(dāng)于熱處理時(shí)的正火組織，C3組織細(xì)密，塑性和韌性較好，是熱影響區(qū)中組織性能最佳的區(qū)段。4） 不完全重結(jié)晶區(qū)溫度介于A?A之間，只有一部分組織發(fā)生了相變重結(jié)晶過程，成為晶粒細(xì)小的鐵素體和珠光體，而另一C1C3部分未經(jīng)重結(jié)晶仍保留粗大晶粒。所以晶粒大小不一，組織不均勻，力學(xué)性能也不均勻。5?試根據(jù)Mises屈服準(zhǔn)則判別下面兩個(gè)應(yīng)力狀態(tài)使材料處于彈性狀態(tài)還是處于塑性狀態(tài)。_-0.5g0 0 _-0.8g 0 0SSg=0 -5g 0(MPa)，g=3 -0.8g 0ijaSijbS0 0 -4g0 0 -0.2gSS(MPa)。答：根據(jù)Mises屈服準(zhǔn)則:G-G)2+G-G)2+G-G)2=2G2答：根據(jù)Mises屈服準(zhǔn)則:1 2 2 3 3 1 S，該狀態(tài)不存在；(1)(-0.5 +5)2g2 +(-5+ 4)2g2 +(-4 +0.5)2g2 =33.5g2 >2a2，該狀態(tài)不存在；SSSSS（2）（-0.8 +0.8）2g2 +（-0.8+0.2）2g2 +（-0.2 +0.5）2g2 =0.72g2 <2g2，處于彈性狀態(tài)。SSSSS主應(yīng)力簡圖有哪幾種，分別畫出。答：九種主應(yīng)力圖如下所示應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量的物理意義什么？答：應(yīng)力偏張量只使物體產(chǎn)生形狀變化，而不能產(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(jì)算題（2題，共18分）1?一圓柱體，側(cè)面作用有均布?jí)簯?yīng)力中，試用主應(yīng)力法求鐓粗力F和單位流動(dòng)壓力p（見圖）。（共1吩）

學(xué)院：機(jī)電學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：材料成型071,2學(xué)院：機(jī)電學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：材料成型071,2班學(xué)號(hào)： 姓名： 限?。?。試求應(yīng)變?cè)隽康钠溆喾至?。（?分）解：由levy-mises方程可知0.13de-丄(0.13de-丄(z2y+z)，得z-50-丄(-150-350)2由此可解得，竺=2丄3z200所以其余分量為：dede0.1dede0.1200—150-丄(-50—350)=0.0253;2dede=ri( )z——\z+z