材料成型原理復(fù)習(xí)資料及試題庫

PAGEPAGE41過冷度：金屬的理論結(jié)晶溫度和實際結(jié)晶溫度的差值2均質(zhì)形核：在沒有任何外來的均勻熔體中的形核過程3異質(zhì)形核：在不均勻的熔體中依靠外來雜質(zhì)或者型壁面提供的襯底進(jìn)行形核的過程4異質(zhì)形核速率的大小和兩方面有關(guān)，一方面是過冷度的大小，過冷度越大形核速率越快。二是和界面有關(guān)界面和夾雜物的特性形態(tài)和數(shù)量來決定，如果夾雜物的基底和晶核潤濕，那么形核速率大。5形核速率：在單位時間單位體積內(nèi)生成固相核心的數(shù)目6液態(tài)成型：將液態(tài)金屬澆入鑄型之，凝固后獲得具有一定形狀和性能的鑄件或者鑄錠的方法7復(fù)合材料：有兩種或者兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)復(fù)合組成一種多相固體8定向凝固：使金屬或者合金在熔體中定向生長晶體的方法9溶質(zhì)再分配系數(shù)：凝固過程當(dāng)中，固相側(cè)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和液相側(cè)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值10流動性是確定條件下的充型能力，液態(tài)金屬本身的流動能力叫做流動性11液態(tài)金屬的充型能力是指液態(tài)金屬充滿鑄型型腔獲得完整輪廓清晰的鑄件能力影響充型能力的因素：（1）金屬本身的因素包括金屬的密度、金屬的比熱容、金屬的結(jié)晶潛熱、金屬的粘度、金屬的表面張力、金屬的熱導(dǎo)率金屬的結(jié)晶特點。（2）鑄型方面的因素包括鑄型的蓄熱系數(shù)、鑄型的溫度、鑄型的密度、鑄型的比熱容、鑄型的涂料層、鑄型的透氣性和發(fā)氣性、鑄件的折算厚度（3）澆注方面的因素包括液態(tài)金屬的澆注溫度、液態(tài)金屬的靜壓頭、澆注系統(tǒng)中的壓頭總損失和。12影響液態(tài)金屬凝固過程的因素：主要因素是化學(xué)成分冷卻速度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)以及冶金處理（孕育處理、變質(zhì)處理、微合金化）等對液態(tài)金屬的凝固也有重要影響13液態(tài)金屬凝固過程當(dāng)中的液體流動主要包括自然對流和強(qiáng)迫對流，自然對流是由于密度差和凝固收縮引起的流動，由密度差引起的對流成為浮力流。凝固過程中由傳熱。傳質(zhì)和溶質(zhì)再分配引起液態(tài)合金密度的不均勻，密度小的液相上浮，密度大的下沉，稱為雙擴(kuò)散對流，凝固以及收縮引起的對流主要主要產(chǎn)生在枝晶之間，強(qiáng)迫對流是由液體受到各種方式的驅(qū)動力產(chǎn)生的對流，例如壓力頭。機(jī)械攪動、鑄型震動、外加磁場。14鑄件的凝固方式：層狀凝固方式（動態(tài)凝固曲線之間的距離很小的時候）、體積凝固方式（動態(tài)凝固曲線之間的距離很大的時候）、中間凝固方式（介于中間情況的時候）、15影響鑄件凝固方式的因素有二：一是合金的化學(xué)成分，二是鑄件斷面上的溫度梯度。16熱力學(xué)能障動力學(xué)能障：熱力學(xué)能障是右被迫處于高自由能過度狀態(tài)下的界面原子產(chǎn)生的他能直接影響系統(tǒng)自由能的大小，動力學(xué)能障是由于金屬原子穿越界面過程引起的，他與驅(qū)動力的大小無關(guān)，而僅僅取決于界面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，例如激活自由能。單從熱力學(xué)條件來看，液相的自由能已經(jīng)大于固相的自由能，固相為穩(wěn)定相，相變應(yīng)該沒有能障，但是要想液相原子具有足夠的的能量越過高能界面，還需動力學(xué)條件，因此液態(tài)金屬凝固過程中必須克服熱力學(xué)和動力學(xué)兩個能障。液態(tài)金屬在成分、溫度、能量、上不是均勻的，即存在成分、能量、結(jié)構(gòu)的三個起伏，正是這三個起伏去克服熱力學(xué)和動力學(xué)能障，使凝固過程能夠進(jìn)行下去。17凝固過程當(dāng)中溶質(zhì)分配的平衡條件：凝固界面上溶質(zhì)遷移的平衡、固相液相內(nèi)部擴(kuò)散的平衡。18熱過冷：金屬凝固時所需過冷度完全由傳熱所提供僅由熔體實際溫度分布決定、19成分過冷：凝固時由于溶質(zhì)再分配，固液前沿溶質(zhì)濃度變化，引起理論凝固溫度的改變而在固液界面前液相內(nèi)形成的過冷，這種由于固液界面前方溶質(zhì)再分配引起的過冷叫做成分過冷成分過冷對晶體的外貌有什么影響：無成分過冷平面生長，窄成分過冷胞狀生長，較寬成分過冷區(qū)柱狀樹枝晶生長，寬成分過冷區(qū)自由樹枝晶生長。P62就合金的宏觀結(jié)晶狀態(tài)而言，平面生長、胞狀生長柱狀樹枝晶生長都屬于一種晶體自型壁生核然后由外向內(nèi)單向延伸的生長方式，稱為外生長，而等軸晶是在液體的內(nèi)部自由生長的，稱為內(nèi)生長。枝晶距離指的是相鄰?fù)沃еg的垂直距離20熱過冷完全由熱擴(kuò)散控制，成分過冷不僅由熱擴(kuò)散控制還和溶質(zhì)擴(kuò)散相關(guān)。21產(chǎn)生成分過冷具備兩個條件：固液界面前沿的溶質(zhì)的富集而引起成分再分配、固液界面前方液相的實際溫度分布必須達(dá)到一定值。22獲得全部柱狀晶的條件：激冷鑄型形成穩(wěn)定的凝固層防止晶體游離、提高金屬的純度減小成分過冷縮頸的能力、減少液體的流動，提高澆注溫度使晶體游離重熔23厚達(dá)鑄件獲得等軸晶的辦法：（1）降低澆注溫度，有利于游離晶粒的殘余和產(chǎn)生較多的游離晶粒。（2）對金屬液進(jìn)行處理，加入形核劑強(qiáng)化非均質(zhì)形核。（3）澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該考慮到低溫快速澆注使游離晶粒不重熔（4）使晶體內(nèi)液體流動，有利于大量游離晶粒的生成。24在熔點溫度的固態(tài)金屬變?yōu)橥瑴囟鹊囊簯B(tài)金屬的時候，金屬要吸收大量的熱量，稱為融化潛熱25鑄錠典型宏觀組織的三個晶區(qū)及其組成：表面細(xì)晶區(qū)是緊靠型壁的激冷組織，由無數(shù)細(xì)小等軸晶組成。中間的柱狀晶區(qū)由垂直于型壁且彼此平行排列的柱狀晶組成。內(nèi)部的等軸晶區(qū)由各向同性的等軸晶組成26影響液體金屬粘度的主要因素是化學(xué)成分、溫度、夾雜物。一般的難容化合物的液體粘度較高，熔點低的共晶成分合金粘度較低。液體的粘度隨著溫度的升高粘度降低。液態(tài)金屬中呈固態(tài)的非金屬夾雜物使液態(tài)金屬的粘度增加。冶金處理對液態(tài)金屬的粘度也有一定的影響，如孕育變質(zhì)晶粒細(xì)化處理等。27粘度的實質(zhì)是原子之間的結(jié)合力28影響表面張力的因素：熔點熔點沸點高則表面張力也大。溫度表面張力隨著溫度的升高而降低。溶質(zhì)元素溶質(zhì)元素對表面張力的影響分為兩大類一類是使表面張力降低的元素，我們叫這類元素為表面活性元素，其表面含量大于內(nèi)部含量，我們叫他為正吸附元素另外一類是使表面張力升高的元素，我們叫這類元素為非表面活性元素。其表面含量少于內(nèi)部含量，稱為負(fù)吸附元素。29潤濕角在p1630毛細(xì)現(xiàn)象是液體對管壁的潤濕引起的31半固態(tài)合金的優(yōu)點：對鑄型的熱腐蝕小，可以對黑色或者其他熔點的合金成b影響焊接過程和質(zhì)量c形成Co氣孔；氧的控制：a加強(qiáng)焊接的保護(hù)氧的控制：a加強(qiáng)焊接區(qū)的保護(hù)b限制焊接材料的含氧量c選擇合適的焊接方法和焊接工藝參數(shù)d冶金脫氧熔渣：藥皮、藥芯、焊劑受熱融化發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成的；其作用：機(jī)械保護(hù)作用；改善焊接工藝性能；冶金處理作用；熔渣分類：鹽型、氧化性、鹽--氧化型熔渣；焊縫中金屬的脫氧：先期脫氧，沉淀脫氧、擴(kuò)散脫氧；脫氧劑的選擇：a和氧的親和力大的b不溶于液態(tài)金屬，密度低、熔點低c價格便宜d對焊接工藝性和接頭質(zhì)量存在影響合金化的目地：a補(bǔ)充損失b消除焊接缺陷改善焊縫組織和性能d獲得特殊性能堆層焊合金化的形式：焊條，焊劑，焊絲，合金粉末熔池的特點：a金屬出與過熱狀態(tài)b熔池體積小冷卻速度快c溫度梯度大d運動中結(jié)晶熱影響區(qū)組織轉(zhuǎn)變特點：加熱過程中：a組織轉(zhuǎn)變向高溫段推移b奧氏體均勻程度低c部分晶粒嚴(yán)重長大；冷卻過程中d組織轉(zhuǎn)變向低溫段推移e馬氏體轉(zhuǎn)變臨街冷卻速度發(fā)生改變；硫的危害：a形成低熔共晶增大結(jié)晶裂紋\傾向性b韌性下降硫的控制：a控制來源b冶金脫硫磷的危害：增大結(jié)晶裂紋傾向；增加脆性；控制：限制材料的含磷量；《材料成型原理》試卷A試題與答案一、鑄件形成原理部分（共40分）1、概念（每小題3分共12分）(1)過冷度；(2)液態(tài)成形；(3)復(fù)合材料；(4)定向凝固；答案：過冷度：金屬的理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度的差，稱為過冷度。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。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。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。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（每小題6分共18分）（1）影響液態(tài)金屬凝固過程的因素有哪些？（6分）答案：影響液態(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？（6分）答案：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晶區(qū)（6分）答案：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、對于厚大金屬型鋼錠如何獲得細(xì)等軸晶組織？（10分）答案：：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(qiáng)化非均質(zhì)形核；澆注系統(tǒng)的設(shè)計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，游離晶增多，獲得等軸晶。二、焊接原理部分（共20分）1簡述氫在金屬中的有害作用。（4分）答案：：氫脆，白點，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錳脫氧效果的影響（6分）答案：：[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？（4分）答案：：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。（6分）答案：：（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)：晶粒大小不一，組織分布不均勻.三、塑性成形力學(xué)部分[共40分]1、簡答題：（10分）寫出塑性變形時應(yīng)變分量與位移分量之間關(guān)系（小變形幾何方程）;答案：簡述兩種屈服準(zhǔn)則并寫出表達(dá)式，并說明其在空間的幾何表示。答案：，答案：,,[5分],,而,則：[5分]3、如圖平面擠壓工藝，，最大剪應(yīng)力為K，試用上限法求解平面擠壓時的平均流動應(yīng)力p。[15分]（三、3題圖）答案：；，，，，《材料成型原理》試卷B試題與答案一、鑄件形成原理部分（共40分）1、解釋下列概念（共9分，每小題3分）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。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。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（共16分）簡述鑄錠典型宏觀凝固組織的三個晶區(qū)及其組成（5分）答案：：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。產(chǎn)生成分過冷必須具備哪兩個條件？（5分）答案：；第一是固－液界面前沿溶質(zhì)的富集而引起成分再分配；第二是固－液界面前方液相的實際溫度分布，或溫度分布梯度GL必須達(dá)到一定的值。影響液態(tài)金屬凝固過程的因素有哪些？（6分）答案：：影響液態(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)等對液態(tài)金屬的凝固也具有重要影響。厚大鑄件（在干砂型中澆注）欲獲得細(xì)等軸晶組織，應(yīng)采取哪些措施？（15分）答案：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(qiáng)化非均質(zhì)形核；澆注系統(tǒng)的設(shè)計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，游離晶增多，獲得等軸晶。二、焊接原理部分（共20分）1熔渣的作用是什麼？（4分）答案：：（1）機(jī)械保護(hù)作用；（2）冶金處理作用；（3）改善工藝性能的作用2簡述氧在金屬中的有害作用，并說明采取哪些措施可以減少焊縫中的氧含量。（6分）答案：：氧的有害作用:（1）使材料的強(qiáng)度、塑性和韌性降低，尤其是對低溫韌性影響更大；（2）引起氣孔和裂紋。氧的控制：（1）純化焊接材料；（2）控制焊接工藝參數(shù)；（3）冶金方法脫氧處理3冷裂紋的三大形成要素是什麼？（4分）答案：：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。（6分）答案：：（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)??；（4）不完全重結(jié)晶區(qū)：晶粒大小不一，組織分布不均勻。三、塑性成形力學(xué)部分[