《材料成形原理》重点及试题

一、名词解释

1 表面张力—表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。 2 粘度－表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。或作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。

3 表面自由能(表面能)－为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。

4 液态金属的充型能力－液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力。 5 液态金属的流动性－是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。 6 铸型的蓄热系数－表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。 7 不稳定温度场－温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场 稳定温度场－不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）：

8 温度梯度—是指温度随距离的变化率。或沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。

9 溶质平衡分配系数K0—特定温度T*下固相合金成分浓度CS*与液相合金成分CL*达到平衡时的比值。

10 均质形核和异质形核－均质形核(Homogeneous nucleation) ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，亦称―自发形核‖ 。非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称―异质形核‖。

11、粗糙界面和光滑界面－从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置只有50％左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。粗糙界面在有些文献中也称为―非小晶面‖。

光滑界面—从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。也称为―小晶面‖或―小平面‖。

12 ―成分过冷‖与―热过冷‖－液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固－液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的改变而可能产生所谓的―成分过冷‖。这种仅由熔体存在的负温度梯度所造成的过冷，习惯上称为―热过冷‖ 。

13 内生生长和外生生长－晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式，称为―外生生长‖。 平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属于外生生长。等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为―内生生长‖。

14 枝晶间距－指相邻同次枝晶间的垂直距离。它是树枝晶组织细化程度的表征。

15 共生生长－是指在共晶合金结晶时，后析出的相依附于领先相表面而析出，进而形成相互交叠的双相晶核且具有共同的生长界面，依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，互相不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元，彼此偶合的共同向前生长。

15离异生长－两相的析出在时间上和空间上都是彼此分离的，因而形成的组织没有共生共晶的特征。这种非共生生长的共晶结晶方式称为离异生长，所形成的组织称离异共晶。

16 孕育与变质－孕育主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒；而变质则是改变晶体的生长机理，从而影响晶体形

1

貌。变质在改变共晶合金的非金属相的结晶形貌上有着重要的应用，而在等轴晶组织的获得和细化中采用的则是孕育方法。

17 联生结晶－熔池边界未熔母材晶粒表面，非自发形核就依附在这个表面，在较小的过冷度下以柱状晶的形态向焊缝中心生长，称为联生结晶(也称外延生长)。

18 择优生长－那些主干取向与热流方向平行的枝晶，较之取向不利的相邻枝晶生长得更为迅速。它们优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长。在逐渐淘汰趋向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。这种互相竞争淘汰的晶体生长过程称为晶体的择优生长。

19 快速凝固－是指采用急冷技术或深过冷技术获得很高的凝固前沿推进速率的凝固过程。

20 气体的溶解度 —在一定温度和压力条件下，气体溶入金属的饱和浓度。影响溶解度的主要因素是温度及压力、气体的种类和合金的成分。

21 熔渣的碱度－是熔渣中的碱性氧化物与酸性氧化物浓度的比值（分子理论）或液态熔渣中自由氧离子的浓度（或氧离子的活度）（离子理论）。

22、长渣和短渣－熔渣的粘度随温度增高而急剧下降（快速）变化的渣称之为短渣； 反之为长渣。 23 熔渣的氧化和还原能力－是指熔渣向液态金属中传入氧（或从液态金属中导出氧）的能力。

24 扩散脱氧－是在液态金属与熔渣界面上进行的，利用（FeO）与[FeO]能够互相转移, 趋于平衡时符合分配定律的机理进行脱氧。

25沉淀脱氧－是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的[FeO]起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式。

26真空脱氧－钢液的熔化过程是在真空条件下进行，利用抽真空降低气相中CO分压来加强钢液中碳的脱氧能力。 27 偏析－合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀现象。

28微观和宏观偏析－微观偏析是指微小范围（约一个晶粒范围）内的化学成分不均匀现象，有晶界和晶内偏析之分。宏观偏析是指宏观尺寸上的偏析，包括：正常偏析、逆偏析、V形偏析和逆V形偏析、带状偏析与层状偏析和重力偏析。

29 气孔－因气体分子聚集而产生的孔洞。气孔有析出性气孔、反应性气孔和侵入性气孔之分。

30、冷裂纹和热裂纹－金属凝固冷却至室温附近发生的开裂现象称之为冷裂纹； 在固相线附近发生的裂纹称之为热裂纹。 31 溶质再分配－由于合金凝固过程中随温度的变化，固液界面前沿溶质富集并形成浓度梯度。所以，溶质必须在液、固两相重新分布，即所谓的―溶质再分配‖。

32 热流密度－单位时间内通过单位面积的热量。

33焊接－通过加热或加压，或者两者并用，用或不用填充材料，使两个分离的工件(同种或异种金属或非金属，也可以是金属与非金属)产生原子(分子)间结合而形成永久性连接的工艺工程。

34热影响区－焊接过程中，焊缝周围未熔化的母材在加热和冷却过程中，发生显微组织和力学性能变化的区域。该区主要发生物理冶金过程。

35焊接线能量E－单位长度上的焊接热输入量，E = IU/v

2

36 焊接的合金化－把需要的合金元素加入到金属中去的过程。合金化的目的：首先，补偿在高温下金属由于蒸发或氧化造成的损失；其次是为了消除缺陷，改善焊缝金属的组织与性能，或为了获得具有特殊性能的堆焊金属。

37 合金化的过渡系数－表征合金元素利用率高低的参数。η等于它在熔敷金属中的实际含量与它的原始含量之比。或者单位长度焊条中药皮重量与焊芯重量之比。

38 熔合比－焊缝中局部熔化母材所占比例

39内力－在外力作用下，变形体内各质点就会产生相互作用的力。 40内应力—没有外力的作用条件下，平衡物体内部的应力。

41焊接瞬时应力—在焊接加热冷却过程中某一瞬时中存在的应力。 42焊接残余应力—焊件完全冷却、温度均匀化后残留于焊件中的应力。

43焊接变形－在焊接过程中，由于不均匀加热和冷却收缩，势必使构件产生局部鼓曲、 歪曲、弯曲或扭转等。焊接变形的基本形式有纵、横向收缩，角变形，弯曲变形，扭曲变形和波浪形等。实际的焊接变形常常是几种变形的组合。

44 裂纹－在应力与致脆因素的共同作用下，使材料的原子结合遭到破坏，在形成新界面时产生的缝隙称为裂纹。 45 塑性－指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性的能力。 46热塑性变形－金属在再结晶温度以上的变形。

47、张量－由若干个当量坐标系改变时满足转换关系的所有分量的集合。

48 塑性－指固体材料在外力作用下发生永久变形而不被破坏其完整性的能力。

49 简单加载－是指在加载过程中各应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变。

50、应力球张量－也称静水应力状态，不能使物体产生形状变化，而只能产生体积变化，即不能使物体产生塑性变形。 51、加工硬化－随着变形程度的增加，（位错运动所受到的阻力增大），金属的强度和硬度增加，而塑性和韧性下降，即产生了加工硬化。

52、应变速率－单位时间内的应变，又称变形速度。

53、滑移－晶体在外力的作用下，其一部分沿着一定的晶面和该晶面上的一定晶向，相对于另一部分产生的相对移动。 54、主切应力平面－一般把切应力有极值的平面称为主切应力平面

55、平面应变状态－如果物体内所有质点都只在同一个坐标平面内发生变形，而在该平面的法线方向没有变形，这种变形称为平面变形。

56、附加应力－由于变形体各部分之间的不均匀变形受到整体性的限制，在各部分之间必将产生相互平衡的应力，该应力叫附加应力。

3

二、简答题

1 实际液态金属的结构

实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量、结构及浓度三种起伏特征，其结构相当复杂。

2 液态金属表面张力的影响因素

1）表面张力与原子间作用力的关系：原子间结合力u0↑→表面内能↑→表面自由能↑→表面张力↑ 2）表面张力与原子体积（δ3）成反比，与价电子数Z成正比 3）表面张力与温度：随温度升高而下降

4）合金元素或微量杂质元素对表面张力的影响。向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使u0减小，使表面内能和表面张力降低。

3 简述大平板铸件凝固时间计算的平方根定律

τ=ξ2/K2，即金属凝固时间与凝固层厚度的平方成正比。K为凝固系数，可由试验测定。当凝固结束时，ξ为大平板厚度的一半。

4 铸件凝固方式的分类（3分）

根据固、液相区的宽度，可将凝固过程分为逐层凝固方式与体积凝固方式（或糊状凝固方式）。当固液相区很窄时称为逐层凝固方式，反之为体积凝固方式。固液相区宽度介于两者之间的称为―中间凝固方式‖。

5 简述Jackson因子与界面结构的关系

Jackson因子α可视为固—液界面结构的判据：凡α≤2的物质，晶体表面有一半空缺位置时自由能降低，此时的固—液界面形态被称为粗糙界面，大部分金属属于此类；凡属α>5的物质凝固时界面为光滑面，有机物及无机物属于此类；α=2~5的物质，常为多种方式的混合，Bi、Si、Sb等属于此类。

6 试写出―固相无扩散，液相只有有限扩散‖条件下―成分过冷‖的判据，并分析哪些条件有助于形成―成分过冷‖。

GmLC0(1?K0)?RDLK0 ―固相无扩散，液相只有有限扩散‖条件下―成分过冷‖的判据：

下列条件有助于形成―成分过冷‖：

(1)液相中温度梯度GL小，即温度场不陡。(2)晶体生长速度快（R大）。(3)液相线斜率mL大。 (4)原始成分浓度C0高。(5)液相中溶质扩散系数DL低。(6)K0<1时，K0小；K0>1时，K0大。 7 写出成分过冷判别式（在―固相无扩散，液相为有限扩散‖条件下），讨论溶质原始含量C0、晶体生长速度R、界面前沿液相中的温度梯度GL对成分过冷程度的影响，并以图示或文字描述它们对合金单相固溶体结晶形貌的影响。

4

GLmlC0(1?K0)?RK0答：成分过冷判别式为：；

（1） 随着C0增加，成分过冷程度增加； （2） 随着R增加，成分过冷程度增加； （3） 随着GL减小，成分过冷程度增加；

如图所示，当C0一定时，GL减小，或R增加，晶体形貌由平面晶依次发展为胞状树枝晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶；而当GL、R一定时，随C0的增加晶体形貌也同样由平面晶依次发展为胞状树枝晶、柱状树枝晶、等轴树枝晶。

8 层片状共晶的形核和长大方式

形成具有两相沿着径向并排生长的球形共生界面双相核心的―双相形核‖，领先相表面一旦出现第二相，则可通过这种彼此依附、交替生长的―搭桥‖方式产生新的层片来构成所需的共生界面，而不需要每个层片重新生核。

9. 铸件的凝固组织可分为几类，它们分别描述铸件凝固组织的那些特点？

铸件的凝固组织可分为宏观和微观两方面。宏观组织主要是指铸态晶粒的形状、尺寸、取向和分布情况；微观组织主要描述晶粒内部的结构形态，如树枝晶、胞状晶等亚结构组织等。

影响液态充型能力的因素

(1)金属性质方面的因素—如合金的化学成分、比热容、热导率、粘度、杂质及气体含量等。 (2)铸型性质方便的因素—铸型的阻力、蓄热系数等。

(3)浇注条件及铸件结构因素—浇注温度、浇注系统、静压头压力。逐渐结构越复杂、厚薄过渡面越多，则型腔结构越复杂，流动阻力越大，液态金属充型能力就越差。

11 防止气孔产生的措施

a. 减少氢的来源。化学方法或机械办法清理焊丝或工件表面氧化膜。

b. 合理选择规范参数。钨极氩弧焊选较大焊接电流和较快焊速。 熔化极气体保护焊时选较低焊速并提高焊接线能量有利于

5

（c）形成气孔。形成析出性氢气孔。

（d）冷裂纹。氢是促使产生冷裂纹的主要因素之一。

11

三、计算题

1．在直角坐标系中，一点的应力状态表示成张量的形式为

?50-5??ij??0-50?????-505??

用应力状态特征方程求出该点的主应力和主方向。（8分） 解：应力张量不变量为 J1??x??y??z?5222J2??(?x?y??z?y??x?z)??xy??xz??zy?50222J3??x?y?z?2?xy?zy?xz?(?z?xy??y?xz??x?zy)?0代入应力状态特征方程，得

?-5?2-50?=0 或（??-10)(?+5)=0

3解得?1?10;?2=0;?3??5

将应力分量代入P317式(14-10)，并与式(14-11)联合写成方程组

??(5-?)l-5n=0???(-5-?)m=0?-5l+(5-?)n=0?222??l+m+n=1为求主方向，可将解得的三个主应力值分别代入上述方程组的前

三式中的任意两式，并与第四式联立求解，可求得三个主方向的方向余弦为

12

对于?1：l1?1对于?2：l2?12,m1?0,n1??1,m2?0,n2?122

2. 试推导均质形核的临界形核功。（7分）

均质晶核形成时，设晶核为球体，系统自由能变化△G由两部分组成，即作为相变驱动力的液－固体积自由能之差(由△GV引起)和阻碍相变的固－液界面能(由σLS引起)

?G?V?GV4?GV?A?LS??r3?4?r2?LSVs3Vs (1)

2对于?3：l3?0,m3?1,n3?0式中，V为晶核体积；Vs为形核晶体的摩尔体积；A为晶核表面积。 因为?GV???Hm?T/Tm

??G?0要求出临界形核半径r*(即r的最大值)，只要?r即可：

r???2?LSVs2?LSVsTm??Gv?Hm?T (2)

2将式(2)代入式(1)，可得到均质形核的临界形核功

16?3?VsTm??G???LS??3?H?Tm??

3 试推导非均质形核的临界形核功。

假设晶核在界面上形成球冠状，达到平衡时则存在以下关系：

?LS??CS??CLcos? (1)

式中，?LS、?CS、?CL分别为液相与基底、液相与晶核、晶核与基底间的界面张力；?为润湿角。

13

该系统吉布斯自由能的变化为

?G异＝－VC?GV?ACS(?CS??LS)?ACL?CL (2)

式中，VC为球冠的体积，即固态核心的体积；ACS为晶核与夹杂物间的界面面积；ACL为晶核与液相的界面面积。

VC???(rsin?)d(r?rcos?)?0?2?r33因此有：

?0(2?3cos??cos2?) (3)

ACL??2?rsin?(rd?)?2?r2(1?cos?) (4)

ACS??(rsin?)2??r2sin2???r2(1?cos2?) (5) 将式(3)～(5)代入式(2)得

432-3cos??cos3?2?G异＝(-?r?GV+4?r?CL)()34 (6)

2?2?CLd?G异?r异＝CL?Tm＝0?GVL?T对式(6)求导，并令dr，可求出

316?n?CL1???G＝f(?)??Gf(?)＝A?CLf(?)均23?GV3 ?异4 流体力学的斯托克斯公式计算气泡或夹杂上浮的速度。

2g(?m??B)r2??9?其中：r为气泡或夹杂的半径，?m为液态合金密度，?B为夹杂或气泡密度，g为重力加速度。?为粘度或

粘度系数。

5 比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。 6 P57 第6题。 7 P105第5题

14

05???50??ij??0?1500???0?250??5?（MPa）8已知塑性状态下某质点的应力张量为，应变增量d?x?0.1?（?为一微小量），试求应变

增量的其余分量。（6分）

解：

?m??x??y??z3???50?150?250??1503

根据增量理论有：

'd?ij??ij?d?

d??所以：所以：

d?x'?x?d?x0.1?0.1????0.001??x??m?50???50?150?250?/3?50?150

055???50?150??1000??d???00??0.001'd?ij??ij?d???0?150?15000??0.1?????????50?250?150????50?100???0??0.005?00.005??00??0?0.1???

9推导希尔(Scheil)公式（固相无扩散而液相充分混合均匀的溶质再分配），必要时画出该条件下成分与离开固－液界面前沿距

离关系图。

设试样从一端开始凝固。开始时T＝TL，Cs＝K0C0，CL＝C0。降至T*时，固－液界面上固相成分Cs*与液相成分CL*平衡，

*CL?CL由于固相中无扩散，成分沿斜线由K0C0逐渐上升（固相先后凝固各部分成分不同）；而液相因完全混合，平均成分，这

种情况下

**CSCS*(?CS)dfs?(1?fs)d()*(CL?CS)dfs?(1?fs)dCL，即K0K0

15

**dCSlnCSdfs??ln(1?fs)??lnA*(1?K0)于是有1?fs(1?K0)CS，积分得 **lnCSlnCSln[A(1?fs)]????1)*[(?1fs(K0)?]lnC(1?K0)(K0?1) lnAS

**A(1?fs)(K0?1)?CSCfsS =0时，?K0C0

(K0?1)(K0?1)**A?KCC?KC(1?fs)C?Kf00S00L0L所以 （Scheil公式）

?01720??ij??17200???0100???0? 10对于Oxyz直角坐标系，已知受力物体内一点的应力张量为

求出该点的应力张量不变量、主应力、主切应力、最大切应力、等效应力、应力偏张量及应力球张量 解：应力张量不变量为 J1??x??y??z?100222J2??(?x?y??z?y??x?z)??xy??xz??zy?29584222J3??x?y?z?2?xy?zy?xz?(?z?xy??y?xz??x?zy)??2958400

?1?172Mpa?2?100Mpa32??J??J2??J3?0解得主应力 ?3??172Mpa 1由应力状态方程

16

?12???1??22??36Mpa??2??323??2??136Mpa主切应力 ????31??312??172Mpa 最大切应力 ?max??172Mpa

??12(?2221??2)?(?2??3)?(?3??1)?31M4.p2a5等效应力

1应力张量得分解

?m?3(?1??2??3)??33.3Mpa

??33.300???033.3?m?0应力球张量

??0033???. 3???1001720??3????172?100??30??0100?偏张量为 ??03???一、名词解释1 表面张力

17

2 粘度

3 表面自由能(表面能) 4 液态金属的充型能力 5 液态金属的流动性 6 铸型的蓄热系数

7 不稳定温度场和稳定温度场 8 温度梯度

9 溶质平衡分配系数K0 10 均质形核和异质形核 11、粗糙界面和光滑界面

18

12 “成分过冷”与“热过冷” 13 内生生长和外生生长 14 枝晶间距

15 共生生长和离异生长 16 孕育与变质 17 联生结晶 18 择优生长 19 快速凝固 20 气体的溶解度 21 熔渣的碱度

19

22、长渣和短渣

23 熔渣的氧化和还原能力 24 25 26 27 28 29 30、冷裂纹和热裂纹31 扩散脱氧 沉淀脱氧 真空脱氧 偏析

微观和宏观偏析气孔

溶质再分配

20

Ａ、理想塑性材料； Ｂ、理想弹性材料； Ｃ、硬化材料；

2. 用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为 。 Ａ、解析法； Ｂ、主应力法； Ｃ、滑移线法； 3. 韧性金属材料屈服时， 准则较符合实际的。

Ａ、密席斯； Ｂ、屈雷斯加； Ｃ密席斯与屈雷斯加； 4. 塑性变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做 。 Ａ、理想弹性材料； Ｂ、理想刚塑性材料； Ｃ、塑性材料； 5. 硫元素的存在使得碳钢易于产生 。

Ａ、热脆性； Ｂ、冷脆性； Ｃ、兰脆性； 6. 应力状态中的 应力，能充分发挥材料的塑性。

Ａ、拉应力； Ｂ、压应力； Ｃ、拉应力与压应力； 7. 平面应变时，其平均正应力?ｍ 中间主应力?２。

Ａ、大于； Ｂ、等于； Ｃ、小于； 8. 钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 。

Ａ、提高； Ｂ、降低； Ｃ、没有变化；

9．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响 工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。 Ａ、大于； Ｂ、等于； Ｃ、小于；

11. 由于屈服原则的限制，物体在塑性变形时，总是要导致最大的 散逸，这叫最大散逸功原理。 Ａ、能量； Ｂ、力； Ｃ、应变； 三、判断题（对打√，错打×）

1. 合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。 （ ）

2. 合金钢中的白点现象是由于夹杂引起的。 （ ）

3. 结构超塑性的力学特性为S?k?'m，对于超塑性金属m =0.02-0.2。 （ ） 4. 影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。 （ ） 5. 屈雷斯加准则与密席斯准则在平面应变上，两个准则是一致的。 （ ） 6. 变形速度对摩擦系数没有影响。 （ ） 7. 静水压力的增加，有助于提高材料的塑性。 （ ） 8. 碳钢中冷脆性的产生主要是由于硫元素的存在所致。 （ ）

36

9. 塑性是材料所具有的一种本质属性。

10.合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。 （ ） 11.结构超塑性的力学特性为S?k?'m，对于超塑性金属m≈0.3~1.0。 （ ）

12.影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。 （ ） 13.碳钢中碳含量越高，碳钢的塑性越差。 （ ） 14.在塑料变形时要产生硬化的材料叫变形硬化材料。 （ ） 15.塑性变形体内各点的最大正应力的轨迹线叫滑移线。 （ ） 16.二硫化钼、石墨、矿物油都是液体润滑剂。 。 （ ） 17.按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=0.5。 （ ） 18.静水压力的增加，对提高材料的塑性没有影响。 （ ） 19.在塑料变形时要产生硬化的材料叫理想刚塑性材料。 （ ） 20.塑性是材料所具有的一种本质属性。 （ ） 21.塑性就是柔软性。 （ ） 22.在塑料变形时金属材料塑性好，变形抗力就低，例如：不锈钢（ ）

23.如果已知位移分量，则按几何方程求得的应变分量自然满足协调方程；若是按其它方法求得的应变分量，也自然满足协调方程，则不必校验其是否满足连续性条件。 （ ）

24.当材料受单向应力时，β=1，两准则重合；在纯剪应力作用下，两准则差别最大； 四、名词解释

1． 最小阻力定律

2．上限法的基本原理是什么？

3．在结构超塑性的力学特性S?k?中，m值的物理意义是什么？

4．何谓冷变形、热变形和温变形， 5． 超塑性 五、简答题

1．何谓屈服准则？常用屈服准则有哪两种？试比较它们的同异点？ 2. 什么是塑性？简述提高金属塑性的主要途径？

3. 在塑性加工中润滑的目的是什么？影响摩擦系数的主要因素有哪些？

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?m

4．简述在塑性加工中影响金属材料变形抗力的主要因素有哪些？

5．什么是速度间断？为什么说只有切向速度间断，而法向速度必须连续？

6．密席斯Mises屈服准则的物理意义？屈雷斯加Tresca屈服准则的物理意义？ 7．简述塑性成形中对润滑剂的要求？

（1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态； （2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不分解，不变质； （3）润滑剂有冷却模具的作用；

（4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用； （5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境；

（6）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。

简述金属塑性加工的主要优点：

– 结构致密，组织改善，性能提高。 – 材料利用率高，流线分布合理。 – 精度高，可以实现少无切削的要求。 – 生产效率高。

简述金属塑性加工时摩擦的特点及作用 摩擦的不利方面

? 改变物体应力状态，使变形力和能耗增加 ? 引起工件变形与应力分布不均匀

? 恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低工具寿命 摩擦的利用

例如，用增大摩擦改善咬入条件，强化轧制过程；增大冲头与板片间的摩擦，强化工艺，减少起皱和撕裂等造成的废品。

38

14 试比较缩孔与缩松的形成机理 15. 简述凝固裂纹的形成机理及防止措施。 16 冷裂纹的分类及其影响冷裂纹形成的因素 17．共晶凝固过程中的共生生长与离异生长 18. 集中缩孔的形成机理 19 保证熔焊焊接接头的措施： 20 比较焊接温度场和焊接热循环 21 表征焊接热循环的参数分别是哪几个 22. 焊接过程的特殊性（以低合金钢为例）： 23 影响HAZ硬度的因素有那两个

26

24 比较粗晶脆化、组织转变脆化、析出脆化和热应变失效脆化

25 减少焊接残余应力的措施 26 焊接变形的基本形式 27 防止热裂纹的措施 28 氢致裂纹的机理

29 热塑性变形机理及其对金属组织和性能的影响 30、简述张量的基本性质 31 变形连续方程的物理意义 32 焊接熔池的凝固条件

27

33 氢对焊缝金属的质量有何影响？

28

三、计算题

1．在直角坐标系中，一点的应力状态表示成张量的形式为

用应力状态特征方程求出该点的主应力和主方向。（8分）

2. 试推导均质形核的临界形核功。（7分） 3 试推导非均质形核的临界形核功。

4 流体力学的斯托克斯公式计算气泡或夹杂上浮的速

?50-5??ij??0-50?????-505?? 29

度。

5 比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。

6 P57 第6题。 7 P105第5题

8已知塑性状态下某质点的应力张量为（MPa），应变增量d?余分量。

9推导希尔(Scheil)公式（固相无扩散而液相充分混合

30

x05???50??ij??0?1500???0?250??5??0.1?（?为一微小量），试求应变增量的其

均匀的溶质再分配），必要时画出该条件下成分与离开固－液界面前沿距离关系图。

10对于Oxyz直角坐标系，已知受力物体内一点的应力张量为

?01720??ij??17200???0100???0?

求出该点的应力张量不变量、主应力、主切应力、最大切应力、等效应力、应力偏张量及应力球张量

1、液态金属或合金中一般存在 起伏、 起伏和 起伏，其中在一定过冷度下，临界核心由 起伏

提供，临界生核功由 起伏提供。

2、液态金属的流动性主要由 、 和 等决定。 3、液态金属（合金）凝固的驱动力由 提供，而凝固时的形核方式有 和 两种。

5、铸件凝固过程中采用 、 和 等物理方法实现动态结晶，可以有效地细化晶粒组织。

6、孕育和变质处理是控制金属（合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响 ，而变质则主要改变 。

7、铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历 、 和 三个收缩阶段。

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8、铸件中的成分偏析按范围大小可分为 和 两大类。 9、塑性变形时不产生硬化的材料叫做 。 10、韧性金属材料屈服时， 准则较符合实际的。 11、硫元素的存在使得碳钢易于产生 。 12、应力状态中的 应力，能充分发挥材料的塑性。 11、平面应变时，其平均正应力?ｍ 中间主应力?２。 12、钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 。

13、材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫 。

14、材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为?１＝０.1，第二次的真实应变为?２＝0.25，则总的真实应变?＝ 。 15、固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力叫材料的 。

1、液态金属的流动性越强，其充型能力越好。 （ ） 2、金属结晶过程中，过冷度越大，则形核率越高。 （ ） 3、稳定温度场通常是指温度不变的温度场。 （ ） 4、实际液态金属（合金）凝固过程中的形核方式多为异质形核。 （ ） 5、壁厚不均匀的铸件在凝固过程中，薄壁部位较厚壁部位易出现裂纹。（ ） 6．合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。 （ ）

7. 合金钢中的白点现象是由于夹杂引起的。 （ ） 8 . 结构超塑性的力学特性为S?k?'m，对于超塑性金属m =0.02-0.2。 （ ） 9. 影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。 （ ） 10．屈雷斯加准则与密席斯准则在平面应变上，两个准则是一致的。 （ ） 11．变形速度对摩擦系数没有影响。 （ ） 12. 静水压力的增加，有助于提高材料的塑性。 （ ） 13. 碳钢中冷脆性的产生主要是由于硫元素的存在所致。 （ ）

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14. 塑性是材料所具有的一种本质属性。 （ ） 15. 在塑料变形时要产生硬化的材料叫变形硬化材料。 （ ） 16. 塑性变形体内各点的最大正应力的轨迹线叫滑移线。 （ ） 17. 二硫化钼、石墨、矿物油都是液体润滑剂。 （ ）

18．碳钢中碳含量越高，碳钢的塑性越差。 （ ） 1、定向凝固原则2、偏析

1、什么是缩孔和缩松？请分别简述这两种铸造缺陷产生的条件和基本原因？ 2.简述提高金属塑性的主要途径。 1、在 起伏、 起伏和 起伏，其中在一定过冷度下，临界核心由 起伏提供，临界生核功由 起伏提供。

2、影响液态金属界面张力的因素主要有 、 和 。 3、纯金属凝固过程中晶体的宏观长大方式可分为 和 两种，其主要取决于界面前沿液相中的 。 4、金属（合金）凝固过程中由热扩散控制的过冷被称为 。

5、铸件的宏观凝固组织主要是指 ，其通常包括 、 和 三个典型晶区。

6、孕育和变质处理是控制金属（合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响 ，而变质则主要改变 。

7、液态金属成形过程中在 附近产生的裂纹称为热裂纹，而在 附近产生的裂纹称为冷裂纹。 8、铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历 、 和 三个收缩阶段。

9、铸件凝固组织中的微观偏析可分为 、 和 等，其均可通过 方法消除。 10、铸件中的成分偏析按范围大小可分为 和 两大类。 11、塑性成形中的三种摩擦状态分别是： 、 、 。 12、对数应变的特点是具有真实性、可靠性和 。

13、就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性 。 14、钢冷挤压前，需要对坯料表面进行 润滑处理。

1. 塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响 工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。

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Ａ、大于； Ｂ、等于； Ｃ、小于； 2. 塑性变形时不产生硬化的材料叫做 。

Ａ、理想塑性材料； Ｂ、理想弹性材料； Ｃ、硬化材料；

3. 用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为 。 Ａ、解析法； Ｂ、主应力法； Ｃ、滑移线法； 4. 韧性金属材料屈服时， 准则较符合实际的。

Ａ、密席斯； Ｂ、屈雷斯加； Ｃ密席斯与屈雷斯加； 5. 塑性变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做 。 Ａ、理想弹性材料； Ｂ、理想刚塑性材料； Ｃ、塑性材料； 6. 硫元素的存在使得碳钢易于产生 。

Ａ、热脆性； Ｂ、冷脆性； Ｃ、兰脆性； 7. 应力状态中的 应力，能充分发挥材料的塑性。

Ａ、拉应力； Ｂ、压应力； Ｃ、拉应力与压应力； 8. 平面应变时，其平均正应力?ｍ 中间主应力?２。

Ａ、大于； Ｂ、等于； Ｃ、小于； 9. 钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 。

Ａ、提高； Ｂ、降低； Ｃ、没有变化；

1. 按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数μ=0.5。 （ ） 2．塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响小于工件表面的

粗糙度对摩擦系数的影响。 （ ） 3. 静水压力的增加，对提高材料的塑性没有影响。 （ ） 4. 在塑料变形时要产生硬化的材料叫理想刚塑性材料。 （ ） 5. 塑性变形体内各点的最大剪应力的轨迹线叫滑移线。 （ ） 1、相变应力2、平衡凝固3、最大散逸功原理

1、 简述为什么在铸件凝固过程中降低浇注温度是减少柱状晶、获得等轴晶的有效措施之一？ 2、 2．简述影响变形抗力的因素

一、填空题

1. 韧性金属材料屈服时， 准则较符合实际的。

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2、硫元素的存在使得碳钢易于产生 。

2. 塑性变形时不产生硬化的材料叫做 。 3. 应力状态中的 应力，能充分发挥材料的塑性。 4. 平面应变时，其平均正应力?ｍ 中间主应力?２。 5. 钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 。

6. 材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过１００％的现象叫 。

7. 材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为?１＝０.1，第二次的真实应变为?２＝０.25，则总的真实应变?＝ 。 8. 固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力叫材料的 。

10、塑性成形中的三种摩擦状态分别是： 、 、 。 11、就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性 。 12、钢冷挤压前，需要对坯料表面进行 润滑处理。

13、为了提高润滑剂的润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入的少量活性物质的总称叫 。 14、对数应变的特点是具有真实性、可靠性和 。 15、塑性指标的常用测量方法 。

16、弹性变形机理原子间距的变化； 塑性变形机理位错运动为主。 17、金属塑性指标有：延伸率，断面收缩率，扭转转数，冲击韧性。

18、真实应变是用 表示的变形，反映了工件的真实变形程度，即 ，工程应变（或名义应变）用绝对变形量与工件原始尺寸的比来表示，即 。两者关系为 。 19、两向应力状态的米赛斯屈服轨迹在应力主空间为 。

20、物体的变形分为两部分：1） , 2) 。其中，引起 变化与球应力张量有关，引起 变化与偏应力张量有关。

二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上 1. 塑性变形时不产生硬化的材料叫做 。

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