2023年材料成型原理题库.doc

陶瓷大学材料成型原理题库热传导： 在连续介质内部或互相接触物体之间不发生相对位移而仅依靠分子及自由电子等微观粒子热运动来传输热量。热对流： 流体中质点发生相对位移而引发热量传输过程热辐射： 是物质由于自身温度因素激发产生电磁波而被另一低温物体吸取后,又重新所有或部分地转变为热能过程。均质形核： 晶核在一个体系内均匀地分布凝固： 物质由液相转变为固相过程过冷度：所谓过冷度是指在一定压力下冷凝水温度低于相应压力下饱和温度差值成份过冷： 这种由固-液界面前方溶质再分派引发过冷，称为成份过冷偏析：合金在凝固过程中发生化学成份不均匀现象残余应力：是消除外力或不均匀温度场等作用后仍留在物体内自相平衡内应力定向凝固标准： 定向凝固标准是采用多种方法，保证铸件结构上各部分按距离冒口距离由远及近，朝冒口方向凝固，冒口自身最终凝固。屈服准则： 是塑性力学基础方程之一，是鉴定材料从弹性进入塑性状态判据简朴加载; 在加载过程中各个应力分量按同一比例增长，应力主轴方向固定不变滑移线：塑性变形金属表面所展现由滑移所形成条纹本构关系;应力和应变之间关系弥散强化：指一个通过在均匀材料中加入硬质颗粒一个材料强化手段最小阻力定律：塑性变形体内有也许沿不同样方向流动质点只选择阻力最小方向流动规律边界摩擦：单分子膜润滑状态下摩擦变质解决：在液态金属中添加少许物质，以改善晶粒形核绿工艺孕育解决; 克制柱状晶生长，达成细化晶粒，改善宏观组织工艺真实应力：单向拉伸或压缩时作用在试样瞬时横截面上是实际应力热塑性变形:金属再结晶温度以上变形塑性：指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性能力塑性加工：使金属在外力作用下产生塑性变形并取得所需形状一个加工工艺相变应力：金属在凝固后冷却过程中产生相变而带来0应力变形抗力： 反映材料抵御变形能力超塑性: 材料在一定内部条件和外部条件下，展现出异常低流变应力，异常高流变性能现象1 韧性金属材料屈服时，密塞斯准则较符合实际。2 硫元素存在使得碳钢易于产生开裂。3 塑性变形时不产生硬化材料叫做抱负塑性材料。4 应力状态中压应力，能充足发挥材料塑性。5 平面应变时，其平均正应力s等于中间主应力s。6 钢材中磷使钢强度、硬度提高，塑性、韧性 减少 。 7 材料在一定条件下，其拉伸变形延伸率超过100现象叫超塑性。8 材料通过连续两次拉伸变形，第一次真实应变为e.1，第二次真实应变为e.25，则总真实应变e0.35。9 固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力叫材料 塑性 。10 塑性成形中三种摩擦状态分别是： 干 、边界、流体。11 对数应变特点是具有真实性、可靠性和可加性。12 就大多数金属而言，其总趋势是，随着温度升高，塑性增长。13钢冷挤压前，需要对坯料表面进行磷化-皂化润滑解决。14 为了提高润滑剂润滑、耐磨、防腐等性能常在润滑油中加入少许活性物质总称叫添加剂。15 塑性指标常见测量方法 拉伸、压缩、扭转实验 。16 弹性变形机理 原子间距改变； 塑性变形机理 位错运动为主。1、液态金属或合金中通常存在 相（或结构） 起伏、 浓度 起伏和 能量 起伏，其中在一定过冷度下，临界关键由 相（或结构） 起伏提供，临界生核功由 能量 起伏提供。2、液态金属流动性关键由 成份 、 温度 和 杂质含量 等决定。3、液态金属（合金）凝固驱动力由 过冷度 提供，而凝固时形核方法有 均质形核 和 异质形核或 非质形核 两种。5、铸件凝固过程中采用 振动 、 搅拌 和 旋转铸型 等物理方法实现动态结晶，可以有效地细化晶粒组织。6、孕育和变质解决是控制金属（合金）铸态组织关键方法，两者关键区分在于孕育关键影响 生核过程 ，而变质则关键改变 晶体生长过程 。7、铸造合金从浇注温度冷却到室温通常要经历 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 三个收缩阶段。8、铸件中成份偏析按范围大小可分为 微观偏析 和 宏观偏析 两大类。1液态金属自身流动能力关键由液态金属 成份 、 温度 和 杂质含量 等决定。2液态金属或合金凝固驱动力由 过冷度 提供。3晶体宏观生长方法取决于固液界面前沿液相中温度梯度，当温度梯度为正时，晶体宏观生长方法为 平面长大方法 ，当温度梯度为负时，晶体宏观生长方法为 树枝晶长大方法 。5液态金属凝固过程中液体流动关键包含 自然对流 和 逼迫对流 。 6液态金属凝固时由热扩散引发过冷称为 热过冷 。7铸件宏观凝固组织通常包含 表层细晶粒区 、 中间柱状晶区 和 内部等轴晶区 三个不同样形态晶区。8内应力按其产生因素可分为 热应力 、 相变应力 和 机械应力 三种。9铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温通常要经历 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 三个收缩阶段。10铸件中成份偏析按范围大小可分为 微观偏析 和 宏观偏析 二大类。1、什么是缩孔和缩松？请分别简述这两种铸造缺陷产生条件和基础因素？答：铸造合金在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩产生，往往在铸件最终凝固部位出现孔洞，称为缩孔；其中尺寸细小并且分散孔洞称为分散性缩孔，简称缩松。 缩孔产生条件是：铸件由表及里逐层凝固；其产生基础因素是：合金液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值。 缩松产生条件是：合金结晶温度范围较宽，倾向于体积凝固。其产生基础因素是：合金液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值。2.简述提高金属塑性关键途径。答：一、提高材料成份和组织均匀性 二、合理选择变形温度和变形速度 三、选择三向受压较强变形方法 四、减少变形不均匀性12、对于低碳钢薄板，采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形（后面均匀焊透）。采用同样焊接规范去焊同样厚度不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么？解：采用同样焊接规范去焊同样厚度不锈钢板也许会出现烧穿，这是由于不锈钢材料导热性能比低碳钢差，电弧热无法立即散开缘故；相反，采用同样焊接规范去焊同样厚度铝板也许会出现焊不透，这是由于铝材导热能力优于低碳钢缘故。6、铸件经典宏观凝固组织是由哪几部分组成，它们形成机理如何?答：铸件宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。表面激冷区形成：当液态金属浇入温度较低铸型中时，型壁周边熔体由于受到强烈激冷作用，产生很大过冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方法生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性表面细等轴晶组织。 柱状晶区形成：在结晶过程中由于模壁温度升高，在结晶前沿形成合适过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也也许直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿晶粒在垂直于型壁单向热流作用下，以表面细等轴晶凝固层一些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向和热流方向相平行枝晶优先向内伸展并克制相邻枝晶生长，在淘汰取向不利晶体过程中，发展成柱状晶组织。 内部等轴晶形成： 内部等轴晶区形成是由于熔体内部晶核自由生长结果。随着柱状晶发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素作用，满足了形核时过冷度规定，于是在整个液体中开始形核。同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上长大速度是相等，所以长成了等轴晶。6、什么是金属超塑性？超塑性变形有什么特性？答：在部分特定条件下，如一定化学成份、特定显微组织、特定变形温度和应变速率等，金属会表现出异乎平常高塑性状态，即所谓超常塑性变形。塑性效应表现为以下多个特点：大伸长率、无缩颈、低流动应力、相应变速率敏感性、易成形。5、什么是加工硬化？产生加工硬化因素是什么？它对金属塑性和塑性加工有何影响？ 答：加工硬化：在常温状态下，金属流动应力随变形限度增长而上升。为了使变形继续下去，就需要增长变形外力或变形功。这种现象称为加工硬化。加工硬化产生因素关键是由于塑性变形引发位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量形成缠结、不动位错等障碍，形成高密度“位错林”，使其它位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高。1、简述滑移和孪生两种塑性变形机理关键区分。 答： 滑移是指晶体在外力作用下，晶体一部分沿一定晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。滑移总是沿着原子密度最大晶面和晶向发生。 孪生变形时，需要达成一定临界切应力值方可发生。在多晶体内，孪生变形是极另一方面要一个补充变形方法。9 . 对于低碳钢薄板，采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形（后面均匀焊透）。采用同样焊接规范去焊同样厚度不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么？解：采用同样焊接规范去焊同样厚度不锈钢板也许会出现烧穿，这是由于不锈钢材料导热性能比低碳钢差，电弧热无法立即散开缘故；相反，采用同样焊接规范去焊同样厚度铝板也许会出现焊不透，这是由于铝材导热能力优于低碳钢缘故。1.铸件经典宏观凝固组织是由哪几部分组成，它们形成机理如何?答：铸件宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成。表面激冷区形成：当液态金属浇入温度较低铸型中时，型壁周边熔体由于受到强烈激冷作用，产生很大过冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方法生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性表面细等轴晶组织。柱状晶区形成：在结晶过程中由于模壁温度升高，在结晶前沿形成合适过冷度，使表面细晶粒区继续长大（也也许直接从型壁处长出），又由于固-液界面处单向散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿晶粒在垂直于型壁单向热流作用下，以表面细等轴晶凝固层一些晶粒为基底，呈枝晶状单向延伸生长，那些主干取向和热流方向相平行枝晶优先向内伸展并克制相邻枝晶生长，在淘汰取向不利晶体过程中，发展成柱状晶组织。内部等轴晶形成：内部等轴晶区形成是由于熔体内部晶核自由生长结果。随着柱状晶发展，熔体温度降到足够低，再加之金属中杂质等因素作用，满足了形核时过冷度规定，于是在整个液体中开始形核。同时由于散热失去了方向性，晶体在各个方向上长大速度是相等，所以长成了等轴晶。5.试分析影响铸件宏观凝固组织因素，列举取得细等轴晶常见方法。 答：铸件三个晶区形成是互相联络互相制约，稳定凝固壳层形成决定着表面细晶区向柱状晶区过度，而阻止柱状晶区进一步发展关键则是中心等轴晶区形成，所以凡能强化熔体独立生核，促进晶粒游离，和有助于游离晶残余和增殖多种因素所有将克制柱状晶区形成和发展，从而扩大等轴晶区范围，并细化等轴晶组织。 细化等轴晶常见方法：（1） 合理浇注工艺：合理减少浇注温度是减少柱状晶、取得及细化等轴晶有效方法；通过改变浇注方法强化对流对型壁激冷晶冲刷作用，能有效地促进细等轴晶形成；（2）冷却条件控制：对薄壁铸件，可采用高蓄热、快热传导能力铸型；对厚壁铸件，通常采用冷却能力小铸型以保证等轴晶形成，再辅以其它晶粒细化方法以得到满意效果；（3）孕育解决：影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒。（4）动力学细化：铸型振动;超声波振动;液相搅拌;流变铸造，导致枝晶破碎或和铸型分离，在液相中形成大量结晶关键，达成细化晶粒目的。7.试述焊接熔池中金属凝固特点。答：熔焊时，在高温热源作用下，母材发生局部熔化，并和熔化了焊接材料互相混合形成熔池，同时进行短暂而复杂冶金反映。当热源离开后，熔池金属便开始了凝固。所以，焊接熔池具有以下部分特殊性。（1）熔池金属体积小，冷却速度快。在通常电弧焊条件下，熔池体积最大也只有30cm3 ，冷却速度通常可达4100/s，。（2）熔池金属中不同样区域温差很大、中心部位过热温度最高。熔池金属中温度不均匀，且过热度较大，特别是中心部位过热温度最高，非自发形核原始质点数将大为减少。（3）动态凝固过程。通常熔焊时，熔池是以一定速度随热源而移动。（4）液态金属对流剧烈。熔池中存在很多复杂作用力，使熔池金属产生强烈搅拌和对流，在熔池上部其方向通常趋于从熔池头部向尾部流动，而在熔池底部流动方向和之恰好相反，这一点有助于熔池金属混和和纯净。2.偏析是如何形成？影响偏析因素有哪些？生产中如何防止偏析形成？答：偏析关键是由于合金在凝固过程中扩散不充足、溶质再分派而引发。影响偏析因素有：1）合金液、固相线间隔；2）偏析元素扩散能力；3）冷却条件。针对不同样种类偏析可采用不同样防止方法，具体有：（1）生产中可通过扩散退火或均匀化退火来消除晶内偏析，立即合金加热到低于固相线100200温度，进行长时间保温，使偏析元素进行充足扩散，以达成均匀化；（2）防止和消除晶界偏析方法和晶内偏析所采用方法相同，即细化晶粒、均匀化退火。但对于氧化物和硫化物引发晶界偏析，即使均匀化退火也无法消除，必需从减少合金中氧和硫含量入手。（3）向合金中添加细化晶粒元素，减少合金含气量，有助于减少或防止逆偏析形成。（4）减少铸锭冷却速度，枝晶粗大，液体沿枝晶间流动阻力减小，促进富集液流动，均会增长形成V形和逆V形偏析倾向。（5）减少溶质含量，采用孕育方法细化晶粒，加强固-液界面前对流和搅拌，所有有助于防止或减少带状偏析形成。（6）防止或减轻重力偏析方法有以下多个：1）加紧铸件冷却速度，缩短合金处在液相时间，使初生相来不及上浮或下沉；2）加入能阻碍初晶沉浮合金元素。比如，在Cu-Pb合金中加少许Ni，能使Cu固溶体枝晶一方面在液体中形成枝晶骨架，从而阻止Pb下沉。再如向Pb-17Sn合金中加入质量分数为1.5%Cu，一方面形成Cu-Pb骨架，也可以减轻或消除重力偏析；3）浇注前对液态合金充足搅拌，并尽也许减少合金浇注温度和浇注速度。15、分析氢在形成冷裂纹中作用，简述氢致裂纹特性和机理。答：（1）氢作用焊缝凝固时，高温下溶入液态金属中氢未来不及析出，呈过饱和态残留在接头中。由于氢原子体积小，所以可以在接头中自由扩散，称之为接头中扩散氢。扩散氢易于在焊接热影响区、焊趾、焊根等部位偏聚，使金属脆化。特别是当这些部位存在显微裂纹时，扩散氢易向裂纹尖端三向拉伸应力区扩散、聚集，当接头中扩散氢达成氢临界含量时，将导致冷裂纹出现。（2）氢致裂纹形成机理及特性v形成机理：接头中扩散氢不仅使金属脆化，当金属内部存在显微裂纹等缺陷时，在应力作用下，裂纹前沿会形成应力集中三向应力区，诱使接头中扩散氢向高应力区扩散并聚集为分子态氢，体积膨胀使裂纹内压力增高，裂纹向前扩展，在裂纹尖端形成新三向应力区，这一过程周而复始连续进行。当接头中氢含量超过临界值时，显微裂纹将扩展成为宏观裂纹。v特性：氢致裂纹从潜伏、萌生、扩展直至开裂具有延迟特性；存在氢致延迟裂纹敏感温度区间（Ms以下200至室温范围）；常发生在刚性较大低碳钢、低合金钢焊接结构中。9. 什么是动态再结晶？影响动态再结晶关键因素有哪些？ 答：在热塑性变形过程中，层错能低金属在变形量很大时，当加热升温时，原子具有相称扩散能力，变形后金属自发地向低自由能状态转变，称为动态再结晶。影响动态再结晶关键因素有：金属层错能高低，晶界迁移难易限度相关。15. 应力状态对金属塑性和变形抗力有何影响？答：塑性：金属在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性能力。应力状态不同样对塑性影响也不同样：主应力图中压应力个数越多，数值越大，则金属塑性越高；拉应力个数越多，数值越大，则金属塑性就越低。这是由于拉应力促进晶间变形，加速晶界破坏，而压应力阻止或减小晶间变形；此外，三向压应力有助于克制或消除晶体中由于塑性变形而引发多种微观破坏，而拉应力则相反，它使多种破坏发展，扩大。变形抗力：金属在发生塑性变形时，产生抵御变形能力，称为变形抗力，通常见接触面上平均单位面积变形力表达应力状态不同样，变形抗力不同样。如挤压时金属处在三向压应力状态，拉拔时金属处在历来受拉二向受压应力状态。挤压时变形抗力远比拉拔时变形抗力大。