材料成型基本原理课后答案
第十三章思考与练习
简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。
答：滑移是指晶体在外力的作用下，晶体的一部分沿一定的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的晶面和晶向发生。
孪生变形时，需要达到一定的临界切应力值方可发生。在多晶体内，孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。
设有一简单立方结构的双晶体，如图13-34所示，如果该金属的滑移
系是{100} <100>，试问在应力作用下，该双晶体中哪一个晶体首先发
生滑移？为什么？
答：晶体Ⅰ首先发生滑移，因为Ⅰ受力的方向接近软取向，
而Ⅱ接近硬取向。
试分析多晶体塑性变形的特点。
答：①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。
②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。
③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。
④多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。
4. 晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？
答：晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。
5. 合金的塑性变形有何特点？
答：合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类，它们的塑性变形的特点不相同。
单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生，变形时主要受固溶强化作用，
多相合金的塑性变形的特点：多相合金除基体相外，还有其它相存在，呈两相或多相合金，合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说，仍然是滑移和孪生。
根据第二相又分为聚合型和弥散型，第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时，称为聚合型两相合金，只有当第二相为较强相时，才能对合金起到强化作用，当发生塑性变形时，首先在较弱的相中发生。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时，称为弥散型两相合金，这种弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显著的强化作用，粒子越细，弥散分布越均匀，强化的效果越好。
6. 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？
答：对组织结构的影响：晶粒内部出现滑移带和孪生带；
晶粒的形状发生变化：随变形程度的增加，等轴晶沿变形方向逐步伸长，当变形量很大时，晶粒组织成纤维状；
晶粒的位向发生改变：晶粒在变形的同时，也发生转动，从而使得各晶粒的取向逐渐趋于一致（择优取向），从而形成变形织构。
对金属性能的影响：塑性变形改变了金属内部的组织结构，因而改变了金属的力学性能。
随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性相应下降。即产生了加工硬化。
7. 产生加工硬化的原因是什么？它对金属的塑性和塑性加工有何影响？
答：加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升。为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。这种现象称为加工硬化。
加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大，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，形成高密度的“位错林”，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高。
8. 什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？
答：动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。
对于层错能高的金属，变形位错的交滑移和攀移比较容易进行，位错容易在滑移面间转移，使
异号位错互相抵消，其结果是位错密度下降，畸变能降低，达不到动态再结晶所需的能量水平。
9. 什么是动态再结晶？影响动态再结晶的主要因素有哪些？
答：在热塑性变形过程中，层错能低的金属在变形量很大时，当加热升温时，原子具有相当的扩散能力，变形后的金属自发地向低自由能状态转变，称为动态再结晶。
影响动态再结晶的主要因素有：金属的层错能高低，晶界迁移的难易程度有关。
10. 什么是扩散性蠕变？它的作用机理是什么？
答：扩散蠕变是在应力场作用下，由空位的定向移动引起的。
它的作用机理是在一定温度下，晶体中总存在一定数量的空位。显然，空位旁边的原子容易跳入空位，相应地在原子占据的结点上出现新的空位，相当于空位朝原子迁移的相反方向迁移。在应力场作用下，受拉应力的晶界的空位浓度高于其它部位的晶界，由于各部位空位的化学势能差，而引起空位的定向转移，即空位从垂直于拉应力的晶界析出，而被平行于拉应力的晶界所吸收。
11. 钢锭经热加工变形后的组织和性能发生什么变化？
答：组织和性能发生什么变化：①改善晶粒组织②锻合内部缺陷③形成纤维状组织④．改善碳化物和夹杂物分布⑤改善偏析。
12. 杂质元素和合金元素对钢的塑性有何影响？
答：杂质元素，如P、S、N、H、O等，合金元素Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti等。对金属塑性的影响主要表现为:
①碳碳对碳钢性能的影响最大。碳能固溶于铁，形成铁素体和奥氏体，它们具有良好的塑性。当铁中的碳含量超过其溶碳能力时，多余的碳便以渗碳体Fe3C形式出现，它具有很高的硬度，而塑性几乎为零。
②磷磷是钢中的有害杂质，在钢中有很大的溶解度，易溶于铁素体，使钢的塑性降低，在低温时更为严重，这种现象称为冷脆性。。此外，磷具有极大的偏析倾向，能促使奥氏体晶粒长大。
③硫硫是钢中的有害物质，主要与铁形成FeS，FeS与铁形成易熔共晶体Fe-FeS，产生“热脆”现象。
④氮氮在钢中主要以氮化物Fe4N形式存在。在300ｏC左右加工，会出现所谓的“蓝脆”现象。
⑤氢、氧氧在钢中溶解度很小，主要以Fe3O4、 Al2O3和SiO2等夹杂物出现，降低钢的塑性； Fe3O4还与FeS形成易熔共晶体，分布于晶界处，造成钢的热脆性。钢中溶氢，会使钢的塑性、韧性下降，造成所谓“氢脆”。
⑥锰作用之一是显著提高铁素体强度；作用之二是脱硫，锰与硫化合生成MnS，以消除FeS的热脆现象。
⑦锡、铋、铅、锑、砷这几种低熔点合金元素在钢中的溶解度很低，它们在钢中以纯金属相存在于晶界，易造成钢的热脆性。
⑧稀土元素钢中加入少量稀土元素可以改善钢的塑性，但加入过量的稀土元素会在晶界处析出，反而会降低塑性。
13. 组织状态、变形温度应变速率对金属塑性有何影响？
答：组织状态状态对金属塑性的影响：当金属材料的化学成分一定时，组织状态的不同，对金属的塑性有很大影响。⑴晶格类型的影响，面心立方（滑移系12个）的金属塑性最好；体心立方晶格（滑移系12个）塑性次之，密排六方晶格的金属塑性更差。⑵晶粒度的影响，晶粒度越小，塑性越高，晶粒度均匀的塑性好，晶粒大小相差悬殊的多晶体，各晶粒间的变形难易程度不同，造成变形和应力分布不均匀，所以塑性降低。⑶相组成的影响，当合金元素以单相固溶体形式存在时，金属的塑性较高；当合金元素以过剩相存在时，塑性较低。⑷铸造组成的影响，铸造组织具有粗大的柱状晶粒，具有偏析、夹杂、气泡、疏松等缺陷，因而塑性较差。
变形温度对金属塑性的影响：对大多少金属而言，总的趋势是随着温度升高，塑性增加。但是这种增加并不是线性的，在加热的某些温度区间，由于相态或晶界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。（蓝脆区和热脆区）
应变速率对金属塑性的影响：应变速率可以理解成变形速度，提高应变速率，没有足够的时间进行回复或再结晶，对金属的软化过程不能充分体现，使金属塑性降低。但提高应变速率，在一定程度上使金属温度升高，温度效应增加，温度的升高可以促使变形过程中的位错重新调整，有利于金属塑性提高；提高应变速率可以降低摩擦因数，从而降低金属的的流动阻力，改善金属的充填性。而且，在非常高的应变速率下（如爆炸成形）对塑性较差的难成形金属的塑性加工是有利的。
14. 化学成分、组织状态、变形温度、变形程度对变形抗力有何影响？
答：化学成分：对于纯金属，纯度越高，变形抗力越小。对于合金，主要取决于合金元素的原子与基体原子间相互作用的特性、合金原子在基体原子中的分布等有关。合金元素引起基体点阵畸变程度越大，金属的变形抗力也越大。
组织状态：退火状态下，金属和合金的变形抗力会大大降低。组织结构的变化，例如发生相变时，变形抗力也发生变化。一般地说，硬而脆的第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散分布时，合金的变形抗力就高；且第二相越细，分布越均匀，数量越多，变形抗力就越大。金属和合金的晶粒越细，同一体积内的晶界越多，在室温下由于晶界强度高于晶内，所以变形抗力就高。
变形温度：变形抗力一般都随温度的升高而降低。
变形程度：变形程度的增加，只要回复和再结晶过程来不及进行，必然会产生加工硬化，使继续变形发生困难，因而变形抗力增加。但当变形程度较高时，随着变形程度的进一步增加，变形抗力的增加变得比较缓慢，因为这时晶格畸变能增加，促进了回复与再结晶过程的进行，以及变形热效应的作用加强。
15. 应力状态对金属的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的能力。
应力状态不同对塑性的影响也不同：主应力图中压应力个数越多，数值越大，则金属的塑性越高；拉应力个数越多，数值越大，则金属的塑性就越低。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；另外，三向压应力有利于抑制或消除晶体中由于塑性变形而引起的各种微观破坏，而拉应力则相反，它使各种破坏发展，扩大。
变形抗力：
变形抗力：金属在发生塑性变形时，产生抵抗变形的能力，称为变形抗力，一般用接触面上平均单位面积变形力表示
应力状态不同，变形抗力不同。如挤压时金属处于三向压应力状态，拉拔时金属处于一向受拉二向受压的应力状态。挤压时的变形抗力远比拉拔时变形抗力大。
16. 什么是金属的超塑性？超塑性变形有什么特征？
答：在一些特定条件下，如一定的化学成分、特定的显微组织、特定的变形温度和应变速率等，金属会表现出异乎寻常的高塑性状态，即所谓超常的塑性变形。超塑性效应表现为以下几个特点：大伸长率、无缩颈、低流动应力、对应变速率的敏感性、易成形。
17. 解释超塑性变形的机理。
答：超塑性变形行为是很复杂的，变形机理也还处在研究探索之中。目前有这样几种解释：①晶界滑移的作用；②扩散蠕变的作用；③动态回复和动态再结晶的作用。
19.什么是温度效应？冷变形和热变形时变形速度对塑性的影响有何不同？温度效应：由于塑性变形过程中产生的热量使变形体温度升高的现象。(热效应：塑性变形时金属所吸收的能量，绝大部分都转化成热能的现象)一般来说，冷变形时，随着应变速率的增加，开始时塑性略有下降，以后由于温度效应的增强，塑性会有较大的回升；而热变形时，随着应变速率的增加，开始时塑性通常会有较显著的降低，以后由于温度效应的增强，而使塑性有所回升，但若此时温度效应过大，已知实际变形温度有塑性区进入高温脆区，则金属的塑性又急速下降。
14 思考与练习
图14-1 任意斜切微分面上的应力
1. 什么叫张量？张量有什么性质？
答：张量：由若干个当坐标系改变时满足转换关系的分量组成的集合，称为张量，需要用空间坐标系中的三个矢量，即9个分量才能完整地表示。
它的重要特征是在不同的坐标系中分量之间可以用一定的线性关系来换算。 基本性质：
1） 张量不变量 张量的分量一定可以组成某些函数
)
(ij P f ，这些函数值与坐标轴无关，它不随坐标
而改变，这样的函数，叫做张量不变量。二阶张量存在三个独立的不变量。
2） 张量可以叠加和分解 几个同阶张量各对应的分量之和或差定义为另一个同阶张量。两个相同的张量之差定义为零张量。
3） 张量可分为对称张量、非对称张量、反对称张量 若张量具有性质
ji
ij P P =，就叫对称张量；若
张量具有性质
ji
ij P P -=，且当i=j 时对应的分量为0，则叫反对称张量；如果张量
ji
ij P P ≠，就叫非对称
张量。任意非对称张量可以分解为一个对称张量和一个反对称张量。
4） 二阶对称张量存在三个主轴和三个主值 如果以主轴为坐标轴，则两个下角标不同的分量均为零，只留下两个下角标相同的三个分量，叫作主值。
2. 如何表示任意斜微分面上的应力？
答：若过一点的三个互相垂直的微分面上的九个应力分量已知，则借助静力平衡条件，该点任意方向上的应力分量可以确定。
如图14-1所示，设过Q 点任一斜切面的法线N 与三个坐标轴的方向余弦为l ，m ，n ， l=cos(N,x); m=cos(N,y); n=cos(N,z)。
若斜微分面ABC 的面积为dF ， 微分面OBC(x 面)、OCA(y 面)、OAB(z 面)的微分面积分别为dFx 、dFy 、dFz ， 则各微分面之间的关系为
dFx=ldF ；dFy= mdF ； dFz=ndF
又设斜微分面ABC 上的全应力为S ，它在三坐标轴方向上的分量为Sx 、
Sy 、Sz ，由静力平衡条件∑
=0
x
P ，得：
d d d d zx yx x =---Fz F F F S y x x ττσ
整理得
?
?
?
?
?
++=++=++=n m l S n m l S n m l S z yz xz z zy y xy y zx yx x x στττστττσ （14-6）
用角标符号简记为 ()z y x j i l S i
ij j ，，，==σ
显然，全应力
2
222z
y x S S S S ++=
斜微分面上的正应力σ为全应力S 在法线N 方向的投影，它等于x S ,y S ,z S 在N 方向上的投影之和，
即
n
S m S l S z y x ++=σ
)
(2222nl mn lm n m l zx yz xy z y x τττσσσ+++++= （14-7）
斜切微分面上的切应力为 222
στ
-=S （14-8）
所以，已知过一点的三个正交微分面上9个应力分量，可以求出过该点任意方向微分面上的应力，也就是说，这9个应力分量可以全面表示该点应力状况，亦即可以确定该点的应力状态。
3. 应力张量不变量如何表达？ 答：应力张量的三个不变量为
??
?
?
?=++-=++=321313322123211)(σσσσσσσσσσσσJ J J
其中
1
J 、
2
J 、
3
J 为应力张量第一、第二、第三不变量。
4. 应力偏张量和应力球张量的物理意义是什么？
答：应力：在外力的作用下，变形体内各质点就会产生相互作用的力，称为内力。单位面积上的内力称为应力，可采用截面法进行分析
应力球张量：也称静水应力状态，其任何方向都是主方向，且主应力相同，均为平均应力。 特点：在任何切平面上都没有切应力，所以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。
应力偏张量：是由原应力张量分解出应力球张量后得到的。应力偏张量的切应力分量、主切应力、最大切应力及应力主轴等都与原应力张量相同。
特点：应力偏张量只使物体产生形状变化，而不能产生体积变化。材料的塑性变形是由应力偏张量引起的。
5. 平面应力状态和纯切应力状态有何特点?
答：平面应力状态的特点为：变形体内各质点与某坐标轴垂直的平面上没有应力。
纯切应力状态：
6. 等效应力有何特点？写出其数学表达式。
答：等效应力的特点：等效应力不能在特定微分平面上表示出来，但它可以在一定意义上“代表”整个应力状态中的偏张量部分，因而与材料的塑性变形密切有关。人们把它称为广义应力或应力强度。等效
应力也是一个不变量。其数学表达式如下：
等效应力在主轴坐标系中定义为
2
2132322213)()()(21J '=-+-+-=
σσσσσσ
在任意坐标系中定义为
)
(6)()()(2
12
22222zx yz xy x z z y y x τττσσσσσσσ+++-+-+-=
7. 已知受力物体内一点的应力张量为
??
??? ??---=307580750508050
50ij σ （MPa ），
试求外法线方向余弦为l=m=1/2，n=21
的斜切面上的全应力、正应力和切应力。
解：设全应力为S ， s
x
，
y
s , s
z
分别为S 在三轴中的分量，
?
?
?
?
?
++=++=++=n m l S n m l S n m l S z yz xz z zy y xy y zx yx x x στττστττσ
则有:
?s
x
=50
21?
+ 5021?
+80
21
?=106.6 y s =5021?+021?-75
21
?=-28.0 s
z
=80
21?
-7521?
-30
21
?=-18.7 2
222z
y x S S S S ++= 则得到 S ＝111.79 MPa n
S m S l S z y x ++=σ 则得到 σ＝26.1 MPa
而222
στ
-=S 则得到 τ＝108.7 MPa
8. 已知受力体内一点的应力张量分别为
①
??
??? ??---=10010010010010
ij σ， ②
??
??? ??=100000017201720ij σ，
③
?????
??-----=40
0014
047ij σ (MPa)
1） 画出该点的应力单元体；
2） 求出该点的应力张量不变量、主应力及主方向、主切应力、最大切应力、等效应力、应力偏张量和应力球张量；
3） 画出该点的应力莫尔圆。 解：1）略 2）在①状态下： J 1=
x σ+y σ+z σ=10
J 2=-(x σy σ+z y σσ+
x
z σσ)+
2xy τ+
2yz τ+
2
zx
τ=200
J 3=z y x σσσ+2
zx yz xy τττ-(
2yz x τσ+
2zx y τσ+
2
xy z τσ)=0
式
10
14—和由
032213=---J J J σσσ
?1σ＝20 ， 2σ＝0 ， 3σ＝-10
代入公式对于
1σ＝20时：
对于
2σ＝0时：
对于
3σ＝－10时：
： 主切应力
10
22
112±=-±
=σστ15
2
1
331±=-±
=σστ15
2
1
331±=-±
=σστ,211=l 0
1=m 211-
=n l
2
12=
l 0
2=m 2
12=
n 0
3=l 1
3=m 0
3=n
最大切应力
等效应力：2
2132322213)()()(2
1J '=-+-+-=
σσσσσσ ＝
700
应力偏张量：
m σ＝)(31321σσσ++＝310
)10020(3
1=-+ 故
应力球张量：
9. 某受力物体内应力场为：3126x c xy x +-=σ， 22y c 23xy -=σ， y x c y c xy 2332--=τ，
===zx yz z ττσ，
试从满足平衡微分方程的条件中求系数 1
c 、
2
c 、
3
c 。
??
???
??
????????
?3100
00310
000310???
?
??
?
?
????????---='3200
1003400100320ij σ5
2
3
223±=-±
=σστ3
20
=
'?x σ320
='z σ3
40
-
='y σ
解：
?
由平衡微分条件：
;36212x c y y
x
+-=??σσxy
c y
y 23-=??σ2
3223x c y c y
yx --=??τy
c x
xy 32-=??τ0=??=??=??=
??=
??z
x x z
y
z
xz zx zy yx σττττ?
?
?=--=--+-0320336232322212xy c xy c x c y c x c y ???
??=-==?321
3
21c c c
思考与练习15
1. 陈述下列术语的物理含义：位移，位移分量，线应变，工程切应变，对数应变，主应变，主切应变，最大切应变，应变张量不变量，等效应变，应变增量，应变速率，位移速度。
答：位移：变形体内质点M （x ，y ，z ）变形后移动到M1，我们把它们在变形前后的直线距离称为位移； 位移分量：在坐标系中，一点的位移矢量在三个坐标轴上的投影称为该点的位移分量； 线应变：表示线元的单位长度的变化；
工程切应变：单元体在某一平面内发生了角度的变化；
对数应变：对数应变真实反映变形的累积过程，表示在应变主轴不变的情况下应变增量的总和； 主应变：发生在主平面单位面积上的内力称为主应力； 主切应变：发生在主切平面上的应变；
最大切应变：主切应变中绝对值最大的一个称为最大切应变
应变张量不变量：对于一个确定的应变状态，主应变只有一组值，即主应变具有单值性。由此，应变张量
1I 、2I 、3I 也应是单值的，所以将1I 、2I 、3I 称为应变张量不变量。
等效应变：一个不变量，在数值上等于单向均匀拉伸或压缩方向上的线应变1ε。等效应变又称广义应
变。
应变增量：塑性变形是一个大变形过程，在变形的整个过程中，质点在某一瞬时的应力状态一般对应于该瞬时的应变增量
应变速率：单位时间内的应变称为应变速率。 位移速度：质点在单位时间内的位移叫做位移速度。
2. 如何完整地表示受力物体内一点的应变状态？
答：质点的三个互相垂直方向上的9个应变分量确定了该店的应变状态。已知这9个应变分量组成一
个应变张量，用ij ε表示，则
x
xy xz ij yx
y yz zx zy z εγγεγεγγγε??
??
=??????，
ij
ε即可完整的表示受力物体内的应变状
态。
3. 应变偏张量和应变球张量代表什么物理意义？
答：应变张量可以分解为应变球张量和应变偏张量，应变偏张量表示单元体形状变化，应变球张量表示单元体体积变化。
4. 应变张量和应变偏张量有何关系？
答：应变张量与应力张量具有同样的性质，主要有：
（1）存在三个互相垂直的主方向，在该方向上线元只有主应变而无切应变。用1ε、2ε、3ε表示主
应变，则主应变张量为
?
?
???
??=321ij 000000εεεε
主应变可由应变状态特征方程
032213=---I I I εεε
求得。
（2）存在三个应变张量不变量
1I 、2I 、3I ，且
3
213
2131332212
2
2
23
21100000
0)
()]()[(εεεεεεεγγγεγγγεεεεεεεγγγεεεεεεεεεεεε===++-=++-++-=++=++=z zy zx yz y yx xz xy x zx yz xy x z z y y x z y x I I I
对于塑性变形，由体积不变条件，
01=I
（3）在与主应变方向成
45方向上存在主切应变，其大小为
)
(2
12112εεγ-±=，
)
(2
13223εεγ-±=，
)
(2
11331εεγ-±=
若
1ε≥2ε≥3ε，则最大切应变为
)
(2
131max εεγ-±=
（4）应变张量可以分解为应变球张量和应变偏张量
??
?
??
??+?????
??---=m m m m z zy zx
yz m y yx
xz xy m x ij 000000εεεεεγγγεεγγγεεε
m ij ij
εδε+'=
式中，
)
(3
1
z y x m εεεε++=为平均应变；
ij
ε'为应变偏张量，表示变形单元体形状变化；
m
ij εδ为应变球张量，表示变形单元体体积变化。
（5）存在应变张量的等效应变
)(6)()()(3
22
22222zx yz xy x z z y y x γγγεεεεεεε+++-+-+-=
2
13232221)()()(3
2εεεεεε-+-+-=
=2
63
2I
等效应变的特点是一个不变量，在数值上等于单向均匀拉伸或均匀压缩方向上的线应变
1ε。等效应变
又称广义应变，在屈服准则和强度分析中经常用到它。
（6）与应力莫尔圆一样，可以用应变莫尔圆表示一点的应变状态。设已知主应变
1ε、2ε
和3ε的值，且1ε>2ε>3ε，可以在
γε-平面上，分别以
)
02
(
2
11，εε+p 、
)
02
(
3
12，εε+p 、
)
02
(
3
23，εε+p 为圆心，以
2
2
11εε-=
r 、
2
3
12εε-=
r 、
2
3
23εε-=
r 为半径画三个圆。
5. 小应变几何方程和变形协调方程各如何表示？它们有何意义？ 答：小应变几何方程：
z w
y
v x u z y x ??=
??=
??=εεε
??????
?????+??==??+??==??+??==)(21)(21)(21z u x w y w z v x v y u xz zx zy yz yx xy γγγγγγ 物理意义：表示小变形时位移分量和应变分量之间的关系，是由变形几何关系得到的，称为小应变几何方程，又称柯西几何方程。如果物体中的位移场已知，则可由上述小应变几何方程求得应变场。
变形协调方程：
????
?
?
??
??????=
??-??+???????=??-??+???????=??-??+????y x z y x z x z y x z y z y x z y x z xy
zx yz y zx yz xy x yz
xy zx εγγγεγγγεγγγ222)()()(
物理意义：只有当应变分量之间满足一定的关系时，物体变形后才是连续的。否则，变形后会出现“撕裂”或“重叠”，变形体的连续性遭到破坏。
6. 速度分量、位移增量、应变增量和应变速率增量是如何定义的？
答：速度分量：在塑性变形过程中，物体内各质点以一定的速度运动，形成一个速度场。将质点在单位时间内的位移叫做位移速度，它在三个坐标轴方向的分量叫做位移速度分量，简称速度分量；
位移增量：物体在变形过程中，在某一极短的瞬时dt ，质点产生的位移改变量称为位移增量； 应变增量：塑性变形是一个大变形过程，在变形的整个过程中，质点在某一瞬时的应力状态一般对应于该瞬时的应变增量；
应变速率增量：单位时间内的应变称为应变速率，又称变形速度。在时间间隔t d 内产生的应变ij
d ε为
应变速率增量。
7. 对数应变有何特点？它与相对线应变有何关系？ 答：对数应变特点：
对数应变适用于大变形；
叠加性 设某物体的原长度为l0，历经变形过程l1、l2到 l3，则总的对数应变为各分量对数应变之和，即
ε
2
3
120123120103ln ln ln )ln(ln d 3
0l l l l l l l l l l l l l l l l l l ++=??===?
= ε 1+ ε 2+ ε 3
对应的各阶段的相对应变为
101l l l -=
ε；
1
1212l l l -=
ε；
2
2323l l l -=
ε
显然，
23120103εεεε++≠
这表明，对数应变具有可叠加性，而相对应变不具有可叠加性。
（3）可比性 对数应变为可比应变，相对应变为不可比应变。假设将试样拉长一倍，再压缩一半，则物体的变形程度相同。
拉长一倍时
ε
2ln 2ln
==+
l l
压缩一半时
ε
2ln 5.0ln
-==-
l l
负号表示应变方向相反。而用相对应变时，以上情况分别为
％10020
0=-=
+l l l ε
％505.00
0-=-=
-l l l ε
因而，相对应变为不可比应变。
8. 平面应变状态、轴对称应力状态各有什么特点？ 答：平面变形状态下的应力状态有如下特点：
⑴没有变形的z 方向为主方向，该方向上的切应力为零，z 平面为主平面，
z σ为中间主应力，在塑性
状态下，
z σ等于平均应力，即
21()2
z x y m
σσσσσ==+=
⑵由于应力分量x σ、y σ、xy τ沿z 轴均匀分布，与z 轴无关，所有平衡微分方程与平面应力问题相
同。
⑶如果处于变形状态，发生变形的z 平面即为塑性流动平面，平面塑性应变状态下的应力张量可写成：
ij 02
0000000200000
0x y
xy
x xy
m x y
yx y
yx m z m σστστσσσστστσσσ-??
?
?????-
? ? ?==-
+ ? ? ? ? ? ??
??? ? ??
?
或
1
2112
ij 2
1202
000
00000020000
0002xy
m yx
m m σστσσσσσστσσσσ-??
?
? ?
??? ?
?
- ? ?==-
+ ? ? ?
?
?+ ??? ? ??
?
??
?
9. 设一物体在变形过程中某一极短时间内的位移为
310)1.02.020(-?++=z xy u 310)2.01.010(-?+-=yz x v
310)2.020(-?-=xyz w 试求：点Ａ（１，１，－１）的应变分量、应变球张量、应变偏张量、主应
变、等效应变
解：由几何方程
z w
y
v x u z y x ??=??=
??=εεε ???????????+??==??+??==??+??==)(21)(21)(21z u x w y w z v x v y u xz
zx zy yz yx xy γγγγγγ来求得应变分量 根据公式)(31
z y x m εεεε++=和应变球张量表达式????
?
????
?m m
m
εεε0
0000
求球
量
再根据???
?
?
????
?---m z zy zx
yz m y yx xz xy m
x εεγγγεεγγγεε来求应变偏张量
先求三个应变张量不变量1I 2I
3
I
代入特征方程
032213=I I I －－－εεε可求。 1ε， 2ε， 3ε
然后根据
2
13232221)()()(3
2εεεεεε-+-+-=
可求等效应变
10. 试判断下列应变场能否存在：
（1）)
(2
1),(21,0,,,22222y x y z xy y x xy zx yz xy z y x +=+=====γγγεεε
（2）0
,2,0,,222=====+=zx yz xy z y x xy y y x γγγεεε
第十六章 思考与练习 1. 解释下列概念
条件应力；真实应力；理想塑性；弹塑性硬化；刚塑性硬化；Tresca 屈服准则；Mises 屈服准则；屈服轨迹；π平面；等向强化。
答：条件应力：室温下在万能材料拉伸机上准静态拉伸（3
102-?<ε
/S ）标准试样，记录下来的拉
伸力P 与试样标距的绝对伸长l ?之间的关系曲线称为拉伸图。若试样的初始横截面面积为
0A ，标距长为
0l ，则条件应力0σ
00A P
=
σ，
真实应力 试样瞬时横截面
A 上所作用的应力Y
称为真实应力，亦称为流动应力。
A P Y =
屈服准则是材料质点发生屈服而进入塑性状态的判据，也称为塑性条件。
Tresca 屈服准则：1864年法国工程师H. Tresca 提出材料的屈服与最大切应力有关，即当材料质点中最大切应力达到某一定值时，该质点就发生屈服。或者说，质点处于塑性状态时，其最大切应力是不变的定值，该定值取决于材料的性质，而与应力状态无关。所以Tresca 屈服准则又称为最大切应力不变条件，当σ1＞σ2＞σ3时，则
13
C
2
σσ－＝ 或
13s σσσ-=
密塞斯（Von Mises ）屈服准则：即当等效应力 达到定值时，材料质点发生屈服。材料处于塑性状态时，其等效应力是不变的定值，该定值取决于材料的性质，而与应力状态无关。表达式如下：
C σ=
=
常数C 根据单向拉伸实验确定为σs ，于是Mises 屈服准则可写成：
2222122331()()()2s σσσσσσσ-+-+-=
2. 如何用单向拉伸试验绘制材料的真实应力-应变曲线？有哪些常见的简化形式？ 答： ①真实应力 试样瞬时横截面
A 上所作用的应力Y
称为真实应力，亦称为流动应力。
A P
Y =
（16-2）
由于试样的瞬时截面面积与原始截面面积有如下关系：
000)(l A l l A =?+
所以 )1()1(00
εσε+=+=
A P
Y （16-3）
②真实应变 设初始长度为
0l 的试样在变形过程中某时刻的长度为l ，定义真实应变为
)1ln(ln
ε+==l l
E （16-4）
③真实应力-应变曲线 在均匀变形阶段，根据式（16-3）和（16-4）将条件应力-应变曲线直接变换成真实应力-应变曲线，即E -Y 曲线，如图16-2所示。在b 点以后，由于出现缩颈，不再是均匀变形，
上述公式不再成立。因此，b 点以后的曲线只能近似作出。一般记录下断裂点k 的试样横截面面积K A ，按
下式计算k 点的真实应力-应变曲线。
K
K K A P Y =
,
K
A A 0ln
=E （16-5）
这样便可作出曲线的'
'k b 段。
但由于出现缩颈后，试样的形状发生了明显的变化，缩颈部位应力状态已变为三向拉应力状态，实验表明，缩颈断面上的径向应力和轴向应力的分布如图16-3。颈缩边缘处受单向拉伸应力Y 作用，中心处轴向拉伸应力大于Y ，这一由于出现缩颈而产生的应力升高现象，称为“形状硬化”。因此，必须加以修正。齐别尔（E. Siebel ）等人提出用下式对曲线的k b ''段进行修正，即
ρ81d Y Y K
K
+
=' （16-6）
式中，
K
Y '是去除形状硬化后的真实应力 （MPa ）；d 是缩颈处直径（mm ）；ρ是缩颈处试样外形的曲
率半径（mm ）。
从图16-2可看出，E -Y 曲线在失稳点b 后仍然是上升的，这说明材料抵抗塑性变形的能力随应变的增加而增加，即不断地硬化，所以真实应力-应变曲线也称为硬化曲线。由÷有四种常见的形式。
3. 单向拉伸塑性失稳点的特性是什么？如何用此特性确定硬化曲线的强度系数和硬化指数？
答：在失稳点b 处
d
d Y Y b =
上式的意义如图教材16-4，表示在曲线E -Y 上，失稳点所作的切线的斜率为b Y ，该斜线与横坐标轴
的交点到失稳点横坐标的距离为1=E 。
大多数工程金属在室温下都有加工硬化，其真实应力-应变曲线近似于抛物线形状，如图16-5a ，可用指数方程表达。
n
B Y E =
（16-8）
式中，B 是强度系数；n 是硬化指数。
B 和n 的值可用失稳点的特性确定如下，对上式求导数，得
1
d
d -=n nB Y
根据失稳点的特性
1d d -==n b
b nB Y Y
又有 n
b b B Y E =
比较上述两式，可得
b n E =，
b
b
b Y B E E =
4. 理想塑性材料两个常用的屈服准则的物理意义?中间主应力对屈服准则有何影响？
答：如已知三个主应力的大小顺序时，设为σ1＞σ2＞σ3时，则Tresca 屈服准则只需用线性式
13s σσσ-=就可以判断屈服。但该准则未考虑中间主应力σ
2
的影响，而Miss 屈服准则考虑了σ2对质
点屈服的影响。1
3s σσβσ-=
其中
β=
Miss 屈服准则与Tresca 屈
服准则在形式上仅相差一个应力修正系数。当 1 1σμβ=±＝时，两准则一致，这时的应力状态中有两
向主应力相等，当0 1.155σμβ=＝时，两准则相差最大，此时为平面变形应力状态。
两个屈服准则的统一表达式为 132K σσ－＝
对于Tresca 屈服准则，
s K 0.5σ＝ ;对于Mises 屈服准则，s K 0.50.577σ ＝（）
5. 某理想塑性材料的屈服应力为100＝
s σMPa ，试分别用屈雷斯加及密塞斯准则判断下列应力状态处于什么状态（是否存在、弹性或塑性）。
①????? ??1000000000100,②????? ??5000050000150,③????? ??000010000120,④
????? ??-00005000050
（MPa ） 解：根据屈雷斯加准则
s
s
s σσσσσσσσσ=-=--133221＝时就发生屈服，
根据密塞斯准则
()()()22132322212S σσσσσσσ=-+-+- 或
()()()[]
2
2132322213161S E E σνσσσσσσν
+=-+-+-+
①
1σ＝100 2σ＝0 3σ＝100
100-0＝100发生屈服，
（100-0）2
＋（0-100）2
＋（100-100）2
＝20000＝2s
σ2
发生屈服
②
1σ＝150 2σ＝50 3σ＝50
150-50＝100发生屈服
（150-50）2＋（50-50）2＋（150-50）2
＝20000＝22s σ发生屈服
③
1σ＝120 2σ＝10 3σ＝0
120-0＝120
s σ?
（120-10）2
+（10-0）2
+（120-0）2
＝26600s
σ2?2
该力不存在 ④
1σ＝50 2σ＝-50 3σ＝0
50-（-50）＝100＝
s σ发生屈服
（50+50）2
+（50-0）2
+（0+50）2
＝15000?22
s
σ处于弹性状态
6. 一薄壁管（参见图16-11），内径
φ
80 mm ，壁厚4mm ，承受内压
p ，
材料的屈服应力为200=s σMPa ，
现忽略管壁上的径向应力（即设
=ρσ）。试用两个屈服准则分别求出下列情况下管子屈服时的
p ；
（1）
管子两端自由; （2） 管子两端封闭; （3）管子两端加100KN 的压力。
解：（1）当两端自由 由于
ρ
σ可以忽略为0 两端自由
0=Z σ
θσ＝
t
r p 22＝
t pr
?0
显然
1σ＝s σ＝
t
pr ，
2σ＝z σ＝0， 3σ＝ρσ＝0
Mises 准则：1σ?＝s σ 即 t
pr ＝
s σ＝200 MPa 代入可得
P=20 MPa
Tresca 准则
1σ－3σ＝s σ p=20 MPa
(2)当管子两端封闭时：
z σ＝
t
pr 2，
θσ＝
t
pr
1σ＝θσ＝
t
pr ，
2σ＝z σ＝
t pr
2 ，3σ＝ρσ＝0
Mises 准则：t
pr
23＝s σ?P=
3
2
r
t s
σ?
代入可得
P=23.09 MPa
Tresca 准则：
t
pr
-0＝s σ?p=
r
t r
σ 代入数据可得 p=20.0 MPa
(3)当管子两端加100KN 的 压力时：
z σ＝
21015
2??-rt r p ππ
θσ＝
t
pr
0? ∴ 1σ＝θσ＝
t pr
0?
2σ＝ρσ＝0； z σσ=3＝
rt
r p ππ21015
2?-
由密塞斯屈服准则：
()()()22132322212s σσσσσσσ=-+-+-
?（
0-t pr ）2＋（
rt r p ππ21015
2?-）2
＋（
rt
r p ππ21015
2?-－
t
pr ）
2
＝22s σ
代入数据得： p 13≈ MPa
由屈雷斯加屈服准则:
z σσθ-=s
σ s
rt r p t pr σππ=?--?21015
2
t
pr
2?
=200-100=100 MPa
10=?p MPa
故p=10 MPa
7. 图16-12所示的是一薄壁管承受拉扭的复合载荷作用而屈服，管壁受均匀的拉应力σ和切应力τ，试写出下列情况的屈雷斯加和密塞斯屈服准则表达式。
（提示：利用应力莫尔圆求出主应力，再代入两准则）
（答案 屈雷斯加准则：142
2=????
??+???? ??s s στσ
σ
；密塞斯准则：132
2=????
??+???? ??s s
στσσ）
解：由图知：
x σ＝σ y σ＝0 χγ
τ＝τ
由应力莫尔圆知：
2
231)2
(2xy y x y x τσσσσσσ+-±+=
∴1σ＝2
2
42
τσσ
++
2σ＝0
3σ＝2
2
4
2
τσσ
+-
工程材料及成形技术基础A答案
、单项选择题（每小题1分，共15 分） 一、填空题（每空1分，共20分） 1. 机械设计时常用屈服强度和抗拉强度两种强度指标 2. 纯金属的晶格类型主要有面心立方、体心立方和密排六方三种。 3. 实际金属存在点 _____、 ____ 线______ 和面缺陷等三种缺陷。 4. F和A分别是碳在、丫-Fe 中所形成的间隙固溶体。 5. 加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得奥氏体组织。 6. QT600-3中,QT表示球墨铸铁,600表示抗拉强度不小于600Mpa。 7?金属晶体通过滑移和孪生两种方式来发生塑性变形。 8 ?设计锻件时应尽量使零件工作时的正应力与流线方向相_同^而使切应力与流 线方向相垂直。 9?电焊条由药皮和焊芯两部分组成。 10 .冲裁是冲孔和落料工序的简称。 1. 在铁碳合金相图中，碳在奥氏体中的最大溶解度为（b ）。 a 、0.77% b 、2.11% c 、0.02% d 、4.0% 2. 低碳钢的焊接接头中，（b ）是薄弱部分，对焊接质量有严重影响，应尽可 能减小。 a 、熔合区和正火区 b 、熔合区和过热区 c、正火区和过热区d 、正火区和部分相变区 3. 碳含量为Wc= 4.3 %的铁碳合金具有良好的（c ）。 a、可锻性b 、可焊性c 、铸造性能d、切削加工性 4. 钢中加入除Co之外的其它合金元素一般均能使其C曲线右移，从而（b ） a 、增大V K b、增加淬透性c、减少其淬透性d、增大其淬硬性
5. 高碳钢淬火后回火时，随回火温度升高其（a ） a 、强度硬度下降，塑性韧性提高 b 、强度硬度提高，塑性韧性下降 c、强度韧性提高，塑性硬度下降 d 、强度韧性下降，塑性硬度提高 6. 感应加热表面淬火的淬硬深度，主要决定于因素（d ） a 、淬透性b、冷却速度c、感应电流的大小d、感应电流的频率 7. 珠光体是一种（b ） a 、单相间隙固溶体b、两相混合物c、Fe与C的混合物d、单相置换固溶体 8. 灰铸铁的石墨形态是（a ） a 、片状 b 、团絮状 c 、球状 d 、蠕虫状 9. 反复弯折铁丝，铁丝会越来越硬，最后会断裂，这是由于产生了（ a ）
材料成型基本原理作业及答案汇编
第二章凝固温度场 4. 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。 解：一般在体积相同的情况下上述物体的表面积大小依次为: 根据...=R A球＜A块＜A板＜A杆 与R = S K Ai 所以凝固时间依次为：t球＞t块＞t板＞t杆。 5. 在 砂型中浇铸尺寸为300 300 20 mm的纯铝板。设铸型的初始温度为 20C，浇注后瞬间 铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660C，且在铸件凝固期间 保持不变。浇铸温度为 670C，金属与铸型材料的热物性参数见下表： a结晶潜热热物性导热系数入比热容C密度p热扩散率 材料■■- W/(m ? K)J/(kg ? K)kg/m 3m2/s J/kg 纯铝21212002700 6.5 10-5 3.9 105砂型0.73918401600 2.5 10-7 试求：()根据平方根定律计算不同时刻铸件凝固层厚度并作 出s - ?曲线; (2)分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固 时间，并分析差 别。 解: (1)代入相关已知数解得：b2 = ■ ^C^^ , =1475 , K = 2b2「-T20= 0.9433 (m m/ , s ) L - C1 T10 —Ts 1 根据公式. 计算出不同时刻铸件凝固层厚度s见下表，?- ■曲线见图3。 K T (s)020406080100120 -(mm)0 4.22 6.007.318.449.4310.3 图3 -.关系曲线
(2)利用“平方根定律”计算出铸件的完全凝固时间:
取.=10 mm, 代入公式解得：T =112.4 (s); 利用“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间： V （R^ R=— = 8.824（mm）已= 一 | = 87.5 （s） A i l K丿 采用“平方根定律”计算出的铸件凝固时间比“折算厚度法则”的计算结果要长，这是因为“平方根定律”的推导过程没有考虑铸件沿四周板厚方向的散热。 6. 右图为一灰铸铁底座铸件的断面形状，其厚度为 30m m,利用“模数法”分析砂型铸造时 底座的最后凝固部位，并估计凝固终了时间解：将底座分割成A B、C、D四类规则几何体（见右下图）查表2-3 得：K=0.72( cm/、min ) 对A 有：R= V A/A=1.23cm .A=R2 / K2=2.9min 对B有：R B= V B/A=1.33cm B=R2 / K2=3.4min 对C有：R= V C/A C=1.2cm C=R2 / K c2=2.57mi n 对D有：R= V D/A D=1.26cm D=R2 / K D2=3.06min 因此最后凝固部位为底座中肋B处，凝固终了时间为3.4分钟。 7. 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（背面均匀焊透）。采用同样焊接规范去焊同样厚度的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的不锈钢板可能会出现烧穿，这是因为不锈钢材料的导 热性能比低碳钢差，电弧热无法及时散开的缘故； 相反，采用同样焊接规范去焊同样厚度的铝板可能会出现焊不透，这是因为铝材的导热 能力优于低碳钢的缘故。 第三章金属凝固热力学与动力学 1 .试述等压时物质自由能G随温度上升而下降以及液相自由能GL随温度上升.随 温度上升而下降以及液相自由能的斜率的理由。并结合图及式（）说明过而下降的斜 率大于固相GS的斜率的理由。并结合图3-1及式（3-6）说明过冷度△是影响凝固相 变驱动力△的决定因素。冷度A T是影响凝固相变驱动力於的决定因素。
材料成型原理考试试卷B-答案
2．内应力按其产生的原因可分为 热应力 、 相变应力 和 机械应力 三种。。 11、塑性变形时不产生硬化的材料叫做 理想刚塑性材料 。 12、韧性金属材料屈服时， 密席斯屈服 准则较符合实际的。 13、硫元素的存在使得碳钢易于产生 热脆 。 14、应力状态中的 压 应力，能充分发挥材料的塑性。 15、平面应变时，其平均正应力 ｍ 等于 中间主应力 ２。 16、钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 降低 。 17、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 超塑性 。 18、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 ＝0.35。 19、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 塑性 。 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、实际液态金属（合金）凝固过程中的形核方式多为异质形核。 （ √ ） 4、根据熔渣的分子理论，B>1时氧化物渣被称为碱性渣。 （ √ ） 5、根据熔渣的离子理论，B2>0时氧化物渣被称为碱性渣。 （√ ） 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m k S 'ε=，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。 （ × ） 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。 （ √ ） 3. 简述提高金属塑性的主要途径。 答：一、提高材料的成分和组织的均匀性 二、合理选择变形温度和变形速度 三、选择三向受压较强的变形方式 四、减少变形的不均匀性
材料成型基本原理第十八章答案
第十九章思考与练习 1.主应力法的基本原理和求解要点是什么？ 答：主应力法（又成初等解析法）从塑性变形体的应力边界条件出发，建立简化的平衡方程和屈服条件，并联立求解，得出边界上的正应力和变形的力能参数，但不考虑变形体内的应变状态。其基本要点如下： ⑴把变形体的应力和应变状态简化成平面问题（包括平面应变状态和平面应 力状态）或轴对称问题，以便利用比较简单的塑性条件，即 G -二=七S。对于形状复杂的变形体，可以把它划分为若干形状简单的变形单元，并近似地认为这些单元的应力应变状态属于平面问题或轴对称问题。 ⑵根据金属流动的方向，沿变形体整个（或部分）截面（一般为纵截面）切取包含接触面在 内的基元体，且设作用于该基元体上的正应力都是均布的主应力，这样，在研究基元体的力的平衡条件时，获得简化的常微分方程以代替精确的偏微分方程。接触面上的摩擦力可用库仑摩擦条件或常摩擦条件等表示。 ⑶在对基元体列塑性条件时，假定接触面上的正应力为主应力，即忽略摩擦 力对塑性条件的影响，从而使塑性条件大大简化。即有二X- J y=叙（当二X > 二y） ⑷将经过简化的平衡微分方程和塑性条件联立求解，并利用边界条件确定积分常数，求得接 触面上的应力分布，进而求得变形力。 由于经过简化的平衡方程和屈服方程实质上都是以主应力表示的，故而得名“主应力法”。 2 .一20钢圆柱毛坯，原始尺寸为-5Qmm 50mm ,在室温下镦粗至高度h=25mm 设接触表面摩擦切应力E =0.2丫。已知Y =746 ￡2Q MPa ,试求所需的变形力P和单位流动压力P O
解：根据主应力法应用中轴对称镦粗得变形力算得的公式 . Y 而本题.=0.2Y 与例题.=mk , k =—相比较得：m=0.4,因为该圆柱被压缩至 2 h=25mm 根据体积不变定理，可得r e =25 ,2 , d=50 2 ,h=25 又因为 Y = 746 ；0.2 （1 -—2 ） 15 3 .在平砧上镦粗长矩形截面的钢坯，其宽度为 a 、高度为h ,长度 l a ,若接触面上的摩擦条件符合库仑摩擦 定律，试用主应力法推导单位流动压力 P 的表 达式。 解：本题与例1平面应变镦粗的变形力相似，但又有 其不同点，不同之处在于■= U^y 这个摩擦条件，故在 2U ；二 y ^y LdX 中是一个一阶微分方程， J 算得的结果不一样，后面的答案也不 h 一样， 4 .一圆柱体，侧面作用有均布压应力 G ,试用主应力法求镦粗力 P 和单位流动压力p （见图19-36） 解：该题与轴对称镦粗变形力例题相似，但边界条件不一样，当r =r e ,二 re -J 0 而不是二re =0 ,故在例题中，求常数C 不一样: 2 . C = X e ? 2k 飞0 h 2τ ■ -y （X -X e ） 2k — h m d P = 丫（1 图 19-36
材料成形技术基础习题集答案
作业2 铸造工艺基础 专业_________班级________学号_______姓名___________ 2-1 判断题（正确的画O，错误的画×） 1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。因此，浇注温度越高越好。（×）2．合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。（O）3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。（O） 4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。（O）5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。（×）6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能。（×）7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。（O）8．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。（O）
重庆理工大学材料成型原理试卷及答案
重庆理工大学考试试卷 材料成型原理（金属塑性成形部分） A 卷 共 7 页 一、填空题（每空1分，共 16 分） 1. 塑性成形中的三种摩擦状态分别是： 、 、 。 2. 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。 3. 就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性 。 4. 钢冷挤压前，需要对坯料表面进行 润滑处理。 5. 在 平面的正应力称主应力。该平面特点 ，主应力的方向与主剪应力方向的夹角为 或 。剪应力在 平面为极值，该剪应力称为： 。 6. 根据变形体的连续性，变形体的速度间断线两侧的法向速度分量必须 。 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（每空1分，共13分） 一般而言，接触面越光滑，摩擦阻力会越小，可是当两个接触表面非常光滑时，摩擦阻力反而提高，这一现象可以用哪个摩擦机理解释 。 Ａ、表面凹凸学说； Ｂ、粘着理论； Ｃ、分子吸附学说 计算塑性成形中的摩擦力时，常用以下三种摩擦条件，在热塑性变形时，常采用哪个 。 Ａ、库伦摩擦条件； Ｂ、摩擦力不变条件； Ｃ、最大摩擦条件 下列哪个不是塑性变形时应力—应变关系的特点 。 Ａ、应力与应变之间没有一般的单值关系； Ｂ、全量应变与应力的主轴重合 C 、应力与应变成非线性关系 4. 下面关于粗糙平砧间圆柱体镦粗变形说法正确的是 。 Ａ、I 区为难变形区； B 、II 区为小变形区； C 、III 区为大变形区 5. 下列哪个不是动可容速度场必须满足的条件 。 Ａ、体积不变条件； Ｂ、变形体连续性条件； Ｃ、速度边界条件； D 、力边界条件 6. 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； 7. 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； 8. 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； 9. 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； 10. 根据下面的应力应变张量，判断出单元体的变形状态。 ??????????=80001000010ij σ ??????????--=4-0001-2027-ij σ ????? ?????=10000000020-ij σ （ ） （ ） （ ） A 、平面应力状态； B 、平面应变状态； C 、单向应力状态； D 、体应力状态 11. 已知一滑移线场如图所示，下列说法正确的是： 。 A 、C 点和B 点的ω角相等，均为45°； B 、如果已知B 、 C 、 D 、 E 四点中任意点的平均应力，可以求解其他三点的平均应力； C 、D 点和E 点ω角相等，均为-25°
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作业 2 铸造工艺基础 专业 _________班级 ________学号 _______姓名 ___________ 2-1 判断题（正确的画O，错误的画×） 1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有 利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。因此，浇注温度越高越好。（× ）2．合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松 的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。（ O）3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶 温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔， 从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。（ O）4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严 格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。（O）5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以 当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。（×）6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共 晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的 铸造性能。（×） 7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还 降低了铸件的气密性。（ O）8．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂 程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。（ O） 2-2 选择题 1．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（ A ．减弱铸型的冷却能力； B ．增加铸型的直浇口高度； C．提高合金的浇注温度；D． A 、 B 和 C；E．A 和 C。 D ）。 2．顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适 合于（ D ），而同时凝固适合于（ B ）。 A ．吸气倾向大的铸造合金；C．流动性差的铸造合金； B ．产生变形和裂纹倾向大的铸造合金； D ．产生缩孔倾向大的铸造合金。 3．铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是（D）；消除铸件中机械应力的方法是（C）。 A ．采用同时凝固原则； B ．提高型、芯砂的退让性；
高分子材料成型加工课后部分习题参考答案
2．分别区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”，“简单组分高分子材料”和“复杂组分高分子材料”，并请各举2～3例。 答：通用塑料：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。通用塑料有：PE，PP，PVC，PS等； 工程塑料：是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2 ,长期耐热温度超过100℃的，刚性好、蠕变小、自 润滑、电绝缘、耐腐蚀等，可代替金属用作结构件的塑料。工程塑料有：PA，PET，PBT，POM等； 工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上”。 热塑性塑料：加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。(热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动、冷却变硬的过程是物理变化；) 热固性塑料：第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。这种材料称为热固性塑料。(热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。)酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、不饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。 简单组分高分子材料：主要由高聚物组成(含量很高，可达95%以上)，加入少量(或不加入)抗氧剂、润滑剂、着色剂等添加剂。如：PE、PP、PTFE。 复杂组分高分子材料：复杂组分塑料则是由合成树脂与多种起不同作用的配合剂组成，如填充剂、增塑剂、稳定剂等组成。如：PF、SPVC。 用天然或合成的聚合物为原料，经过人工加工制造的纤维状物质。可以分类两类 1）人造纤维：又称再生纤维，以天然聚合物为原料，经过人工加工而改性制得。如：粘胶纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等 2）合成纤维：以石油、天然气等为原料，通过人工合成和纺丝的方法制成。如：涤纶、尼龙、腈纶、丙纶、氨纶、维纶等 3．高分子材料成型加工的定义和实质。 高分子材料成型加工是将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改性材料等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。 大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程:首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状(即硬化)，流动-硬化是聚合物工过程的基本程序。 高分子材料加工的本质就是一个定构的过程，也就是使聚合物结构确定，并获得一定性能的过程。 第一章习题与思考题 2．请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。 答：晶态聚合物：Tm～Td；非晶态聚合物：Tf～Td。 对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时，最高使用温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连续相，因此在Tg以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。熔点（Tm）：是晶态高聚物熔融时的温度。表征晶态高聚物耐热性的好坏。 3．为什么聚合物的结晶温度范围是Tg～Tm 答：T>Tm 分子热运动自由能大于内能，难以形成有序结构 T 《材料成形基础》试卷（A）卷 考试时间：120 分钟考试方式：半开卷学院班级姓名学号 一、填空题（每空0.5分，共20分） 1. 润湿角是衡量界面张力的标志，润湿角?≥90°，表面液体不能润湿固体；2．晶体结晶时，有时会以枝晶生长方式进行，此时固液界面前液体中的温度梯度为负。3．灰铸铁凝固时，其收缩量远小于白口铁或钢，其原因在于碳的石墨化膨胀作用。 4. 孕育和变质处理是控制金属（或合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响生核过程，而变质则主要改变晶体生长方式。 5．液态金属成形过程中在固相线附近产生的裂纹称为热裂纹，而在室温附近产生的裂纹称为冷裂纹。 6．铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历液态收缩、固态收缩和凝固收缩三个收缩阶段。 7．焊缝中的宏观偏析可分为层状偏析和区域偏析。 8．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成为冷裂纹。 9．铸件凝固方式有逐层凝固、体积凝固、中间凝固，其中逐层凝固方式容易产生集中性缩孔，一般采用同时凝固原则可以消除；体积凝固方式易产生分散性缩松，采用顺序凝固原则可以消除此缺陷。 10．金属塑性加工就是在外力作用下使金属产生塑性变形加工方法。 1.12．塑性变形时，由于外力所作的功转化为热能，从而使物体的温度升高的现象称为 温度效应。 2.13．在完全不产生回复和再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。 14．多晶体塑性变形时，除了晶内的滑移和产生，还包括晶界的滑动和转动。 3.15．单位面积上的内力称为应力。 4.16．物体在变形时，如果只在一个平面内产生变形，在这个平面称为塑性流平面。17．细晶超塑性时要求其组织超细化、等轴化和稳定化。18．轧制时，变形区可以分为后滑区、中性区和前滑区三个区域。19．棒材挤压变形时，其变形过程分为填充和挤压两个阶段。20．冲裁件的切断面由圆角带、光亮带、断裂带三个部分组成。 二、判断题（在括号内打“√”或“×”，每小题0.5分，共10分）1．酸性渣一般称为长渣，碱性渣一般称为短渣，前者不适宜仰焊，后者可适用于全位置焊。(√ ) 2．低合金高强度钢焊接时，通常的焊接工艺为：采取预热、后热处理，大的线能量。( x ) 3．电弧电压增加，焊缝含氮量增加；焊接电流增加，焊缝含氮量减少。(√ ) 4．电弧电压增加时，熔池的最大深度增大；焊接电流增加，熔池的最大宽度增大。( x ) 5．在非均质生核中，外来固相凹面衬底的生核能力比凸面衬底弱。( x ) 6．液态金属导热系数越小，其相应的充型能力就越好；与此相同，铸型的导热系数越小，越有利于液态金属的充型。(√ ) 7.在K0<1的合金中，由于逆偏析，使得合金铸件表层范围内溶质的浓度分布由外向内逐渐降低。(√ ) 8. 粘度反映了原子间结合力的强弱，与熔点有共同性，难熔化合物的粘度较高，而熔点较低的共晶成分合金其粘度较熔点较高的非共晶成分合金的低。 (√ ) 9．两边是塑性区的速度间断线在速端图中为两条光滑曲线，并且两曲线的距离即为速度间断线的间断值。(√ ) 第一章习题 1 . 液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？答：（1）液体与固体及气体比较的异同点可用下表说明 （2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明： ①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。金属熔化时典型的体积变化?V m/V为3%~5%左右， 表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。 ②金属熔化潜热?H m约为气化潜热?H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。 2 . 如何理解偶分布函数g(r) 的物理意义？液体的配位数N1、平均原子间距r1各表示什么？ 答：分布函数g(r) 的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。 N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。 r1 表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。 3．如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。 答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。 近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团 （2）说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证 ①偶分布函数的特征 《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 、判断题（每题分，共分，正确的画“O ”，错误的打“X ”） 、选择题（每空1分，共38分） 三、填空（每空0.5分，共26分） 1.( 化学成分) ( 浇注条件) ( 铸型性质) 2.( 浇注温度) 3.( 复杂) ( 广) 4.( 大) 5.( 补缩) ( 控制凝固顺序)6.( 球铁) ( 2 17% ) 7.( 缺口敏感性) ( 工艺)8.( 冷却速度) ( 化学成分) 9.( 低) 10.( 稀土镁合金)11.( 非加工)12.( 起模斜度) ( 没有) 13.( 非铁) ( 简单)14.( 再结晶)15.( 变形抗力) 16.( 再结晶) ( 纤维组织)17.( 敷料) ( 锻件公差) 18.( 飞边槽)19.( 工艺万能性)20.( 三) ( 二） 21.( -二二) ( 三)22.( 再结晶退火)23.( 三） 24.( -二二)25.( 拉) ( 压)26.( 化学成分) ( 脱P、S、O )27.( 作为电极) ( 填充金属)28.( 碱性) 29.( 成本) ( 清理)30.( 润湿能力)31.( 形成熔池) （达到咼塑性状态) ( 使钎料熔化)32.( 低氢型药皮) ( 直流专用) Ct 230 图5 四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） ? 2J0 环O' 4 “ei吋 纯 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺序选择自由锻基本工序（6 分）。 O O 2 令 i 1 q―1 孔U 400 圈6 3、请修改图7?图10的焊接结构，并写出修改原因。 自由锻基本工序： 拔长、局部镦粗、拔长 图7手弧焊钢板焊接结构（2 分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2 分） 修改原因：避免焊缝交叉修改原因：避免应力集中（平滑过 度） . 重庆工学院考试试卷（B） 一、填空题（每空2分，共40分） 1．液态金属本身的流动能力主要由液态金属的、和等决定。2．液态金属或合金凝固的驱动力由提供。 3．晶体的宏观生长方式取决于固液界面前沿液相中的温度梯度，当温度梯度为正时，晶体的宏观生长方式为，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为。 5．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括和。6．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为。 7．铸件宏观凝固组织一般包括、和 三个不同形态的晶区。 8．内应力按其产生的原因可分为、和三种。9．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历、和三个收缩阶段。 10．铸件中的成分偏析按范围大小可分为和二大类。 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（每空1分，共9分）。 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。 . 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； 三、判断题（对打√，错打×，每题1分，共7分） 1．合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。（） 名词解释 1溶质平衡分配系数;特定温度T*下固相合金成分浓度C*S与液相合金成分C*L达到平衡时的比值。 2缩孔：纯金属火共晶合金铸件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞； 缩松:具有宽结晶温度温度范围的合金铸件凝固中形成的细小而分散的缩孔； 3沉淀脱氧：将脱氧元素（脱氧剂）溶解到金属液中以FeO直接进行反应而脱氧，把铁还原的方法。 4均质形核: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，所以也成“自发形核”（实际生产中均质形核是不太可能的）非均质形核:依靠外来质点或型壁界面而提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”或“非自发形核”。 5.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。 6.冷热裂纹:冷裂纹是指金属经焊接或铸造成形后冷却到较低温度时产生的裂纹，热裂纹是金属冷却到固相线附近的高温区时所产生的开裂现象 7.最小阻力定律:当变形体质点有可能沿不同方向移动时，则物体各质点将沿着阻力最小的方向移动. 填空 1.动力学细化四个内容:铸型振动、超声波振动、液相搅拌、流变铸造 2.铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和内部等轴晶区三个不同的形态的晶区 3.细化铸件宏观凝固组织的措施有合理地控制浇注工艺和冷却条件、孕育处理、动力学细化等三个方面 4.微观偏析的两种主要类型为晶内偏析与晶界偏析，宏观偏析按由凝固断面表面到内部的成分分布，有正常偏析与逆偏析两类 5.铸造过程中的气体主要来源是熔炼过程和浇注过程和铸型 6.我们所学的特殊条件下的凝固包括快速凝固和失重条件下凝固和定向凝固 7.液态金属（合金）凝固的驱动力由过冷度提供，而凝固时的形核方式有：均质形核和非均质形核两种 8.晶体的生长方式有连续生长和台阶方式生长两种 9.凝固过程的偏析可分为：微观偏析和宏观偏析两种 10.液体原子的分布特征为:长程无序，短程有序，即液态金属原子团的结构更类似于固态金属 11.Jakson因子α可以作为固液界面微观结构的判据，凡α<=2的晶体，其生长界面为粗糙，凡α>5的晶体，其生长界面为光滑 12.液态金属需要净化的有害元素包括碳氧硫磷 13.塑形成形中的三种摩擦状态分别是干摩擦、流体摩擦、边界摩擦 14.对数应变的特点是具有真实性、可靠性、和可加性 15.就大多数金属而言，其总的趋势是随着温度的升高，塑形增加 16.钢冷挤压时，需要对胚料表面进行磷化、皂化润滑处理 选择题1.塑形变形时，工具表面粗糙度对摩擦系数的影响（A）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 2.塑形变形时，不产生硬化的材料叫做（A）A理想塑形材料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形条件求解塑形成形问题的方法称为（B）A解析法B主应力法C滑移线法 4.韧性金属材料屈服时（A）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.塑形变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做（B）A理想弹性材料B理性刚塑形材料C塑形材料 6.硫元素的存在使碳钢易产生（A）A热脆性B冷脆性C兰脆性 7.应力状态中的（B）应力，能充分发挥材料的塑形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σs（B）中间主应力σz.A大于B等于C小于 9.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑形、韧性（B）.A提高B降低C没有变化 简答题1.简述顺序凝固原则和同时凝固原则的优缺点和适用范围 答：（1）铸件的顺序凝固原则是采取各种措施保证铸件各部分按照距离冒口的远近，由远及近朝着冒口方 第二章铸造成形 问答题： 合金的流动性（充型能力）取决于哪些因素？提高液态金属充型能力一般采用哪些方法？答：因素及提高的方法： （1）金属的流动性：尽量采用共晶成分的合金或结晶温度范围较小的合金，提高金属液的品质； （2）铸型性质：较小铸型与金属液的温差； （3）浇注条件：合理确定浇注温度、浇注速度和充型压头，合理设置浇注系统； （4）铸件结构：改进不合理的浇注结构。 影响合金收缩的因素有哪些？ 答：金属自身的化学成分，结晶温度，金属相变，外界阻力（铸型表面的摩擦阻力、热阻力、机械阻力） 分别说出铸造应力有哪几类？ 答：（1）热应力（由于壁厚不均、冷却速度不同、收缩量不同） （2）相变应力（固态相变、比容变化） （3）机械阻碍应力 铸件成分偏析分为几类？产生的原因是什么？ 答：铸件成分偏析的分类：（1）微观偏析 晶内偏析：产生于具有结晶温度范围能形成固溶体的合金内。（因为不平衡结晶） 晶界偏析：（原因：(两个晶粒相对生长，相互接近、相遇；(晶界位置与晶粒生长方向平行。）（2）宏观偏析 正偏析（因为铸型强烈地定向散热，在进行凝固的合金内形成一个温度梯度） 逆偏析 产生偏析的原因：结晶速度大于溶质扩散的速度 铸件气孔有哪几种？ 答：侵入气孔、析出气孔、反应气孔 如何区分铸件裂纹的性质（热裂纹和冷裂纹）？ 答：热裂纹：裂缝短，缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化颜色 冷裂纹：裂纹细小，呈连续直线状，缝内有金属光泽或轻微氧化色。 七：什么是封闭式浇注系统？什么是开放式浇注系统？他们各组元横截面尺寸的关系如何？答：封闭式浇注系统：从浇口杯底孔到内浇道的截面逐渐减小，阻流截面在直浇道下口的浇注系统。(ΣF内<ΣF横 重庆工学院考试试卷（B） 题号一二三四五六总分总分人 分数 一、填空题（每空2分，共40分） 得分评卷人 1．液态金属本身的流动能力主要由液态金属的、和等决定。2．液态金属或合金凝固的驱动力由提供。 3．晶体的宏观生长方式取决于固液界面前沿液相中的温度梯度，当温度梯度为正时，晶体的宏观生长方式为，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为。 5．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括和。6．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为。 7．铸件宏观凝固组织一般包括、和 三个不同形态的晶区。 8．内应力按其产生的原因可分为、和三种。9．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历、和三个收缩阶段。 10．铸件中的成分偏析按范围大小可分为和二大类。 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（每空1分，共9分）。 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。 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； 三、判断题（对打√，错打×，每题1分，共7分） 得分评卷人 1．合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。（） 2?顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适 合于（ D ），而同时凝固适合于（ B A .吸气倾向大的铸造合金； B .产生变形和裂纹倾向大的铸造合金； C.流动性差的铸造合金； D ?产生缩孔倾向大的铸造合金。 3 ?铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是 （ D ）；消除铸件中机械应力的方法是（ C ）o A .采用同时凝固原则； B ?提高型、芯砂的退让性； C.及时落砂； D .去应力 退火。 4．合金的铸造性能主要是指合金的（ B ）。 C )和( G ）。 作业 2 铸造工艺基础 2-1 判断题（正确的画0,错误的画X ） 1 ．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。提高浇注温度有 利于获得 形状完整、 轮廓清晰、 薄而复杂的铸件。 因此, 浇注温度越高越好。 （X ） 2．合金收缩经历三个阶段。其中,液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松 的基本原 因,而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。 （ 0 ） 3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。铸造生产都希望采用结晶 温度范围 小的合金或共晶成分合金, 原因是这些合金的流动性好, 且易形成集中缩孔, 从而可以通过设置冒口,将缩孔转移到冒口中,得到合格的铸件。 4 ．为了防止铸件产生裂纹,在零件设计时,力求壁厚均匀；在合金成分上应严 格限制 钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。 5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。所以 当 合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。 6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。共 专业 班级 学号 姓名 O ） O ） (X) 晶成分合金由于在恒温下凝固, 即开始凝固温度等于凝固终止温度, 结晶温度范围为 零。因此,共晶成分合金不产生凝固收缩,只产生液态收缩和固态收缩,具有很好的 铸造性能。 7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的力学性能,而且还 降低了 铸件的气密性。 8．采用顺序凝固原则,可以防止铸件产生缩孔缺陷,但它也增加了造型的复杂 程度,并 耗费许多合金液体,同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。 (X) O ） O ) 2- 2 选择题 1 ．为了防止铸件产生浇不 足、 A .减弱铸型的冷却能力； 冷隔等缺陷，可以采用的措施有（ B ．增加铸型的直浇口高度； D . A 、B 和 C ; E . A 和 C o ）。 材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案 第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝则和定向凝则？ 答：①同时凝则：将浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？目的是什 么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。 第三章 ⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？ 答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。材料成形原理经典试题及答案
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