Udimet720Li材料B_P型粘塑性本构建模研究_石多奇
收稿日期:2002-05-20
基金项目:欧盟FP5框架E3E Dis c Lifing (中德Jet )基金资助项目
作者简介:石多奇(1975-),男,内蒙古临河人,博士生,stonechy @https://www.wendangku.net/doc/5f1758091.html, .
Udimet 720Li 材料B -P 型粘塑性本构建模研究
石多奇 杨晓光 王延荣 周燕佩
(北京航空航天大学能源与动力工程学院,北京100083)
摘 要:针对航空发动机用涡轮盘材料Udimet 720Li ,根据高温单轴实验结
果,对其在各种载荷条件下的力学行为,开展了采用Bodner -Partom (B -P )统一型弹-粘塑性本构方程进行建模的研究.充分讨论了基于内变量理论的该型本构模型对率相关拉伸、循环硬化及蠕变等力学行为同时进行建模的能力;根据对模型的本构分析,给出了一种分类加整体考虑的模型参数优化策略.通过AB AQUS 用户子程序,把该模型结合进了有限元方法,并进行了计算验证.研究表明B -P 本构模型可较好地建模高温镍基合金Udimet 720Li 的各种力学行为.
关 键 词:粘塑性;本构关系;高温合金中图分类号:TB 125
文献标识码:A 文章编号:1001-5965(2003)07-0627-04
B -P viscoplastic constitu tive modelin g of Udimet 720Li
Shi Duoqi Yang Xiaoguang Wang Yanrong Zhou Yanpei
(S c hool of Jet Propulsion ,Beijing University of Aeronautics and Astronautics ,Beijing 100083,China )
Abstract :Udimet 720Li is a Ni -based superalloy used for aeroengine disc .Based on the uniaxial tensile ,cy -clic loading and creep experiments results at 650℃,the Bodner -Partom unified viscoplastic constitutive theory was applied to model the mechanical behaviors of the material under three different loading conditions .After detailed
analysis of c onstitutive characteristics of B -P model ,a global optimized strategy for model parameters was given in order to simulate tensile ,cyclic and creep curves simultaneously .The B -P model was implemented in AB AQUS soft ware through UMAT subroutine using a self -adaptive time stepping strategy .The results shows that B -P model is able to describe such kinds of mechanical behaviors ,but it needs to be modified to model fast isotropic softening and ratchetting .
Key words :viscoplasticity ;constitutive relation ;superalloy
航空发动机的热端部件,在工作时经历着非常复杂的载荷工况;为确保这类结构的可靠性、准确开展这类部件的强度寿命设计及分析,其高温合金材料在复杂载荷下力学行为的准确建模是非常重要的.目前经典的弹塑性和蠕变理论已不能很好的模拟材料在各种载荷条件下的力学行为.因此,需要采用先进的本构理论.目前一类基于内变量理论的粘塑性本构理论在这方面开始得到广泛的应用;这些本构模型一般根据不可逆热力学
和位错动力学的研究成果,恰当地选择一个或多个内变量及其演化方程来描述非弹性变形的各种特征,如应变率相关、循环特性和蠕变等;模型可具有屈服函数也可不带屈服函数.时间不相关的塑性与时间相关的蠕变采用统一的非弹性应变来表征.
目前已提出十几种本构模型,从国内外的情况看,B -P
[1～3]
,Walker [4]及Chaboche [5]
型本构模型
是应用得最广泛的3个本构理论.Walker 和B -P
2003年7月第29卷第7期北京航空航天大学学报
Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics July 2003
Vol .29 No .7
模型是不带屈服函数的,Chaboche理论是带屈服函数的.Walker和Chaboche模型采用非线性应变度量变形的抗力,而B-P模型采用塑性功.3个理论都可较好地对材料在复杂载荷下的变形行为进行建模.采用了著名的A-F非线形模型来表示运动硬化的Chaboche模型是能力最强的;特别是经过Ohno Wang[6]的修正,还可考虑棘轮现象.但Chaboche模型的参数很多(可多达20多个),因此参数的提取和优化是非常困难的.Walker模型可看成是Chaboche理论的特例[6].
B-P模型所需材料参数少(不多于10个),提取材料参数所需的单轴实验也少,因此,得到较为广泛的应用.但是以往的研究,主要考虑地是针对单调拉伸现象的建模,虽也有考虑循环的,但不深入,特别是研究采用B-P模型统一地对单调拉伸、循环及蠕变进行建模,较少见到.因此,本文针对航空发动机涡轮盘用材料Udimet720Li,开展采用B-P模型进行复杂载荷下力学行为建模的研究.
1 B-P粘塑性理论
小变形下,总变形率分为弹性变形率﹒εe ij与非弹性变形率﹒εin ij之和[1]:
﹒εij=﹒εe ij+﹒εin ij(1)其中弹性部分服从广义虎克定律
﹒εe ij=1+v
E ﹒σij+v
E
﹒σkkδij+﹒Σδij(2)
而非弹性部分可用不同的本构理论来表达.B-P 粘塑性本构理论主要由一组微分方程组成,包括流动法则、动力方程、内变量演化3部分[2,3,7].
1)Prandtl-Reuss流动法则:
﹒εin ij=λS ij(3)式中,S ij为应力偏量;λ为非负标量,将式(3)两边平方后可得:
λ2=D p2
J2(4)
J2(=12S ij S ij),D P2为非弹性应变率的第2不变量.
2)动力方程
Bodner通过一个指数函数将D p2和J2联系在一起,得到动力方程:
D p2=D20exp-Z2
3J2
n
(5)
3)内变量演化方程(不考虑非比例加载)
内变量Z可以分为一个各项同性分量Z I与一个随动硬化分量Z D之和:
Z=Z I+Z D(6)各项同性分量Z I的演化方程为
﹒Z I=m1Z1-Z I(t)﹒W p(t)-
A1Z1
Z I(t)-Z2
Z1
r
1
Z I(0)=Z0
(7)
而Z D与一个张量β相关,
Z D(t)=βij(t)u ij(t)(8)β的演化方程为
﹒βij(t)=m2Z3u ij(t)-βij(t)﹒W p-
A2Z1
βklβkl12
Z1
r
2
v ij
βij(0)=0
(9)
u ij(t)=
σij(t)
(σklσkl)12
v ij(t)=
βij(t)
(βklβkl)12
(10)
其中式(7)和式(9)右边项中的第1部分是硬化项,而后一部分是热恢复项.
2 Udimet720Li材料实验
根据涡轮盘在工作时可能有的载荷情况,主要针对Udimet720Li材料在650℃高温时的力学行为进行了单轴实验.分为单调拉伸、循环加载及蠕变3大类.实验时采用标准的试样及方法进行.具体项目如下:
1)单调拉伸(应变率﹒ε:10-2,10-3,10-4);
2)控制应变ε的循环加载试验(应变范围:±0.8%,应变率:10-3);
3)蠕变试验:应力σ为850MPa,900MPa.
由实验结果可知(见图1及图2,图2中N为循环数),Udimet720Li材料呈现了率相关及循环硬化现象.
图1 不同拉伸应变率下σ-ε曲线
628北京航空航天大学学报 2003年
图2 Δσ-N曲线
3 模型材料参数的提取及优化
3.1 材料参数初值的提取
B-P模型共有13个材料参数:E,D0,Z0,Z1, Z2,Z3,m1,m2,n,A1,A2,r1,r2.一般情况下可令A1=A2=A,r1=r2=r.D0表示极限剪切应变率,当﹒ε<10s-1,给定为D0=104s-1;Z0和Z1分别是各向同性硬化变量Z I的初值和饱和值,m1控制Z I从Z0演化到Z1的速率;同理,Z3是随动硬化变量Z D的饱和值,其初值为零,m2控制Z D从0演化到Z3的速率;n是率敏感粘塑性参数;A,r分别是热恢复系数和热恢复指数;Z2是Z I的一个最小值,通常认为等于Z0.这样,共有9个参数需要由实验确定.
从实验结果中提取这些参数初值方法可参见文献[7,8],此处不再赘述.650℃时Udimet720Li 的B-P模型初始材料参数见表1.
表1 Udimet720Li材料650℃时B-P模型参数初值
m1MPa-1m2MPa-1Z1MPa Z3MPa Z0MPa
0.054.018234991500
n r Z2MPa A s-1E MPa
2.50.715004.5×10-5193908
3.2 材料参数优化
一般情况下,用初始参数并不能很好模拟各类实验曲线或结果,特别是考虑不同加载类型的材料实验.如单调拉伸、循环加载、蠕变变形是分别由本构模型中不同表达式所表征的,其各自的参数影响着模型对实验曲线或结果模拟的程度;若材料在复杂载荷下表现了复杂的力学行为,则并不是所有的本构理论或模型都可同时描述这些行为.因此需要在充分理解B-P模型本构特点及各参数物理意义的基础上,进一步对参数进行优化,研究分析B-P本构模型是否有能力同时描述Udimet720Li材料在单调拉伸、循环加载、蠕变条件下的变形行为.下面给出在对这3类实验结果进行B-P本构分析的基础上进行分类加整体优化的策略.
由式(5)～式(8),B-P模型中非线形变形主要由内变量Z表征;Z分为各向同性分量和随动硬化分量,其演化形式均为以塑性功为度量的硬化项及考虑蠕变的热恢复项.按照模型本构的构成,对单调拉伸大塑性变形及循环时的力学行为由各向同性分量控制;而屈服时瞬态的过度阶段是由随动硬化变量控制的.因此,首先考虑优化Z0,Z1,Z3,m1,m2这5个参数,模拟单调拉伸时的力学行为.虽然n的值影响到单调拉伸曲线的高低,但它也影响蠕变时的初始蠕变率,开始优化时可先不考虑.由于加载速度较快,可先不考虑热恢复项.
通过优化这5个参数对3个应变率下拉伸实验曲线进行拟合,可得到满意的结果.
对循环加载,其力学行为是用控制应变下对称循环的应力范围与循环数的关系曲线来表示的.如前所述,Z I应起主要作用.但优化其参数Z0,Z1,m1拟合循环曲线时,会破坏已优化拟合好的拉伸曲线;因此在拟合循环曲线找到合适的Z0,Z1,m1后,应重新优化这5个参数同时拟合拉伸和循环曲线.必要时参数n也需要优化.
对蠕变,B-P模型中采用内变量演化方程中的热恢复项来建模.在优化好其他参数后,只优化参数A和r拟合蠕变曲线.这时要特别检查参数n的值是否合适,否则,需重复上面的过程优化n 的值及其它的值.实际优化参数拟合蠕变曲线时,仅A和r是不够的;应考虑恢复项中的Z2也要起作用.
在以上面的方法针对3类实验曲线分别优化拟合模型相应参数后,应把所有的参数都同时进行一次优化,参与拟合的是所有的3类实验曲线(3条拉伸、1条循环、2条蠕变曲线)
优化时,目标是使下式值最小,它是模型参数的泛函:
Δ=∑
test
type
1
N P
∑
N
P
i=1
Υi,theo-Υi,test
Υi,test
2
其中N P是每类实验的数据点数.对蠕变来说,Υi,theo=εcr i,theo,单调拉伸Υi,th eo=σi,th eo;循环硬化Υi,theo=Δσi,theo,Δσi=σi,max-σi,min,即应力范围.
整个优化采用的是Levenberg-Marquad修正的优化方法;并编制成了材料参数优化程序;根据上面所述的优化策略,得到该合金B-P本构方程的
629
第7期 石多奇等:Udi met720Li材料B-P型粘塑性本构建模研究
材料参数如表2.
表2 Udim et 720Li 650℃时B -P 材料参数
m 1 MPa -1
m 2 MPa -1Z 1 MPa Z 3 MPa Z 0 MPa 0.030.182119843151848n r Z 2 MPa A s -1E MPa 2.72
0.69
1709
2.3×10-5
185373
4 分析讨论及结论
整个B -P 本构模型通过UMAT 子程序已编进AB AQUS 有限元软件;采用的是自适应步长的显
式积分方法.利用表2的参数,经有限元计算并与实验曲线对比的结果见图1～图3.从计算模拟结果可以看出,无论是单调拉伸
、循环硬化,还是蠕变,B -P 理论都可较好地建模.
图3 不同σ下的蠕变曲线
参数优化及计算分析的过程表明:仅仅建模单调拉伸曲线,模型模拟的结果要好于图1给出的结果.但要同时建模拉伸及循环曲线,结果会使对2个现象的模拟都有一些误差.这是由于这2个现象都主要用Z I
来描述,同时描述拉伸时小塑性区域的行为及循环时大累积塑性应变时的行为,仅靠单一变量可能是不够的.如Chaboche 理论就可根据需要增加内变量,能较好地解决此问题.分析比较模型参数的初值(见表1)及经整体优化后的模型参数值(见表2),可以发现Z I
的初值得到了提高,Z 1-Z 0的值减少了,这实际反映了模型以提高屈服应力,减少屈服后应力的变化,来使单一的变量可同时担负2个变形行为对其的
要求.因此,最好的方法是修正B -P 模型,既把各
向同性变量进行分解.
B -P 模型在建模Udimet 720Li 材料力学行为时还有一定的缺陷,如该材料表现了较强的快速各向同性软化及非对称循环时的棘轮现象或平均应力松弛现象,B -P 模型都不能很好的建模.
图3表明,B -P 模型只能描述稳态时的蠕变,对第3阶段的蠕变不能很好的建模.实际上大多数粘塑性本构理论都存在这样的问题.由于在加速蠕变的第3阶段,损伤较大,应考虑损伤的作用.尽管如此,B -P 理论还是可较好地满足强度及寿命分析的一般需要.
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630北京航空航天大学学报 2003年
材料成型技术基础复习重点
1.常用的力学性能判据各用什么符号表示它们的物理含义各是什么 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 工程材料的发展趋势
据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固组织是由合金的成分和铸造条件决定的。 铸件的宏观组织一般包括三个晶区：表面的细晶粒区、柱状晶粒区和内部等轴晶区。 金属塑性成形指利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。 主要应用： （1）生产各种金属型材、板材、线材等； （2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆、各种工具等。 金属塑性成形特点
材料成型原理题库
陶瓷大学材料成型原理题库 热传导：在连续介质内部或相互接触的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的热运动来传递热量。 热对流：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程 热辐射：是物质由于本身温度的原因激发产生电磁波而被另一低温物体吸收后,又重新全部或部分地转变为热能的过程。 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的过程 过冷度：所谓过冷度是指在一定压力下冷凝水的温度低于相应压力下饱和温度的差值 成分过冷：这种由固-液界面前方溶质再分配引起的过冷，称为成分过冷 偏析：合金在凝固过程中发生化学成分不均匀现象 残余应力：是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力 定向凝固原则：定向凝固原则是采取各种措施，保证铸件结构上各部分按距离冒口的距离由远及近，朝冒口方向凝固，冒口本身最后凝固。 屈服准则：是塑性力学基本方程之一，是判断材料从弹性进入塑性状态的判据 简单加载;在加载过程中各个应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变 滑移线：塑性变形金属表面所呈现的由滑移所形成的条纹 本构关系;应力与应变之间的关系 弥散强化：指一种通过在均匀材料中加入硬质颗粒的一种材料的强化手段 最小阻力定律：塑性变形体内有可能沿不同方向流动的质点只选择阻力最小方向流动的规律 边界摩擦：单分子膜润滑状态下的摩擦 变质处理：在液态金属中添加少量的物质，以改善晶粒形核绿的工艺 孕育处理;抑制柱状晶生长，达到细化晶粒，改善宏观组织的工艺 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的变形 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的能力 塑性加工：使金属在外力作用下产生塑性变形并获得所需形状的一种加工工艺 相变应力：金属在凝固后冷却过程中产生相变而带来的0应力 变形抗力：反应材料抵抗变形的能力 超塑性: 材料在一定内部条件和外部条件下，呈现出异常低的流变应力，异常高的流变性能的现象
金属塑性成形工艺
有色金属塑性加工趋势 冶金 金属塑性成形工艺有着悠久的历史，4000多年前(青铜器时代)，金属的塑性加工与金属的熔炼与铸造同时出现，可加工铜、铁、银、金、铅、锌、锡等，所采用的工艺包括热锻、冷锻、板材加工、旋压、箔材和丝材拉拨。 近代第一次技术革命开始于18世纪中叶，以蒸汽机的发明和广泛使用为标志，从而实现了手工工具到机械工具的转变。塑性加工也从手工自由锻向机械压力机(蒸汽锤、自由锻锤及蒸汽轧钢机)进步。 近代第二次技术革命以电力技术为主导，电磁理论的建立，为电力取代蒸汽动力的革命奠定了基础。金属塑性加工设备以蒸汽向电力驱动进步。机械制造业的进一步发展，提高了塑性加工设备的制造水平，出现了轧钢机、挤压机、锻造机、拉拨机和压力机。 现代科技革命开始于上世纪40年代，其主要标志为电子技术的发展，电控和电子计算机的应用，塑性加工设备和技术向全流程自动化进步。现在可以做到配料、熔炼、铸造、轧制及随后处理全线自动化。 目前，金属材料在日常生活和高科技中占有相当大的比例，其加工技术是其它加工的基础。材料加工成形工艺通常有液态金属成形、塑性成形、连接成形等。塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的体积转移因而材料的利用率高流线分布合理高了制品的强度, 可以达到较高的精度, 具有较高的生产率. 坯料在热变形过程中可能发生了再结晶或部分再结晶，粗大的树枝晶组织被打破，疏松和孔隙被压实、焊合，内部组织和性能得到了较大的改善和提高。有色金属塑性加工的基本方法：轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压等。 近年来，随着科学技术整体的飞速进步，金属塑性加工技术也取得了迅速发展。人们充分认识到随着科学技术整体的飞速进步，金属塑性加工技术也取得了迅速发展。人们充分认识到最终决定材料及产品结构和控制性能的关键是合成与加工。因此，材料科学与材料工程学紧密结合成为开发新材料和提高传统材料性能的必然途径。有色金属材料加工技术向高精度、高性能、低消耗、低成本、优化生产过程和自动化方向发展。最终决定材料及产品结构和控制性能的关键是合成与加工。因此，材料科学与材料工程学紧密结合成为开发新材料和提高传统材料性能的必然途径。有色金属材料加工技术向高精度、高性能、低消耗、低成本、优化生产过程和自动化方向发展。目前金属塑性加工技术现状与总的发展趋势是主要体现在以下一些方面：（1）生产方法、工艺技术向着节能降耗、综合连续、优化精简、高速高效的方向发展。如实行冶炼、铸造与加工的综合一体化，采用连铸连轧，连续铸轧、连续铸挤，半固态加工等新工艺技术；尽量生产最终和接近最终形状产品；利用余热变形、热变形与温变形配合，冷加工与热加工变形量之间的优化匹配，变形与热处理的配合，省略或减少加热与中间退火次数等。（2）工艺装备更新换代加快，设备更趋大型、精密、成套、连续，自动化水平更加提高。生产线更趋大型化、专业化。产品单重大大增加。（3）产品向多品种、高质量、高精度发展，产品结构不断调整，新材料新产品不断被开发。轻型薄壁材料、复合材料、镀层涂层材料等不断发展，产品注重深度加工，有色材料的产品综合性能和使用效能大大提高。（4）工模具结构、材质，加工工艺、热处理工艺和表面处理工艺不断改进和完善。模具的质量和使用效果、寿命得到极大的提高。（5）在加工辅助工序和其他环节，开发新型辅助设备，采取先进技术和多种
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
材料成形原理课后习题解答
材料成型原理 第一章（第二章的内容） 第一部分：液态金属凝固学 1.1 答：（1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。原子集团的空穴或 裂纹内分布着排列无规则的游离的原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部 存在着能量起伏。 （2）实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡 组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外， 还存在结构起伏。 1.2答：液态金属的表面张力是界面张力的一个特例。表面张力对应于液－气的交界面，而 界面张力对应于固－液、液－气、固－固、固－气、液－液、气－气的交界面。 表面张力?和界面张力ρ的关系如（1）ρ＝2?/r,因表面张力而长生的曲面为球面时，r为球面的半径；（2）ρ＝?（1/r1+1/r2）,式中r1、r2分别为曲面的曲率半径。 附加压力是因为液面弯曲后由表面张力引起的。 1.3答：液态金属的流动性和冲型能力都是影响成形产品质量的因素；不同点：流动性是确 定条件下的冲型能力，它是液态金属本身的流动能力，由液态合金的成分、温度、杂 质含量决定，与外界因素无关。而冲型能力首先取决于流动性，同时又与铸件结构、 浇注条件及铸型等条件有关。 提高液态金属的冲型能力的措施： （1）金属性质方面：①改善合金成分；②结晶潜热L要大；③比热、密度、导热系大; ④粘度、表面张力大。 （2）铸型性质方面：①蓄热系数大；②适当提高铸型温度；③提高透气性。 （3）浇注条件方面：①提高浇注温度；②提高浇注压力。 （4）铸件结构方面：①在保证质量的前提下尽可能减小铸件厚度； ②降低结构复杂程度。 1.4 解：浇注模型如下：
材料成形工艺基础
《材料成形工艺基础》自学指导书 一、课程名称：材料成形工艺基础 二、自学学时：50课时 三、教材名称：《材料成形工艺基础》柳秉毅编 四、参考资料：材料成形技术基础陶冶主编机械工业出版社 五、课程简介：《材料成形工艺基础》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一，其任务是阐明液态成型、塑性成型和焊接形成等成型技术在内的内在基本规律和物质本质，揭示材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷产生的机理。 六、考核方式：闭卷考试 七、自学内容指导： 绪论第1章金属材料的力学性能 一、本章内容概述： 绪论：1.材料成形工艺的发展历史2.材料成形加工在国民经济中的地位 3.材料成形工艺基础课程的内容 4.本课程的学习要求与学习方法。 第一章：1）铸造成形基本原理；2）塑性成形基本原理； 3）焊接成形基本原理 二、自学学时安排：8学时 三、知识点： 1.合金的铸造性能 2.合金的收缩性； 3.铸件的缩孔和缩松 2合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔，获得尺；3影响合金的充型能力的因素1）合金的流动性2）浇；4合金的收缩概念液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固；5铸造内应力分热应力和机械应力；6顺序凝固，是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部；7顺序凝固可以有效地防止缩孔和宏观缩松，主要适用；8缩孔和缩松的防止方法：顺序凝固 四、难点：
1）强度、刚度、弹性及塑性 2）硬度、冲击韧性、断裂韧度、疲劳。 五、课后思考题与习题：P40 1.1 区分以下名词的含义: 逐层凝固与顺序凝固糊状凝固与同时凝固 液态收缩与凝固收缩缩孔与缩松 答：逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的，铸件凝固时其凝固区宽度接近于零，随着温度的下降，液相区不断减小，固相区不断增大而向中心推进，直至到达铸件中心。顺序凝固：是指在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 糊状凝固：如果合金的结晶温度范围很宽，或者铸件断面上温度梯度较小，则在凝固的某段时间内，其固相和液相并存的凝固区会贯穿铸件的整个断面。 同时凝固：是指采取一定的工艺措施，尽量减小铸件各部分之间的温度差，使铸件的各部分几乎同时进行凝固。 液态收缩：从浇注温度冷却至凝固开始温度(液相线温度)期间发生的收缩。凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度(固相线温度)期间发生的收缩。 铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积缩减，如果未能获得补充(称为补缩)，则会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 1.3拟生产一批小型铸铁件，力学性能要求不高，但壁厚较薄，试分析如何提高合金液的充型能力。 答：1）尽可量提高浇注温度。由于壁厚较薄，铸铁可取1450左右2）增大充型压力（即增大推动力）。3）选用蓄热能力强的材料作铸型。4）提高铸型温度。5）选用发气量小而排气能力强的铸型。 1.4冒口补缩的原理是什么? 冷铁是否可以补缩? 冷铁的作用与冒口有何不同? 答：在铸件厚壁处和热节部位（即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位）设置冒
塑性成形方法
第五节其它塑性成形方法 随着工业的不断发展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求，不仅要求生产各种毛坯，而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用，例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。 一、挤压 挤压：指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。 挤压法的特点： （1）三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，也可采用挤压法对锭坯进行开坯。 （2）挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。 （3）可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT8～IT9，表面粗糙度为Ra3.2～0.4μ m，从而 （4）挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件外形分布而不被切断，从而提高了金属的力学性能。 （5）材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。 挤压方法的分类： 1．根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式：
（１）正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同，如图2-69所示。 （２）反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-70所示。 （３）复合挤压金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同，另一部分流动方向与凸模运动方向相反，如图2-71所示。 （４）径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90°角，如图2-72所示。 图2-69 正挤压 图2-70 反挤压
材料成形原理经典试题及答案
《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。(√ )
材料成型工艺
. 问答题 1、吊车大钩可用铸造、锻造、切割加工等方法制造，哪一种方法制得的吊钩承载能力大？为什么？ 2、什么是合金的流动性及充形能力，决定充形能力的主要因数是什么？ 3、铸造应力产生的主要原因是什么？有何危害？消除铸造应力的方法有哪些？ 4．试讨论什么是合金的流动性及充形能力？ 5. 分别写出砂形铸造,熔模铸造的工艺流程图并分析各自的应用范围. 6.液态金属的凝固特点有那些，其和铸件的结构之间有何相联关系？ 7.什么是合金的流动性及充形能力，提高充形能力的因素有那些？ 8.熔模铸造、压力铸造与砂形铸造比较各有何特点？他们各有何应用局限性？ 9.金属材料固态塑性成形和金属材料液态成形方法相比有何特点，二者各有何适用范围？ 10. 缩孔与缩松对铸件质量有何影响？为何缩孔比缩松较容易防止？ 11. 什么是定向凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？上述两种凝固原则各适用于哪种场合？ 12. 手工造型、机器造型各有哪些优缺点？适用条件是什么？ 13.从铁-渗碳体相图分析，什么合金成分具有较好的流动性?为什么? 14. 铸件的缩孔和缩松是怎么形成的？可采用什么措施防止? 15. 什么是顺序凝固方式和同时凝固方式?各适用于什么金属？其铸件结构有何特点? 16. 何谓冒口，其主要作用是什么？何谓激冷物，其主要作用是什么？ 17. 何谓铸造？它有何特点？ 18. 既然提高浇注温度可提高液态合金的充型能力，但为什么又要防止浇注温度过高？ 19．金属材料的固态塑性成形为何不象液态成形那样有广泛的适应性？ 20..冷变形和热变形各有何特点？它们的应用范围如何？ 21. 提高金属材料可锻性最常用且行之有效的办法是什么？为何选择？ 22. 金属板料塑性成形过程中是否会出现加工硬化现象？为什么？ 23. 纤维组织是怎样形成的？它的存在有何利弊？ 24．许多重要的工件为什么要在锻造过程中安排有镦粗工序？ 25. 模锻时，如何合理确定分模面的位置？ 26. 模锻与自由锻有何区别？ . . 27．板料冲压有哪些特点？主要的冲压工序有哪些？ 28. 间隙对冲裁件断面质量有何影响？间隙过小会对冲裁产生什么影响？ 29. 分析冲裁模与拉深模、弯曲模的凸、凹模有何区别？ 30. 何谓超塑性？超塑性成形有何特点？ 31、落料与冲孔的主要区别是什么？体现在模具上的区别是什么？ 32、比较落料或冲孔与拉深过程凹、凸模结构及间隙Z有何不同？为什么？
材料成型技术基础复习重点.
1.1 1.常用的力学性能判据各用什么符号表示？它们的物理含义各是什么？ 塑性，弹性，刚度，强度，硬度，韧性 1.2 金属的结晶：即液态金属凝固时原子占据晶格的规定位置形成晶体的过程。 细化晶粒的方法：生产中常采用加入形核剂、增大过冷度、动力学法等来细化晶粒，以改善金属材料性能。 合金的晶体结构比纯金属复杂，根据组成合金的组元相互之间作用方式不同，可以形成固溶体、金属化合物和机械混合物三种结构。 固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象。1.3 铁碳合金的基本组织有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体 1.4 钢的牌号和分类 影响铸铁石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度 1.5 塑料即以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成形的材料。 热塑性塑料：即具有热塑性的材料，在塑料整个特征温度范围内，能反复加热软化和反复加热硬化，且在软化状态通过流动能反复模塑为制品。 热固性塑料：即具有热固性的塑料，加热或通过其他方法，能变成基本不溶、不熔的产物。 橡胶橡胶是可改性或已被改性为某种状态的弹性体。 1.6 复合材料：由两种或两种以上性质不同的材料复合而成的多相材料。 通常是其中某一组成物为基体，而另一组成物为增强体，用以提高强度和韧性等。 1.8工程材料的发展趋势 据预测，21世纪初期，金属材料在工程材料中仍将占主导地位，其中钢铁仍是产量最大、覆盖面最广的工程材料，但非金属材料和复合材料的发展会更加迅速。 今后材料发展的总趋势是：以高性能和可持续发展为目标的传统材料的改造及以高度集成化、微细化和复合化为特征的新一代材料的开发。 2.0材料的凝固理论 凝固：由液态转变为固态的过程。 结晶：结晶是指从原子不规则排列的液态转变为原子规则排列的晶体状态的过程。 粗糙界面：微观粗糙、宏观光滑； 将生长成为光滑的树枝； 大部分金属属于此类 光滑界面：微观光滑、宏观粗糙； 将生长成为有棱角的晶体； 非金属、类金属（Bi、Sb、Si）属于此类 偏析：金属凝固过程中发生化学成分不均匀的现象 宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度的大范围内产生的成分不均匀的现象2.1 铸件凝固组织：宏观上指的是铸态晶粒的形态、大小、取向和分布等情况，铸件的凝固
塑性成型工艺及设备
塑性成型工艺及设备实验指导书 班级： 姓名： 学号： 南京农业大学工学院机械工程系 机械制造工艺教研室 2006年10月
目录 实验一双动液压机装配精度检验 (2) 一、实验目的 (2) 二、实验用工具及设备 (2) 三、实验内容及方法 (4) 四、实验数据整理 (7) 五、实验报告要求 (7) 实验二冷冲压模具安装及工艺参数实验 (8) 一、实验目的 (8) 二、实验内容 (8) 三、实验用设备、工具和材料 (8) 四、实验步骤 (8) 五、实验报告要求 (9) 实验三曲柄压力机拆装实验 (10) 一、实验目的 (10) 二、实验用工具及设备 (10) 三、实验内容及方法 (10) 四、实验报告要求 (10) 实验四塑料注塑成型实验 (11) 一、实验目的 (11) 二、实验用工具及设备 (11) 三、实验内容及其步骤 (11) 四、实验报告要求 (11)
实验一双动液压机装配精度检验 一、实验目的 1、了解双动液压机的结构及动作原理； 2、掌握双动液压机制造及装配精度检测内容及检验方法。 二、实验用工具及设备 1、工具：百分表、百分表架、检验平尺、直角尺等。 2、设备：YX28-300/500A框架液压机。 YX28-300/500A框架式液压机主要用于薄板拉深、弯曲、成形等工艺，也可以用于整形、较平、压装、落料、挤压等。适用于航空、汽车、拖拉机、机床、仪表、家电等制造行业。 该液压机包括：机身、拉伸滑块、拉伸缸、压边滑块、压边缸、液压垫、液压垫缸、润滑装置、液压控制系统、电气控制系统等部分。 结构简图见图1 图1-1 框架式液压机结构简图 1.压边缸 2.拉伸滑块 3.拉伸缸 4.压边滑块 5.机身 6.液压垫及液压垫缸 （1）机身 机身为闭式组合框架结构，上横梁、底座分别由四根方立柱支撑，通过四根拉杆和八个锁紧螺母紧固。机身中间设有拉伸滑块和压边滑块，每根方立柱上布置两条可调导轨，八条导轨分别做拉伸滑块及压边滑块导向用，通过推拉螺钉来调节导轨间隙和滑块运动精度。立柱和上横梁、底座用方键定位、上横梁开有一个拉伸缸安装孔和四个压边缸安装孔。拉伸滑块和压边滑块的下平面设有T型槽以固定模具用，底座中间孔内设有液压垫，并有导向板导向。
材料成形原理试题总复习题
材料成形原理-金属塑性加工原理考试总复习 一、填空题 1.韧性金属材料屈服时，准则较符合实际的。 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。 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；
材料成形原理试题
填空题： 1、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。 2、金属塑性变形的基本规律有 和 。 3、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。 4、在塑性加工中润滑的目的是 ， 模具寿命和产品质量， 变形抗力，提高金属的充满模腔的能力等。 5、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 。 6、钢冷挤压前，需要对坯料表面进行 润滑处理。 7、铸造应力有 、 和? 三种。 8、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。 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、在塑性加工中润滑的目的是 ， 模具寿命和产品质量， 变形 抗力，提高金属的充满模腔的能力等。 11、材料的加工过程可以用相关的材料流程、 流程和 流程来描述。材料流程中，用来产生材料的形状、尺寸和（或） 变化的过程称为基本过程。材料流程中的基本过 程又分为机械过程、 过程和化学过程过程。 12、通常所说弹塑性力学三大基础方程指的是 方程、 方程和 方 程 。其中表达变形与应变之间关系的是 方程。 13、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。 14、润湿角是衡量界面张力的标志。界面张力达到平衡时，杨氏方程可写为 =θcos 。当 时，液体能润湿固体；=θcos 时，为绝对润湿； 当 时，液体绝对不能润湿固体。 15、在塑性加工中润滑的目的是 ，提高模具寿命和产品质量， 变形 抗力，提高金属的充满模腔的能力等。 16、材料中一点的两种应力状态相等的充要条件是两应力状态的 分别相等。 17、采用主应力法分析宽度为B 的细长薄板在平锤下压缩变形。已知平衡方程为： 02=+h dx d k x τσ，接触表面摩擦条件y k f στ＝，利用近似屈服条件为k y x 2=-σσ，方程的通解为： ，其中的积分常数，可根据边界条件： 确定，C ＝ 。 18.液态金属或合金中一般存在 起伏、 起伏和 起伏。 19、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。
材料成形技术基础答案_第1版_施江澜_赵占西主编
第一章金属液态成形 1. ①液态合金的充型能力是指熔融合金充满型腔，获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力。 ②流动性好，熔融合金充填铸型的能力强，易于获得尺寸准确、外形完整的铸件。流动性不好，则充型能力差，铸件容易产生冷隔、气孔等缺陷。 ③成分不同的合金具有不同的结晶特性，共晶成分合金的流动性最好，纯金属次之，最后是固溶体合金。 ④相比于铸钢，铸铁更接近更接近共晶成分，结晶温度区间较小，因而流动性较好。 2.浇铸温度过高会使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，反而是铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、夹杂等缺陷。 3.缩孔和缩松的存在会减小铸件的有效承载面积，并会引起应力集中，导致铸件的力学性能下降。 缩孔大而集中，更容易被发现，可以通过一定的工艺将其移出铸件体外，缩松小而分散，在铸件中或多或少都存在着，对于一般铸件来说，往往不把它作为一种缺陷来看，只有要求铸件的气密性高的时候才会防止。 4 液态合金充满型腔后，在冷却凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩缩减的体积得不到补足，便会在铸件的最后凝固部位形成一些空洞，大而集中的空洞成为缩孔，小而分散的空洞称为缩松。 浇不足是沙型没有全部充满。冷隔是铸造后的工件稍受一定力后就出现裂纹或断裂，在断口出现氧化夹杂物，或者没有融合到一起。 出气口目的是在浇铸的过程中使型腔内的气体排出，防止铸件产生气孔，也便于观察浇铸情况。而冒口是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。 逐层凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开。定向凝固中熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向进行凝固。 5.定向凝固原则是在铸件可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，并同时采用其他工艺措施，使铸件上远离冒口的部位到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部位像冒口方向顺序地凝固。 铸件相邻各部位或铸件各处凝固开始及结束的时间相同或相近，甚至是同时完成凝固过程，无先后的差异及明显的方向性，称作同时凝固。 定向凝固主要用于体收缩大的合金，如铸钢、球墨铸铁等。同时凝固适用于凝固收缩小的合金，以及壁厚均匀、合金结晶温度范围广，但对致密性要求不高的铸件。 6. 不均匀冷却使铸件的缓冷处受拉，快冷处受压。零件向下弯曲。 10. 铸件的结构斜度指的是与分型面垂直的非加工面的结构斜度，以便于起模和提高铸件精度。 结构斜度是零件原始设计的结构；拔模斜度是为了造型拔模（起模）方便，而在铸件上设计的斜度。 无法起模，结构可改为下图所示;
材料成型原理试卷一B试题及答案
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σｍ中间主应力σ２。 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。（）
材料成形原理试卷(3)
试题 一、填空题 1、液体原子的分布特征为长程无序、短程有序。实际液态金属存在着能量、结构和成分三种起伏，其中在一定过冷度下，临界核心由结构起伏提供，临界生核功由能量起伏提供。 2、物质表面张力的大小与其内部质点间结合力大小成正比，界面张力的大小与界面两侧质点间结合力大小成反比。衡量界面张力大小的标志是润湿角θ的大小，润湿角θ越小，说明界面能越小。非均质形核过程，晶体与杂质基底的润湿角越小，非均质形核率越大；硫等杂质元素降低Fe液表面张力，所以增大凝固热裂纹倾向。 3、合金的液相线温度T L 及固相线温度T S 之差越大，其浇注过程的充型能力越差，凝固过程越倾 向于体积凝固方式，缩松形成倾向越大，热裂倾向越大。 4、晶体连续生长速度与动力学过冷度ΔT k 成正比关系。过冷度较小时，晶体台阶方式生长速度比连续生长的小，过冷度很大时，两者速度相等．．。 5、根据“成分过冷”的判据，固液界面处的温度梯度G L 越小，合金原始成分C 越大，平衡分 配系数K 0（K <1情况下）越小，则成分过冷倾向越大。 6、对于气体在金属中溶解为吸热反应的情况，气体的溶解度随温度降低而降低。氢在Fe液中溶解度随熔滴过渡频率的增大而降低，随焊接气氛氧化性的增强而降低。 7、根据熔渣粘度随温度变化速率，可将焊接熔渣分为“长渣”与“短渣”。“ 长渣”是指随温度升高而粘度下降速度缓慢的熔渣。碱性渣为“ 短渣”，含SiO 2 多的酸性渣为“ 长渣”。 8、熔炼钢时，根据脱磷反应原理，提高脱磷效率的原则是希望低温、高碱度、强氧化性（FeO）熔渣、熔渣的粘度低及足够的渣量。 9、影响钢焊缝冷裂纹的三大主要因素是拘束应力状态、氢的含量及分布以及钢的淬硬倾向。 10、铸件产生集中性缩孔及分散性缩松的根本原因是金属的液态收缩和凝固收缩之和大于固态收缩，对产生集中性缩孔倾向大的合金，通常采用“顺序凝固”的工艺原则。 1．界面张力的大小可以用润湿角来衡量，两种物质原子间的结合力大，就润湿，润湿角为锐角；而两种物质原子间的结合力小，就不润湿，润湿角为钝角。 2．铸件的凝固方式可以分为逐层凝固、中间凝固和体积凝固三种不同形式，影响合金凝固方式的两个主要因素是：凝固温度区间和界面前沿的温度梯度。 3．Jakson因子a可以作为固-液界面微观结构的判据，凡a≤2的晶体，其生长界面为粗糙，凡a ＞5的晶体，其生长界面为光滑。 4．在固相无扩散，液相无对流只有有限扩散的条件下，晶体生长速度越快、平衡分配系数越小、液相中溶质扩散系数越慢，越容易形成成分过冷。 5．在一个由金属、金属氧化物、和氧化性气体组成的体系中，若金属氧化物的分解压为Po2，氧的实际分压为{PO2}。则，当{PO2}>Po2时，金属被氧化，当{PO2}< Po2时，金属被还原，当两者相等时，处于平衡状态 3、通常，合金的凝固温度区间越大，液态合金充型过程中流动性越差，铸件越容易呈体积（或糊 状）凝固方式 4、焊接热输入功率一定时，焊接速度越快，相同温度等温线椭圆的长、短轴相差越大，焊缝凝 固时晶体以对向生长的倾向越大，焊缝中心低熔点物质偏析程度越严重，焊缝的凝固裂纹形成倾向越大。 5、非均质形核过程，晶体与杂质基底的润湿角越小，非均质形核功ΔG越小，形核率越大； 非均质形核临界半径与均质形核的关系为相等。 6、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。 7、共晶组织生长中，共晶两相通过原子的横向扩散不断排走界面前沿积累的溶质，且又互相提
金属塑性成形综述
金属塑性成形 摘要：金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一。文章主要对塑性成形的基本方法、主要研究内容，发展趋势做了综合介绍。 一、引言 塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点,已成为当今先进制造技术的重要发展方向。据国际生产技术协会预测,21世纪,机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。【1】 在现代制造技术中，人们广泛的利用金属材料生产各种零件和产品。金属加工方法多种多样，包括成型、切削等。金属塑性成形是其中一种重要的加工方法，是利用金属在外力作用下产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，因此也称为金属塑性加工或金属压力加工。 图1 传统金属塑性成形工艺 二、金属塑性成形的主要形式 金属塑性成形工艺的种类有很多，包括轧制、挤压、拉拔、锻造和冲压等基本工艺类型。随着技术的发展，也有很多新的成型方式出现，它们具备精密、高效、节能、节材、清洁等优点，得到广泛关注。
2.1 体积成型 金属体积成型是指对金属块料、棒料或厚板在高温或室温下进行成形加工的方法，主要分为热态金属体积成型和冷温态金属体积成型。热态金属变形过程可分为热锻、轧制、挤压、拉拔、辗压等工艺技术；冷温态变形过程可分为冷锻、冷精轧、冷挤压、冷拔、冷辗扩等工艺。 2.2 板材成型 所谓板材成型是指用板材、薄壁管、薄型材等作为原材料进行塑性加工的成形方法。在忽略板厚的变化时，可视为平面变形问题来处理，板材成型可分为:冲裁、弯曲、拉延、胀形、翻边、扩孔、辊压等工艺技术。 2.3 粉末态金属成形 随着制粉技术的发展，其应用领域不断扩展，对于复杂形状的机械零件来说，它具有高效、精密成形的特点，但成本较高，机械性能不如整体金属材料。粉末态金属成形的工艺过程为制粉、造型、压实、烧结、精锻。 2.4半固态金属材料成形 70年代开发研究的新技术，原金属材料作过特殊前处理，当材料加热到一定温度时可使30%的金属材料处于融溶状态，其余70%的金属材料呈均匀细颗粒组织的固态。在此状态加压变形，其流动性特好，可成形结构形状特别复杂的零件，而变形杭力很小。 2.5 复合成形技术 现代的科学越来越相互交叉、渗透，出现许多边缘学科、交叉学科一样，材料成形技术也逐渐突破原有铸、锻、焊、粉末冶金等技术相互独立的格局，相互融合、渗透，产生了种类繁多的“复合成形技术”。【2】金属塑性的复合成型技术主要有两个方面 （1）各种成形工艺的组合优化达到优化工艺和产品的目的。 （2）铸、锻、焊、热处理等不同加工方法的组合。 三、金属塑性成形技术主要研究内容 由于压力加工中,少、无切屑的特点和精密加工技术的发展,使金属塑性成型理论的研究受到日益广泛的重视而进入工程应用的前列.一般认为,研究金属塑性科学的历史开始于Tresa在1864年提出的屈服准则,至今不过100多年,而首
材料成形原理1总复习题2015
0《金属塑性加工原理》总复习 一、填空题 1.韧性金属材料屈服时，准则较符合实际的。 2.描述变形大小可用线尺寸的变化与方位上的变化来表示，即和. 3.弹性变形时应力球张量使物体产生体积变化，泊松比 4.在塑形变形时，不需要考虑塑形变形之前的弹性变形，又不考虑硬化的材料叫做。 5.塑形成形时的摩擦根据其性质可分为, 和。 6.根据条件的不同，任何材料都有可能产生两种不同类型的断裂：和。 7.硫元素的存在使得碳钢易于产生。 8.塑性变形时不产生硬化的材料叫做。 9.应力状态中的应力，能充分发挥材料的塑性。 10.平面应变时，其平均正应力 ｍ中间主应力 ２。 11.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性。 12.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。 13.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 ＝。 14.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。 15.对数应变的特点是具有真实性、可靠性和。 16.就大多数金属而言，其总的趋势是，随着温度的升高，塑性。 17.钢冷挤压前，需要对坯料表面进行处理。 18.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。 19.对数应变的特点是具有真实性、可靠性和。 20.塑性指标的常用测量方法。 21.弹性变形机理；塑性变形机理。 22.物体受外力作用下发生变形，变形分为变形和变化。 23.当物体变形时，向量的长短及方位发生变化，用、来描述变形大小 24.材料的塑性变形是由应力偏张量引起的，且只与有关。 25.金属塑性加工时，工具与坯料接触面上的摩擦力采用三种假设。 26.轴对称条件下，均匀变形时，径向的正应变周向的正应力。 27.弹性变形时应力球张量使物体产生体积变化，泊松比。