第一篇：材料成形原理 部分答案

材料成形理論基礎(chǔ)習(xí)題

1、純金屬和實(shí)際合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)有何不同？舉例說(shuō)明

答：純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)式由原子集團(tuán)、游離原子和空穴組成的，液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的，而是出于瞬息萬(wàn)變是的狀態(tài)，即原子集團(tuán)、空穴等的大小、形態(tài)、分布及熱運(yùn)動(dòng)都出于無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化的狀態(tài)，這種現(xiàn)象叫做“結(jié)構(gòu)起伏”。而實(shí)際合金的液態(tài)結(jié)構(gòu)是極其復(fù)雜的，其中包含各種化學(xué)成分的原子集團(tuán)、游離原子、空穴、夾雜物及氣泡等，是一種“混濁”的液體。實(shí)驗(yàn)實(shí)際液態(tài)金屬中還存在成分起伏。例如Al和Al-Si合金相比較，Al-Si合金中由于成分起伏Al與Si的濃度也是出于不斷變化中的。

2、液態(tài)金屬表面張力和界面張力有何不同？表面張力和附加壓力有何關(guān)系？

答：液體金屬的表面張力是質(zhì)點(diǎn)（分子、原子）間作用力不平衡引起的。而任意兩相（固-固、固-液、固-氣）的交界面稱(chēng)為界面，由界面間相互作用而產(chǎn)生的力叫界面張力，表面張力可說(shuō)是界面張力的一個(gè)特例。界面張力與兩個(gè)表面張力之間的關(guān)系為：

σAB=σA+σB –wAB，其中σA、σB分別是A、B兩物體的表面張力，wAB為兩個(gè)單位面積界面向外做的功。表面張力與附加壓力的關(guān)系有拉普拉斯方程描述：?P徑。

3、液態(tài)合金的流動(dòng)性和充型能力有何不同？如何提高液態(tài)金屬的充型能力？

答：液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力稱(chēng)為“流動(dòng)性”，是由液態(tài)金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量等決定的，而與外界因素?zé)o關(guān)。液態(tài)金屬的充型性能是一種基本性能。充型能力好，零件的形狀就完整，輪廓清晰，否則就會(huì)產(chǎn)生“澆不足”的缺陷。液態(tài)金屬的充型能力首先取決于其金屬本身的流動(dòng)能力，同時(shí)又與鑄件結(jié)構(gòu)、澆注條件及鑄型等條件有關(guān)，是各種因素的綜合反映。

提高金屬的充型能力措施：（1）金屬性質(zhì)方面：改善合金成分；結(jié)晶潛熱L要大；比熱、密度大，導(dǎo)熱率小；粘度、表面張力小。（2）鑄型性質(zhì)方面：蓄熱系數(shù)小；適當(dāng)提高鑄型溫度；提高透氣性。（3）澆注條件方面：適當(dāng)提高澆注溫度；提高澆注壓力。（4）鑄件結(jié)構(gòu)方面：在保證質(zhì)量的前提下盡可能減小鑄件厚度；降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度。

??（1R1?1R2），其中R1、R2為曲面的曲率半

4、鋼液對(duì)鑄型不浸潤(rùn)，??180?，鑄型砂粒間的間隙為0.1cm，鋼液在1520℃時(shí)的表面張力σ=1.5N/m,密度ρ液=7500㎏/m3。求產(chǎn)生績(jī)效粘砂的臨界壓力；欲使鋼液不粘入鑄型而產(chǎn)生機(jī)械粘砂，所允許的壓頭H值是多少？

?P?2?R?2?1.50.1?2?10-2?6?10Pa

0?23H?2?cos??gr?2?1.5?cos1807500?9.8?0.1?2?10?0.082m

5、根據(jù)Stokes公式計(jì)算鋼液中非金屬夾雜物MnO的上浮速度，已知鋼液溫度為1500℃，??0.0049N?s/m,?液?7500kg/m,?MnO?5400kg/m, MnO呈球形，其半徑r=0.1mm。

2r(?液??MnO)g9?2333V??2?0.1?102?6(7500?4500)?9.819?0.0049?0.0071m/s

6、設(shè)想液體在凝固時(shí)形成的臨界核心是邊長(zhǎng)為a﹡的立方體形狀；①求均質(zhì)形核是的a﹡和△G的關(guān)系式。②證明在相同過(guò)冷度下均質(zhì)形核時(shí)，球形晶核較立方形晶核更易形成。解：（1）對(duì)于立方形晶核 △G方＝－a3△Gv+6a2σ①

令d△G方/da＝0 即 －3a△Gv+12aσ＝0，則 臨界晶核尺寸a*＝4σ/△Gv，得σ＝

a*

42△Gv，代入①

△G方＝－a△Gv＋6 a**3*2

a*4△Gv＝a△Gv

*2均質(zhì)形核時(shí)a*和△G方*關(guān)系式為：△G方*＝a*3△Gv（2）對(duì)于球形晶核△G球*＝－

43πr*3△Gv+4πr*2σ

臨界晶核半徑r＝2σ/△Gv，則△G球＝**

23πr△Gv

*3所以△G球*/△G方*＝

23πr*3△Gv/(a*3△Gv)將r*＝2σ/△Gv，a*＝4σ/△Gv代入上式，得

△G球/△G方＝π/6<1，即△G球<△G方 所以球形晶核較立方形晶核更易形成

7、設(shè)Ni的最大過(guò)冷度為319℃，求△G﹡均和r﹡均，已知，Tm=1453℃，L=-1870J／mol，σLC=2.25×10ˉ5J／cm 2，摩爾體積為6.6cm 2。r均*****

2*2.25*10*（1453＋273）＝(2σLC/L)*(Tm/△T)＝cm＝8.59*10－9m

1870*3196.6*

－5△G均＝16316πσLC*Tm/（L*△T）

－5432322(2.25*10*10）*（1453＋273）＝π*＝6.95*10－17J 1870362(*10)*3196.68、什么樣的界面才能成為異質(zhì)結(jié)晶核心的基底？

從理論上來(lái)說(shuō)，如果界面與金屬液是潤(rùn)濕得，則這樣的界面就可以成為異質(zhì)形核的基底，否則就不行。但潤(rùn)濕角難于測(cè)定，可根據(jù)夾雜物的晶體結(jié)構(gòu)來(lái)確定。當(dāng)界面兩側(cè)夾雜和晶核的原子排列方式相似，原子間距離相近，或在一定范圍內(nèi)成比例，就可以實(shí)現(xiàn)界面共格相應(yīng)。安全共格或部分共格的界面就可以成為異質(zhì)形核的基底，完全不共格的界面就不能成為異質(zhì)形核的基底。

9、闡述影響晶體生長(zhǎng)的因素。

晶核生長(zhǎng)的方式由固液界面前方的溫度剃度GL決定，當(dāng)GL>0時(shí)，晶體生長(zhǎng)以平面方式生長(zhǎng)；如果GL<0，晶體以樹(shù)枝晶方式生長(zhǎng)。

10、用Chvorinov公式計(jì)算凝固時(shí)間時(shí)，誤差來(lái)源于哪幾個(gè)方面？半徑相同的圓柱和球體哪個(gè)誤差大？大鑄型和小鑄型哪個(gè)誤差大？金屬型和砂型哪個(gè)誤差大？

用Chvorinov公式計(jì)算凝固時(shí)間時(shí)，誤差來(lái)源于鑄件的形狀、鑄件結(jié)構(gòu)、熱物理參數(shù)澆注條件等方面。

半徑相同的圓柱和球體比較，前者的誤差大；大鑄件和小鑄件比較，后者誤差大；金屬型和砂型比較，后者誤差大，因?yàn)楹笳叩臒嵛镄詤?shù)隨溫度變化較快。

11、何謂凝固過(guò)程的溶質(zhì)再分配？它受哪些因素的影響？

溶質(zhì)再分配：合金凝固時(shí)液相內(nèi)的溶質(zhì)一部分進(jìn)入固相，另一部分進(jìn)入液相，溶質(zhì)傳輸使溶質(zhì)在固－液界面兩側(cè)的固相和液相中進(jìn)行再分配。

影響溶質(zhì)再分配的因素有熱力學(xué)條件和動(dòng)力學(xué)條件。

12、設(shè)狀態(tài)圖中液相線(xiàn)和固相線(xiàn)為直線(xiàn)，證明平衡常數(shù)k。=Const。

設(shè)液相線(xiàn)和固相線(xiàn)的斜率分別為mL和mS，如上圖：

液相線(xiàn)：T*－Tm＝mL(Cl*-0)① 固相線(xiàn)：T*－Tm＝mS(Cs*-0)② ②÷①得：T－TmT－Tm**＝

mSCSmLCL**＝1 即 CSCL**＝

mLmS＝k0 由于mL、mS均為常數(shù)，故k0＝Const.13、Al-Cu相圖的主要參數(shù)為CE=33%Cu，Csm=5.65%，Tm=660℃，TE=548℃。用Al-1%Cu合金澆注一細(xì)長(zhǎng)試樣，使其從左至右單向凝固，冷卻速度足以保持固-液界面為平界面，當(dāng)固相無(wú)Cu擴(kuò)散，液相中Cu充

分混合時(shí)，求：

①凝固10%時(shí)，固液界面的Cs﹡和Cl﹡。②共晶體所占比例。

③畫(huà)出沿試棒長(zhǎng)度方向Cu的分布曲線(xiàn)，并標(biāo)明各特征值。

CSCLCsmCE6.65%33%（1）溶質(zhì)分配系數(shù) k0＝===0.171 當(dāng)fs＝10％時(shí)，有

0.171－1Cs＝k0C0(1－fs)*k0－1＝0.171*1％*（1－10％）

0.001870.171＝0.187％

CL*＝C0fLk0－1＝

CSk0*＝＝1.09％

（2）設(shè)共晶體所占的比例為fL，則

CL＝C0fLk－1＝CE 0*則fL＝（CEC01k0－1＝（）33%5.65%1)0.171－1＝0.12(3)沿試棒的長(zhǎng)度方向Cu的分布曲線(xiàn)圖如下：

14、何謂熱過(guò)冷和成分過(guò)冷？成分過(guò)冷的本質(zhì)是什么？

金屬凝固時(shí)，完全由熱擴(kuò)散控制，這樣的過(guò)冷稱(chēng)為熱過(guò)冷； 由固液界面前方溶質(zhì)再分配引起的過(guò)冷稱(chēng)為成分過(guò)冷.成分過(guò)冷的本質(zhì)：由于固液界面前方溶質(zhì)富集而引起溶質(zhì)再分配，界面處溶質(zhì)含量最高，離界面越遠(yuǎn)，溶質(zhì)含量越低。由結(jié)晶相圖可知，固液界面前方理論凝固溫度降低，實(shí)際溫度和理論凝固溫度之間就產(chǎn)生了一個(gè)附加溫度差△T，即成分過(guò)冷度，這也是凝固的動(dòng)力。

15、影響成分過(guò)冷的因素有哪些？哪些是屬于可控制的工藝因素？成分過(guò)冷對(duì)晶體的生長(zhǎng)方式有何影響？晶體的生長(zhǎng)方式只受成分過(guò)冷的影響么？

影響成分過(guò)冷的因素有G、v、DL、m、k0、C0，可控制的工藝因素為DL。

過(guò)冷對(duì)晶體的生長(zhǎng)方式的影響：當(dāng)稍有成分過(guò)冷時(shí)為胞狀生長(zhǎng)，隨著成分過(guò)冷的增大，晶體由胞狀晶變?yōu)橹鶢罹А⒅鶢顦?shù)枝晶和自由樹(shù)枝晶，無(wú)成分過(guò)冷時(shí)，以平面方式或樹(shù)枝晶方式生長(zhǎng)。

晶體的生長(zhǎng)方式除受成分過(guò)冷影響外，還受熱過(guò)冷的影響。

16、影響成分過(guò)冷的因素有哪些？它對(duì)材質(zhì)或成型產(chǎn)品（鑄件）的質(zhì)量有何影響？

影響成分過(guò)冷范圍的因素有：

成分過(guò)冷的條件 GL

vDLk0DLk0v成分過(guò)冷的范圍為 △＝mLC0(1－k0)－GL，上式中，mL、C0、k0為不變量，所以影響成分過(guò)冷范圍的因素只有DL、GL和v。

對(duì)于純金屬和一部分單相合金的凝固，凝固的動(dòng)力主要是熱過(guò)冷，成分過(guò)冷范圍對(duì)成形產(chǎn)品沒(méi)什么大的影響；對(duì)于大部分合金的凝固來(lái)說(shuō)，成分過(guò)冷范圍越寬，得到成型產(chǎn)品性能越好。

17、鑄件典型宏觀凝固組織是由哪幾部分構(gòu)成的，它們的形成機(jī)理如何？

鑄件的典型凝固組織為：表面細(xì)等軸晶區(qū)、中間柱狀晶區(qū)、內(nèi)部等軸晶區(qū)。

表面細(xì)等軸晶的形成機(jī)理：非均質(zhì)形核和大量游離晶粒提供了表面細(xì)等軸晶區(qū)的晶核，型

壁附近產(chǎn)生較大過(guò)冷而大量生核，這些晶核迅速長(zhǎng)大并且互相接觸，從而形成無(wú)方向性的表面細(xì)等軸晶區(qū)。

中間柱狀晶的形成機(jī)理：柱狀晶主要從表面細(xì)等軸晶區(qū)形成并發(fā)展而來(lái)，穩(wěn)定的凝固殼層一旦形成處在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的單向熱流的作用下，便轉(zhuǎn)而以枝晶狀延伸生長(zhǎng)。由于擇優(yōu)生長(zhǎng)，在逐漸淘汰掉取向不利的晶體過(guò)程中發(fā)展成柱狀晶組織。

內(nèi)部等軸晶的形成是由于剩余熔體內(nèi)部晶核自由生長(zhǎng)的結(jié)果。

18、常用生核劑有哪些種類(lèi)，其作用條件和機(jī)理如何？

常用生核劑有以下幾類(lèi)：

1、直接作為外加晶核的生核劑。

2、通過(guò)與液態(tài)金屬中的某元素形成較高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物。

3、通過(guò)在液相中造成很大的微區(qū)富集而造成結(jié)晶相通過(guò)非均質(zhì)形核而提前彌散析出的生核劑。

4、通過(guò)在液相中造成很大的微區(qū)富集而造成結(jié)晶相通過(guò)非均質(zhì)形核而提前彌散析出的生核劑。含強(qiáng)成份過(guò)冷的生核劑 作用條件和機(jī)理：

1類(lèi)：這種生核劑通常是與欲細(xì)化相具有界面共格對(duì)應(yīng)的高熔點(diǎn)物質(zhì)或同類(lèi)金屬、非金屬碎粒，他們與欲細(xì)化相間具有較小的界面能，潤(rùn)濕角小，直接作為襯底促進(jìn)自發(fā)形核。

2類(lèi)：生核劑中的元素能與液態(tài)金屬中的某元素形成較高熔點(diǎn)的穩(wěn)定化合物，這些化合物與欲細(xì)化相間界面共格關(guān)系和較小的界面能，而促進(jìn)非均質(zhì)形核。

3類(lèi): 如分類(lèi)時(shí)所述。

4類(lèi)：強(qiáng)成分過(guò)冷生核劑通過(guò)增加生核率和晶粒數(shù)量，降低生長(zhǎng)速度而使組織細(xì)化。

19、試分析影響鑄件宏觀凝固組織的因素，列舉獲得細(xì)等軸的常用方法。

影響鑄件宏觀凝固組織的因素：液態(tài)金屬的成分、鑄型的性質(zhì)、澆注條件、冷卻條件。獲得細(xì)等軸晶的常用方法：

（1）向熔體中加入強(qiáng)生核劑。

（2）控制澆注條件：a、采用較低的澆注溫度；b、采用合適的澆注

（3）鑄型性質(zhì)和鑄件結(jié)構(gòu)：a、采用金屬型鑄造；b、減小液態(tài)金屬與鑄型表面的潤(rùn)濕角；c、提高鑄型表面粗糙度。

（4）動(dòng)態(tài)下結(jié)晶細(xì)化等軸晶：振動(dòng)、攪拌、鑄型旋轉(zhuǎn)等方法。20、何謂“孕育衰退”，如何防止？

孕育衰退：大多數(shù)孕育劑有效性均與其在液態(tài)金屬中的存在時(shí)間有關(guān)，即存在著隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，孕育效果減弱甚至消失。

解決辦法：在保證孕育劑均勻溶解的前提下，應(yīng)采用較低的孕育處理溫度。

21、影響鑄件的縮孔和縮松的因素有哪些？請(qǐng)敘述集中防止鑄件縮孔和縮松的方法。

影響縮孔和縮松的因素：

（1）影響縮松縮孔大小的因素：金屬的性質(zhì)、鑄型條件、澆注條件、鑄件尺寸、補(bǔ)縮壓力（2）影響灰鑄鐵和球墨鑄鐵縮孔和縮松的因素：鑄鐵成分、鑄型剛度 防止縮松、縮孔的方法：順序凝固、同時(shí)凝固

控制縮孔和縮松的工藝措施：使用冒口、補(bǔ)貼、冷鐵是防止縮松縮孔的最有效的工藝措施。加壓補(bǔ)縮法是防止產(chǎn)生顯微縮松的有效方法。

22、鑄件的偏析有幾種類(lèi)型，請(qǐng)分類(lèi)敘述之。微觀偏析

（1）晶內(nèi)偏析：在一個(gè)晶粒內(nèi)出現(xiàn)的成分不均勻現(xiàn)象，常產(chǎn)生于有一定結(jié)晶溫度范圍、能夠形成固溶體的合金中。

（2）晶界偏析：溶質(zhì)元素和非金屬夾雜物富集與晶界，使晶界和晶內(nèi)的化學(xué)成分出現(xiàn)差異。它會(huì)降低合金的塑性和高溫性能，又會(huì)增加熱裂傾向。宏觀偏析：

（1）正常偏析：當(dāng)合金溶質(zhì)分配系數(shù)k<1時(shí)，凝固界面的液相中將有一部分被排出，隨著溫度的降低，溶質(zhì)的濃度將逐漸增加，越是后來(lái)結(jié)晶的固相，溶質(zhì)濃度越高，當(dāng)k>1時(shí)相反。正常偏析存在使鑄件的性能不均勻，在隨后的加工中難以消除。

（2）逆偏析：即k<1時(shí)，鑄件表面或底部含溶質(zhì)元素較多，而中心部分或上部分含溶質(zhì)較少。（3）V形偏析和逆V形偏析：常出現(xiàn)在大型鑄錠中，一般呈錐形，偏析中含有較高的碳以及硫和磷等雜質(zhì)。

（4）帶狀偏析：它總是和凝固的固-液界面相平行。

（5）重力偏析：由于重力的作用而出現(xiàn)化學(xué)成分不均勻的現(xiàn)象，常產(chǎn)生于金屬凝固前和剛剛開(kāi)始凝固之際。

23、鑄件凝固過(guò)程的應(yīng)力有哪些？

按產(chǎn)生的原因可以分為：熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、機(jī)械阻礙應(yīng)力。

24、鑄件冷裂和熱裂的影響因素有哪些，如何防止其發(fā)生？

鑄件冷裂的影響因素：

（1）大型復(fù)雜鑄件由于冷卻不均勻，應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，鑄造應(yīng)力大而易產(chǎn)生冷裂（2）鑄件冷裂傾向與材料的塑性和韌性有密切關(guān)系

附:冷裂是鑄件處于彈性狀態(tài)、鑄造應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生的裂紋。冷裂的預(yù)防與消除：

（1）、鑄造應(yīng)力的防止與消除：使鑄件冷卻均勻，減小各部分的溫差，改善鑄型及型芯退讓性，減小鑄件收縮時(shí)的阻力。

（2）、生產(chǎn)實(shí)際的工藝措施：反變形、設(shè)置防變形的“拉肋”、早開(kāi)箱并立即入爐內(nèi)暖冷、用澆注系統(tǒng)調(diào)整鑄件的溫度場(chǎng)。

影響鑄件熱裂的因素：

合金性質(zhì)、鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄型結(jié)構(gòu)

(1)熱裂的防止措施：

(2)改善鑄型和型芯的退讓性，減少鑄件收縮時(shí)的各種阻力（3）減小鑄件各部位溫差，建立同時(shí)凝固的冷卻條件（4）改善鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

第二篇：材料成形原理經(jīng)典試題及答案

《材料成形基礎(chǔ)》試卷（A）卷 考試時(shí)間：120 分鐘 考試方式：半開(kāi)卷 學(xué)院 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 題　號(hào) 一 二 三 四 五 六 總分 得　分 閱卷人 一、填空題（每空0.5分，共20分）1.潤(rùn)濕角是衡量界面張力的標(biāo)志，潤(rùn)濕角?≥90°，表面液體 不能 潤(rùn)濕固體；

2．晶體結(jié)晶時(shí)，有時(shí)會(huì)以枝晶生長(zhǎng)方式進(jìn)行，此時(shí)固液界面前液體中的溫度梯度 為負(fù)。

3．灰鑄鐵凝固時(shí)，其收縮量遠(yuǎn)小于白口鐵或鋼，其原因在于 碳的石墨化膨脹作用。

4.孕育和變質(zhì)處理是控制金屬（或合金）鑄態(tài)組織的主要方法，兩者的主要區(qū)別在于孕育主要影響 生核過(guò)程，而變質(zhì)則主要改變 晶體生長(zhǎng)方式。

5．液態(tài)金屬成形過(guò)程中在 固相線(xiàn) 附近產(chǎn)生的裂紋稱(chēng)為熱裂紋，而在 室溫 附近產(chǎn)生的裂紋稱(chēng)為冷裂紋。

6．鑄造合金從澆注溫度冷卻到室溫一般要經(jīng)歷 液態(tài)收縮、固態(tài)收縮 和 凝固收縮 三個(gè)收縮階段。

7．焊縫中的宏觀偏析可分為 層狀偏析 和 區(qū)域偏析。

8．液態(tài)金屬成形過(guò)程中在 附近產(chǎn)生的裂紋稱(chēng)為熱裂紋，而在 附近產(chǎn)生的裂紋成為冷裂紋。

9．鑄件凝固方式有 逐層凝固、體積凝固、中間凝固，其中 逐層 凝固方式容易產(chǎn)生集中性縮孔，一般采用 同時(shí) 凝固原則可以消除；

體積 凝固方式易產(chǎn)生分散性縮松，采用 順序 凝固原則可以消除此缺陷。

10．金屬塑性加工就是在外力作用下使金屬產(chǎn)生 塑性變形 加工方法。

11．塑性反映了材料產(chǎn)生塑性變形的能力，可以用 最大變形程度 來(lái)表示。

1.12．塑性變形時(shí)，由于外力所作的功轉(zhuǎn)化為熱能，從而使物體的溫度升高的現(xiàn)象稱(chēng)為 溫度效應(yīng)。

2.13．在完全不產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形稱(chēng)為 冷變形。

14．多晶體塑性變形時(shí)，除了晶內(nèi)的滑移和產(chǎn)生，還包括晶界的 滑動(dòng) 和 轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.15．單位面積上的內(nèi)力稱(chēng)為 應(yīng)力。

4.16．物體在變形時(shí)，如果只在一個(gè)平面內(nèi)產(chǎn)生變形，在這個(gè)平面稱(chēng)為 塑性流平面。

17．細(xì)晶超塑性時(shí)要求其組織 超細(xì)化、等軸化 和 穩(wěn)定化。

18．軋制時(shí)，變形區(qū)可以分為 后滑區(qū)、中性區(qū) 和 前滑區(qū) 三個(gè)區(qū)域。

19． 棒材擠壓變形時(shí)，其變形過(guò)程分為 填充 和 擠壓 兩個(gè)階段。

20． 沖裁件的切斷面由 圓角帶、光亮帶、斷裂帶 三個(gè)部分組成。

二、判斷題（在括號(hào)內(nèi)打“√”或“×”，每小題0.5分，共10分）1．酸性渣一般稱(chēng)為長(zhǎng)渣，堿性渣一般稱(chēng)為短渣，前者不適宜仰焊，后者可適用于全位置焊。

(√)2．低合金高強(qiáng)度鋼焊接時(shí)，通常的焊接工藝為：采取預(yù)熱、后熱處理，大的線(xiàn)能量。(x)3．電弧電壓增加，焊縫含氮量增加；

焊接電流增加，焊縫含氮量減少。

(√)4．電弧電壓增加時(shí)，熔池的最大深度增大；

焊接電流增加，熔池的最大寬度增大。(x)5．在非均質(zhì)生核中，外來(lái)固相凹面襯底的生核能力比凸面襯底弱。

(x)6．液態(tài)金屬導(dǎo)熱系數(shù)越小，其相應(yīng)的充型能力就越好；

與此相同，鑄型的導(dǎo)熱系數(shù)越小，越有利于液態(tài)金屬的充型。

(√)7.在K0<1的合金中，由于逆偏析，使得合金鑄件表層范圍內(nèi)溶質(zhì)的濃度分布由外向內(nèi)逐漸降低。

(√)8.粘度反映了原子間結(jié)合力的強(qiáng)弱，與熔點(diǎn)有共同性，難熔化合物的粘度較高，而熔點(diǎn)較低的共晶成分合金其粘度較熔點(diǎn)較高的非共晶成分合金的低。

(√)9．兩邊是塑性區(qū)的速度間斷線(xiàn)在速端圖中為兩條光滑曲線(xiàn)，并且兩曲線(xiàn)的距離即為速度間斷線(xiàn)的間斷值。

(√)10．在主應(yīng)力空間，任一應(yīng)力張量的偏張量都可用π平面的矢量表示。

(√)11．米塞斯屈服準(zhǔn)則可用主應(yīng)力偏量表達(dá)為。(x)12．應(yīng)力為零（如）方向上的應(yīng)變恒等于另兩個(gè)方向的應(yīng)變之和一半，即。

(x)13．多晶體中單個(gè)晶粒的塑性變形和單晶體的塑性變形特點(diǎn)相同。

(x)14．平面應(yīng)力狀態(tài)的屈服軌跡上，在二、四象限內(nèi)的兩個(gè)相差最大的點(diǎn)是平面應(yīng)變。（x）15．多晶體變形是，首先是取向有利的晶粒內(nèi)所有的滑移系開(kāi)始滑移，然后取向不利的晶粒的滑移系才會(huì)滑移。

(x)16． 塑性變形時(shí)，晶粒內(nèi)的位移一旦開(kāi)始滑動(dòng)，只有當(dāng)去掉外力后它才會(huì)停止。

(x)17． 塑性變形時(shí)，變形材料的實(shí)際溫度是變形溫度。

(√)18.最小阻力定律中的阻力就是摩擦力。

(x)19.物體要產(chǎn)生塑性變形，一般地，則其內(nèi)部各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)不同。

（√）20.π平面上的任意一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力張量中，其σm為零。

（√）三、簡(jiǎn)答題（30分）1．解釋下列名詞：

溶質(zhì)再分配 聯(lián)生結(jié)晶 析出性氣孔(6分)3． 是堿性焊條還是酸性焊條對(duì)工件表面鐵銹（FeO﹒nH2O）更敏感？簡(jiǎn)述其理由。（4分）3．分析氫在形成冷裂紋中的作用，簡(jiǎn)述氫致裂紋的特征和機(jī)理（6分）4． 簡(jiǎn)述細(xì)晶超塑性的應(yīng)力狀態(tài)方程中m的物理意義。(6分)5． 試用一點(diǎn)的應(yīng)力莫爾園判斷該點(diǎn)受力后是出于彈性狀態(tài)還是塑性狀態(tài)。(8分)四、綜合題（40分）1．假設(shè)液體在凝固時(shí)均質(zhì)形核，所形成的臨界晶核分別是半徑為r* 的球形和邊長(zhǎng)為a*正方體形狀：（8分）①分別求臨界晶核半徑r*、臨界晶核邊長(zhǎng)a*、臨界晶核形成功△G*之表達(dá)式。

②證明在相同過(guò)冷度下均質(zhì)性核時(shí)，球形晶核較之立方晶核更易形成。

2．Al-Cu合金的主要參數(shù)：共晶點(diǎn)成分CE=33%，CSm=5.65%，Tm=660℃，TE=548℃，用Al-1%Cu（即：C0=1%）的合金澆注細(xì)長(zhǎng)圓棒狀試樣，使其從左至右單向凝固，冷卻速度足以保持固液界面為平面。當(dāng)固相中無(wú)Cu擴(kuò)散，液相中Cu有擴(kuò)散而無(wú)對(duì)流，達(dá)到穩(wěn)定凝固時(shí)，求：（8分）①該合金的熔點(diǎn)；

②固-液界面的Cs* 和CL* 和界面溫度Ti（忽略動(dòng)力學(xué)過(guò)冷△Tk）；

③共晶體所占比例；

④畫(huà)出沿棒長(zhǎng)度方向Cu的分布曲線(xiàn)。

3．應(yīng)力張量為MPa ① 作出其應(yīng)力莫爾圓（1分），標(biāo)出x面、y面、z面。（3分）②求主應(yīng)力。（6分）③求切應(yīng)力、八面體應(yīng)力。（5分）④求應(yīng)力偏張量的三個(gè)不變量。（3分）⑤ 假設(shè)物體由自由狀態(tài)簡(jiǎn)單加載到該應(yīng)力狀態(tài)，求。（3分）⑥設(shè)材料MPa，分別用屈雷斯加、密塞斯屈服準(zhǔn)則判斷物體處于于什么狀態(tài)（4分）考試試卷（B）題號(hào) 一 二 三 四 五 六 總分 總分人 分?jǐn)?shù) 一、填空題（每空1分，共 30 分）得分 評(píng)卷人 1、液態(tài)金屬或合金中一般存在 起伏、起伏和 起伏，其中在一定過(guò)冷度下，臨界核心由 起伏提供，臨界生核功由 起伏提供。

2、液態(tài)金屬的流動(dòng)性主要由 、和 等決定。

3、液態(tài)金屬（合金）凝固的驅(qū)動(dòng)力由 提供，而凝固時(shí)的形核方式有 和 兩種。

5、鑄件凝固過(guò)程中采用 、和 等物理方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)結(jié)晶，可以有效地細(xì)化晶粒組織。

6、孕育和變質(zhì)處理是控制金屬（合金）鑄態(tài)組織的主要方法，兩者的主要區(qū)別在于孕育主要影響 ，而變質(zhì)則主要改變。

7、鑄造合金從澆注溫度冷卻到室溫一般要經(jīng)歷 、和 三個(gè)收縮階段。

8、鑄件中的成分偏析按范圍大小可分為 和 兩大類(lèi)。

10、塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做。

11、韌性金屬材料屈服時(shí)，準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。

12、硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生。

13、應(yīng)力狀態(tài)中的　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

14、平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sｍ中間主應(yīng)力s２。

15、鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 。

16、材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過(guò)１００％的現(xiàn)象叫。

17、材料經(jīng)過(guò)連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑１＝０.1，第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑２＝０.25，則總的真實(shí)應(yīng)變e＝。

18、固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力叫材料的 。

二、判斷題（對(duì)打√，錯(cuò)打×，每題1分，共 18 分）得分 評(píng)卷人 1、液態(tài)金屬的流動(dòng)性越強(qiáng)，其充型能力越好。

（）2、金屬結(jié)晶過(guò)程中，過(guò)冷度越大，則形核率越高。

（）3、穩(wěn)定溫度場(chǎng)通常是指溫度不變的溫度場(chǎng)。

（）4、實(shí)際液態(tài)金屬（合金）凝固過(guò)程中的形核方式多為異質(zhì)形核。

（）5、壁厚不均勻的鑄件在凝固過(guò)程中，薄壁部位較厚壁部位易出現(xiàn)裂紋。（）6．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（）7.合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（）8.結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為，對(duì)于超塑性金屬m =0.02-0.2。

（）9.影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

（）10．屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。

（）11．變形速度對(duì)摩擦系數(shù)沒(méi)有影響。

（）12.靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。（）13.碳鋼中冷脆性的產(chǎn)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種本質(zhì)屬性。（）15.在塑料變形時(shí)要產(chǎn)生硬化的材料叫變形硬化材料。

（）16.塑性變形體內(nèi)各點(diǎn)的最大正應(yīng)力的軌跡線(xiàn)叫滑移線(xiàn)。（）17.二硫化鉬、石墨、礦物油都是液體潤(rùn)滑劑。（）18．碳鋼中碳含量越高，碳鋼的塑性越差。

（）三、名詞解釋?zhuān)款}4分，共 8 分）得分 評(píng)卷人 1、定向凝固原則 2、偏析 四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共 16 分）得分 評(píng)卷人 1、什么是縮孔和縮松？請(qǐng)分別簡(jiǎn)述這兩種鑄造缺陷產(chǎn)生的條件和基本原因？ 2.簡(jiǎn)述提高金屬塑性的主要途徑。

五、計(jì)算題(每題14分，共28分)得分 評(píng)卷人 4 2 3 2 6 1 3 1 5 1.某理想塑性材料，其屈服應(yīng)力為100N/mm2，某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)為 = 求其主應(yīng)力，并將其各應(yīng)力分量畫(huà)在如圖所示的應(yīng)力單元圖中，并判斷該點(diǎn)處于什么狀態(tài)（彈性/塑性）。（應(yīng)力單位 N/mm2）。{提示：σ3-15σ2+60σ-54=0可分解為：（σ-9）（σ2-6σ+6）=0）}。

Z X Y 2．圓板坯拉深為圓筒件 , 如圖所示。

假設(shè)板厚為 t , 圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實(shí)應(yīng)力為S，不計(jì)接觸面上的摩擦 ,且忽略凹模口處的彎曲效應(yīng) , 試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉深力為：

a)拉深示意圖 b)單元體 重慶工學(xué)院考試試卷（B）題號(hào) 一 二 三 四 五 六 總分 總分人 分?jǐn)?shù) 一、填空題（每空1分，共 30 分）得分 評(píng)卷人 1、液態(tài)金屬或合金中一般存在 相（或結(jié)構(gòu)）起伏、濃度 起伏和 能量 起伏，其中在一定過(guò)冷度下，臨界核心由 相（或結(jié)構(gòu)）起伏提供，臨界生核功由 能量 起伏提供。

2、液態(tài)金屬的流動(dòng)性主要由 成分、溫度 和 雜質(zhì)含量 等決定。

3、液態(tài)金屬（合金）凝固的驅(qū)動(dòng)力由 過(guò)冷度 提供，而凝固時(shí)的形核方式有 均質(zhì)形核 和 異質(zhì)形核或 非質(zhì)形核 兩種。

5、鑄件凝固過(guò)程中采用 振動(dòng)、攪拌 和 旋轉(zhuǎn)鑄型 等物理方法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)結(jié)晶，可以有效地細(xì)化晶粒組織。

6、孕育和變質(zhì)處理是控制金屬（合金）鑄態(tài)組織的主要方法，兩者的主要區(qū)別在于孕育主要影響 生核過(guò)程，而變質(zhì)則主要改變 晶體的生長(zhǎng)過(guò)程。

7、鑄造合金從澆注溫度冷卻到室溫一般要經(jīng)歷 液態(tài)收縮、凝固收縮 和 固態(tài)收縮 三個(gè)收縮階段。

8、鑄件中的成分偏析按范圍大小可分為 微觀偏析 和 宏觀偏析 兩大類(lèi)。

19、塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做理想剛塑性材料。

20、韌性金屬材料屈服時(shí)，密席斯屈服準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。

21、硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生熱脆。

22、應(yīng)力狀態(tài)中的壓　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

23、平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sｍ等于中間主應(yīng)力s２。

24、鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

25、材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過(guò)１００％的現(xiàn)象叫　超塑性。

26、材料經(jīng)過(guò)連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑１＝０.1，第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑２＝０.25，則總的真實(shí)應(yīng)變e＝　0.35。

27、固體材料在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力叫材料的 塑性。

二、判斷題（對(duì)打√，錯(cuò)打×，每題1分，共 18 分）得分 評(píng)卷人 1、液態(tài)金屬的流動(dòng)性越強(qiáng)，其充型能力越好。

（√）2、金屬結(jié)晶過(guò)程中，過(guò)冷度越大，則形核率越高。

（√）3、穩(wěn)定溫度場(chǎng)通常是指溫度不變的溫度場(chǎng)。

（×）4、實(shí)際液態(tài)金屬（合金）凝固過(guò)程中的形核方式多為異質(zhì)形核。

（√）5、壁厚不均勻的鑄件在凝固過(guò)程中，薄壁部位較厚壁部位易出現(xiàn)裂紋。（×）6．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（×）7.合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（×）8.結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為，對(duì)于超塑性金屬m =0.02-0.2。

（×）9.影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

（√）10．屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。

（×）11．變形速度對(duì)摩擦系數(shù)沒(méi)有影響。

（×）18.靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。（√）19.碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。（×）20.塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。（√）21.在塑料變形時(shí)要產(chǎn)生硬化的材料叫變形硬化材料。

（√）22.塑性變形體內(nèi)各點(diǎn)的最大正應(yīng)力的軌跡線(xiàn)叫滑移線(xiàn)。（×）23.二硫化鉬、石墨、礦物油都是液體潤(rùn)滑劑。（×）18．碳鋼中碳含量越高，碳鋼的塑性越差。

（√）三、名詞解釋?zhuān)款}4分，共 8 分）得分 評(píng)卷人 1、定向凝固原則 答：定向凝固原則是采取各種措施，保證鑄件結(jié)構(gòu)上各部分按距離冒口的距離由遠(yuǎn)及近，朝冒口方向凝固，冒口本身最后凝固。

2、偏析 答：鑄件凝固后，從微觀晶粒內(nèi)部到宏觀上各部位，化學(xué)成分都是不均勻的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為偏析。

四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共 16 分）得分 評(píng)卷人 1、什么是縮孔和縮松？請(qǐng)分別簡(jiǎn)述這兩種鑄造缺陷產(chǎn)生的條件和基本原因？ 答：鑄造合金在凝固過(guò)程中，由于液態(tài)收縮和凝固收縮的產(chǎn)生，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞，稱(chēng)為縮孔；

其中尺寸細(xì)小而且分散的孔洞稱(chēng)為分散性縮孔，簡(jiǎn)稱(chēng)縮松。

縮孔產(chǎn)生的條件是：鑄件由表及里逐層凝固；

其產(chǎn)生的基本原因是：合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值之和大于固態(tài)收縮值。

縮松產(chǎn)生的條件是：合金的結(jié)晶溫度范圍較寬，傾向于體積凝固。其產(chǎn)生的基本原因是：合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值之和大于固態(tài)收縮值。

2.簡(jiǎn)述提高金屬塑性的主要途徑。

答：一、提高材料的成分和組織的均勻性 二、合理選擇變形溫度和變形速度 三、選擇三向受壓較強(qiáng)的變形方式 四、減少變形的不均勻性 五、計(jì)算題(每題14分，共28分)得分 評(píng)卷人 4 2 3 2 6 1 3 1 5 2.某理想塑性材料，其屈服應(yīng)力為100N/mm2，某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)為 = 求其主應(yīng)力，并將其各應(yīng)力分量畫(huà)在如圖所示的應(yīng)力單元圖中，并判斷該點(diǎn)處于什么狀態(tài)（彈性/塑性）。（應(yīng)力單位 N/mm2）。{提示：σ3-15σ2+60σ-54=0可分解為：（σ-9）（σ2-6σ+6）=0）}。

Z X Y 答案：

因此,該點(diǎn)處于彈性狀態(tài)。

2． 圓板坯拉深為圓筒件 , 如圖所示。

假設(shè)板厚為 t , 圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實(shí)應(yīng)力為S，不計(jì)接觸面上的摩擦 ,且忽略凹模口處的彎曲效應(yīng) , 試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉深力為：

a)拉深示意圖 b)單元體 解：在工件的凸緣部分取一扇形基元體，如圖所示。沿負(fù)的徑向的靜力平衡方程為：

展開(kāi)并略去高階微量，可得 由于是拉應(yīng)力，是壓應(yīng)力，故，得近似塑性條件為 聯(lián)解得：

式中的為的積分中值，=S 當(dāng)R=R0時(shí)，得：

最后得拉深力為：

考試試卷（B）標(biāo)準(zhǔn)答案 題號(hào) 一 二 三 四 五 六 總分 總分人 分?jǐn)?shù) 一、填空題（每空2分，共40分）得分 評(píng)卷人 1．液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力主要由液態(tài)金屬的 成分、溫度 和 雜質(zhì)含量 等決定。

2．液態(tài)金屬或合金凝固的驅(qū)動(dòng)力由 過(guò)冷度 提供。

3．晶體的宏觀生長(zhǎng)方式取決于固液界面前沿液相中的溫度梯度，當(dāng)溫度梯度為正時(shí)，晶體的宏觀生長(zhǎng)方式為 平面長(zhǎng)大方式，當(dāng)溫度梯度為負(fù)時(shí)，晶體的宏觀生長(zhǎng)方式為 樹(shù)枝晶長(zhǎng)大方式。

5．液態(tài)金屬凝固過(guò)程中的液體流動(dòng)主要包括 自然對(duì)流 和 強(qiáng)迫對(duì)流。

6．液態(tài)金屬凝固時(shí)由熱擴(kuò)散引起的過(guò)冷稱(chēng)為 熱過(guò)冷。

7．鑄件宏觀凝固組織一般包括 表層細(xì)晶粒區(qū)、中間柱狀晶區(qū) 和 內(nèi)部等軸晶區(qū) 三個(gè)不同形態(tài)的晶區(qū)。

8．內(nèi)應(yīng)力按其產(chǎn)生的原因可分為 熱應(yīng)力、相變應(yīng)力 和 機(jī)械應(yīng)力 三種。

9．鑄造金屬或合金從澆鑄溫度冷卻到室溫一般要經(jīng)歷 液態(tài)收縮、凝固收縮 和 固態(tài)收縮 三個(gè)收縮階段。

10．鑄件中的成分偏析按范圍大小可分為 微觀偏析 和 宏觀偏析 二大類(lèi)。

二、下列各小題均有多個(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線(xiàn)上（每空1分，共9分）。

1.塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響　大于　工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

2.塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做Ａ。

Ａ、理想塑性材料；

Ｂ、理想彈性材料；

Ｃ、硬化材料；

3.用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問(wèn)題的方法稱(chēng)為Ｂ。

Ａ、解析法；

Ｂ、主應(yīng)力法；

Ｃ、滑移線(xiàn)法；

4.韌性金屬材料屈服時(shí)，Ａ準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。

Ａ、密席斯；

Ｂ、屈雷斯加；

Ｃ密席斯與屈雷斯加；

5.塑性變形之前不產(chǎn)生彈性變形（或者忽略彈性變形）的材料叫做　Ｂ。

Ａ、理想彈性材料；

Ｂ、理想剛塑性材料；

Ｃ、塑性材料；

6.硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生A。

Ａ、熱脆性；

Ｂ、冷脆性；

Ｃ、蘭脆性；

7.應(yīng)力狀態(tài)中的　B應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

Ａ、拉應(yīng)力；

Ｂ、壓應(yīng)力；

Ｃ、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；

8.平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sｍB中間主應(yīng)力s２。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

9.鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 B。

Ａ、提高；

Ｂ、降低；

Ｃ、沒(méi)有變化；

三、判斷題（對(duì)打√，錯(cuò)打×，每題1分，共7分）得分 評(píng)卷人 1．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（X）2.合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（X）3.結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為，對(duì)于超塑性金屬m =0.）4.影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

5．屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。

（X）6.按密席斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩擦系數(shù)μ=0.5。

（X）7．變形速度對(duì)摩擦系數(shù)沒(méi)有影響。

（X）四、名詞解釋?zhuān)款}4分，共8分）得分 評(píng)卷人 1．晶體擇優(yōu)生長(zhǎng) 答:在樹(shù)枝晶生長(zhǎng)過(guò)程中，那些與熱流方向相平行的枝晶較之取向不利的相鄰枝晶會(huì)生長(zhǎng)得更為迅速，其優(yōu)先向內(nèi)伸展并抑制相鄰枝晶的生長(zhǎng)，這種相互競(jìng)爭(zhēng)淘汰的晶體生長(zhǎng)過(guò)程稱(chēng)為晶體的擇優(yōu)生長(zhǎng)。

2．偏析 答：一般情況下，鑄件凝固后，從微觀晶粒內(nèi)部到宏觀上各部位，化學(xué)成分都是不均勻的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為偏析。

五、簡(jiǎn)答題（每題8分，共16分）得分 評(píng)卷人 1.什么是縮孔和縮松？試簡(jiǎn)要介紹它們的形成原因和控制措施。

答：鑄造合金凝固過(guò)程中，由于液態(tài)收縮和凝固收縮的產(chǎn)生，往往在鑄件最后凝固的部位出現(xiàn)孔洞，稱(chēng)為縮孔。其中尺寸細(xì)小而且分散的孔洞稱(chēng)為縮松。

產(chǎn)生縮孔和縮松的基本原因均在于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮值之和大于固態(tài)收縮值。通過(guò)定向凝固，同時(shí)凝固，控制澆注條件，應(yīng)用冒口、補(bǔ)貼和冷鐵以及加壓補(bǔ)縮等措施可以減小或消除縮孔或縮松。

2.簡(jiǎn)述提高金屬塑性的主要途徑。

答案：

一、提高材料的成分和組織的均勻性 二、合理選擇變形溫度和變形速度 三、選擇三向受壓較強(qiáng)的變形形式 四、減少變形的不均勻性 六、計(jì)算題(每題10分，共20分)得分 評(píng)卷人 4 2 3 2 6 1 3 1 5 1.某理想塑性材料，其屈服應(yīng)力為100N/mm2，某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)為 = 求其主應(yīng)力，并將其各應(yīng)力分量畫(huà)在如圖所示的應(yīng)力單 元圖中，并判斷該點(diǎn)處于什么狀態(tài)（彈性/塑性）。（應(yīng)力單位 N/mm2）。{提示：σ3-15σ2+60σ-54=0可分解為：（σ-9）（σ2-6σ+6）=0）}。

Z 由 X Y 答案：

因此,該點(diǎn)處于彈性狀態(tài)。

2.如圖所示，假設(shè)一定長(zhǎng)度的厚壁筒，內(nèi)徑為d，外徑為D，筒內(nèi)受均勻內(nèi)壓力 -p，證明該厚壁筒進(jìn)入塑性狀態(tài)時(shí)極限應(yīng)力。

答案：

每一橫斷面上的應(yīng)力可認(rèn)為是相同的，是一個(gè)平面問(wèn)題。而且應(yīng)力分布又是軸對(duì)稱(chēng)的，均為零，因此都是主應(yīng)力。

用極坐標(biāo)表示的平衡微分方程式將有以下形式：

根據(jù)屈服準(zhǔn)則，有 積分得：

利用邊界條件決定常數(shù) C：

當(dāng)時(shí)，則：

因此得 當(dāng)時(shí)，有最大的壓力—P，所以 試卷編號(hào)：

(B)卷 課程編號(hào)：

課程名稱(chēng)：

材料成形原理 考試形式：

適用班級(jí)：

姓名：

學(xué)號(hào)：

班級(jí)：

學(xué)院：

專(zhuān)業(yè)：

考試日期：

題號(hào) 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 總分 累分人 簽名 題分 20 15 10 20 15 20 100 得分 考生注意事項(xiàng)：1、本試卷共4頁(yè)，請(qǐng)查看試卷中是否有缺頁(yè)或破損。如有立即舉手報(bào)告以便更換。

2、考試結(jié)束后，考生不得將試卷、答題紙和草稿紙帶出考場(chǎng)。

5． 填空題(每空2 分，共 20 分)得分 評(píng)閱人 1.金屬最常見(jiàn)的晶胞有、和 三種。

2.屈雷斯加屈服條件可以表述為：當(dāng)物體內(nèi)一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的 達(dá)到一定值時(shí)，材料就屈服。密席斯屈服條件可表述為：當(dāng) 達(dá)到一定值時(shí)，材料就屈服。

3.金屬塑性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是 ，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸，應(yīng)力應(yīng)變之間沒(méi)有一般的單值關(guān)系。

4.主應(yīng)力圖中的壓應(yīng)力個(gè)數(shù)越多，數(shù)值越大，則金屬塑性越高。這是因?yàn)閴簯?yīng)力 晶間變形；

壓應(yīng)力有利于 晶體中由于塑性變形引起的各種微觀破壞；

三向壓應(yīng)力能 由于變形不均所引起的附加應(yīng)力。

南昌大學(xué)2009～2010學(xué)年第一學(xué)期期末考試試卷 得分 評(píng)閱人 6． 名詞解釋(每小題5分，共15分)1.點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 2.加工硬化 3．靜態(tài)再結(jié)晶 7． 簡(jiǎn)答題(10分)得分 評(píng)閱人 多晶體的塑性變形有哪些方式？ 8． 計(jì)算題(20分)得分 評(píng)閱人 已知物體中某點(diǎn)的應(yīng)力張量為，試將其分解為應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量，并求應(yīng)力偏張量的第一不變量。

9． 判斷題(15分)得分 評(píng)閱人 已知某點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)試根據(jù)Mises屈服準(zhǔn)則判斷該點(diǎn)是處于彈性狀態(tài)還是處于塑性狀態(tài)？設(shè)材料屈服應(yīng)力為。

10． 分析計(jì)算題(20分)得分 評(píng)閱人 圖示圓柱坯料在平行砧板間鐓粗，設(shè)砧板與坯料間的摩擦力為，試用主應(yīng)力法求鐓粗變形力P。

d h P 南昌大學(xué) 科技學(xué)院2009～2010學(xué)年第一學(xué)期期末考試 《塑性成形原理》試卷B答案及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 3.填空題(每空2 分，共 20 分)1.面心立方；

體心立方；

密排六方。.2.最大剪切應(yīng)力；

等效應(yīng)力。

3.非線(xiàn)性的；

不重合。

4.抑制；

阻礙或抑制；

抵消或消除。

4.名詞解釋?zhuān)啃☆}5分，共15分）1． 點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 是受力物體內(nèi)一點(diǎn)應(yīng)力的完整描述，是用過(guò)受力物體內(nèi)一點(diǎn)互相正交的三個(gè)微分面上的九個(gè)應(yīng)力分量來(lái)表示該點(diǎn)的應(yīng)力，由于切應(yīng)力互等，故一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)取決于六個(gè)獨(dú)立的應(yīng)力分量。

2． 加工硬化 金屬的變形抗力隨著塑性變形程度增加而增加的現(xiàn)象。

3． 靜態(tài)再結(jié)晶 當(dāng)變形金屬加熱到較高溫度時(shí)，將形成一些位錯(cuò)密度很低的新晶粒，這些晶粒不斷增加和擴(kuò)大，逐漸取代已變形的高位錯(cuò)密度的晶粒。這一過(guò)程稱(chēng)為靜態(tài)再結(jié)晶。

5.簡(jiǎn)答題(10分)多晶體的塑性變形有哪些方式？ 答；

多晶體的塑性變形有晶內(nèi)變形和晶間變形兩種。晶內(nèi)變形的主要方式是滑移和孿生；

晶間變形主要表現(xiàn)為晶粒之間的相互作用和轉(zhuǎn)動(dòng)。

6.計(jì)算題(20分) 已知物體中某點(diǎn)的應(yīng)力張量為，試將其分解為應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量，并求應(yīng)力偏張量的第一不變量。

解：

（7分）(8分)(5分)7.判斷題(15分)解：

（10分）彈性狀態(tài)（5分）8.分析計(jì)算題(20分)圖示圓柱坯料在平行砧板間鐓粗，設(shè)砧板與坯料間的摩擦力為，試用主應(yīng)力法求鐓粗變形力P。

解：

（1）切取基元體，標(biāo)注正應(yīng)力及摩擦力(5分)（2）建立平衡微分方程（5分）由 得（3）列塑性條件（5分）由有 解得：

（4）考慮邊界條件（5分）時(shí)，因而，于是

第三篇：《金屬塑性成形原理》習(xí)題（2）答案

《金屬塑性成形原理》習(xí)題（2）答案

一、填空題

1.設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點(diǎn)的位移采用如下的線(xiàn)性多項(xiàng)式來(lái)表示：，則單元內(nèi)任一點(diǎn)外的應(yīng)變可表示為

＝。

2.塑性是指：

在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力。

3.金屬單晶體變形的兩種主要方式有：

滑移

和

孿生。

4.等效應(yīng)力表達(dá)式：。

5.一點(diǎn)的代數(shù)值最大的__

主應(yīng)力

__的指向稱(chēng)為

第一主方向，由

第一主方向順時(shí)針轉(zhuǎn)

所得滑移線(xiàn)即為

線(xiàn)。

6.平面變形問(wèn)題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力

σ

z

=。

7．塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分別是：

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。

8．對(duì)數(shù)應(yīng)變的特點(diǎn)是具有真實(shí)性、可靠性和　　　　可加性。

9．就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢(shì)是，隨著溫度的升高，塑性　提高。

10．鋼冷擠壓前，需要對(duì)坯料表面進(jìn)行　　　　磷化皂化　　　潤(rùn)滑處理。

11．為了提高潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑、耐磨、防腐等性能常在潤(rùn)滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱(chēng)叫　　　　添加劑。

12．材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過(guò)

１００％的現(xiàn)象叫超塑性。

13．韌性金屬材料屈服時(shí)，密席斯（Mises）準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。

14．硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生　　熱脆。

15．塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做　　理想塑性材料。

16．應(yīng)力狀態(tài)中的　　壓　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

17．平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sm

等于　中間主應(yīng)力s2。

18．鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性

降低。

19．材料經(jīng)過(guò)連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑1＝０.1，第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑2＝０.25，則總的真實(shí)應(yīng)變e＝　　0.35。

20．塑性指標(biāo)的常用測(cè)量方法

拉伸試驗(yàn)法與壓縮試驗(yàn)法。

21．彈性變形機(jī)理

原子間距的變化；塑性變形機(jī)理

位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主。

二、下列各小題均有多個(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線(xiàn)上

1．塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響　　A　　工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

Ａ、大于；　　　　　　　　　　　Ｂ、等于；　　　　　Ｃ、小于；

2．塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做　　　A。

Ａ、理想塑性材料；　　Ｂ、理想彈性材料；　　　Ｃ、硬化材料；

3．用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問(wèn)題的方法稱(chēng)為　　　B。

Ａ、解析法；　　　　Ｂ、主應(yīng)力法；　　　　　　Ｃ、滑移線(xiàn)法；

4．韌性金屬材料屈服時(shí)，A　　準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。

Ａ、密席斯；　　　Ｂ、屈雷斯加；

Ｃ密席斯與屈雷斯加；

5．由于屈服原則的限制，物體在塑性變形時(shí)，總是要導(dǎo)致最大的A

散逸，這叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；　　　　　　　Ｂ、力；

Ｃ、應(yīng)變；

6．硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生　　　A。

Ａ、熱脆性；　　　　　　　Ｂ、冷脆性；　　　　　Ｃ、蘭脆性；

7．應(yīng)力狀態(tài)中的　　B　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

Ａ、拉應(yīng)力；　　　　　　　Ｂ、壓應(yīng)力；　　　　Ｃ、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；

8．平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sｍ　　B　　中間主應(yīng)力s２。

Ａ、大于；　　　　　　　　Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

9．鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性

B。

Ａ、提高；

Ｂ、降低；

Ｃ、沒(méi)有變化；

10．多晶體經(jīng)過(guò)塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長(zhǎng)的現(xiàn)象稱(chēng)為　A。

Ａ、纖維組織；　　　　Ｂ、變形織構(gòu)；　　　　　　　　Ｃ、流線(xiàn)；

三、判斷題

1．按密席斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩擦系數(shù)μ=0.5。

（×）

2．塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

（×）

3．靜水壓力的增加，對(duì)提高材料的塑性沒(méi)有影響。

（×）

4．在塑料變形時(shí)要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。

（×）

5．塑性變形體內(nèi)各點(diǎn)的最大剪應(yīng)力的軌跡線(xiàn)叫滑移線(xiàn)。

（√）

6．塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。

（√）

7．塑性就是柔軟性。

（×）

8．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（×）

9．合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（×）

10．結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為，對(duì)于超塑性金屬m

=0.02-0.2。

（×）

11．影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

（√）

12．屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。

（×）

13．變形速度對(duì)摩擦系數(shù)沒(méi)有影響。

（×）

14．靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。

（√）

15．碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。

（×）

16．如果已知位移分量，則按幾何方程求得的應(yīng)變分量自然滿(mǎn)足協(xié)調(diào)方程；若是按其它方法求得的應(yīng)變分量，也自然滿(mǎn)足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗(yàn)其是否滿(mǎn)足連續(xù)性條件。

（×）

17．在塑料變形時(shí)金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼

（×）

四、名詞解釋

1．上限法的基本原理是什么？

答：按運(yùn)動(dòng)學(xué)許可速度場(chǎng)來(lái)確定變形載荷的近似解，這一變形載荷它總是大于真實(shí)載荷，即高估的近似值，故稱(chēng)上限解。

2．在結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性中，m值的物理意義是什么？

答：為應(yīng)變速率敏感性系數(shù)，是表示超塑性特征的一個(gè)極重要的指標(biāo)，當(dāng)m值越大，塑性越好。

3．何謂冷變形、熱變形和溫變形？

答：冷變形：在再結(jié)晶溫度以下（通常是指室溫）的變形。

熱變形：在再結(jié)晶溫度以上的變形。

溫變形：在再結(jié)晶溫度以下，高于室溫的變形。

4．何謂最小阻力定律？

答：變形過(guò)程中，物體質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)，即做最少的功，走最短的路。

5．何謂超塑性？

答：延伸率超過(guò)100%的現(xiàn)象叫做超塑性。

五、簡(jiǎn)答題

1．請(qǐng)簡(jiǎn)述有限元法的思想。

答：有限元法的基本思想是：

(1)

把變形體看成是有限數(shù)目單元體的集合，單元之間只在指定節(jié)點(diǎn)處鉸接，再無(wú)任何關(guān)連，通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)傳遞單元之間的相互作用。如此離散的變形體，即為實(shí)際變形體的計(jì)算模型；

(2)

分片近似，即對(duì)每一個(gè)單元選擇一個(gè)由相關(guān)節(jié)點(diǎn)量確定的函數(shù)來(lái)近似描述其場(chǎng)變量（如速度或位移）并依據(jù)一定的原理建立各物理量之間的關(guān)系式；

(3)

將各個(gè)單元所建立的關(guān)系式加以集成，得到一個(gè)與有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的總體方程。

解此總體方程，即可求得有限個(gè)節(jié)點(diǎn)的未知量（一般為速度或位移），進(jìn)而求

得整個(gè)問(wèn)題的近似解，如應(yīng)力應(yīng)變、應(yīng)變速率等。

所以有限元法的實(shí)質(zhì)，就是將具有無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體，簡(jiǎn)化成只有有限個(gè)自由度的單元集合體，并用一個(gè)較簡(jiǎn)單問(wèn)題的解去逼近復(fù)雜問(wèn)題的解。

2.Levy-Mises

理論的基本假設(shè)是什么？

答：

Levy-Mises

理論是建立在以下四個(gè)假設(shè)基礎(chǔ)上的：

(1)

材料是剛塑性材料，即彈性應(yīng)變?cè)隽繛榱悖苄詰?yīng)變?cè)隽烤褪强偟膽?yīng)變?cè)隽浚?/p>

(2)

材料符合Mises

屈服準(zhǔn)則，即；

(3)

每一加載瞬時(shí)，應(yīng)力主軸與應(yīng)變?cè)隽恐鬏S重合；

(4)

塑性變形時(shí)體積不變，即，所以應(yīng)變?cè)隽繌埩烤褪菓?yīng)變?cè)隽科珡埩浚?/p>

3．在塑性加工中潤(rùn)滑的目的是什么？影響摩擦系數(shù)的主要因素有哪些？

答：（1）潤(rùn)滑的目的是:減少工模具磨損；延長(zhǎng)工具使用壽命；提高制品質(zhì)量；降低金屬變形時(shí)的能耗。

（2）影響摩擦系數(shù)的主要因素：

答：1）金屬種類(lèi)和化學(xué)成分；

2）工具材料及其表面狀態(tài)；

3）接觸面上的單位壓力；

4）變形溫度；

5）變形速度；

6）潤(rùn)滑劑

4．簡(jiǎn)述在塑性加工中影響金屬材料變形抗力的主要因素有哪些？

答：（1）材料（化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)）；（2）變形程度；（3）變形溫度；

（4）變形速度；（5）應(yīng)力狀態(tài)；（6）接觸界面（接觸摩擦）

5．為什么說(shuō)在速度間斷面上只有切向速度間斷，而法向速度必須連續(xù)？

答：現(xiàn)設(shè)變形體被速度間斷面SD分成①和②兩個(gè)區(qū)域；在微段dSD上的速度間斷情況如下圖所示。

根據(jù)塑性變形體積不變條件，以及變形體在變形時(shí)保持連續(xù)形，不發(fā)生重疊和開(kāi)裂可知，垂直于dSD上的速度分量必須相等，即，而切向速度分量可以不等，造成①、②區(qū)的相對(duì)滑動(dòng)。其速度間斷值為

6．何謂屈服準(zhǔn)則？常用屈服準(zhǔn)則有哪兩種？試比較它們的同異點(diǎn)？

答：（1）屈服準(zhǔn)則：只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定的關(guān)系時(shí)，質(zhì)點(diǎn)才進(jìn)入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系就叫屈服準(zhǔn)則。

（2）常用屈服準(zhǔn)則：密席斯屈服準(zhǔn)則與屈雷斯加屈服準(zhǔn)則。

（3）同異點(diǎn)：在有兩個(gè)主應(yīng)力相等的應(yīng)力狀態(tài)下，兩者是一致的。對(duì)于塑性金屬材料，密席斯準(zhǔn)則更接近于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)準(zhǔn)則的差別最大為15.5%

7.簡(jiǎn)述塑性成形中對(duì)潤(rùn)滑劑的要求。

答：（1）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤(rùn)滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)；

（2）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時(shí)，潤(rùn)滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；

（3）潤(rùn)滑劑有冷卻模具的作用；

（4）潤(rùn)滑劑不應(yīng)對(duì)金屬和模具有腐蝕作用；

（5）潤(rùn)滑劑應(yīng)對(duì)人體無(wú)毒，不污染環(huán)境；

（6）潤(rùn)滑劑要求使用、清理方便、來(lái)源豐富、價(jià)格便宜等。

8．簡(jiǎn)述金屬塑性加工的主要優(yōu)點(diǎn)?

答：（1）結(jié)構(gòu)致密，組織改善，性能提高。

（2）材料利用率高，流線(xiàn)分布合理。

（3）精度高，可以實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削的要求。

（4）生產(chǎn)效率高。

六、計(jì)算題

1．圓板坯拉深為圓筒件如圖1所示。

假設(shè)板厚為t,圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實(shí)應(yīng)力為S，不計(jì)接觸面上的摩擦,且忽略凹模口處的彎曲效應(yīng),試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉深力為：

（a）拉深示意圖

（b）單元體

圖1

板料的拉深

答：在工件的凸緣部分取一扇形基元體，如圖所示。沿負(fù)的徑向的靜力平衡方程為：

展開(kāi)并略去高階微量，可得：

由于是拉應(yīng)力，是壓應(yīng)力，故，得近似塑性條件為：

聯(lián)解得：

式中的2．如圖2所示，設(shè)有一半無(wú)限體，側(cè)面作用有均布?jí)簯?yīng)力，試用主應(yīng)力法求單位流動(dòng)壓力p。

圖2

解：

取半無(wú)限體的半剖面，對(duì)圖中基元板塊（設(shè)其長(zhǎng)為

l）列平衡方程：

（1）

其中，設(shè)，為摩擦因子，為材料屈服時(shí)的最大切應(yīng)力值，、均取絕對(duì)值。

由

(1)

式得：

（2）

采用絕對(duì)值表達(dá)的簡(jiǎn)化屈服方程如下：

（3）

從而

（4）

將

（2）（3）（4）式聯(lián)立求解，得：

（5）

在邊界上，由（3）式，知，代入（5）式得：

最后得：

（6）

從而，單位流動(dòng)壓力：

（7）

3．圖3所示的圓柱體鐓粗，其半徑為re，高度為h，圓柱體受軸向壓應(yīng)力sZ，而鐓粗變形接觸表面上的摩擦力t＝０.２Ｓ（Ｓ為流動(dòng)應(yīng)力），sze為鍛件外端（r=re）處的垂直應(yīng)力。

（1）證明接觸表面上的正應(yīng)力為：

（2）并畫(huà)出接觸表面上的正應(yīng)力分布；

（3）求接觸表面上的單位流動(dòng)壓力ｐ，（4）假如re＝100MM，Ｈ＝150MM,Ｓ=500MPa，求開(kāi)始變形時(shí)的總變形抗力Ｐ為多少?lài)崳?/p>

解：

（1）證明

該問(wèn)題為平行砧板間的軸對(duì)稱(chēng)鐓粗。設(shè)對(duì)基元板塊列平衡方程得：

因?yàn)椋⒙匀ザ螣o(wú)窮小項(xiàng)，則上式化簡(jiǎn)成：

假定為均勻鐓粗變形，故：

圖3

最后得：

該式與精確平衡方程經(jīng)簡(jiǎn)化后所得的近似平衡方程完全相同。

按密席斯屈服準(zhǔn)則所寫(xiě)的近似塑性條件為：

聯(lián)解后得：

當(dāng)時(shí)，最后得：

（3）接觸表面上的單位流動(dòng)壓力為：

=544MP

（4）總變形抗力:

=1708T

4．圖4所示的一平?jīng)_頭在外力作用下壓入兩邊為斜面的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計(jì)，其接觸面上的單位壓力為q，自由表面AH、BE與X軸的夾角為，求：

（1）證明接觸面上的單位應(yīng)力q=K（2++2）；

（2）假定沖頭的寬度為2b，求單位厚度的變形抗力P；

圖4

解：

（1）證明

1）在AH邊界上有：

故，屈服準(zhǔn)則：

得：

2）在AO邊界上：

根據(jù)變形情況：

按屈服準(zhǔn)則：

沿族的一條滑移（OA1A2A3A4）為常數(shù)

（2）單位厚度的變形抗力：

5．圖5所示的一尖角為2j的沖頭在外力作用下插入具有相同角度的缺口的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計(jì)，其接觸面上的單位壓力為p，自由表面ABC與X軸的夾角為d，求：

（1）證明接觸面上的單位應(yīng)力p=2K（1+j+d）；

（2）假定沖頭的寬度為2b，求變形抗力P。

圖5

答：

（1）證明

1）在AC邊界上：

2）在AO邊界上：

3）根據(jù)變形情況：

4）按屈服準(zhǔn)則：

5）沿族的一條滑移（OFEB）為常數(shù)

（2）設(shè)AO的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則變形抗力為：

6．模壁光滑平面正擠壓的剛性塊變形模型如圖6所示，試計(jì)算其單位擠壓力的上限解

P，設(shè)材料的最大切應(yīng)力為常數(shù)K。

圖6

解：首先，可根據(jù)動(dòng)可容條件建立變形區(qū)的速端圖，如圖7所示：

圖7

設(shè)沖頭的下移速度為

。由圖7可求得各速度間斷值如下：

;

;

由于沖頭表面及模壁表面光滑，故變形體的上限功率僅為各速度間隔面上消耗的剪切功率，如下式所示：

又沖頭的功率可表示為：

故得：

7．一理想剛塑性體在平砧頭間鐓粗到某一瞬間，條料的截面尺寸為

2a

×

2a，長(zhǎng)度為

L，較

2a

足夠大，可以認(rèn)為是平面變形。變形區(qū)由

A、B、C、D

四個(gè)剛性小塊組成（如圖8所示），此瞬間平砧頭速度為

ú

i

=1（下砧板認(rèn)為靜止不動(dòng)）。試畫(huà)出速端圖并用上限法求此條料的單位變形力

p。

圖8

解：根據(jù)滑移線(xiàn)理論，可認(rèn)為變形區(qū)由對(duì)角線(xiàn)分成的四個(gè)剛性三角形組成。剛性塊

B、D

為死區(qū)，隨壓頭以速度

u

相向運(yùn)動(dòng)；剛性塊

A、C

相對(duì)于

B、D有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（速度間斷），其數(shù)值、方向可由速端圖（如圖9所示）完全確定。

圖9

u

*

oA

=

u

*

oB

=

u

*

oC

=

u

*

oD

=u/sin

θ

=

根據(jù)能量守恒：

2P

·

＝

K

（u

*

oA

＋

u

*

oB

＋

u

*

oC

＋

u

*

oD）

又

＝

＝

＝

＝

a

所以單位流動(dòng)壓力：P

=

＝

2K

第四篇：《金屬塑性成形原理》復(fù)習(xí)題

《金屬塑性成形原理》復(fù)習(xí)題 1.什么是金屬的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特點(diǎn)？ 塑性----在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力；

塑性變形---當(dāng)作用在物體上的外力取消后，物體的變形不能完全恢復(fù)而產(chǎn)生的殘余變形；

塑性成形----金屬材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并獲得一定力學(xué)性能 的加工方法，也稱(chēng)塑性加工或壓力加工；

塑性成形的特點(diǎn)：①組織、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生產(chǎn)效率高 2.試述塑性成形的一般分類(lèi)。

Ⅰ.按成型特點(diǎn)可分為塊料成形(也稱(chēng)體積成形)和板料成型兩大類(lèi) 1）塊料成型是在塑性成形過(guò)程中靠體積轉(zhuǎn)移和分配來(lái)實(shí)現(xiàn)的。可分為一次成型和二次加工。

一次加工：

①軋制----是將金屬坯料通過(guò)兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軋輥間的特定空間使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得一定截面形狀材料的塑性成形方法。分縱軋、橫軋、斜軋；

用于生產(chǎn)型材、板材和管材。

②擠壓----是在大截面坯料的后端施加一定的壓力，將金屬坯料通過(guò)一定形狀和尺寸的模孔使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得符合模孔截面形狀的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正擠壓、反擠壓和復(fù)合擠壓；

適于(低塑性的)型材、管材和零件。

③拉拔----是在金屬坯料的前端施加一定的拉力，將金屬坯料通過(guò)一定形狀、尺寸的模孔使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得與模孔形狀、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生產(chǎn)棒材、管材和線(xiàn)材。

二次加工：

①自由鍛----是在鍛錘或水壓機(jī)上，利用簡(jiǎn)單的工具將金屬錠料或坯料鍛成所需的形 狀和尺寸的加工方法。精度低，生產(chǎn)率不高，用于單件小批量或大鍛件。

②模鍛----是將金屬坯料放在與成平形狀、尺寸相同的模腔中使其產(chǎn)生塑性變形，從 而獲得與模腔形狀、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分開(kāi)式模鍛和閉式模鍛。

2）板料成型一般稱(chēng)為沖壓。分為分離工序和成形工序。

分離工序：用于使沖壓件與板料沿一定的輪廓線(xiàn)相互分離，如沖裁、剪切等工序；

成型工序：用來(lái)使坯料在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，成為具有要求形狀和尺寸的零件，如彎曲、拉深等工序。

Ⅱ.按成型時(shí)工件的溫度可分為熱成形、冷成形和溫成形。

3.試分析多晶體塑性變形的特點(diǎn)。

1）各晶粒變形的不同時(shí)性。不同時(shí)性是由多晶體的各個(gè)晶粒位向不同引起的。

2）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性。晶粒之間的連續(xù)性決定，還要求每個(gè)晶粒進(jìn)行多系滑移；

每個(gè)晶粒至少要求有?5個(gè)獨(dú)立的滑移系啟動(dòng)才能保證。

3）晶粒與晶粒之間和晶粒內(nèi)部與晶界附近區(qū)域之間的變形的不均勻性。

Add：

4）滑移的傳遞，必須激發(fā)相鄰晶粒的位錯(cuò)源。

5）多晶體的變形抗力比單晶體大，變形更不均勻。

6）塑性變形時(shí)，導(dǎo)致一些物理，化學(xué)性能的變化。

7）時(shí)間性。hcp系的多晶體金屬與單晶體比較，前者具有明顯的晶界阻滯效應(yīng)和極高的加工硬化率，而在立方晶系金屬中，多晶和單晶試樣的應(yīng)力—應(yīng)變曲線(xiàn)就沒(méi)有那么大的差別。

4.試分析晶粒大小對(duì)金屬塑性和變形抗力的影響。

①晶粒越細(xì)，變形抗力越大。晶粒的大小決定位錯(cuò)塞積群應(yīng)力場(chǎng)到晶內(nèi)位錯(cuò)源的距離，而這個(gè)距離又影響位錯(cuò)的數(shù)目n。晶粒越大，這個(gè)距離就越大，位錯(cuò)開(kāi)動(dòng)的時(shí)間就越長(zhǎng)，n也就越大。n越大，應(yīng)力場(chǎng)就越強(qiáng)，滑移就越容易從一個(gè)晶粒轉(zhuǎn)移到另一個(gè)晶粒。

②晶粒越細(xì)小，金屬的塑性就越好。

a．一定體積，晶粒越細(xì)，晶粒數(shù)目越多，塑性變形時(shí)位向有利的晶粒也越多，變形能較均勻的分散到各個(gè)晶粒上；

b．從每個(gè)晶粒的應(yīng)力分布來(lái)看，細(xì)晶粒是晶界的影響區(qū)域相對(duì)加大，使得晶粒心部的應(yīng)變與晶界處的應(yīng)變差異減小。這種不均勻性減小了，內(nèi)應(yīng)力的分布較均勻，因而金屬斷裂前能承受的塑性變形量就更大。

5.什么叫加工硬化？產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化對(duì)塑性加工生產(chǎn)有何利弊？ 加工硬化----隨著金屬變形程度的增加，其強(qiáng)度、硬度增加，而塑性、韌性降低的現(xiàn)象。加工硬化的成因與位錯(cuò)的交互作用有關(guān)。隨著塑性變形的進(jìn)行，位錯(cuò)密度不斷增加，位錯(cuò)反應(yīng)和相互交割加劇，結(jié)果產(chǎn)生固定割階、位錯(cuò)纏結(jié)等障礙，以致形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，使位錯(cuò)難以越過(guò)這些障礙而被限制在一定范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。這樣，要是金屬繼續(xù)變形，就需要不斷增加外力，才能克服位錯(cuò)間強(qiáng)大的交互作用力。

加工硬化對(duì)塑性加工生產(chǎn)的利弊：

有利的一面：可作為一種強(qiáng)化金屬的手段，一些不能用熱處理方法強(qiáng)化的金屬材料，可應(yīng)用加工硬化的方法來(lái)強(qiáng)化，以提高金屬的承載能力。如大型發(fā)電機(jī)上的護(hù)環(huán)零件(多用高錳奧氏體無(wú)磁鋼鍛制)。

不利的一面：①由于加工硬化后，金屬的屈服強(qiáng)度提高，要求進(jìn)行塑性加工的設(shè)備能力增加；

②由于塑性的下降，使得金屬繼續(xù)塑性變形困難，所以不得不增加中間退火工藝，從而降低了生產(chǎn)率，提高了生產(chǎn)成本。

6.什么是動(dòng)態(tài)回復(fù)？為什么說(shuō)動(dòng)態(tài)回復(fù)是熱塑性變形的主要軟化機(jī)制？ 動(dòng)態(tài)回復(fù)是在熱塑性變形過(guò)程中發(fā)生的回復(fù)(自發(fā)地向自由能低的方向轉(zhuǎn)變的過(guò)程)。

動(dòng)態(tài)回復(fù)是熱塑性變形的主要軟化機(jī)制，是因?yàn)椋?/p>

①動(dòng)態(tài)回復(fù)是高層錯(cuò)能金屬熱變形過(guò)程中唯一的軟化機(jī)制。動(dòng)態(tài)回復(fù)是主要是通過(guò)位錯(cuò)的攀移、交滑移等實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于層錯(cuò)能高的金屬，變形時(shí)擴(kuò)展位錯(cuò)的寬度窄，集束容易，位錯(cuò)的交滑移和攀移容易進(jìn)行，位錯(cuò)容易在滑移面間轉(zhuǎn)移，而使異號(hào)位錯(cuò)相互抵消，結(jié)果使位錯(cuò)密度下降，畸變能降低，不足以達(dá)到動(dòng)態(tài)結(jié)晶所需的能量水平。因?yàn)檫@類(lèi)金屬在熱塑性變形過(guò)程中，即使變形程度很大，變形溫度遠(yuǎn)高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度，也只發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)，而不發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。

②在低層錯(cuò)能的金屬熱變形過(guò)程中，動(dòng)態(tài)回復(fù)雖然不充分，但也隨時(shí)在進(jìn)行，畸變能也隨時(shí)在釋放，因而只有當(dāng)變形程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靜態(tài)回復(fù)所需要的臨界變形程度時(shí)，畸變能差才能積累到再結(jié)晶所需的水平，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶才能啟動(dòng)，否則也只能發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)。

Add：動(dòng)態(tài)再結(jié)晶容易發(fā)生在層錯(cuò)能較低的金屬，且當(dāng)熱加工變形量很大時(shí)。這是因?yàn)閷渝e(cuò)能低，其擴(kuò)展位錯(cuò)寬度就大，集束成特征位錯(cuò)困難，不易進(jìn)行位錯(cuò)的交滑移和攀移；

而已知?jiǎng)討B(tài)回復(fù)主要是通過(guò)位錯(cuò)的交滑移和攀移來(lái)完成的，這就意味著這類(lèi)材料動(dòng)態(tài)回復(fù)的速率和程度都很低(應(yīng)該說(shuō)不足)，材料中的一些局部區(qū)域會(huì)積累足夠高的位錯(cuò)密度差(畸變能差)，且由于動(dòng)態(tài)回復(fù)的不充分，所形成的胞狀亞組織的尺寸小、邊界不規(guī)整，胞壁還有較多的位錯(cuò)纏結(jié)，這種不完整的亞組織正好有利于再結(jié)晶形核，所有這些都有利于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。需要更大的變形量上面已經(jīng)提到了。

7.什么是動(dòng)態(tài)再結(jié)晶？影響動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的主要因素有哪些？動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是在熱塑性變形過(guò)程中發(fā)生的再結(jié)晶。動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶基本一樣，也會(huì)是通過(guò)形核與長(zhǎng)大來(lái)完成，其機(jī)理也是大角度晶界(或亞晶界)想高位錯(cuò)密度區(qū)域的遷移。

動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力除了與金屬的層錯(cuò)能高低(層錯(cuò)能越低，熱加工變形量很大時(shí)，容易出現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶)有關(guān)外，還與晶界的遷移難易有關(guān)。金屬越存，發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的能力越強(qiáng)。當(dāng)溶質(zhì)原子固溶于金屬基體中時(shí)，會(huì)嚴(yán)重阻礙晶界的遷移、從而減慢動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的德速率。彌散的第二相粒子能阻礙晶界的移動(dòng)，所以會(huì)遏制動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的進(jìn)行。

9.鋼錠經(jīng)過(guò)熱加工變形后其組織和性能發(fā)生了什么變化？(參見(jiàn)?P27-31)①改善晶粒組織②鍛合內(nèi)部缺陷③破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布④形成纖維組織⑤改善偏析 10.冷變形金屬和熱變形金屬的纖維組織有何不同？ 冷變形中的纖維組織：軋制變形時(shí)，原來(lái)等軸的晶粒沿延伸方向伸長(zhǎng)。若變形程度很大，則晶粒呈現(xiàn)為一片纖維狀的條紋，稱(chēng)為纖維組織。當(dāng)金屬中有夾雜或第二相是，則它們會(huì)沿變形方向拉成細(xì)帶狀(對(duì)塑性雜質(zhì)而言)或粉碎成鏈狀(對(duì)脆性雜質(zhì)而言)，這時(shí)在光學(xué)顯微鏡下會(huì)很難分辨出晶粒和雜質(zhì)。在熱塑性變形過(guò)程中，隨著變形程度的增大，鋼錠內(nèi)部粗大的樹(shù)枝狀晶逐漸沿主變形方向伸長(zhǎng)，與此同時(shí)，晶間富集的雜質(zhì)和非金屬夾雜物的走向也逐漸與主變形方向一致，其中脆性?shī)A雜物(如氧化物，氮化物和部分硅酸鹽等)被破碎呈鏈狀分布；

而蘇醒夾雜物(如硫化物和多數(shù)硅酸鹽等)則被拉長(zhǎng)呈條狀、線(xiàn)狀或薄片狀。于是在磨面腐蝕的試樣上便可以看到順主變形方向上一條條斷斷續(xù)續(xù)的細(xì)線(xiàn)，稱(chēng)為“流線(xiàn)?”，具有流線(xiàn)的組織就稱(chēng)為“纖維組織”。在熱塑性加工中，由于再結(jié)晶的結(jié)果，被拉長(zhǎng)的晶粒變成細(xì)小的等軸晶，而纖維組織卻被很穩(wěn)定的保留下來(lái)直至室溫。所以與冷變形時(shí)由于晶粒被拉長(zhǎng)而形成的纖維組織是不同的。

12.什么是細(xì)晶超塑性？什么是相變超塑性？ ①細(xì)晶超塑性它是在一定的恒溫下，在應(yīng)變速率和晶粒度都滿(mǎn)足要求的條件下所呈現(xiàn)的超塑性。具體地說(shuō)，材料的晶粒必須超細(xì)化和等軸化，并在在成形期間保持穩(wěn)定。

②相變超塑性要求具有相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。在一定的外力作用下，使金屬或合金在相變溫度附近反復(fù)加熱和冷卻，經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后，就可以獲得很大的伸長(zhǎng)率。相變超塑性的主要控制因素是溫度幅度和溫度循環(huán)率。

15.什么是塑性？什么是塑性指標(biāo)？為什么說(shuō)塑性指標(biāo)只具有相對(duì)意義? 塑性是指金屬在外力作用下，能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力，它是金屬的一種重要的加工性能。

塑性指標(biāo)，是為了衡量金屬材料塑性的好壞而采用的某些試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)量上的指標(biāo)。

常用的試驗(yàn)方法有拉伸試驗(yàn)、壓縮試驗(yàn)和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)。

由于各種試驗(yàn)方法都是相對(duì)于其特定的受力狀態(tài)和變形條件的，由此所測(cè)定的塑性指標(biāo)(或成形性能指標(biāo))，僅具有相對(duì)的和比較的意義。它們說(shuō)明，在某種受力狀況和變形條件下，哪種金屬的塑性高，哪種金屬的塑性低；

或者對(duì)于同一種金屬，在那種變形條件下塑性高，而在哪種變形條件下塑性低。

16.舉例說(shuō)明雜質(zhì)元素和合金元素對(duì)鋼的塑性的影響。(P41-44)①碳：固溶于鐵時(shí)形成鐵素體和奧氏體，具有良好的塑性。多余的碳與鐵形成滲碳體(Fe?3C),大大降低塑性；

②磷：一般來(lái)說(shuō)，磷是鋼中的有害雜質(zhì)，它在鐵中有相當(dāng)大的溶解度，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性、韌性降低，在冷變形時(shí)影響更為嚴(yán)重，此稱(chēng)為冷脆性。

③硫：形成共晶體時(shí)熔點(diǎn)降得很低(例如?FeS的熔點(diǎn)為?1190℃，而?Fe-FeS的熔點(diǎn)為?985℃)。這些硫化物和共晶體，通常分布在晶界上，會(huì)引起熱脆性。

④氮：當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小(0.002%~0.015%)時(shí)，對(duì)鋼的塑性無(wú)明顯的影響；

但隨著氮化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的塑性降降低，導(dǎo)致鋼變脆。如氮在α鐵中的溶解度在高溫和低溫時(shí)相 差很大，當(dāng)含氮量較高的鋼從高溫快速冷卻到低溫時(shí)，α鐵被過(guò)飽和，隨后在室溫或稍高溫度下，氮逐漸以?Fe?4N形式析出，使鋼的塑性、韌性大為降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為時(shí)效脆性。

若在?300℃左右加工時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)所謂“蘭脆”現(xiàn)象。

⑤氫：氫脆和白點(diǎn)。

⑥氧：形成氧化物，還會(huì)和其他夾雜物(如?FeS)易熔共晶體(FeS-FeO，熔點(diǎn)為910℃)分布于晶界處，造成鋼的熱脆性。

合金元素的影響：①形成固溶體；

②形成硬而脆的碳化物；

…… 17.試分析單相與多相組織、細(xì)晶與粗晶組織、鍛造組織與鑄造組織對(duì)金屬塑性的影響。

①相組成的影響：?jiǎn)蜗嘟M織(純金屬或固溶體)比多相組織塑性好。多相組織由于各相性能不同，變形難易程度不同，導(dǎo)致變形和內(nèi)應(yīng)力的不均勻分布，因而塑性降低。如碳鋼在高溫時(shí)為奧氏體單相組織，故塑性好，而在?800℃左右時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和鐵素體兩相組織，塑性就明顯下降。另外多相組織中的脆性相也會(huì)使其塑性大為降低。

②晶粒度的影響：晶粒越細(xì)小，金屬的塑性也越好。因?yàn)樵谝欢ǖ捏w積內(nèi)，細(xì)晶粒金屬的晶粒數(shù)目比粗晶粒金屬的多，因而塑性變形時(shí)位向有利的晶粒也較多，變形能較均勻地分散到各個(gè)晶粒上；

又從每個(gè)晶粒的應(yīng)力分布來(lái)看，細(xì)晶粒時(shí)晶界的影響局域相對(duì)加大，使得晶粒心部的應(yīng)變與晶界處的應(yīng)變差異減小。由于細(xì)晶粒金屬的變形不均勻性較小，由此引起的應(yīng)力集中必然也較小，內(nèi)應(yīng)力分布較均勻，因而金屬在斷裂前可承受的塑性變形量就越大。

③鍛造組織要比鑄造組織的塑性好。鑄造組織由于具有粗大的柱狀晶和偏析、夾雜、氣泡、疏松等缺陷，故使金屬塑性降低。而通過(guò)適當(dāng)?shù)腻懺旌螅瑫?huì)打碎粗大的柱狀晶粒獲得細(xì)晶組織，使得金屬的塑性提高。

18.變形溫度對(duì)金屬塑性的影響的基本規(guī)律是什么？ 就大多數(shù)金屬而言，其總體趨勢(shì)是：隨著溫度的升高，塑性增加，但是這種增加并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性上升；

在加熱過(guò)程中的某些溫度區(qū)間，往往由于相態(tài)或晶粒邊界狀態(tài)的變化而出現(xiàn)脆性區(qū)，使金屬的塑性降低。在一般情況下，溫度由絕對(duì)零度上升到熔點(diǎn)時(shí)，可能出現(xiàn)幾個(gè)脆性區(qū)，包括低溫的、中溫的和高溫的脆性區(qū)。下圖是以碳鋼為例：區(qū)域Ⅰ，塑性極低—可能是由與原子熱振動(dòng)能力極低所致，也可能與晶界組成物脆化有關(guān)；

區(qū)域Ⅱ，稱(chēng)為藍(lán)脆區(qū)(斷口呈藍(lán)色)，一般認(rèn)為是氮化物、氧化物以沉淀形式在晶界、滑移面上析出 所致，類(lèi)似于時(shí)效硬化。區(qū)域Ⅲ，這和珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，形成鐵素體和奧氏體兩相共存有關(guān)，也可能還與晶界上出現(xiàn)FeS-FeO低熔共晶有關(guān)，為熱脆區(qū)。

19.什么是溫度效應(yīng)？冷變形和熱變形時(shí)變形速度對(duì)塑性的影響有何不同？ 溫度效應(yīng)：由于塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生的熱量使變形體溫度升高的現(xiàn)象。(熱效應(yīng)：塑性變形時(shí)金屬所吸收的能量，絕大部分都轉(zhuǎn)化成熱能的現(xiàn)象)一般來(lái)說(shuō)，冷變形時(shí)，隨著應(yīng)變速率的增加，開(kāi)始時(shí)塑性略有下降，以后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng)，塑性會(huì)有較大的回升；

而熱變形時(shí)，隨著應(yīng)變速率的增加，開(kāi)始時(shí)塑性通常會(huì)有較顯著的降低，以后由于溫度效應(yīng)的增強(qiáng)，而使塑性有所回升，但若此時(shí)溫度效應(yīng)過(guò)大，已知實(shí)際變形溫度有塑性區(qū)進(jìn)入高溫脆區(qū)，則金屬的塑性又急速下降。

2.敘述下列術(shù)語(yǔ)的定義或含義：

①?gòu)埩浚河扇舾蓚€(gè)當(dāng)坐標(biāo)系改變時(shí)滿(mǎn)足轉(zhuǎn)換關(guān)系的分量所組成的集合稱(chēng)為張量；

②應(yīng)力張量：表示點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的九個(gè)分量構(gòu)成一個(gè)二階張量，稱(chēng)為應(yīng)力張量；

.ζη?η.x?xy?xz ③應(yīng)力張量不變量：已知一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) ④主應(yīng)力：在某一斜微分面上的全應(yīng)力S和正應(yīng)力ζ重合，而切應(yīng)力η=0，這種切應(yīng)力為?零的微分面稱(chēng)為主平面，主平面上的正應(yīng)力叫做主應(yīng)力；

⑤主切應(yīng)力：切應(yīng)力達(dá)到極值的平面稱(chēng)為主切應(yīng)力平面，其面上作用的切應(yīng)力稱(chēng)為主切應(yīng)力 ⑥最大切應(yīng)力：三個(gè)主切應(yīng)力中絕對(duì)值最大的一個(gè)，也就是一點(diǎn)所有方位切面上切應(yīng)力最大的，叫做最大切應(yīng)力ηmax ⑦主應(yīng)力簡(jiǎn)圖：只用主應(yīng)力的個(gè)數(shù)及符號(hào)來(lái)描述一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的簡(jiǎn)圖稱(chēng)為主應(yīng)力圖：

⑧八面體應(yīng)力：在主軸坐標(biāo)系空間八個(gè)象限中的等傾微分面構(gòu)成一個(gè)正八面體，正八面體的每個(gè)平面稱(chēng)為八面體平面，八面體平面上的應(yīng)力稱(chēng)為八面體應(yīng)力；

⑨等效應(yīng)力：取八面體切應(yīng)力絕對(duì)值的3倍所得之參量稱(chēng)為等效應(yīng)力 ⑩平面應(yīng)力狀態(tài)：變形體內(nèi)與某方向垂直的平面上無(wú)應(yīng)力存在，并所有應(yīng)力分量與該方向軸無(wú)關(guān)，則這種應(yīng)力狀態(tài)即為平面應(yīng)力狀。實(shí)例：薄壁扭轉(zhuǎn)、薄壁容器承受內(nèi)壓、板料成型的一些工序等，由于厚度方向應(yīng)力相對(duì)很小而可以忽略，一般作平面應(yīng)力狀態(tài)來(lái)處理 11)平面應(yīng)變狀態(tài)：如果物體內(nèi)所有質(zhì)點(diǎn)在同一坐標(biāo)平面內(nèi)發(fā)生變形，而在該平面的法線(xiàn)方向沒(méi)有變形，這種變形稱(chēng)為平面變形，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)為平面應(yīng)變狀態(tài)。實(shí)例：軋制板、帶材，平面變形擠壓和拉拔等。

12)軸對(duì)稱(chēng)應(yīng)力狀態(tài)：當(dāng)旋轉(zhuǎn)體承受的外力為對(duì)稱(chēng)于旋轉(zhuǎn)軸的分布力而且沒(méi)有軸向力時(shí)，則物體內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)就處于軸對(duì)稱(chēng)應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)例：圓柱體平砧均勻鐓粗、錐孔模均勻擠壓和拉拔(有徑向正應(yīng)力等于周向正應(yīng)力)。

3.張量有哪些基本性質(zhì)？ ①存在張量不變量②張量可以疊加和分解③張量可分對(duì)稱(chēng)張量和非對(duì)稱(chēng)張量④二階對(duì)稱(chēng)張量存在三個(gè)主軸和三個(gè)主值 4.試說(shuō)明應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量的物理意義。

應(yīng)力偏張量只能產(chǎn)生形狀變化，而不能使物體產(chǎn)生體積變化，材料的塑性變形是由應(yīng)力偏張量引起的；

應(yīng)力球張量不能使物體產(chǎn)生形狀變化(塑性變形)，而只能使物體產(chǎn)生體積變化。

12.敘述下列術(shù)語(yǔ)的定義或含義 1)位移：變形體內(nèi)任一點(diǎn)變形前后的直線(xiàn)距離稱(chēng)為位移；

2)位移分量：位移是一個(gè)矢量，在坐標(biāo)系中，一點(diǎn)的位移矢量在三個(gè)坐標(biāo)軸上的投影稱(chēng)為改點(diǎn)的位移分量，一般用?u、v、w或角標(biāo)符號(hào)ui?來(lái)表示；

3)相對(duì)線(xiàn)應(yīng)變：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上的線(xiàn)變形，只考慮最終變形；

4)工程切應(yīng)變：將單位長(zhǎng)度上的偏移量或兩棱邊所夾直角的變化量稱(chēng)為相對(duì)切應(yīng)變，也稱(chēng)工程切應(yīng)變，即δrt?=?tanθxy?=θxy?=αyx?+αxy(直角∠CPA減小時(shí)，θxy取正號(hào)，增大時(shí)取負(fù)號(hào))；

5)切應(yīng)變：定義γ?yx?=γ?xy=?1θyx?為切應(yīng)變；

6)對(duì)數(shù)應(yīng)變：塑性變形過(guò)程中，在應(yīng)變主軸方向保持不變的情況下應(yīng)變?cè)隽康目偤停洖樗从沉宋矬w變形的實(shí)際情況，故稱(chēng)為自然應(yīng)變或?qū)?shù)應(yīng)變；

7)主應(yīng)變：過(guò)變形體內(nèi)一點(diǎn)存在有三個(gè)相互垂直的應(yīng)變方向(稱(chēng)為應(yīng)變主軸)，該方向上線(xiàn)元沒(méi)有切應(yīng)變，只有線(xiàn)應(yīng)變，稱(chēng)為主應(yīng)變，用ε1、ε2、ε3?表示。對(duì)于各向同性材料，可以認(rèn)?為小應(yīng)變主方向與應(yīng)力方向重合；

8)主切應(yīng)變：在與應(yīng)變主方向成±?45°角的方向上存在三對(duì)各自相互垂直的線(xiàn)元，它們的切?應(yīng)變有極值，稱(chēng)為主切應(yīng)變；

9)最大切應(yīng)變：三對(duì)主切應(yīng)變中，絕對(duì)值最大的成為最大切應(yīng)變；

10)應(yīng)變張量不變量：

11)主應(yīng)變簡(jiǎn)圖：用主應(yīng)變的個(gè)數(shù)和符號(hào)來(lái)表示應(yīng)變狀態(tài)的簡(jiǎn)圖；

12)八面體應(yīng)變：如以三個(gè)應(yīng)變主軸為坐標(biāo)系的主應(yīng)變空間中，同樣可作出正八面體，八面體平面的法線(xiàn)方向線(xiàn)元的應(yīng)變稱(chēng)為八面體應(yīng)變 13)應(yīng)變?cè)隽浚寒a(chǎn)生位移增量后，變形體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)就有相應(yīng)無(wú)限小的應(yīng)變?cè)隽浚胐εij?來(lái)表示；

14)應(yīng)變速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)的應(yīng)變稱(chēng)為應(yīng)變速率，俗稱(chēng)變形速度，用ε&?表示，其單位為?s-1；

15)位移速度：

14.試說(shuō)明應(yīng)變偏張量和應(yīng)變球張量的物理意義。應(yīng)變偏張量εij?/----表示變形單元體形狀的變化；

應(yīng)變球張量δijεm----表示變單元體體積的變化；

塑性變形時(shí)，根據(jù)體積不變假設(shè)，即εm?=?0，故此時(shí)應(yīng)變偏張量即為應(yīng)變張量 15.塑性變形時(shí)應(yīng)變張量和應(yīng)變偏張量有何關(guān)系？其原因何在？塑性變形時(shí)應(yīng)變偏張量就是應(yīng)變張量，這是根據(jù)體積不變假設(shè)得到的，即εm?=?0，應(yīng)變球張量不存在了。

16.用主應(yīng)變簡(jiǎn)圖表示塑性變形的類(lèi)型有哪些？ 三個(gè)主應(yīng)變中絕對(duì)值最大的主應(yīng)變，反映了該工序變形的特征，稱(chēng)為特征應(yīng)變。如用主應(yīng)變簡(jiǎn)圖來(lái)表示應(yīng)變狀態(tài)，根據(jù)體積不變條件和特征應(yīng)變，則塑性變形只能有三種變形類(lèi)型 ①壓縮類(lèi)變形，特征應(yīng)變?yōu)樨?fù)應(yīng)變(即ε1＜0)另兩個(gè)應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變，ε2?+ε3?=.ε1?；

②剪切類(lèi)變形(平面變形)，一個(gè)應(yīng)變?yōu)榱悖渌麅蓚€(gè)應(yīng)變大小相等，方向相反，ε2?=0，ε1 =.ε3?；

③伸長(zhǎng)類(lèi)變形，特征應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變，另兩個(gè)應(yīng)變?yōu)樨?fù)應(yīng)變，ε1?=.ε2.ε3。

17.對(duì)數(shù)應(yīng)變有何特點(diǎn)？它與相對(duì)線(xiàn)應(yīng)變有何關(guān)系？ 對(duì)數(shù)應(yīng)變能真實(shí)地反映變形的積累過(guò)程，所以也稱(chēng)真實(shí)應(yīng)變，簡(jiǎn)稱(chēng)真應(yīng)變。它具有如下 特點(diǎn)：

①對(duì)數(shù)應(yīng)變有可加性，而相對(duì)應(yīng)變?yōu)椴豢杉討?yīng)變；

②對(duì)數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變，相對(duì)應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變；

③相對(duì)應(yīng)變不能表示變形的實(shí)際情況，而且變形程度愈大，誤差也愈大。

對(duì)數(shù)應(yīng)變可以看做是由相對(duì)線(xiàn)應(yīng)變?nèi)?duì)數(shù)得到的。

21.敘述下列術(shù)語(yǔ)的定義或含義：

Ⅰ屈服準(zhǔn)則：在一定的變形條件(變形溫度、變形速度等)下，只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定關(guān)系時(shí)，質(zhì)點(diǎn)才開(kāi)始進(jìn)入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系稱(chēng)為屈服準(zhǔn)則，也稱(chēng)塑性條件，它是描述受力物體中不同應(yīng)力狀態(tài)下的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入塑性狀態(tài)并使塑性變形繼續(xù)進(jìn)行所必須遵守的力學(xué)條件；

Ⅱ屈服表面：屈服準(zhǔn)則的數(shù)學(xué)表達(dá)式在主應(yīng)力空間中的幾何圖形是一個(gè)封閉的空間曲面稱(chēng)為屈服表面。假如描述應(yīng)力狀態(tài)的點(diǎn)在屈表面上，此點(diǎn)開(kāi)始屈服。對(duì)各向同性的理想塑性材料，則屈服表面是連續(xù)的，屈服表面不隨塑性流動(dòng)而變化。

Ⅲ屈服軌跡：兩向應(yīng)力狀態(tài)下屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式在主應(yīng)力坐標(biāo)平面上的集合圖形是封閉的曲線(xiàn)，稱(chēng)為屈服軌跡，也即屈服表面與主應(yīng)力坐標(biāo)平面的交線(xiàn)。

22.常用的屈服準(zhǔn)則有哪兩個(gè)？如何表述？分別寫(xiě)出其數(shù)學(xué)表達(dá)式。

常用的兩個(gè)屈服準(zhǔn)則是?Tresca屈服準(zhǔn)則和?Mises屈服準(zhǔn)則，數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為max?min Tresca屈服準(zhǔn)則：ηmax?=ζ.ζ?=?C2?式中，ζmax、ζ?min----帶數(shù)值最大、最小的主應(yīng)力；

C----與變形條件下的材料性質(zhì)有關(guān)而與應(yīng)力狀態(tài)無(wú)關(guān)的常數(shù)，它可通過(guò)單向均勻拉伸試驗(yàn)求的。

Tresca屈服準(zhǔn)則可以表述為：在一定的變形條件下，當(dāng)受力體內(nèi)的一點(diǎn)的最大切應(yīng)力ηmax?達(dá)到某一值時(shí)，該點(diǎn)就進(jìn)入塑性狀體。

Mises屈服準(zhǔn)則：ζ=?1(ζ1.ζ?2)2?+(ζ?2.ζ3)2?+(ζ3.ζ1)2?=ζs2?=?1 ζ)()()()2(s2zx2yz2xy2xz2zy2yx6ζηηηζζζζζ=+++.+.+.所以?Mises屈服準(zhǔn)則可以表述為：在一定的變形條件下，當(dāng)受力體內(nèi)一點(diǎn)的等效應(yīng)力?ζ達(dá)到某一定值時(shí)，該點(diǎn)就進(jìn)入塑性狀態(tài)。

23.兩個(gè)屈服準(zhǔn)則有何差別？在什么狀態(tài)下兩個(gè)屈服準(zhǔn)則相同？什么狀態(tài)下差別最大？ Ⅰ共同點(diǎn)：

①屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式都和坐標(biāo)的選擇無(wú)關(guān)，等式左邊都是不變量的函數(shù)；

②三個(gè)主應(yīng)力可以任意置換而不影響屈服，同時(shí)，認(rèn)為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的作用是一樣的；

③各表達(dá)式都和應(yīng)力球張量無(wú)關(guān)。

不同點(diǎn)：①Tresca屈服準(zhǔn)則沒(méi)有考慮中間應(yīng)力的影響，三個(gè)主應(yīng)力的大小順序不知道時(shí)，使用不方便；

而?Mises屈服準(zhǔn)則則考慮了中間應(yīng)力的影響，使用方便。

Ⅱ兩個(gè)屈服準(zhǔn)則相同的情況在屈服軌跡上兩個(gè)屈服準(zhǔn)則相交的點(diǎn)表示此時(shí)兩個(gè)屈服準(zhǔn)則相同，有六個(gè)點(diǎn)，四個(gè)單向應(yīng)力狀態(tài)，兩個(gè)軸對(duì)稱(chēng)應(yīng)力狀態(tài)。

Ⅲ兩個(gè)屈服準(zhǔn)則差別最大的情況:在屈服軌跡上連個(gè)屈服準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)距離最遠(yuǎn)的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的情況，此時(shí)二者相差最大，也是六個(gè)點(diǎn)，四個(gè)平面應(yīng)力狀態(tài)(也可是平面應(yīng)變狀態(tài))，兩個(gè)純切應(yīng)力狀態(tài)，相差為?15.5%。

28.敘述下列術(shù)語(yǔ)的定義或含義：

1)增量理論：又稱(chēng)流動(dòng)理論，是描述材料處于塑性狀態(tài)時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變?cè)隽炕驊?yīng)變速率之間關(guān)系的理論，它是針對(duì)加載過(guò)程中的每一瞬間的應(yīng)力狀態(tài)所確定的該瞬間的應(yīng)變?cè)隽浚@樣就撇開(kāi)了加載歷史的影響；

2)全量理論：在一定條件下直接確定全量應(yīng)變的理論，也叫形變理論，它是要建立塑性變形全量應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系。

3)比例加載：外載荷的各分量按比例增加，即單調(diào)遞增，中途不卸載的加載方式，滿(mǎn)足Ti?=CT?i?0?；

4)標(biāo)稱(chēng)應(yīng)力：也稱(chēng)名義應(yīng)力或條件應(yīng)力，是在拉伸機(jī)上拉伸力與原始橫斷面積的比值；

5)真實(shí)應(yīng)力：也就是瞬時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力，用單向均勻拉伸(或壓縮)是各加載瞬間的載荷?P與該瞬間試樣的橫截面積A之比來(lái)表示；

6)拉伸塑性失穩(wěn)：拉伸過(guò)程中發(fā)生縮頸的現(xiàn)象 7)硬化材料:考慮在塑性變形過(guò)程中因形狀變化而會(huì)發(fā)生加工硬化的材料；

8)理想彈塑性材料：在塑性變形時(shí)，需考慮塑性變形之前的彈性變形，而不考慮硬化的材料，也即材料進(jìn)入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力不在增加可連續(xù)產(chǎn)生塑性變形；

9)理性剛塑性材料：在研究塑性變形時(shí)，既不考慮彈性變形，又不考慮變形過(guò)程中的加工硬化的材料；

10)彈塑性硬化材料：在塑性變形時(shí)，既需要考慮塑性變形前的彈性變形，又要考慮加工硬化的材料；

11)剛塑性硬化材料：在研究塑性變形時(shí)，不考慮塑性變形前的彈性變形，但需要考慮變形過(guò)程中的加工硬化的材料。

29.塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有何特點(diǎn)？為什么說(shuō)塑性變形時(shí)應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系與加載歷史有關(guān)？ 在塑性變形時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點(diǎn)：

①應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系時(shí)非線(xiàn)性的，因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合；

②塑性變形時(shí)可以認(rèn)為體積不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比?υ=0.5；

③對(duì)于應(yīng)變硬化材料，卸載后在重新加載時(shí)的屈服應(yīng)力就是卸載時(shí)的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高；

④塑性變形時(shí)不可逆的，與應(yīng)變歷史有關(guān)，即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不在保持單值關(guān)系。塑性變形應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系與加載歷史有關(guān)，可以通過(guò)單向拉伸時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)和不同加載路線(xiàn)的盈利與應(yīng)變圖來(lái)說(shuō)明?P120 30.全量理論使用在什么場(chǎng)合？為什么？ 全量理論適用在簡(jiǎn)單加載的條件下，因?yàn)樵诤?jiǎn)單加載下才有應(yīng)力主軸的方向固定不變，也就是應(yīng)變?cè)隽康闹鬏S是和應(yīng)力主軸是重合的，這種條件下對(duì)勞斯方程積分得到全量應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系，就是全量理論。

31.在一般情況下對(duì)應(yīng)變?cè)隽糠e分是否等于全量應(yīng)變？為什么？在什么情況下這種積分才能成立？ 一般情況下是對(duì)應(yīng)變?cè)隽糠e分是不等于全量應(yīng)變的，因?yàn)橐话闱闆r下塑性變形時(shí)全量應(yīng)變主軸與與應(yīng)力主軸不一定重合。在滿(mǎn)足簡(jiǎn)單加載的的條件下，這種積分才成立。一般情況下很難做到比例加載，但滿(mǎn)足幾個(gè)條件可實(shí)現(xiàn)比例加載。可參看第三章第五節(jié)中全量理論的部分內(nèi)容。

1.對(duì)塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析有何重要意義？ 對(duì)塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析，是檢驗(yàn)成形件的質(zhì)量的一種手段，能夠?qū)Τ尚渭鞒鲚^為全面的評(píng)估，指明成形件能否使用和在使用過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題，可有效防止不必要的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失。

2.試述對(duì)塑性成形件進(jìn)行質(zhì)量分析的一般過(guò)程即分析方法。

一般過(guò)程：調(diào)查原始情況→弄清質(zhì)量問(wèn)題→試驗(yàn)研究分析→提出解決措施；

分析方法：低倍組織試驗(yàn)、金相試驗(yàn)及金屬變形金屬變形流動(dòng)分析試驗(yàn)。

3.試分別從力學(xué)和組織方面分析塑性成形件中產(chǎn)生裂紋的原因。

①力學(xué)分析：能否產(chǎn)生裂紋，與應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變積累、應(yīng)變速率及溫度等很多因素有關(guān)。其中應(yīng)力狀態(tài)主要反映力學(xué)的條件。

物體在外力的作用下，其內(nèi)部各點(diǎn)處于一定的應(yīng)力狀態(tài)，在不同的方位將作用有不同的正應(yīng)力及切應(yīng)力。材料斷裂(產(chǎn)生裂紋)形式一般有兩種：一是切斷，斷裂面是平行于最大切應(yīng)力或最大切應(yīng)變方向；

另一種是正斷，斷裂面垂直于最大正應(yīng)力或正應(yīng)變方向。塑性成形過(guò)程中，材料內(nèi)部的應(yīng)力除了由外力引起外，還有由于變形不均勻而引起的附加應(yīng)力。由于溫度不均而引起的溫度應(yīng)力和因組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)進(jìn)行而產(chǎn)生的組織應(yīng)力。這些應(yīng)力超過(guò)極限值時(shí)都會(huì)使材料發(fā)生破壞(產(chǎn)生裂紋)。

1)由外力直接引起的裂紋；

2)由附加應(yīng)力及殘余應(yīng)力引起的裂紋；

3)由溫度應(yīng)力(熱應(yīng)力)及組織應(yīng)力引起的裂紋。

②組織分析：塑性成形中的裂紋一般發(fā)生在組織不均勻或帶有某些缺陷的材料中，同時(shí)，金屬的晶界往往是缺陷比較集中的地方，因此，塑性成形件中的裂紋一般產(chǎn)生于晶界或相界處。

1)材料中由冶金和組織缺陷處應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋；

2)第二相及夾雜物本身的強(qiáng)度低和塑性低而產(chǎn)生裂紋：a晶界為低熔點(diǎn)物質(zhì)；

b晶界存在脆性的第二相或非金屬夾雜物；

c第二相為強(qiáng)度低于基體的韌性相；

3)第二相及非金屬夾雜與基體之間的力學(xué)性能和理化性能上有差異而產(chǎn)生裂紋。

4.防止產(chǎn)生裂紋的原則措施是什么？ 1)增加靜水壓力；

2)選擇和控制合適的變形溫度和變形速度；

3)采用中間退火，以便消除變形過(guò)程中產(chǎn)生的硬化、變形不均勻、殘余應(yīng)力等；

4)提高原材料的質(zhì)量。

5.什么是鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度和鋼的奧氏體實(shí)際晶粒度？ 鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度是將鋼加熱到?930℃，保溫一段時(shí)間(一般?3—8h)，冷卻后在室溫下放大?100倍觀察到的晶粒大小。鋼的本事晶粒度一般反映鋼的冶金質(zhì)量，它表征鋼的工藝特性；

鋼的奧氏體實(shí)際晶粒度是指鋼加熱到某一溫度下獲得奧氏體晶粒大小。奧氏體實(shí)際晶粒度則影響零件的使用性能。

6.晶粒大小對(duì)材料的力學(xué)性能有何影響？ 一般情況下，晶粒細(xì)化可以提高金屬材料的屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度，降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

7.影響晶粒大小的主要因素有哪些？這些因素是如何影響晶粒大小的？ 對(duì)于熱加工過(guò)程來(lái)說(shuō)，變形溫度、變形程度和機(jī)械阻礙物是影響形核速度和長(zhǎng)大速度的三個(gè)基本參數(shù)。下面討論這三個(gè)基本參數(shù)對(duì)晶粒大小的影響。

1)加熱溫度(包括塑性變形前的加熱溫度和固溶處理時(shí)的加熱溫度)溫度對(duì)原子的擴(kuò)散能力有重要影響。隨著溫度的升高，原子(特別是晶界原子)的移動(dòng)、擴(kuò)散能力不斷增強(qiáng)，晶粒之間并吞速度加劇，晶粒的這種長(zhǎng)大可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成。所以晶粒隨溫度升高而長(zhǎng)大是一種必然現(xiàn)象。

2)變形程度：熱變形的晶粒大小與變形程度之間的關(guān)系和?5-17相似。

第一個(gè)大晶粒區(qū)，叫臨界變形區(qū)。臨界變形區(qū)是屬于一種小變形量范圍。因?yàn)槠渥冃瘟啃。饘賰?nèi)部只是局部地區(qū)受到變形。在再結(jié)晶時(shí)，這些受到變形的局部地區(qū)會(huì)產(chǎn)生再結(jié)晶核心，由于產(chǎn)生的核心數(shù)目不多，這些為數(shù)不多的核心將不斷長(zhǎng)大直到它們互相接觸，結(jié)果獲得了粗大晶粒。當(dāng)變形量大于臨界變形程度時(shí)，金屬內(nèi)部均產(chǎn)生了較大的塑性變形，由于具有了較高的畸變能，因而再結(jié)晶能同時(shí)形成較多的再結(jié)晶核心，這些核心稍微長(zhǎng)大就相互解除了，所以再結(jié)晶后獲得了細(xì)晶粒。當(dāng)變形量足夠大時(shí)，出現(xiàn)了第二個(gè)大晶粒區(qū)。該區(qū)的粗大晶粒與臨界變形時(shí)所產(chǎn)生的大晶粒不同。一般認(rèn)為，該區(qū)是在變形時(shí)先形成變形織構(gòu)，經(jīng)再結(jié)晶后形成了織構(gòu)大晶粒所致。可能的原因還可能是：

①由于變形程度大(90%以上)，內(nèi)部產(chǎn)生很大的熱效應(yīng)，引起鍛件實(shí)際變形溫度大幅度升高；

②由于變形程度大，使那些沿晶界分布的雜質(zhì)破碎并分散，造成變形的晶粒與晶粒之間局部地區(qū)直接接觸(與織構(gòu)的區(qū)別在于這時(shí)相互接觸的晶粒位向差可以是比較大的)，從而促使形成大晶粒。

3)機(jī)械阻礙物:機(jī)械阻礙物的存在形式分兩類(lèi)：一類(lèi)是鋼在冶煉凝固時(shí)從液相直接析出的，顆粒比較大，成偏析或統(tǒng)計(jì)分布；

另一類(lèi)是鋼凝固后，在繼續(xù)冷卻過(guò)程中從奧氏體晶粒內(nèi)析出的，顆粒十分細(xì)小，分布在晶界上。后一類(lèi)比前一類(lèi)的阻礙作用大得多。機(jī)械阻礙物的作用主要表現(xiàn)在對(duì)晶界的釘扎作用上。一旦機(jī)械阻礙物溶入晶內(nèi)時(shí)，晶界上就不存在機(jī)械阻礙作用了，晶粒便可立即長(zhǎng)大到與所處溫度對(duì)應(yīng)的晶粒大小。對(duì)晶粒的影響，除以上三個(gè)基本因素外，還有變形速度、原始晶粒度和化學(xué)成分等。

8.細(xì)化晶粒的主要途徑有哪些？ ①在原材料冶煉時(shí)加入一些合金元素(如鉭、鈮、鋯、鉬、鎢、釩、鈦等)及最終采用鋁、鈦等作脫氧劑。它們的細(xì)化作用主要在于：當(dāng)液態(tài)金屬凝固時(shí)，那些高熔點(diǎn)化合物起彌散的結(jié)晶核心作用，從而保證獲得極細(xì)晶粒。此外這些化合物同時(shí)又都起到機(jī)械阻礙的作用，是已形成的細(xì)晶粒不易長(zhǎng)大。

②采用適當(dāng)?shù)淖冃纬潭群妥冃螠囟取Ｋ苄宰冃螘r(shí)應(yīng)恰當(dāng)控制最高變形溫度(既要考慮加熱溫度，也要考慮到熱效應(yīng)引起的升溫)，以免發(fā)生聚集再結(jié)晶。如果變形量較小時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低變形溫度。

③采用鍛后正火(或退火)等相變重結(jié)晶的方法。必要時(shí)利用奧氏體再結(jié)晶規(guī)律進(jìn)行高溫正火來(lái)細(xì)化晶粒。

11.什么是塑性失穩(wěn)？拉伸失穩(wěn)與壓縮失穩(wěn)有什么本質(zhì)區(qū)別？ 塑性失穩(wěn)：在塑性加工中，當(dāng)材料所受載荷達(dá)到某一臨界值后，即使載荷下降，塑性變形還會(huì)繼續(xù)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為塑性失穩(wěn)。壓縮失穩(wěn)的主要影響因素是剛度參數(shù)，它在塑性成形中主要表現(xiàn)為坯料的彎曲和起皺，在彈性和塑性變形范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生；

拉伸失穩(wěn)的主要影響因素是強(qiáng)度參數(shù)，它主要表現(xiàn)為明顯的非均勻伸長(zhǎng)變形，在坯料上產(chǎn)生局部變薄或變細(xì)的現(xiàn)象，其進(jìn)一步發(fā)展是坯料的拉斷和破裂，它只產(chǎn)生于塑性變形范圍內(nèi)。

13.桿件的塑性壓縮失穩(wěn)與板料的塑性壓縮失穩(wěn)其表現(xiàn)形式有何不同？ 桿件的壓縮失穩(wěn)表現(xiàn)為彎曲；

板料的壓縮失穩(wěn)表現(xiàn)為起皺 14.塑性壓縮失穩(wěn)的臨界壓應(yīng)力與那些因素有關(guān)？(P180-184)15.在板料拉深中，引起法蘭變形區(qū)起皺的原因是什么？在生產(chǎn)實(shí)踐中，如何防止法蘭變形區(qū)的起皺？ 原因：壓縮力引起的失穩(wěn)起皺。成形過(guò)程中變形區(qū)坯料的徑向拉應(yīng)力ζ1和切向壓應(yīng)力ζ3?的平面應(yīng)力狀態(tài)下變形，當(dāng)切向壓應(yīng)力ζ3?達(dá)到失穩(wěn)臨界值時(shí)，坯料將產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。

防止方法：加設(shè)壓邊圈 一、填空題 1.衡量金屬或合金的塑性變形能力的數(shù)量指標(biāo)有 伸長(zhǎng)率 和 斷面收縮率。

2.所謂金屬的再結(jié)晶是指 冷變形金屬加熱到更高的溫度后，在原來(lái)變形的金屬中會(huì)重新形成新的無(wú)畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織 的過(guò)程。

3.金屬熱塑性變形機(jī)理主要有：

晶內(nèi)滑移、晶內(nèi)孿生、晶界滑移 和 擴(kuò)散蠕變 等。

4.請(qǐng)將以下應(yīng)力張量分解為應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量 ＝ ＋ 5.對(duì)應(yīng)變張量，請(qǐng)寫(xiě)出其八面體線(xiàn)變 與八面體切應(yīng)變 的表達(dá)式。

＝ ；

＝。

6.1864 年法國(guó)工程師屈雷斯加（H.Tresca）根據(jù)庫(kù)倫在土力學(xué)中研究成果，并從他自已所做的金屬擠壓試驗(yàn)，提出材料的屈服與最大切應(yīng)力有關(guān)，如果采用數(shù)學(xué)的方式，屈雷斯加屈服條件可表述為。

7.金屬塑性成形過(guò)程中影響摩擦系數(shù)的因素有很多，歸結(jié)起來(lái)主要有 金屬的種類(lèi)和化學(xué)成分、工具的表面狀態(tài)、接觸面上的單位壓力、變形溫度、變形速度 等幾方面的因素。

8.變形體處于塑性平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，在塑性流動(dòng)平面上滑移線(xiàn)上任一點(diǎn)的切線(xiàn)方向即為該點(diǎn)的最大切應(yīng)力方向。對(duì)于理想剛塑性材料處于平面應(yīng)變狀態(tài)下，塑性區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)不同其實(shí)質(zhì)只是平均應(yīng)力 不同，而各點(diǎn)處的 最大切應(yīng)力 為材料常數(shù)。

9.在眾多的靜可容應(yīng)力場(chǎng)和動(dòng)可容速度場(chǎng)中，必然有一個(gè)應(yīng)力場(chǎng)和與之對(duì)應(yīng)的速度場(chǎng)，它們滿(mǎn)足全部的靜可容和動(dòng)可容條件，此唯一的應(yīng)力場(chǎng)和速度場(chǎng)，稱(chēng)之為 真實(shí) 應(yīng)力場(chǎng)和 真實(shí) 速度場(chǎng)，由此導(dǎo)出的載荷，即為 真實(shí) 載荷，它是唯一的。

10.設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點(diǎn)的位移采用如下的線(xiàn)性多項(xiàng)式來(lái)表示：

，則單元內(nèi)任一點(diǎn)外的應(yīng)變可表示為 ＝。

11、金屬塑性成形有如下特點(diǎn)：

、、、。

12、按照成形的特點(diǎn)，一般將塑性成形分為 和 兩大類(lèi)，按照成形時(shí)工件的溫度還可以分為、和 三類(lèi)。

13、金屬的超塑性分為 和 兩大類(lèi)。

14、晶內(nèi)變形的主要方式和單晶體一樣分為 和。

其中 變形是主要的，而 變形是次要的，一般僅起調(diào)節(jié)作用。

15、冷變形金屬加熱到更高的溫度后，在原來(lái)變形的金屬中會(huì)重新形成新的無(wú)畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為金屬的。

16、常用的摩擦條件及其數(shù)學(xué)表達(dá)式。

17、研究塑性力學(xué)時(shí)，通常采用的基本假設(shè)有、、、體積力為零、初應(yīng)力為零、。

19.塑性是指：

在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力。

20.金屬單晶體變形的兩種主要方式有：

滑移 和 孿生。

21．影響金屬塑性的主要因素有：

化學(xué)成分、組織、變形溫度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)。

22.等效應(yīng)力表達(dá)式： 。

23.一點(diǎn)的代數(shù)值最大的 __ 主應(yīng)力 __ 的指向稱(chēng)為 第一主方向，由 第一主方向順時(shí)針轉(zhuǎn) 所得滑移線(xiàn)即為 線(xiàn)。

24.平面變形問(wèn)題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力 σ z =。

25．塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分別是：

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。

26．對(duì)數(shù)應(yīng)變的特點(diǎn)是具有真實(shí)性、可靠性和可加。

27．就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢(shì)是，隨著溫度的升高，塑性　提高。

28．鋼冷擠壓前，需要對(duì)坯料表面進(jìn)行磷化皂化　潤(rùn)滑處理。

29．為了提高潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑、耐磨、防腐等性能常在潤(rùn)滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱(chēng)叫添加劑。

30．材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過(guò) １００％ 的現(xiàn)象叫超塑性。

31．韌性金屬材料屈服時(shí)，密塞斯（Mises）準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。

32．硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生熱脆。

33．塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做理想塑性材料。

34．應(yīng)力狀態(tài)中的壓　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

35．平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sｍ　等于　中間主應(yīng)力s２。

36．鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

37．材料經(jīng)過(guò)連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑１＝０.1，第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑２＝０.25，則總的真實(shí)應(yīng)變e＝0.35。

38．塑性指標(biāo)的常用測(cè)量方法 拉伸試驗(yàn)法與壓縮試驗(yàn)法。

39．彈性變形機(jī)理 原子間距的變化；

塑性變形機(jī)理 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主。

二、下列各小題均有多個(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線(xiàn)上 1．塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

2．塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做　A。

Ａ、理想塑性材料；

Ｂ、理想彈性材料；

Ｃ、硬化材料；

3． 用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問(wèn)題的方法稱(chēng)為　B。

Ａ、解析法；

Ｂ、主應(yīng)力法；

Ｃ、滑移線(xiàn)法；

4． 韌性金屬材料屈服時(shí)，A準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。

Ａ、密席斯；

Ｂ、屈雷斯加；

Ｃ密席斯與屈雷斯加；

5．由于屈服原則的限制，物體在塑性變形時(shí)，總是要導(dǎo)致最大的 A 散逸，這叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；

Ｂ、力；

Ｃ、應(yīng)變；

6． 硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生　A。

Ａ、熱脆性；

Ｂ、冷脆性；

Ｃ、蘭脆性；

7． 應(yīng)力狀態(tài)中的B　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

Ａ、拉應(yīng)力；

Ｂ、壓應(yīng)力；

Ｃ、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；

8．平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sｍB中間主應(yīng)力s２。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

9． 鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 B。

Ａ、提高；

Ｂ、降低；

Ｃ、沒(méi)有變化；

10．多晶體經(jīng)過(guò)塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長(zhǎng)的現(xiàn)象稱(chēng)為　A。

Ａ、纖維組織；

Ｂ、變形織構(gòu)；

Ｃ、流線(xiàn)；

三、判斷題 1．按密塞斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩擦系數(shù)μ=0.5。

（×）2．塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

（×）3．靜水壓力的增加，對(duì)提高材料的塑性沒(méi)有影響。（×）4．在塑料變形時(shí)要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。

（×）5．塑性變形體內(nèi)各點(diǎn)的最大剪應(yīng)力的軌跡線(xiàn)叫滑移線(xiàn)。（√）6．塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。

（√）7．塑性就是柔軟性。

（×）8．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（×）9．合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（×）10．結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為，對(duì)于超塑性金屬m =0.02-0.2。

（×）11．影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

（√）12．屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。

（×）13．變形速度對(duì)摩擦系數(shù)沒(méi)有影響。

（×）14．靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。（√）15．碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。（×）16．如果已知位移分量，則按幾何方程求得的應(yīng)變分量自然滿(mǎn)足協(xié)調(diào)方程；

若是按其它方法求得的應(yīng)變分量，也自然滿(mǎn)足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗(yàn)其是否滿(mǎn)足連續(xù)性條件。

（×）17．在塑料變形時(shí)金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼（×）四、簡(jiǎn)答題 1.純剪切應(yīng)力狀態(tài)有何特點(diǎn)？ 答：純剪切應(yīng)力狀態(tài)下物體只發(fā)生形狀變化而不發(fā)生體積變化。

純剪應(yīng)力狀態(tài)下單元體應(yīng)力偏量的主方向與單元體應(yīng)力張量的主方向一致，平均應(yīng)力。

其第一應(yīng)力不變量也為零。

3.塑性變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)？ 答：在塑性變形時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點(diǎn)：

(1)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線(xiàn)性的，因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合。

(2)塑性變形時(shí)，可以認(rèn)為體積不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比。

(3)對(duì)于應(yīng)變硬化材料，卸載后再重新加載時(shí)的屈服應(yīng)力就是報(bào)載時(shí)的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高。

(4)塑性變形是不可逆的，與應(yīng)變歷史有關(guān)，即應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系不再保持單值關(guān)系。

1．試簡(jiǎn)述提高金屬塑性的主要途徑。

答：可通過(guò)以下幾個(gè)途徑來(lái)提高金屬塑性：

(1)提高材料的成分和組織的均勻性；

(2)合理選擇變形溫度和變形速度；

(3)選擇三向受壓較強(qiáng)的變形方式；

(4)減少變形的不均勻性。

2．請(qǐng)簡(jiǎn)述應(yīng)變速率對(duì)金屬塑性的影響機(jī)理。

答：應(yīng)變速度通過(guò)以下幾種方式對(duì)塑性發(fā)生影響：

(1)增加應(yīng)變速率會(huì)使金屬的真實(shí)應(yīng)力升高，這是由于塑性變形的過(guò)程比較復(fù)雜，需要有一定的時(shí)間來(lái)進(jìn)行。

(2)增加應(yīng)變速率，由于沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行回復(fù)或再結(jié)晶，因而軟化過(guò)程不充分而使金屬的塑性降低。

(3)增加應(yīng)變速率，會(huì)使溫度效應(yīng)增大和金屬的溫度升高，這有利于金屬塑性的提高。

綜上所述，應(yīng)變速率的增加，既有使金屬塑性降低的一面，又有使金屬塑性增加的一面，這兩方面因素綜合作用的結(jié)果，最終決定了金屬塑性的變化。

3．請(qǐng)簡(jiǎn)述彈性變形時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的特點(diǎn)。

答：彈性變形時(shí)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有如下特點(diǎn)：

(1)應(yīng)力與應(yīng)變完全成線(xiàn)性關(guān)系，即應(yīng)力主軸與全量應(yīng)變主軸重合。

(2)彈性變形是可逆的，與應(yīng)變歷史（加載過(guò)程）無(wú)關(guān)，即某瞬時(shí)的物體形狀、尺寸只與該瞬時(shí)的外載有關(guān)，而與瞬時(shí)之前各瞬間的載荷情況無(wú)關(guān)。

(3)彈性變形時(shí)，應(yīng)力球張量使物體產(chǎn)生體積的變化，泊松比。

三、計(jì)算題 1．對(duì)于直角坐標(biāo)系 Oxyz 內(nèi)，已知受力物體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量為，應(yīng)力單位為 Mpa，(1)畫(huà)出該點(diǎn)的應(yīng)力單元體；

(2)求出該點(diǎn)的應(yīng)力張量不變量、主應(yīng)力及主方向、最大切應(yīng)力、八面體應(yīng)力、應(yīng)力偏張量及應(yīng)力球張量。

解：

(1)該點(diǎn)的應(yīng)力單元體如下圖所示(2)應(yīng)力張量不變量如下 故得應(yīng)力狀態(tài)方程為 解之得該應(yīng)力狀態(tài)的三個(gè)主應(yīng)力為（Mpa）設(shè)主方向?yàn)椋瑒t主應(yīng)力與主方向滿(mǎn)足如下方程 即，解之則得，解之則得，解之則得 最大剪應(yīng)力為：

八面體正應(yīng)力為：

Mpa 八面體切應(yīng)力為：

應(yīng)力偏張量為：，應(yīng)力球張量為：

2．已知金屬變形體內(nèi)一點(diǎn)的應(yīng)力張量為 Mpa，求：

(1)計(jì)算方向余弦為 l=1/2，m=1/2，n= 的斜截面上的正應(yīng)力大小。

(2)應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量；

(3)主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力；

解：

(1)可首先求出方向余弦為（l,m,n）的斜截面上的應(yīng)力（）進(jìn)一步可求得斜截面上的正應(yīng)力 ：

(2)該應(yīng)力張量的靜水應(yīng)力 為 其應(yīng)力偏張量 應(yīng)力球張量(3)在主應(yīng)力面上可達(dá)到如下應(yīng)力平衡 其中 欲使上述方程有解，則 即 解之則得應(yīng)力張量的三個(gè)主應(yīng)力：

對(duì)應(yīng)地，可得最大剪應(yīng)力。

3．若變形體屈服時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)為：-30 0 0 15 0 23 ′ ÷ ÷ ÷ ? ? ? ? ? è ? × × × = ij s MPa 試分別按Mises和Tresca塑性條件計(jì)算該材料的屈服應(yīng)力及值，并分析差異大小。

解：，Tresca準(zhǔn)則：

MPa 而＝＝1 Mises準(zhǔn)則：

MPa 而＝＝1.07 或者：，4．某理想塑性材料，其屈服應(yīng)力為100(單位：10MPa)，某點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)為：

MPa 將其各應(yīng)力分量畫(huà)在如圖所示的應(yīng)力單元圖中，并判斷該點(diǎn)處于什么狀態(tài)（彈性/塑性）？ 答：＝－300MPa ＝230MPa ＝150MPa ＝－30 MPa ====0 根據(jù)應(yīng)力張量第一、第二、第三不變量公式：

＝++-＝＋＋ ＝ 將、、、、、、、、代入上式得：

＝8，＝804，＝－10080(單位：10MPa)將、、代入－－б－＝0，令>>解得：

=24 =14 =－30(單位：10MPa)根據(jù)Mises屈服準(zhǔn)則：

等效應(yīng)力 ＝ ＝49.76(單位：10MPa)(單位：10MPa)因此,該點(diǎn)處于彈性狀態(tài)。

一、填空題 1.設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點(diǎn)的位移采用如下的線(xiàn)性多項(xiàng)式來(lái)表示：

，則單元內(nèi)任一點(diǎn)外的應(yīng)變可表示為 ＝。

2.塑性是指：

在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力。

3.金屬單晶體變形的兩種主要方式有：

滑移 和 孿生。

4.等效應(yīng)力表達(dá)式：。

5.一點(diǎn)的代數(shù)值最大的 __ 主應(yīng)力 __ 的指向稱(chēng)為 第一主方向，由 第一主方向順時(shí)針轉(zhuǎn) 所得滑移線(xiàn)即為 線(xiàn)。

6.平面變形問(wèn)題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力 σ z =。

7．塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分別是：

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。

8．對(duì)數(shù)應(yīng)變的特點(diǎn)是具有真實(shí)性、可靠性和可加性。

9．就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢(shì)是，隨著溫度的升高，塑性　提高。

10．鋼冷擠壓前，需要對(duì)坯料表面進(jìn)行磷化皂化　潤(rùn)滑處理。

11．為了提高潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑、耐磨、防腐等性能常在潤(rùn)滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱(chēng)叫添加劑。

12．材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過(guò) １００％ 的現(xiàn)象叫超塑性。

13．韌性金屬材料屈服時(shí)，密席斯（Mises）準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。

14．硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生熱脆。

15．塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做理想塑性材料。

16．應(yīng)力狀態(tài)中的壓　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

17．平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sm 　等于　中間主應(yīng)力s2。

18．鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

19．材料經(jīng)過(guò)連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑1＝０.1，第二次的真實(shí)應(yīng)變?yōu)閑2＝０.25，則總的真實(shí)應(yīng)變e＝0.35。

20．塑性指標(biāo)的常用測(cè)量方法 拉伸試驗(yàn)法與壓縮試驗(yàn)法。

21．彈性變形機(jī)理 原子間距的變化；

塑性變形機(jī)理 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主。

二、下列各小題均有多個(gè)答案，選擇最適合的一個(gè)填于橫線(xiàn)上 1．塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

2．塑性變形時(shí)不產(chǎn)生硬化的材料叫做　A。

Ａ、理想塑性材料；

Ｂ、理想彈性材料；

Ｃ、硬化材料；

3． 用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問(wèn)題的方法稱(chēng)為　B。

Ａ、解析法；

Ｂ、主應(yīng)力法；

Ｃ、滑移線(xiàn)法；

4． 韌性金屬材料屈服時(shí)，A準(zhǔn)則較符合實(shí)際的。

Ａ、密席斯；

Ｂ、屈雷斯加；

Ｃ密席斯與屈雷斯加；

5．由于屈服原則的限制，物體在塑性變形時(shí)，總是要導(dǎo)致最大的 A 散逸，這叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；

Ｂ、力；

Ｃ、應(yīng)變；

6． 硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生　A。

Ａ、熱脆性；

Ｂ、冷脆性；

Ｃ、蘭脆性；

7． 應(yīng)力狀態(tài)中的B　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

Ａ、拉應(yīng)力；

Ｂ、壓應(yīng)力；

Ｃ、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；

8．平面應(yīng)變時(shí)，其平均正應(yīng)力sｍB中間主應(yīng)力s２。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

9． 鋼材中磷使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性 B。

Ａ、提高；

Ｂ、降低；

Ｃ、沒(méi)有變化；

10．多晶體經(jīng)過(guò)塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長(zhǎng)的現(xiàn)象稱(chēng)為　A。

Ａ、纖維組織；

Ｂ、變形織構(gòu)；

Ｃ、流線(xiàn)；

三、判斷題 1．按密席斯屈服準(zhǔn)則所得到的最大摩擦系數(shù)μ=0.5。

（×）2．塑性變形時(shí)，工具表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響。

（×）3．靜水壓力的增加，對(duì)提高材料的塑性沒(méi)有影響。（×）4．在塑料變形時(shí)要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。

（×）5．塑性變形體內(nèi)各點(diǎn)的最大剪應(yīng)力的軌跡線(xiàn)叫滑移線(xiàn)。（√）6．塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。

（√）7．塑性就是柔軟性。

（×）8．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（×）9．合金鋼中的白點(diǎn)現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（×）10．結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性為，對(duì)于超塑性金屬m =0.02-0.2。

（×）11．影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

（√）12．屈雷斯加準(zhǔn)則與密席斯準(zhǔn)則在平面應(yīng)變上，兩個(gè)準(zhǔn)則是一致的。

（×）13．變形速度對(duì)摩擦系數(shù)沒(méi)有影響。

（×）14．靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。（√）15．碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。（×）16．如果已知位移分量，則按幾何方程求得的應(yīng)變分量自然滿(mǎn)足協(xié)調(diào)方程；

若是按其它方法求得的應(yīng)變分量，也自然滿(mǎn)足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗(yàn)其是否滿(mǎn)足連續(xù)性條件。

（×）17．在塑料變形時(shí)金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼（×）四、名詞解釋 1．上限法的基本原理是什么？ 答：按運(yùn)動(dòng)學(xué)許可速度場(chǎng)來(lái)確定變形載荷的近似解，這一變形載荷它總是大于真實(shí)載荷，即高估的近似值，故稱(chēng)上限解。

2．在結(jié)構(gòu)超塑性的力學(xué)特性中，m值的物理意義是什么？ 答：為應(yīng)變速率敏感性系數(shù)，是表示超塑性特征的一個(gè)極重要的指標(biāo)，當(dāng)m值越大，塑性越好。

3．何謂冷變形、熱變形和溫變形？ 答：冷變形：在再結(jié)晶溫度以下（通常是指室溫）的變形。

熱變形：在再結(jié)晶溫度以上的變形。

溫變形：在再結(jié)晶溫度以下，高于室溫的變形。

4．何謂最小阻力定律？ 答：變形過(guò)程中，物體質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)，即做最少的功，走最短的路。

5．何謂超塑性？ 答：延伸率超過(guò)100%的現(xiàn)象叫做超塑性。

五、簡(jiǎn)答題 1．請(qǐng)簡(jiǎn)述有限元法的思想。

答：有限元法的基本思想是：

(1)把變形體看成是有限數(shù)目單元體的集合，單元之間只在指定節(jié)點(diǎn)處鉸接，再無(wú)任何關(guān)連，通過(guò)這些節(jié)點(diǎn)傳遞單元之間的相互作用。如此離散的變形體，即為實(shí)際變形體的計(jì)算模型；

(2)分片近似，即對(duì)每一個(gè)單元選擇一個(gè)由相關(guān)節(jié)點(diǎn)量確定的函數(shù)來(lái)近似描述其場(chǎng)變量（如速度或位移）并依據(jù)一定的原理建立各物理量之間的關(guān)系式；

(3)將各個(gè)單元所建立的關(guān)系式加以集成，得到一個(gè)與有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的總體方程。

解此總體方程，即可求得有限個(gè)節(jié)點(diǎn)的未知量（一般為速度或位移），進(jìn)而求 得整個(gè)問(wèn)題的近似解，如應(yīng)力應(yīng)變、應(yīng)變速率等。

所以有限元法的實(shí)質(zhì)，就是將具有無(wú)限個(gè)自由度的連續(xù)體，簡(jiǎn)化成只有有限個(gè)自由度的單元集合體，并用一個(gè)較簡(jiǎn)單問(wèn)題的解去逼近復(fù)雜問(wèn)題的解。

2.Levy-Mises 理論的基本假設(shè)是什么？ 答：

Levy-Mises 理論是建立在以下四個(gè)假設(shè)基礎(chǔ)上的：

(1)材料是剛塑性材料，即彈性應(yīng)變?cè)隽繛榱悖苄詰?yīng)變?cè)隽烤褪强偟膽?yīng)變?cè)隽浚?/p>

(2)材料符合 Mises 屈服準(zhǔn)則，即 ；

(3)每一加載瞬時(shí)，應(yīng)力主軸與應(yīng)變?cè)隽恐鬏S重合；

(4)塑性變形時(shí)體積不變，即，所以應(yīng)變?cè)隽繌埩烤褪菓?yīng)變?cè)隽科珡埩浚? 3．在塑性加工中潤(rùn)滑的目的是什么？影響摩擦系數(shù)的主要因素有哪些？ 答：（1）潤(rùn)滑的目的是:減少工模具磨損；

延長(zhǎng)工具使用壽命；

提高制品質(zhì)量；

降低金屬變形時(shí)的能耗。

（2）影響摩擦系數(shù)的主要因素：

答：1）金屬種類(lèi)和化學(xué)成分；

2）工具材料及其表面狀態(tài)；

3）接觸面上的單位壓力；

4）變形溫度；

5）變形速度；

6）潤(rùn)滑劑 4．簡(jiǎn)述在塑性加工中影響金屬材料變形抗力的主要因素有哪些？ 答：（1）材料（化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)）；

（2）變形程度；

（3）變形溫度；

（4）變形速度；

（5）應(yīng)力狀態(tài)；

（6）接觸界面（接觸摩擦）5．為什么說(shuō)在速度間斷面上只有切向速度間斷，而法向速度必須連續(xù)？ 答：現(xiàn)設(shè)變形體被速度間斷面SD分成①和②兩個(gè)區(qū)域；

在微段dSD上的速度間斷情況如下圖所示。

根據(jù)塑性變形體積不變條件，以及變形體在變形時(shí)保持連續(xù)形，不發(fā)生重疊和開(kāi)裂可知，垂直于dSD上的速度分量必須相等，即，而切向速度分量可以不等，造成①、②區(qū)的相對(duì)滑動(dòng)。其速度間斷值為 6．何謂屈服準(zhǔn)則？常用屈服準(zhǔn)則有哪兩種？試比較它們的同異點(diǎn)？ 答：（1）屈服準(zhǔn)則：只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間符合一定的關(guān)系時(shí)，質(zhì)點(diǎn)才進(jìn)入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系就叫屈服準(zhǔn)則。

（2）常用屈服準(zhǔn)則：密席斯屈服準(zhǔn)則與屈雷斯加屈服準(zhǔn)則。

（3）同異點(diǎn)：在有兩個(gè)主應(yīng)力相等的應(yīng)力狀態(tài)下，兩者是一致的。對(duì)于塑性金屬材料，密席斯準(zhǔn)則更接近于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在平面應(yīng)變狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)準(zhǔn)則的差別最大為15.5% 7.簡(jiǎn)述塑性成形中對(duì)潤(rùn)滑劑的要求。

答：（1）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤(rùn)滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)；

（2）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時(shí)，潤(rùn)滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；

（3）潤(rùn)滑劑有冷卻模具的作用；

（4）潤(rùn)滑劑不應(yīng)對(duì)金屬和模具有腐蝕作用；

（5）潤(rùn)滑劑應(yīng)對(duì)人體無(wú)毒，不污染環(huán)境；

（6）潤(rùn)滑劑要求使用、清理方便、來(lái)源豐富、價(jià)格便宜等。

8．簡(jiǎn)述金屬塑性加工的主要優(yōu)點(diǎn)? 答：（1）結(jié)構(gòu)致密，組織改善，性能提高。

（2）材料利用率高，流線(xiàn)分布合理。

（3）精度高，可以實(shí)現(xiàn)少無(wú)切削的要求。

（4）生產(chǎn)效率高。

六、計(jì)算題 1．圓板坯拉深為圓筒件如圖1所示。

假設(shè)板厚為t , 圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實(shí)應(yīng)力為S，不計(jì)接觸面上的摩擦 ,且忽略凹模口處的彎曲效應(yīng) , 試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉深力為：

（a）拉深示意圖（b）單元體 圖1 板料的拉深 答：在工件的凸緣部分取一扇形基元體，如圖所示。沿負(fù)的徑向的靜力平衡方程為：

展開(kāi)并略去高階微量，可得：

由于是拉應(yīng)力，是壓應(yīng)力，故，得近似塑性條件為：

聯(lián)解得：

式中的 2．如圖2所示，設(shè)有一半無(wú)限體，側(cè)面作用有均布?jí)簯?yīng)力，試用主應(yīng)力法求單位流動(dòng)壓力p。

圖2 解：

取半無(wú)限體的半剖面，對(duì)圖中基元板塊（設(shè)其長(zhǎng)為 l）列平衡方程：

（1）其中，設(shè)，為摩擦因子，為材料屈服時(shí)的最大切應(yīng)力值，、均取絕對(duì)值。

由(1)式得：

（2）采用絕對(duì)值表達(dá)的簡(jiǎn)化屈服方程如下：

（3）從而（4）將（2）（3）（4）式聯(lián)立求解，得：

（5）在邊界上，由（3）式，知，代入（5）式得：

最后得：

（6）從而，單位流動(dòng)壓力：

（7）3．圖3所示的圓柱體鐓粗，其半徑為re，高度為h，圓柱體受軸向壓應(yīng)力sZ，而鐓粗變形接觸表面上的摩擦力t＝０.２Ｓ（Ｓ為流動(dòng)應(yīng)力），sze為鍛件外端（r=re）處的垂直應(yīng)力。

（1）證明接觸表面上的正應(yīng)力為：

（2）并畫(huà)出接觸表面上的正應(yīng)力分布；

（3）求接觸表面上的單位流動(dòng)壓力ｐ，（4）假如re＝100MM，Ｈ＝150MM,Ｓ=500MPa，求開(kāi)始變形時(shí)的總變形抗力Ｐ為多少?lài)崳?解：

（1）證明 該問(wèn)題為平行砧板間的軸對(duì)稱(chēng)鐓粗。設(shè)對(duì)基元板塊列平衡方程得：

因?yàn)椋⒙匀ザ螣o(wú)窮小項(xiàng)，則上式化簡(jiǎn)成：

假定為均勻鐓粗變形，故：

圖3 最后得：

該式與精確平衡方程經(jīng)簡(jiǎn)化后所得的近似平衡方程完全相同。

按密席斯屈服準(zhǔn)則所寫(xiě)的近似塑性條件為：

聯(lián)解后得：

當(dāng)時(shí)，最后得：

（3）接觸表面上的單位流動(dòng)壓力為：

=544MP（4）總變形抗力: =1708T 4．圖4所示的一平?jīng)_頭在外力作用下壓入兩邊為斜面的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計(jì)，其接觸面上的單位壓力為q，自由表面AH、BE與X軸的夾角為，求：

（1）證明接觸面上的單位應(yīng)力q=K（2++2）；

（2）假定沖頭的寬度為2b，求單位厚度的變形抗力P；

圖4 解：

（1）證明 1）在AH邊界上有：

故，屈服準(zhǔn)則：

得：

2）在AO邊界上：

根據(jù)變形情況：

按屈服準(zhǔn)則：

沿族的一條滑移（OA1A2A3A4）為常數(shù)（2）單位厚度的變形抗力：

5．圖5所示的一尖角為2j的沖頭在外力作用下插入具有相同角度的缺口的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計(jì)，其接觸面上的單位壓力為p，自由表面ABC與X軸的夾角為d，求：

（1）證明接觸面上的單位應(yīng)力p=2K（1+j+d）；

（2）假定沖頭的寬度為2b，求變形抗力P。

圖5 答：

（1）證明 1）在AC邊界上：

2）在AO邊界上：

3）根據(jù)變形情況：

4）按屈服準(zhǔn)則：

5）沿族的一條滑移（OFEB）為常數(shù)（2）設(shè)AO的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則變形抗力為：

6．模壁光滑平面正擠壓的剛性塊變形模型如圖6所示，試計(jì)算其單位擠壓力的上限解 P，設(shè)材料的最大切應(yīng)力為常數(shù)K。

圖6 解：首先，可根據(jù)動(dòng)可容條件建立變形區(qū)的速端圖，如圖7所示：

圖7 設(shè)沖頭的下移速度為。由圖7可求得各速度間斷值如下：

;;由于沖頭表面及模壁表面光滑，故變形體的上限功率僅為各速度間隔面上消耗的剪切功率，如下式所示：

又沖頭的功率可表示為：

故得：

7．一理想剛塑性體在平砧頭間鐓粗到某一瞬間，條料的截面尺寸為 2a × 2a，長(zhǎng)度為 L，較 2a 足夠大，可以認(rèn)為是平面變形。變形區(qū)由 A、B、C、D 四個(gè)剛性小塊組成（如圖8所示），此瞬間平砧頭速度為 ú i =1（下砧板認(rèn)為靜止不動(dòng)）。試畫(huà)出速端圖并用上限法求此條料的單位變形力 p。

圖8 解：根據(jù)滑移線(xiàn)理論，可認(rèn)為變形區(qū)由對(duì)角線(xiàn)分成的四個(gè)剛性三角形組成。剛性塊 B、D 為死區(qū)，隨壓頭以速度 u 相向運(yùn)動(dòng)；

剛性塊 A、C 相對(duì)于 B、D有相對(duì)運(yùn)動(dòng)（速度間斷），其數(shù)值、方向可由速端圖（如圖9所示）完全確定。

圖9 u * oA = u * oB = u * oC = u * oD =u/sin θ = 根據(jù)能量守恒：

2P · 1 ＝ K（u * oA ＋ u * oB ＋ u * oC ＋ u * oD）又 ＝ ＝ ＝ ＝ a 所以單位流動(dòng)壓力：P = ＝ 2K

第五篇：材料成形原理1、2、3章

緒論

材料成形：將材料加工成具有一定形狀、尺寸和性能要求的零部件或毛坯的工藝方法。材料成形主要方法：除去加工法、連接加工法、變形加工法、液態(tài)及粉末成形加工法。

液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 在熔點(diǎn)附近，空穴數(shù)目可以達(dá)到原子總數(shù)的1% 金屬由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，體積膨脹為3%·5% 熔化潛熱：在熔點(diǎn)溫度的固態(tài)，變?yōu)橥瑴囟认碌囊簯B(tài)，金屬要吸收大量的熱量 原子在固態(tài)的規(guī)則排列熔化后紊亂程度不大，液態(tài)金屬原子間結(jié)合鍵只破壞了一部分，液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)應(yīng)接近固態(tài)金屬而遠(yuǎn)離氣態(tài)金屬（熔點(diǎn)和過(guò)熱度不大時(shí)）。純金屬的液態(tài)結(jié)構(gòu)是由原子集團(tuán)、游離原子和空穴組成的。結(jié)構(gòu)起伏：原子集團(tuán)和空穴的變化現(xiàn)象。

實(shí)際合金熔體的結(jié)構(gòu)是極其復(fù)雜的，包含各種化學(xué)成分的原子集團(tuán)、游離原子、空穴、夾雜物及氣泡等，是一種混濁的液體。液態(tài)金屬中存在溫度起伏、相起伏和濃度起伏。液態(tài)金屬的粘度：粘度的本質(zhì)是原子間的結(jié)合力。影響粘度的因素：化學(xué)成分、溫度和夾雜物。

化學(xué)成分：難溶化合物的液體粘度較高，而熔點(diǎn)低的共晶成分的合金粘度低，對(duì)于共晶成分的合金，異類(lèi)原子之間不發(fā)生結(jié)合，而同類(lèi)原子聚合時(shí)，由于異類(lèi)原子的存在而使它的聚合緩慢，晶坯的形成拖后，故粘度較非共晶成分低。非金屬夾雜物：夾雜物的存在使液態(tài)金屬成為不均勻的多相體系，液相流動(dòng)時(shí)的內(nèi)摩擦力增加，粘度增加。

粘度意義：對(duì)液態(tài)金屬凈化的影響；對(duì)液態(tài)合金流動(dòng)阻力的影響；對(duì)凝固過(guò)程中液態(tài)合金對(duì)流的影響。

液體以層流方式流動(dòng)時(shí)，流動(dòng)阻力大，金屬液在澆注系統(tǒng)和型腔中的流動(dòng)一般為紊流，有利于順利充填型腔。但在充型后期或狹窄的枝晶間的補(bǔ)縮和細(xì)薄鑄件中呈現(xiàn)為層流。溫度差和濃度差產(chǎn)生的浮力，是液態(tài)合金對(duì)流的驅(qū)動(dòng)力，粘度越大，對(duì)流強(qiáng)度越小。

表面張力：一小部分的液體在大氣中單獨(dú)存在時(shí)，力圖保持球形狀態(tài)，說(shuō)明總有一個(gè)力使其趨向球狀

表面張力的實(shí)質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)間的作用力，是由質(zhì)點(diǎn)間的作用力不平衡引起的，指向液體內(nèi)部的合力是表面張力產(chǎn)生的根源。表面自由能即單位面積自由能，表面能或表面張力是界面能或界面張力的一個(gè)特例，對(duì)于液體來(lái)說(shuō)，表面張力和表面能大小相等，只是單位不同，體現(xiàn)為從不同角度來(lái)描述同一現(xiàn)象。影響表面張力的因素：熔點(diǎn)、溫度和溶質(zhì)元素。

金屬微粒的熔點(diǎn)隨其尺寸減小而降低，熔點(diǎn)越高，表面張力越大。表面活性元素：使表面張力降低的元素

正吸附：溶質(zhì)在界面層的濃度大于在溶液內(nèi)部的濃度

加入溶質(zhì)改變表面張力的原理在于它改變了表面層質(zhì)點(diǎn)的力場(chǎng)分布不對(duì)稱(chēng)程度。正負(fù)吸附的原理在于自然界中系統(tǒng)的自由能總是自發(fā)降低 表面張力意義：

毛細(xì)管現(xiàn)象：將內(nèi)徑很細(xì)的玻璃管，插入能潤(rùn)濕玻璃管的液體中，則管內(nèi)液面上升，且呈凹面狀；...產(chǎn)生部位：狹窄管口，裂縫和細(xì)孔

澆鑄薄小鑄件時(shí)必須提高澆注溫度和壓力，以克服附加壓力的阻礙。金屬凝固后期，枝晶間存在的微小液膜小至微米時(shí)，表面張力對(duì)鑄件的凝固過(guò)程的補(bǔ)縮狀況對(duì)金屬是否出現(xiàn)熱裂缺陷具有重大影響。

熔焊過(guò)程中，熔渣和合金液兩相應(yīng)不潤(rùn)濕，否則不易將其從合金液去除，導(dǎo)致焊縫處夾渣缺陷的產(chǎn)生。

晶體的形核及生長(zhǎng)、縮松、熱裂、夾雜及氣泡等鑄造缺陷都與表面張力聯(lián)系密切。

液態(tài)成形中的流動(dòng)與傳熱

液態(tài)成形是將熔化的金屬或合金在重力或其他外力作用下注入鑄型的型腔中，待其冷卻凝固后獲得與型腔形狀相同的鑄件的一種成形方法

或：液態(tài)成形是液態(tài)金屬充滿(mǎn)型腔并凝固后獲得符合要求的毛坯或零件的工藝技術(shù)。液態(tài)金屬的充型能力首先取決于液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力，同時(shí)又與外界條件密切相關(guān)，是各種因素的綜合反映，充型能力可以通過(guò)改變外界條件提高。

液態(tài)金屬本身的流動(dòng)能力稱(chēng)為流動(dòng)性，是由金屬的成分、溫度、雜質(zhì)含量決定的，可認(rèn)為是確定條件下的充型能力。流動(dòng)性越好，氣體和雜質(zhì)越易于上浮，使金屬得以?xún)艋己玫牧鲃?dòng)性有利于防止縮孔縮松熱裂等缺陷。流動(dòng)性越好，充型能力越強(qiáng)。

具有最大溶解度的合金，其流動(dòng)性最小。在液態(tài)金屬前面析出15%~20%液相時(shí)，液態(tài)金屬就停止流動(dòng)。

影響充型能力的因素：

1.金屬性質(zhì)方面的因素。這類(lèi)因素是內(nèi)因，決定了金屬本身的流動(dòng)能力—流動(dòng)性。

合金的成分：純金屬和共晶成分的地方出現(xiàn)最大值，即流動(dòng)性最好。

結(jié)晶潛熱：約占液態(tài)金屬含熱量的85%--90%，其余為過(guò)熱量。純金屬和共晶成分合金凝固過(guò)程釋放的潛熱越多，凝固過(guò)程進(jìn)行的越緩慢，流動(dòng)性越好。

金屬的比熱容、密度、熱導(dǎo)率：比熱容和密度大的合金，因本身含有較多的熱量，在相同的過(guò)熱度下保持液態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)，流動(dòng)性好；熱導(dǎo)率小的合金，熱量散失慢，同時(shí)，凝固期間液固兩相并存的兩相區(qū)小，流動(dòng)阻力小，流動(dòng)性好。金屬中加入合金元素后，一般都使熱導(dǎo)率明顯下降，流動(dòng)性上升。粘度

表面張力：對(duì)薄壁鑄件、鑄件的細(xì)薄部分、棱角的成形有影響，為克服附加壓力的阻礙，必須在正常壓頭上增加一個(gè)附加壓頭h。2.鑄型性質(zhì)方面的因素：

鑄型的蓄熱系數(shù)：表示鑄型從其中的金屬中吸收并儲(chǔ)存于自身中熱量的能力。蓄熱系數(shù)越大，激冷能力越強(qiáng)，金屬于其中保持液態(tài)的時(shí)間就越短，充型能力下降，可采用涂料調(diào)整蓄熱系數(shù)。

鑄型的溫度：預(yù)熱鑄型能減小金屬與鑄型的溫差，從而提高充型能力。3.澆鑄條件方面的因素: 澆注溫度：具有決定性的影響，在比較低的澆注溫度下，鑄鋼的流動(dòng)性隨含碳量的增加而提高。對(duì)于薄壁鑄件或流動(dòng)性差的合金，通常采用提高澆注溫度改善充型能力的措施，一般鑄鋼的澆注溫度為1520~1620 充型壓頭：增加金屬靜壓頭的方法提高充型能力，也可采用壓力鑄造、低壓鑄造、真空吸鑄。

澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，流動(dòng)阻力越大，在靜壓頭相同的情況下充型能力越差。設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，要合理安排內(nèi)澆道在鑄件上位置，選擇恰當(dāng)?shù)臐沧⑾到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和組件的斷面積。

4.鑄件結(jié)構(gòu)方面的因素：

鑄件的折算厚度：鑄件壁越薄，折算厚度越小，越不容易被充滿(mǎn)。垂直壁易充滿(mǎn)，要正確選擇澆注位置。鑄件的復(fù)雜程度

凝固過(guò)程中的液體流動(dòng)：

自然對(duì)流：由密度差和凝固收縮引起的液體流動(dòng)。浮力流：由密度差引起的流動(dòng)。

雙擴(kuò)散對(duì)流：由傳熱、傳質(zhì)和溶質(zhì)再分配引起的液態(tài)合金密度不均勻，密度小的液相上浮，密度大的液相下沉。

強(qiáng)迫對(duì)流：由液體受到各種方式的驅(qū)動(dòng)力而產(chǎn)生，如壓力頭，機(jī)械攪動(dòng)，鑄型振動(dòng)及外加電磁場(chǎng)等。

凝固收縮等引起的對(duì)流主要產(chǎn)生在枝晶之間。

枝晶間的液體流動(dòng)就是在糊狀區(qū)的補(bǔ)縮流動(dòng)，寬結(jié)晶溫度范圍的合金，樹(shù)枝晶發(fā)達(dá)，凝固過(guò)程最后的補(bǔ)縮往往得不到液流的補(bǔ)充，而形成縮松。

凝固過(guò)程中的熱量傳輸，傳導(dǎo)傳熱、對(duì)流換熱、輻射換熱。熱傳導(dǎo)為主要方式。鑄件冷卻凝固過(guò)程實(shí)質(zhì)上是鑄件內(nèi)部過(guò)熱熱量和潛熱不斷向外散失的過(guò)程。

測(cè)溫法測(cè)溫度場(chǎng)是通過(guò)向被測(cè)件內(nèi)安放熱電偶實(shí)現(xiàn)的，主要技術(shù)是放置熱電偶的位置的選擇和數(shù)據(jù)的處理。

動(dòng)態(tài)凝固曲線(xiàn)的水平距離很小或等于零時(shí)，這時(shí)鑄件的凝固區(qū)很小或者沒(méi)有，稱(chēng)這種凝固方式為層狀凝固方式。

一般的，具有層狀凝固方式的鑄件，凝固過(guò)程容易補(bǔ)縮，組織致密，性能好；具有體積凝固方式的鑄件，不易補(bǔ)縮，易產(chǎn)生縮松、夾雜、開(kāi)裂等缺陷，鑄件的性能差。影響凝固方式的因素是合金的化學(xué)成分和鑄件斷面的溫度梯度。

鑄件的凝固時(shí)間是指液態(tài)金屬充滿(mǎn)鑄型時(shí)刻至凝固完畢所需要的時(shí)間。凝固速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間凝固層增長(zhǎng)的厚度。

平方根定律：鑄件凝固層厚度與凝固時(shí)間的平方根成正比。金屬型的凝固系數(shù)一般較大。

折算厚度法則考慮到了鑄件形狀這個(gè)因素，因而它更接近實(shí)際，是對(duì)平方根定律的修訂和發(fā)展。

液態(tài)金屬的凝固形核及生長(zhǎng)方式

液態(tài)金屬的凝固過(guò)程決定著凝固后的顯微組織，并影響隨后冷卻過(guò)程中的相變、過(guò)飽和相的析出、鑄件的熱處理過(guò)程及凝固過(guò)程中的偏析、氣體析出、補(bǔ)縮過(guò)程和裂紋形成等，對(duì)鑄件的質(zhì)量、性能以及工藝過(guò)程都有極其重要的作用。

由于結(jié)構(gòu)高度紊亂的液相具有更高的熵值，液相自由能將以更大的速率隨著溫度的升高而降低。

對(duì)于給定金屬，結(jié)晶潛熱與平衡結(jié)晶溫度是定值，故自由能差僅與過(guò)冷度有關(guān)，因此液態(tài)金屬的凝固過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力是由過(guò)冷度提供的，過(guò)冷度越大，驅(qū)動(dòng)力也越大。晶核的形成和長(zhǎng)大是同時(shí)進(jìn)行的，即在晶核長(zhǎng)大的同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生新的結(jié)晶核心。

凝固過(guò)程總的來(lái)說(shuō)是由于體系自由能減低自發(fā)進(jìn)行的，但在形核時(shí)，體系自由能的變化是由體積自由能的降低和界面自由能的升高組成的，當(dāng)能量以降低為主時(shí)，就發(fā)生凝固現(xiàn)象。

高能態(tài)區(qū)：固態(tài)晶粒與液態(tài)間的界面。

生核或晶體的長(zhǎng)大，是液態(tài)中的原子不斷晶面向固態(tài)晶粒堆積的過(guò)程，是固液界面不斷的向前推進(jìn)的過(guò)程。

熱力學(xué)能障與動(dòng)力學(xué)能障都與界面狀態(tài)密切相關(guān)。熱力學(xué)能障是由被迫處于高自由能過(guò)渡狀態(tài)的界面原子產(chǎn)生的，它能直接影響到系統(tǒng)自由能的大小，界面自由能即屬于這種情況；動(dòng)力學(xué)能障是由金屬原子穿越界面過(guò)程引起的，它與結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力無(wú)關(guān)，僅取決于界面的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，激活自由能即屬于這種情況。液態(tài)金屬在成分、溫度、能量上是不均勻的，正是由于存在這三個(gè)起伏，才能克服凝固過(guò)程中的兩個(gè)能障，使凝固過(guò)程不斷的進(jìn)行下去。液態(tài)金屬在一定的過(guò)冷度下，臨界晶核必由相起伏提供，臨界形核功由能量起伏提供。

凝固過(guò)程中產(chǎn)生的固液界面使體系的自由能增加，導(dǎo)致凝固過(guò)程不可能瞬時(shí)完成，也不可能同時(shí)在很大的范圍內(nèi)進(jìn)行，只能逐漸的形核生長(zhǎng)，逐漸的克服兩個(gè)能障，才能完成液體到固體的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，界面的形態(tài)與特征又影響著晶體的形核和生長(zhǎng)，因此，高能態(tài)的界面范圍不斷縮小，至凝固結(jié)束成為范圍很小的晶界。

形核：亞穩(wěn)態(tài)的液態(tài)金屬通過(guò)起伏作用在某些微觀小區(qū)域內(nèi)形成穩(wěn)定存在的晶態(tài)小質(zhì)點(diǎn)的過(guò)程。

形核的首要條件是系統(tǒng)必須處于亞穩(wěn)態(tài)以提供相變驅(qū)動(dòng)力，其次，要通過(guò)起伏作用克服能障才能形成穩(wěn)定存在的晶核并確保其進(jìn)一步生長(zhǎng)。

均質(zhì)形核：在沒(méi)有任何外來(lái)界面的均勻熔體中的形核過(guò)程。晶核的全部固液界面都由形核過(guò)程產(chǎn)生，因此熱力學(xué)能障打，所需驅(qū)動(dòng)力也較大。

異質(zhì)形核：在不均勻的熔體中依靠外來(lái)雜質(zhì)或型壁界面提供的襯底進(jìn)行形核的過(guò)程。形核速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間、單位體積生成固相核心的數(shù)目。

過(guò)冷度開(kāi)始增大時(shí)，形核速率隨其增加急劇增大，但當(dāng)過(guò)冷度過(guò)大時(shí)，由于液體粘度迅速增大，原子活動(dòng)能力迅速降低，形核速率下降。

均質(zhì)形核過(guò)冷度約為金屬熔點(diǎn)的0.18~0.2倍，實(shí)際金屬結(jié)晶的過(guò)冷度遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)值。當(dāng)結(jié)晶相完全不潤(rùn)濕基底時(shí)，球冠晶核實(shí)際上時(shí)一個(gè)與均質(zhì)形核無(wú)異的球體，基底不起任何促進(jìn)形核作用，液態(tài)金屬只能進(jìn)行均質(zhì)形核，形核所需臨界過(guò)冷度最大。

當(dāng)結(jié)晶相與基底完全潤(rùn)濕時(shí)，球冠晶核已不復(fù)存在，基底時(shí)現(xiàn)成的晶面，結(jié)晶可以不必通過(guò)形核直接在基底上生長(zhǎng)，所需形核功為零，基底具有最大促進(jìn)形核作用。

異質(zhì)形核的臨界過(guò)冷度隨潤(rùn)濕角的減小而迅速降低。同一物質(zhì)的基底，促進(jìn)形核的能力也隨曲率的方向和大小而異，凹面基底形核能力最強(qiáng)，平面底次之，凸面底最弱，對(duì)凸界面基底而言，形核能力隨曲率的增大而減小。異質(zhì)形核影響因素：

過(guò)冷度：過(guò)冷度越大形核速率越大

界面：若夾雜物基底與晶核潤(rùn)濕，則形核速率大 液態(tài)金屬的過(guò)熱及持續(xù)時(shí)間的影響：當(dāng)液態(tài)金屬的過(guò)熱溫度接近或超過(guò)異質(zhì)核心的熔點(diǎn)時(shí)，異質(zhì)核心將會(huì)熔化或其表面活性消失，失去了夾雜物應(yīng)有特性，從而減少了活性?shī)A雜物數(shù)量，形核速率降低。

宏觀長(zhǎng)大是討論固液界面所具有的形態(tài)，微觀長(zhǎng)大是討論液相中的原子向固液界面堆積的方式。

晶體的宏觀長(zhǎng)大方式取決于固液界面前方液體中的溫度分布，即溫度梯度。正溫度梯度：液相溫度高于界面溫度

平面方式長(zhǎng)大：固液界面前方液體過(guò)冷區(qū)域及過(guò)冷度極小，晶體生長(zhǎng)時(shí)凝固潛熱的析出方向與晶體生長(zhǎng)方向相反，一旦某一晶體生長(zhǎng)伸入液相區(qū)就會(huì)被重新熔化，導(dǎo)致晶體以平面狀生長(zhǎng)。

樹(shù)枝晶長(zhǎng)大方式：固液界面前過(guò)冷區(qū)域較大，離界面越遠(yuǎn)的區(qū)域過(guò)冷度越大，晶體生長(zhǎng)時(shí)凝固潛熱析出方向與晶體生長(zhǎng)方向一致，界面上凸起的晶體將快速伸入過(guò)冷液中，成為樹(shù)枝狀晶生長(zhǎng)方式。粗糙界面：界面固相一側(cè)的點(diǎn)陣位置只有50%左右被固相原子所占據(jù)，這些原子散亂的隨機(jī)分布在界面上，形成一個(gè)坑坑洼洼凸凹不平的界面層

平整界面：固相表面的點(diǎn)陣位置幾乎全部被固相原子鎖占據(jù)，只留下少數(shù)空位，或者在充滿(mǎn)固相原子的界面上存在有少數(shù)不穩(wěn)定的、孤立的固相原子，從而形成了一個(gè)總體上是平整光滑的界面。

顯微尺度下，粗糙界面由于其原子散亂分布的統(tǒng)計(jì)均勻性反而顯得比較光滑，平整界面則由一些輪廓分明的小平面構(gòu)成，粗糙界面的生長(zhǎng)方式成為非小平面生長(zhǎng)方式，平整界面以小平面生長(zhǎng)。

晶體的長(zhǎng)大機(jī)制是指在結(jié)晶過(guò)程中晶體結(jié)晶面的生長(zhǎng)方式。

連續(xù)生長(zhǎng)機(jī)制：固液界面在原子尺度呈粗糙結(jié)構(gòu)時(shí)，界面上的空位構(gòu)成了晶體生長(zhǎng)所必需的臺(tái)階，使得液相原子能夠連續(xù)的往上堆砌，并隨機(jī)的受到固相中較多近鄰原子的鍵合。界面的粗糙使原子的堆砌變得容易，另外，固相與液相之間在結(jié)構(gòu)和鍵合能方面的差別較小，容易在界面過(guò)渡層內(nèi)得到調(diào)節(jié)，因此動(dòng)力學(xué)能障小，不需要很大的過(guò)冷度來(lái)驅(qū)動(dòng)原子進(jìn)入晶體，并能得到較大的生長(zhǎng)速率。晶體的二維生長(zhǎng)： 二維晶核：在平整界面上形成一個(gè)原子厚度的核心。由于二維核心的形成，產(chǎn)生了臺(tái)階，液相中的原子可源源不斷的沿臺(tái)階堆砌，使晶體側(cè)向生長(zhǎng)，當(dāng)臺(tái)階完全填滿(mǎn)后，又在新的平整界面上產(chǎn)生新的二維臺(tái)階，如此繼續(xù)下去，完成凝固過(guò)程。晶體從缺陷處生長(zhǎng)：

螺旋位錯(cuò)生長(zhǎng)：通過(guò)原子在臺(tái)階上的不斷堆砌，圍繞著露頭而旋轉(zhuǎn)生長(zhǎng)，不斷的向著液相縱深發(fā)展，最終在晶體表面形成螺旋形的卷線(xiàn)。

旋轉(zhuǎn)孿晶生長(zhǎng)：孿晶的旋轉(zhuǎn)邊界上存在著許多臺(tái)階可供碳原子堆砌

反射孿晶生長(zhǎng)：由反射孿晶面所構(gòu)成的凹角也是晶體生長(zhǎng)的一種臺(tái)階源。