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
1 韧性金属材料屈服时, 密塞斯准则较符合实际的;
2 硫元素的存在使得碳钢易于产生开裂;
3 塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想塑性材料;
4应力状态中的压应力,能充分发挥材料的塑性;
5 平面应变时,其平均正应力 ｍ等于中间主应力 ２;
6 钢材中磷使钢的强度、硬度提高,塑性、韧性降低 ;
7 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;
8 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 ＝;
9 固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力叫材料的塑性 ;
10 塑性成形中的三种摩擦状态分别是：干、边界、流体;
11 对数应变的特点是具有真实性、可靠性和可加性;
12 就大多数金属而言,其总的趋势是,随着温度的升高,塑性增加;
13钢冷挤压前,需要对坯料表面进行磷化-皂化润滑处理;
14 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添加剂;
15 塑性指标的常用测量方法拉伸、压缩、扭转实验 ;
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;
1、液态金属或合金中一般存在相或结构起伏、浓度起伏和能量起伏,其中在一定过冷度下,临界核心由相或结构起伏提供,临界生核功由能量起伏提供;
2、液态金属的流动性主要由成分、温度和杂质含量等决定;
3、液态金属合金凝固的驱动力由过冷度提供,而凝固时的形核方式有均质形核和异质形核或非质形核两种;
5、铸件凝固过程中采用振动、搅拌和旋转铸型等物理方法实现动态结晶,可以有效地细化晶粒组织;
6、孕育和变质处理是控制金属合金铸态组织的主要方法,两者的主要区别在于孕育主要影响生核过程 ,而变质则主要改变
晶体的生长过程 ;
7、铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个收缩阶段;
8、铸件中的成分偏析按范围大小可分为微观偏析和宏观偏析两大类;
1．液态金属本身的流动能力主要由液态金属的成分、温度和杂质含量等决定;
2．液态金属或合金凝固的驱动力由过冷度提供;
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平面长大方式 ,当温度梯度为负时,晶体的宏观生长方式为树枝晶长大方式 ;
5．液态金属凝固过程中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流 ;
6．液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为热过冷 ;
7．铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和
内部等轴晶区三个不同形态的晶区;
8．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;
9．铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历液态收缩、凝固收缩和
固态收缩三个收缩阶段;
10．铸件中的成分偏析按范围大小可分为微观偏析和宏观偏析二大类;
1、什么是缩孔和缩松请分别简述这两种铸造缺陷产生的条件和基本原因
答：铸造合金在凝固过程中,由于液态收缩和凝固收缩的产生,往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞,称为缩孔；其中尺寸细小而且分散的孔洞称为分散性缩孔,简称缩松; 缩孔产生的条件是：铸件由表及里逐层凝固；其产生的基本原因是：合金的液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值; 缩松产生的条件是：合金的结晶温度范围较宽,倾向于体积凝固;其产生的基本原因是：合金的液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值;
2.简述提高金属塑性的主要途径;
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
12、对于低碳钢薄板,采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形背面均匀焊透;采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后果为什么
解：采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板可能会出现烧穿,这是因为不锈钢材料的导热性能比低碳钢差,电弧热无法及时散开的缘故；相反,采用同样焊接规范去焊同样厚度的铝板可能会出现焊不透,这是因为铝材的导热能力优于低碳钢的缘故;
6、铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的,它们的形成机理如何
答：铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成;
表面激冷区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时,型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用,产生很大的过冷度而大量非均质生核;这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长,由于其结晶潜热既可从型壁导出,也可向过冷熔体中散失,从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织;
柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高,在结晶前沿形成适当的过冷度,使表面细晶粒区继续长大也可能直接从型壁处长出,又由于固-液界面处单向的散热条件垂直于界面方向,处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下,以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底,呈枝晶状单向延伸生长,那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长,在淘汰取向不利的晶体过程中,发展成柱状晶组织;
内部等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果;随着柱状晶的发展,熔体温度降到足够低,再加之金属中杂质等因素的作用,满足了形核时的过冷度要求,于是在整个液体中开始形核;同时由于散热失去了方向性,晶体在各个方向上的长大速度是相等的,因此长成了等轴晶;
6、什么是金属的超塑性超塑性变形有什么特征
答：在一些特定条件下,如一定的化学成分、特定的显微组织、特定的变形温度和应变速率等,金属会表现出异乎寻常的高塑性状态,即所谓超常的塑性变形;
塑性效应表现为以下几个特点：大伸长率、无缩颈、低流动应力、对应变速率的敏感性、易成形;
5、什么是加工硬化产生加工硬化的原因是什么它对金属的塑性和塑性加工有何影响
答：加工硬化：在常温状态下,金属的流动应力随变形程度的增加而上升;为了使变形继续下去,就需要增加变形外力或变形功;这种现象称为加工硬化;
加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大,导致位错之间交互作用增强,大量形成缠结、不动位错等障碍,形成高密度的“位错林”,使其余位错运动阻力增大,于是塑性变形抗力提高;
1、简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别;
答：滑移是指晶体在外力的作用下,晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变;滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生;
孪生变形时,需要达到一定的临界切应力值方可发生;在多晶体内,孪生变形是极其次要的一种补充变形方式;
9 . 对于低碳钢薄板,采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形背面均匀焊透;采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后
果为什么
解：采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板可能会出现烧穿,这是因为不锈钢材料的导热性能比低碳钢差,电弧热无法及时散开的缘故；
相反,采用同样焊接规范去焊同样厚度的铝板可能会出现焊不透,这是因为铝材的导热能力优于低碳钢的缘故;
1.铸件典型宏观凝固组织是由哪几部分构成的,它们的形成机理如何
答：铸件的宏观组织通常由激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶区所组成;
表面激冷区的形成：当液态金属浇入温度较低的铸型中时,型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用,产生很大的过冷度而大量非均质生核;这些晶核在过冷熔体中也以枝晶方式生长,由于其结晶潜热既可从型壁导出,也可向过冷熔体中散失,从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织;
柱状晶区的形成：在结晶过程中由于模壁温度的升高,在结晶前沿形成适当的过冷度,使表面细晶粒区继续长大也可能直接从型壁处长出,又由于固-液界面处单向的散热条件垂直于界面方向,处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下,以表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底,呈枝晶状单向延伸生长,那些主干取向与热流方向相平行的枝晶优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长,在淘汰取向不利的晶体过程中,发展成柱状晶组织;
内部等轴晶的形成：内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果;随着柱状晶的发展,熔体温度降到足够低,再加之金属中杂质等因素的作用,满足了形核时的过冷度要求,于是在整个液体中开始形核;同时由于散热失去了方向性,晶体在各个方向上的长大速度是相等的,因此长成了等轴晶;
5.试分析影响铸件宏观凝固组织的因素,列举获得细等轴晶的常用方法;
答：铸件的三个晶区的形成是相互联系相互制约的,稳定凝固壳层的形成决定着表面细晶区向柱状晶区的过度,而阻止柱状晶区的进一步发展的关键则是中心等轴晶区的形成,因此凡能强化熔体独立生核,促进晶粒游离,以及有助于游离晶的残存与增殖的各种因素都将抑制柱状晶区的形成和发展,从而扩大等轴晶区的范围,并细化等轴晶组织;
细化等轴晶的常用方法：1 合理的浇注工艺：合理降低浇注温度是减少柱状晶、获得及细化等轴晶的有效措施；通过改变浇注方式强化对流对型壁激冷晶的冲刷作用,能有效地促进细等轴晶的形成；2冷却条件的控制：对薄壁铸件,可采用高蓄热、快热传导能力的铸型；对厚壁铸件,一般采用冷却能力小的铸型以确保等轴晶的形成,再辅以其它晶粒细化措施以得到满意的效果；3孕育处理：影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒;4动力学细化：铸型振动;超声波振动;液相搅拌;流变铸造,导致枝晶的破碎或与铸型分离,在液相中形成大量结晶核心,达到细化晶粒的目的;
7.试述焊接熔池中金属凝固的特点;
答：熔焊时,在高温热源的作用下,母材发生局部熔化,并与熔化了的焊接材料相互混合形成熔池,同时进行短暂而复杂的冶金反应;当热源离开后,熔池金属便开始了凝固;因此,焊接熔池具有以下一些特殊性;1熔池金属的体积小,冷却速度快;在一般电弧焊条件下,熔池的体积最大也只有30cm3 ,冷却速度通常可达4～100℃/s,;2熔池金属中不同区域温差很大、中心部位过热温度最高;熔池金属中温度不均匀,且过热度较大,尤其是中心部位过热温度最高,非自发形核的原始质点数将大为减少;3动态凝固过程;一般熔焊时,熔池是以一定的速度随热源而移动;4液态金属对流激烈;熔池中存在许多复杂的作用力,使熔池金属产生强烈的搅拌和对流,在熔池上部其方向一般趋于从熔池头部向尾部流动,而在熔池底部的流动方向与之正好相反,这一点有利于熔池金属的混和与纯净;
2.偏析是如何形成的影响偏析的因素有哪些生产中如何防止偏析的形成
答：偏析主要是由于合金在凝固过程中扩散不充分、溶质再分配而引起的;
影响偏析的因素有：1合金液、固相线间隔；2偏析元素的扩散能力；3冷却条件;
针对不同种类的偏析可采取不同的防止方法,具体有：
1生产中可通过扩散退火或均匀化退火来消除晶内偏析,即将合金加热到低于固相线100～200℃的温度,进行长时间保温,使偏析元素进行充分扩散,以达到均匀化；
2预防和消除晶界偏析的方法与晶内偏析所采用的措施相同,即细化晶粒、均匀化退火;但对于氧化物和硫化物引起的晶界偏析,即使均匀化退火也无法消除,必须从减少合金中氧和硫的含量入手;
3向合金中添加细化晶粒的元素,减少合金的含气量,有助于减少或防止逆偏析的形成;
4降低铸锭的冷却速度,枝晶粗大,液体沿枝晶间的流动阻力减小,促进富集液的流动,均会增加形成V形和逆V形偏析的倾向;
5减少溶质的含量,采取孕育措施细化晶粒,加强固-液界面前的对流和搅拌,均有利于防止或减少带状偏析的形成;
6防止或减轻重力偏析的方法有以下几种：1加快铸件的冷却速度,缩短合金处于液相的时间,使初生相来不及上浮或下沉；2加入能阻碍初晶沉浮的合金元素;例如,在Cu-Pb合金中加少量Ni,能使Cu固溶体枝晶首先在液体中形成枝晶骨架,从而阻止Pb下沉;再如向Pb-17％Sn合金中加入质量分数为%的Cu,首先形成Cu-Pb骨架,也可以减轻或消除重力偏析；3浇注前对液态合金充分搅拌,并尽量降低合金的浇注温度和浇注速度;
15、分析氢在形成冷裂纹中的作用,简述氢致裂纹的特征和机理;
答：1氢的作用
焊缝凝固时,高温下溶入液态金属中的氢将来不及析出,呈过饱和态残留在接头中;由于氢原子的体积小,因此可以在接头中自由扩散,称之为接头中的扩散氢;扩散氢易于在焊接热影响区、焊趾、焊根等部位偏聚,使金属脆化;尤其是当这些部位存在显微裂纹时,扩散氢易向裂纹尖端的三向拉伸应力区扩散、聚集,当接头中的扩散氢达到氢的临界含量时,将导致冷裂纹的出现;
2氢致裂纹的形成机理及特征
形成机理：接头中的扩散氢不仅使金属脆化,当金属内部存在显微裂纹等缺陷时,在应力的作用下,裂纹前沿会形成应力集中的三向应力区,诱使接头中的扩散氢向高应力区扩散并聚集为分子态氢,体积膨胀使裂纹内压力增高,裂纹向前扩展,在裂纹尖端形成新的三向应力区,这一过程周而复始持续进行;当接头中的氢含量超过临界值时,显微裂纹将扩展成为宏观裂纹;
特征：氢致裂纹从潜伏、萌生、扩展直至开裂具有延迟特征；
存在氢致延迟裂纹的敏感温度区间Ms以下200℃至室温范围；
常发生在刚性较大的低碳钢、低合金钢的焊接结构中;
9. 什么是动态再结晶影响动态再结晶的主要因素有哪些
答：在热塑性变形过程中,层错能低的金属在变形量很大时,当加热升温时,原子具有相当的扩散能力,变形后的金属自发地向低自由能状态转变,称为动态再结晶;
影响动态再结晶的主要因素有：金属的层错能高低,晶界迁移的难易程度有关;
15. 应力状态对金属的塑性和变形抗力有何影响
答：塑性：金属在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力;
应力状态不同对塑性的影响也不同：主应力图中压应力个数越多,数值越大,则金属的塑性越高；拉应力个数越多,数值越大,则金属的塑性就越低;这是由于拉应力促进晶间变形,加速晶界破坏,而压应力阻止或减小晶间变形；另外,三向压应力有利于抑制或消除晶体中由于塑性变形而引起的各种微观破坏,而拉应力则相反,它使各种破坏发展,扩大;
变形抗力：金属在发生塑性变形时,产生抵抗变形的能力,称为变形抗力,一般用接触面上平均单位面积变形力表示
应力状态不同,变形抗力不同;如挤压时金属处于三向压应力状态,拉拔时金属处于一向受拉二向受压的应力状态;挤压时的变形抗力远比拉拔时变形抗力大;。