材料成型基本原理作业及答案汇编
材料成形基本原理课后答案
第一章液态金属的结构与性质习题1 .液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？（2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明：①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。
金属熔化时典型的体积变化∆V m/V为3%~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。
②金属熔化潜热∆H m约为气化潜热∆H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。
由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。
2 .如何理解偶分布函数g(r) 的物理意义？液体的配位数N1、平均原子间距r1各表示什么？答：分布函数g(r) 的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。
N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。
r1 表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。
3．如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。
答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。
近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团（2）说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证①偶分布函数的特征对于气体，由于其粒子（分子或原子）的统计分布的均匀性，其偶分布函数g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1。
晶态固体因原子以特定方式周期排列，其g(r)以相应的规律呈分立的若干尖锐峰。
而液体的g(r)出现若干渐衰的钝化峰直至几个原子间距后趋于直线g(r)=1，表明液体存在短程有序的局域范围，其半径只有几个原子间距大小。
材料成形原理习题集及解答
6.3 Mg、S、O 等元素如何影响铸铁中石墨的生长。 7.1 界面作用对人工复合材料的凝固有何影响/ 7.2 任意一种共晶合金能制取自生复合材料吗？为什么？ 8.1 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？ 8.2 常用生核剂有哪些种类，其作用条件和机理如何？ 8.3 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。 8.4 何谓“孕育衰退”，如何防止？ 9.1 说明焊接定义，焊接的物理本质是什么？采取哪些工艺措施可以实现焊 接？ 9.2 传统上焊接方法分为哪三大类？说明熔焊的定义。 9.3 如何控制焊缝金属的组织和性能？ 9.4 给出 HAZ 的概念。焊接接头由哪三部分组成？ 10.1 何为快速凝固，其基本原理是什么？ 10.2 定向凝固技术有哪些应用？
=有一高为 H 的圆柱体，先均匀拉伸到 2H，再均匀压缩回 H，设在
变形过程中体积保持不变，试分别求出这两个阶段的对数应变、等效
对数应变及最终的对数应变、等效对数应变？
3、设薄球壳的半径为 R，厚度为 t（ t ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
(完整版)《材料成形技术基础》习题集答案
填空题1．常用毛坯的成形方法有铸造、、粉末冶金、、、非金属材料成形和快速成形.2.根据成形学的观点,从物质的组织方式上,可把成形方式分为、、.1．非金属材料包括、、、三大类.2．常用毛坯的成形方法有、、粉末冶金、、焊接、非金属材料成形和快速成形3.钢的常用热处理工艺有退火、、、4.快速成形的主要工艺方法有立体光固化、、、三维打印等。
作业2 铸造工艺基础专业_________班级________学号_______姓名___________2-1 判断题（正确的画O，错误的画×）1．浇注温度是影响铸造合金充型能力和铸件质量的重要因素。
提高浇注温度有利于获得形状完整、轮廓清晰、薄而复杂的铸件。
因此，浇注温度越高越好。
（×）2．合金收缩经历三个阶段。
其中，液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的主要原因。
（O）3．结晶温度范围的大小对合金结晶过程有重要影响。
铸造生产都希望采用结晶温度范围小的合金或共晶成分合金，原因是这些合金的流动性好，且易形成集中缩孔，从而可以通过设置冒口，将缩孔转移到冒口中，得到合格的铸件。
（O）4．为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量；在工艺上应提高型砂及型芯砂的退让性。
（O）5．铸造合金的充型能力主要取决于合金的流动性、浇注条件和铸型性质。
所以当合金的成分和铸件结构一定时；控制合金充型能力的唯一因素是浇注温度。
（×）6．铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。
共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。
因此，共晶成分合金不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造性能。
（×）7．气孔是气体在铸件内形成的孔洞。
气孔不仅降低了铸件的力学性能，而且还降低了铸件的气密性。
《材料成形原理》重点及作业答案
一、名词解释1、粘度－表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。
或作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。
2、液态金属的充型能力－液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力。
液态金属的流动性越强，其充型能力越好。
3、液态金属的流动性－是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。
稳定温度场通常是指温度不变的温度场。
4、均质形核和异质形核－均质形核(Homogeneous nucleation) ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，亦称“自发形核” 。
非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”。
金属结晶过程中，过冷度越大，则形核率越高。
实际液态金属（合金）凝固过程中的形核方式多为异质形核。
5、粗糙界面和光滑界面－从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置只有50％左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。
粗糙界面在有些文献中也称为“非小晶面”。
光滑界面—从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。
也称为“小晶面”或“小平面”。
6、“成分过冷”与“热过冷”－液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固－液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的改变而可能产生所谓的“成分过冷”。
这种仅由熔体存在的负温度梯度所造成的过冷，习惯上称为“热过冷” 。
7、共生生长－是指在共晶合金结晶时，后析出的相依附于领先相表面而析出，进而形成相互交叠的双相晶核且具有共同的生长界面，依靠溶质原子在界面前沿两相间的横向扩散，互相不断地为相邻的另一相提供生长所需的组元，彼此偶合的共同向前生长。
8、离异生长－两相的析出在时间上和空间上都是彼此分离的，因而形成的组织没有共生共晶的特征。
材料成型基础题及答案
一、填空题1．材料力学性能的主要指标有强度、硬度、韧性、塑性、疲劳强度等2．在静载荷作用下，设计在工作中不允许产生明显塑性变形的零件时，应使其承受的最大应力小于屈服强度，若使零件在工作中不产生断裂，应使其承受的最大应力小于抗拉强度。
3．ReL（σs）表示下屈服强度，Rr0.2（σr0.2）表示规定残余伸长强度，其数值越大，材料抵抗塑性变形能力越强。
4．材料常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率两种。
其中用断后伸长率表示塑性更接近材料的真实变形。
5．当材料中存在裂纹时，在外力的作用下，裂纹尖端附近会形成一个应力场，用应力强度因子KI 来表述该应力场的强度。
构件脆断时所对应的应力强度因子称为断裂韧性，当K I >K I c时，材料发生低应力脆断。
6．金属晶格的基本类型有体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格三种。
7．亚共析钢的室温组织是铁素体+珠光体（F+P），随着碳的质量分数的增加，珠光体的比例越来越大，强度和硬度越来越高，塑性和韧性越来越差。
8．金属要完成自发结晶的必要条件是过冷，冷却速度越大，过冷度越大，晶粒越细，综合力学性能越好。
9．合金相图表示的是合金的__成分__ 、组织、温度和性能之间的关系。
10. 根据铁碳合金状态图，填写下表。
成分（Wc/%）温度/C°组织状态温度/C°组织状态0.77 700 p 固态900 a 固态1460 a 固液1538 l 液态0.45 700 F+p 固态1200 a 固态730 F+a 固态1500 l 液态1.2 720P+二次渗碳体固态1250 a 固1100 a 固态1500 l 液态11．影响再结晶后晶粒大小的因素有加热温度和保温时间、杂质和合金元素、第二项点、变形程度。
12．热加工的特点是无加工硬化现象；冷加工的特点是有加工硬化现象。
13马氏体是碳全部被迫固溶于奥氏体的饱和的固溶体，其转变温度范围（共析刚）为+230~-50 。
材料成形基本原理课后习题答案
第一章习题1 . 液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？（2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明：①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。
金属熔化时典型的体积变化∆V m/V为3%~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。
②金属熔化潜热∆H m约为气化潜热∆H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。
由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。
2 . 如何理解偶分布函数g(r) 的物理意义？液体的配位数N1、平均原子间距r1各表示什么？答：分布函数g(r) 的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。
N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。
r1 表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。
3．如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。
答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。
近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团（2）说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证①偶分布函数的特征对于气体，由于其粒子（分子或原子）的统计分布的均匀性，其偶分布函数g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1。
晶态固体因原子以特定方式周期排列，其g(r)以相应的规律呈分立的若干尖锐峰。
而液体的g(r)出现若干渐衰的钝化峰直至几个原子间距后趋于直线g(r)=1，表明液体存在短程有序的局域范围，其半径只有几个原子间距大小。
材料成型原理课后答案
材料成型原理课后答案材料成型原理是指通过不同的成型工艺，将原料加工成所需形状和尺寸的零部件或制品的原理。
在工程制造领域中，材料成型是非常重要的一环，它直接影响着制品的质量和性能。
下面就材料成型原理的相关问题进行解答。
1. 什么是材料成型原理？材料成型原理是指将原料加工成所需形状和尺寸的零部件或制品的原理。
它是通过对原料进行加工，使其发生形状、尺寸和性能的改变，从而得到符合要求的制品。
材料成型原理是工程制造中的重要环节，它直接关系到制品的质量和性能。
2. 材料成型的基本过程是什么？材料成型的基本过程包括原料的预处理、成型工艺和制品的后处理。
首先，原料需要进行预处理，包括清洁、除杂、干燥等工序，以保证原料的质量和加工的顺利进行。
然后，根据制品的要求，选择合适的成型工艺，如锻造、压铸、注塑等，对原料进行加工成型。
最后，对成型后的制品进行后处理，包括去除余渣、表面处理、热处理等工序，以提高制品的质量和性能。
3. 材料成型原理的影响因素有哪些？材料成型原理的影响因素包括原料的性能、成型工艺、成型设备和操作技术等。
首先，原料的性能直接影响着成型的难易程度和制品的质量。
其次，成型工艺的选择和设计对成型效果起着决定性的作用。
成型设备的性能和精度也会影响成型的质量和效率。
操作技术则是保证成型过程顺利进行的重要因素。
4. 材料成型原理的发展趋势是什么？随着科学技术的不断发展，材料成型原理也在不断创新和完善。
未来，材料成型将更加注重节能环保、智能化和数字化。
新材料、新工艺、新设备的不断涌现，将推动材料成型原理朝着高效、精密、绿色的方向发展。
同时，数字化技术的应用将使成型过程更加智能化和可控化，提高生产效率和产品质量。
5. 如何提高材料成型的质量和效率？要提高材料成型的质量和效率，首先需要加强对原料的质量控制，保证原料的质量稳定。
其次，要优化成型工艺和设备，提高成型的精度和效率。
同时，加强操作技术的培训和管理，确保成型过程的稳定和可控。
材料成型理论基础习题解答-课件
则所求旳应变球张量
0.067
εmδij
0
0
0 0.067
0
0
0
103
0.067
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11
再根据
εij
εij
εmδij
εx
εm γ yx
γzx
γxy εy εm
γzy
γxz γ yz
求得应变偏张量
εz εm
0.267
εij
0.05
0.15
0.05 0.133
τ 108.68 （MPa）
S 111.76
故
τ
108.68
（MPa） 为所求。
σ 26.04
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6
9. 某受力物体内应力场为： x 6xy 2 c1x3 ， y 3 2 c2xy2 ，
xy c2 y 3 c3 x 2 y ， z yz zx 0 ，
……………②
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22
将②式代入Tresca和Mises屈服准则可得
2 2
S
4
S
1
……………Tresca屈服准则
2
2
S
3
S
1
……………Mises屈服准则
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8. 已知材料旳真实应力-应变曲线方程为Y B 0.4，
若试样已经有伸长率 =0.25, ，试问试验还要增长多 少才会发生颈缩？
代入题设条件，可得
εx
0.2 y 103
0.2 103, γxy
γyx05 103
εy
0.2z 103
0.2 103, γyz
γzy
1 2
合工大版材料成型原理课后习题参考答案(重要习题加整理)
第二章 凝固温度场P498. 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。
9. 对于板状对接单面焊焊缝，当焊接规范一定时，经常在起弧部位附近存在一定长度的未焊透，分析其产生原因并提出相应工艺解决方案。
解：（1）产生原因：在焊接起始端，准稳态的温度场尚未形成，周围焊件的温度较低，电弧热不足以将焊件熔透，因此会出现一定长度的未焊透。
（2）解决办法：焊接起始段时焊接速度慢一些，对焊件进行充分预热，或焊接电流加大一些，待焊件熔透后再恢复到正常焊接规范。
生产中还常在焊件起始端固定一个引弧板，在引弧板上引燃电弧并进行过渡段焊接，之后再转移到焊件上正常焊接。
第四章 单相及多相合金的结晶 P909.何为成分过冷判据?成分过冷的大小受哪些因素的影响? 答: “成分过冷”判据为:R G L ＜NLD RLL L e K K D C m δ-+-0011当“液相只有有限扩散”时，δN =∞，0C C L =，代入上式后得R G L＜000)1(K K D C m L L -( 其中: G L — 液相中温度梯度 R — 晶体生长速度 m L — 液相线斜率 C 0 — 原始成分浓度 D L — 液相中溶质扩散系数 K 0 — 平衡分配系数K )成分过冷的大小主要受下列因素的影响:1）液相中温度梯度G L , G L 越小,越有利于成分过冷 2）晶体生长速度R , R 越大,越有利于成分过冷 3）液相线斜率m L ,m L 越大,越有利于成分过冷 4）原始成分浓度C 0, C 0越高,越有利于成分过冷 5）液相中溶质扩散系数D L, D L 越底,越有利于成分过冷6）平衡分配系数K 0 ,K 0＜1时，K 0 越 小,越有利于成分过冷；K 0＞1时，K 0越大,越有利于成分过冷。
材料成形原理课后习题解答
材料成形原理课后习题解答1.什么是材料成形原理？为什么要学习材料成形原理？答：材料成形原理是研究材料在加工过程中的变形原理和规律的学科。
学习材料成形原理可以帮助我们理解和掌握材料的成形过程，从而能够对材料的性能、结构和应用进行合理的设计和改进。
2.材料成形的基本原理是什么？答：材料成形的基本原理是应用外力使材料发生塑性变形，从而改变材料的形状和结构。
3.什么是冷加工和热加工？它们的主要区别是什么？答：冷加工是指在室温下进行的材料成形加工，如冷轧、冷拔等；热加工是指在高温下进行的材料成形加工，如热轧、锻造等。
它们的主要区别在于加工温度的不同，冷加工温度低于材料的再结晶温度，而热加工温度高于材料的再结晶温度。
4.什么是金属的再结晶？它对材料性能有什么影响？答：金属的再结晶是指在加工过程中，材料的晶粒发生重新排列和再生长的过程。
再结晶可以消除材料的冷变形应力，提高材料的塑性和韧性，改善材料的综合性能。
5.什么是金属的变形硬化？它是如何发生的？答：金属的变形硬化是指在加工过程中，由于晶粒的滑移和位错的增加，使材料的塑性变差并增加材料的硬度。
变形硬化是通过位错的堆积和排列来发生的，位错的滑动和相互阻碍使材料的塑性变差。
6.什么是材料的流变应力？它对材料成形有何影响？答：材料的流变应力是指在材料变形过程中，材料所受到的阻碍变形的力。
流变应力对材料成形有重要影响，它决定了材料的变形能力和成形过程中所需的加工力。
7.什么是材料的屈服点？它对材料成形有何影响？答：材料的屈服点是指材料在加工过程中开始发生塑性变形的应力值。
屈服点对材料成形有重要影响，它决定了材料的可塑性和成形的可行性。
8.什么是材料的回弹？它是如何发生的？答：材料的回弹是指在加工过程中，材料在外力消失后恢复到原始形状的程度。
回弹是由于材料的弹性变形和塑性变形共同作用所引起的。
9.什么是材料的成形极限？为什么要考虑材料的成形极限？答：材料的成形极限是指材料在成形过程中能够承受的最大变形量。
材料成型基础及参考答案
作业1一、思考题1．什么是机械性能？（材料在载荷作用下所表现出来的性能） 它包含哪些指标?（强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度） 2．名词解释：过冷度（理论结晶温度与实际结晶温度之差），晶格（把每一个原子假想为一个几何原点，并用直线从其中心连接起来，使之构成空间格架），晶胞（在晶格中存在能代表晶格几何特征的最小几何单元），晶粒（多晶体由许多位向不同，外形不规则的小晶体构成的，这些小晶体称为晶粒），晶界（晶粒与晶粒之间不规则的界面），同素异晶转变固溶体（合金在固态下由组元间相互溶解而形成的相），金属化合物（若新相得晶体结构不同于任一组元，则新相师相元间形成的化合物），机械混合物3．过冷度与冷却速度有什么关系?对晶粒大小有什么影响? 冷却速度越大过冷度越大，晶粒越细。
4.晶粒大小对金属机械性能有何影响?常见的细化晶粒的方法有哪些?晶粒越细，金属的强度硬度越高，塑韧性越好。
孕育处理、提高液体金属结晶时的冷却速度、压力加工、热处理等5．含碳量对钢的机械性能有何影响? 第38-39页6说明铁素体、奥氏体、渗碳体和珠光体的合金结构和机械性能。
二、填表 说明下列符号所代表的机械性能指标以相和组织组成物填写简化的铁碳相图 此题新增的 此题重点图1--1 简化的铁碳合金状态图LL+AL+Fe 3AA+FA+ Fe 3CF+ Fe 3C三、填空1.碳溶解在体心立方的α-Fe中形成的固溶体称铁素体，其符号为 F ，晶格类型是体心立方晶格，性能特点是强度低，塑性好。
2.碳溶解在面心立方的γ-Fe中形成的固溶体称奥氏体，其符号为 A ，晶格类型是面心立方晶格，性能特点是强度低，塑性不好。
3.渗碳体是铁与碳的金属化合物，含碳量为 6.69 ％，性能特点是硬度很高，脆性很差。
4.ECF称共晶转变线，所发生的反应称共晶反应，其反应式是得到的组织为L（4.3% 1148℃）=A（2.11%）+Fe3C。
5.PSK称共析转变线，所发生的反应称共析反应，其反应式是得到的组织为A(0.77% 727 ℃)=F(0.0218%)+Fe3C 。
材料成形基本原理课后习题答案
第一章习题1 . 液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？（2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明：①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。
金属熔化时典型的体积变化∆V m/V为3%~5%左右，表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。
②金属熔化潜热∆H m约为气化潜热∆H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。
由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。
2 . 如何理解偶分布函数g(r) 的物理意义？液体的配位数N1、平均原子间距r1各表示什么？答：分布函数g(r) 的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。
N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。
r1 表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。
3．如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。
答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。
近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团（2）说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证①偶分布函数的特征对于气体，由于其粒子（分子或原子）的统计分布的均匀性，其偶分布函数g(r)在任何位置均相等，呈一条直线g(r)=1。
晶态固体因原子以特定方式周期排列，其g(r)以相应的规律呈分立的若干尖锐峰。
而液体的g(r)出现若干渐衰的钝化峰直至几个原子间距后趋于直线g(r)=1，表明液体存在短程有序的局域范围，其半径只有几个原子间距大小。
材料成型基本原理习题整理完成版
材料成型基本原理习题整理完成版一、概念1、温度场：是加热和冷却过程中某一瞬间的温度分布。
2、凝固：将固体材料加热到液态，然后使其按人们预定的尺寸、形状及组织形态再次冷却到固态的过程称为凝固。
3、粘度：原子承接相互阻碍运动的内摩擦力。
影响粘度因素：温度、表面活性元素、非表面活性元素。
4、体积成形：是在塑性成形过程中靠体积的转移和重新分配来实现的。
体积成形有自由锻造、模锻、轧制、挤压、拉拔等。
5、轧制：将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定孔形，使其形成一定截面形状的方法。
6、挤压：挤压是使大截面的毛坯在凸模的强大压力作用下产生塑性流动，迫使金属从模具型腔中挤出，从而获得一定形状和较小截面尺寸的工作。
7、拉拔：拉拔是将金属坯料的前端施以一定的拉力，使它通过锥形的凹模型腔，改变其截面的形状和尺寸的一种加工方法。
8、板料成形一般称为冲压，可分为落料、冲孔（分离工序，简称冲裁）、弯曲、拉深等工序。
9、加工硬化：冷态变形时，随着变形程度的增加，材料强度、硬度提高，塑性、韧性下降现象。
二、简答题1、材料加工的三要素：材料、能量、信息2、选择零件加工方法的原则：要考虑零件的形状、特征、工作条件及使用要求、生产批量和制造成本、现有环境条件等多因素，以达到技术上可行、质量可靠和经济上合理。
3、冷塑性变形的实质：多晶体变形主要是晶内变形，晶间变形起次要作用，而且需要有其他变形和机制相协调这是由于晶界强度高于晶内，其变形比晶内难，如发生晶界变形易引起晶界破坏和产生裂纹。
4、冷塑性变形特点：1.不是同时性；2.晶粒变形的相互协调性；3．晶粒之间和晶粒内部与晶界附近区域之间变形的不均匀性。
5、塑性板料成形方面发展方向：a.大批量向高速化、自动化发展。
b.发展多工位压力机。
c.发展冲压生产线。
d.小批量生产时期朝简易化、通用化发展，提高加工的“柔性”。
e.工艺过程模拟化和模具CAD/CAM。
6、柔性加工单元包括：开式双柱宽台面压力机、机器人、模具自动仓库、供料装置、堆垛起重机、成品传送带、废品传送带、操纵台等。
材料成型基础试题及答案
材料成型基础试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1. 材料成型过程中，下列哪项不是影响材料成型质量的因素？A. 材料性质B. 成型温度C. 成型速度D. 材料颜色答案：D2. 金属材料在成型过程中，下列哪项不是其主要的成型方法？A. 铸造B. 锻造C. 挤压D. 焊接答案：D3. 在塑料成型中，注射成型的主要优点是什么？A. 适合小批量生产B. 生产效率高C. 材料浪费少D. 成型精度低答案：B4. 玻璃成型中，吹制法主要用于成型哪种类型的玻璃制品？A. 平板玻璃B. 瓶罐类C. 光学玻璃D. 纤维玻璃5. 陶瓷材料成型时，下列哪项不是常用的成型方法？A. 干压成型B. 注浆成型C. 挤出成型D. 热压成型答案：D6. 金属材料的锻造成型中，下列哪项不是锻造的基本工序？A. 切割B. 热处理C. 锻造D. 冷却答案：A7. 在材料成型中，下列哪项不是影响成型件尺寸精度的因素？A. 模具设计B. 材料性质C. 成型温度D. 成型后的装饰答案：D8. 塑料注射成型中，下列哪项不是注射机的主要组成部分？A. 注射系统B. 合模系统C. 冷却系统D. 切割系统答案：D9. 金属材料的热处理过程中，下列哪项不是常见的热处理方法？B. 正火C. 淬火D. 冷拔答案：D10. 在材料成型中，下列哪项不是影响成型件表面质量的因素？A. 模具表面粗糙度B. 成型温度C. 材料流动性D. 成型后的抛光答案：D二、多项选择题（每题3分，共15分）1. 材料成型中，影响成型件尺寸精度的因素包括哪些？A. 模具设计B. 成型温度C. 材料性质D. 成型压力答案：A, B, C, D2. 塑料成型中，下列哪些是常见的成型方法？A. 注射成型B. 吹塑成型C. 热压成型D. 挤出成型答案：A, B, D3. 金属材料的锻造成型中，常用的锻造方法包括哪些？A. 热锻B. 冷锻D. 锻造答案：A, B, C4. 玻璃成型中，下列哪些是常见的成型方法？A. 吹制法B. 压制法C. 拉丝法D. 浇铸法答案：A, B, D5. 陶瓷材料成型中，下列哪些是常用的成型方法？A. 干压成型B. 注浆成型C. 挤出成型D. 热压成型答案：A, B, C三、判断题（每题2分，共10分）1. 材料成型过程中，成型温度对成型质量没有影响。
材料成型技术基础-作业及参考答案
材料材料成型成型成型技术基础技术基础作业1：1.请定义缩孔和缩松，并叙述其形成机理及原因。
可画图辅助介绍。
2.什么是金属型铸造、重力/压力铸造？3.试列出浇注位置的选择原则。
作业要求：写在word文档；将这个文件压缩打包并命名为：作业1班级-学号-姓名.zip：参考答案：作业1 参考答案1.收缩：合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体积和尺寸缩减的现象称为收缩。
P5&P6 缩孔：恒温或很窄温度范围内结晶的合金，铸件壁以逐层凝固方式进行凝固的条件下，容易产生缩孔。
合金的____液态____收缩和___凝固_____ 收缩是形成铸件缩孔和缩松的基本原因。
2. 参考课本P27。
金属型铸造是将液体金属在重力作用下浇入___金属铸型_____获得铸件的方法。
3.课本P131.铸件的重要加工面应朝下或位于侧面2.铸件的宽大平面应朝下, 这是因为在浇注过程中，熔融金属对型腔上表面的强烈辐射，容易使上表面型砂急剧地膨胀而拱起或开裂，在铸件表面造成夹砂结疤缺陷。
3.面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或处于垂直.4.易产生缩孔的铸件，应将厚大部分置于上部或侧面, 便于安放冒口，使铸件自下而上(朝冒口方向)定向凝固。
5.尽量减少砂芯的数量，有利于砂芯的定位、稳固和排气。
作业要求作业要求：：写在word 文档文档；；将这个文件压缩打包并命名为将这个文件压缩打包并命名为：：作业2班级-学号-姓名.zip1.请定义金属塑性成形、自由锻和模锻及锻模斜度。
2.金属的锻造性常用_____和______来综合衡量。
3.纤维组织的出现会使材料的机械性能发生______因此在设计制造零件时，应使零件所受剪应力与纤维方向_______，所受拉应力与纤维方向____。
4.板料冲裁包括哪几种分离工序？5.自由锻造的基本工序有哪些？6.在锻造工艺中，胎模可分为切边冲孔模、扣模、____、____。
7.在锤上模锻中，预锻模膛和终锻模膛的区别是什么？8.冲压模具根据工序组成和结构特点可分为哪些？1. P37 金属塑性成形：材料所具有的塑性变形规律，在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状，尺寸，精度和力学性能的零件或毛坯的加工方法。
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第二章凝固温度场4. 比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。
解：一般在体积相同的情况下上述物体的表面积大小依次为: 根据...=RA球＜A块＜A板＜A杆与R = SK Ai所以凝固时间依次为：t球＞t块＞t板＞t杆。
5. 在砂型中浇铸尺寸为300 300 20 mm的纯铝板。
设铸型的初始温度为20C，浇注后瞬间铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660C，且在铸件凝固期间保持不变。
浇铸温度为670C，金属与铸型材料的热物性参数见下表：a结晶潜热热物性导热系数入比热容C密度p热扩散率材料■■- W/(m • K)J/(kg • K)kg/m 3m2/s J/kg 纯铝21212002700 6.5 10-5 3.9 105砂型0.73918401600 2.5 10-7试求：()根据平方根定律计算不同时刻铸件凝固层厚度并作出s - •曲线;(2)分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间，并分析差别。
解: (1)代入相关已知数解得：b2 = ■ ^C^^ , =1475 ,K = 2b2「-T20= 0.9433 (m m/ , s )L - C1 T10 —Ts 1根据公式. 计算出不同时刻铸件凝固层厚度s见下表，•-■曲线见图3。
KT (s)020406080100120-(mm)0 4.22 6.007.318.449.4310.3图3 -.关系曲线(2)利用“平方根定律”计算出铸件的完全凝固时间:取.=10 mm, 代入公式解得：T =112.4 (s);利用“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间：V （R^R=— = 8.824（mm）已= 一 | = 87.5 （s）A i l K丿采用“平方根定律”计算出的铸件凝固时间比“折算厚度法则”的计算结果要长，这是因为“平方根定律”的推导过程没有考虑铸件沿四周板厚方向的散热。
6. 右图为一灰铸铁底座铸件的断面形状，其厚度为30m m,利用“模数法”分析砂型铸造时底座的最后凝固部位，并估计凝固终了时间解：将底座分割成A B、C、D四类规则几何体（见右下图）查表2-3 得：K=0.72( cm/、min )对A 有：R= V A/A=1.23cm.A=R2 / K2=2.9min对B有：R B= V B/A=1.33cmB=R2 / K2=3.4min 对C有：R= V C/A C=1.2cmC=R2 / K c2=2.57mi n 对D有：R= V D/A D=1.26cmD=R2 / K D2=3.06min因此最后凝固部位为底座中肋B处，凝固终了时间为3.4分钟。
7. 对于低碳钢薄板，采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形（背面均匀焊透）。
采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么?解：采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板可能会出现烧穿，这是因为不锈钢材料的导热性能比低碳钢差，电弧热无法及时散开的缘故；相反，采用同样焊接规范去焊同样厚度的铝板可能会出现焊不透，这是因为铝材的导热能力优于低碳钢的缘故。
第三章金属凝固热力学与动力学1 .试述等压时物质自由能G随温度上升而下降以及液相自由能GL随温度上升.随温度上升而下降以及液相自由能的斜率的理由。
并结合图及式（）说明过而下降的斜率大于固相GS的斜率的理由。
并结合图3-1及式（3-6）说明过冷度△是影响凝固相变驱动力△的决定因素。
冷度A T是影响凝固相变驱动力於的决定因素。
答：（1）等压时物质自由能G随温度上升而下降的理由如下：由麦克斯韦尔关系式：dG=—SdT + VdP (1); 并根据数学上的全微分关系：dG = (?G/?T)dT + ( ?G/?P)dP (2) 比较(1)式和(2)式得：(?G/?T)= —S,(?G/?P)= V ( 3) 等压时dP =0，此时dG = —SdT由于熵恒为正值，故物质自由能G随温度上升而下降。
⑵液相自由能GL随温度上升而下降的斜率大于固相GS的斜率的理由如下：因为液态熵大于固态熵，即: SL > SS所以：|(?G/?T) |L> |(?G/?P) |S即液相自由能GL 随温度上升而下降的斜率大于固相GS的斜率。
⑶过冷度？T是影响凝固相变驱动力？G的决定因素的理由如下：右图即为图3-1其中：？GV表示液一固体积自由能之差，Tm表示液-固平衡凝固点从图中可以看出：T > Tm 时，？G=Gs-GL > 0，此时固相宀液相；T = Tm 时，？G=Gs-GL =0 ,此时液固平衡；T < Tm 时，？G=Gs-GL v 0,此时液相宀固相；所以？G即为相变驱动力。
再结合(3-6 )式来看，？GV = —?H m?T /Tm (其中：？Hm —熔化潜热，？T (=Tm ? T )—过冷度).由于对某一特定金属或合金而言，Tm及？Hm均为定值，所以过冷度？T 是影响凝固相变驱动力？G的决定因素5、结合图3-3及图3 - 4解释临界晶核半径r*和形核功△ G*的意义，以及为什么形核要有一定过冷度。
(1)临界晶核半径r*的意义如下：答：r v r*时，产生的晶核极不稳定，随即消散；r =r* 时，产生的晶核处于介稳状态，既可消散也可生长；r > r*时，不稳定的晶胚转化为稳定晶核，开始大量形核。
故r*表示原先不稳定的晶胚转变为稳定晶核的临界尺寸。
临界形核功？G*的意义如下：表示形核过程系统需克服的能量障碍，即形核能垒”。
只有当？G绍G*时，液相才开始形核。
(2)形核必须要有一定过冷度的原因如下：由形核功的公式：？G*=16 n /3乘d SL (的三次方)乘(VS Tm / ?H m ?T )的平方 (均质形核) ，？G*he = 6 n /3乘d SL (的三次 方)(VS Tm / ?Hm?T )乘(2 — 3 cos 0+ cos 3 0 ) / 4 (非均质形核)。
对某种晶体而 言，VS 、d SL 、?H m 、Tm 均为定值，？G*?T 的平方，过冷度？T 越小，形核功 ？G* 越大，？T ~0时，？G*TH ,这表明 过冷度很小时难以形核，所以物质凝固形核必须要有 通过分析比较不同值时相对自由能与界面原子占据率可以看出：2时，△ F s 在x =o.5 （晶体表面有一半空缺位置）时有一个极小值，即自由能最低；2v 〉V 5时，△ FS 在偏离x 中心位置的两旁（但仍离 x=0或x=1处有一定距离）有两个极 小值。
此时，晶体表面尚有一小部分位置空缺或大部分位置空缺；〉＞ 5时，△ F s 在接近x=0或x=1处有两个极小值。
此时，晶体表面位置几乎全被占满或仅 有极少数位置被占据。
：•非常大时，△ F s 的两个最小值出现在 x T 0, x T 1的地方（晶 体表面位置已被占满）。
=2k丄=4k0.5 ，对于一摩尔，熔融熵 △S =4kN A =4R （其中：N A 为阿伏加德罗常数，R 为气体常数）。
由（2）式可知，熔融熵 AS f 上升，则：•增大，所以＜ 4R 寸，界面以 粗糙面为最稳定，此时晶体表面容易接纳液相中的原子而生长。
熔融熵越小，越容易成为粗糙界面。
因此，液-固微观界面结构究竟是粗糙面还是光滑面主要取决于物质的热 力学性质。
另一方面，对于热力学性质一定的同种物质，n /值取决于界面是哪个晶面族。
对于密排晶面，n /值是高的，对于非密排晶面， n /值是低的，根据式（2）, n /值越低，。
值越小。
这说明非密排晶面作为晶体表面（固 -液界面）时，微观界面结构容易成为粗糙界面。
b.晶体生长界面结构还会受到动力学因素的影响，如凝固过冷度及结晶物质在液体中的浓度等。
过冷度大时，生长速度快，界面的原子层数较多，容易形成粗糙面结构，而过冷度 小时界面的原子层数较少，粗糙度减小，容易形成光滑界面。
浓度小的物质结晶时，界面生长易按台阶的侧面扩展方式进行（固 -液界面原子层厚度小），从而即使:V 2时，其固-液界面也可能有光滑界面结构特征。
（2）可用Jackson 因子［作为两类固-液界面结构的判据：:＜ 2时，晶体表面有一半空缺位置时自由能最低，此时的固-液界面（晶体表面）为粗糙界面；〉＞ 5时，此时的固-液界面（晶体表面）为光滑界面 ；:=2〜5时，此时的固-液界面（晶体表面）常为多种方式的混合， Bi 、Si 、Sb 等属于此类。
第五章铸件与焊缝宏观组织及其控制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 表面细等轴晶相上沉积的相对自由能变化为:(1)若将：=2 , \ =0.5同时代入（2）式，单个原子的熔融熵为：.-■：Sf:Hm"T T -「k/一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。