材料成形基本原理(刘全坤)课后答案
《材料成型基本原理》刘全坤版塑性部分课后答案
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塑性成形：
是利用金属的塑性，在外力作用下使金属发生塑性变形，从而获得所需形状和性能的工件的一种加工方法，因此又
称为塑性加工或压力加工。
塑性：
是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。
与其他加工方法相比，金属塑性成形有如下优点：
（1）生产效率高，适用于大批量生产
（2）改善了金属的组织和结构
（3）材料利用率高
（4）尺寸精度高
根据加工时金属受力和变形特点的不同，塑性成形可分为体积成形和板料成形两大类。前者的典型加工方法有
锻造、轧制、挤压和拉拔等；后者则有冲裁、弯曲、拉延和成型等。
虽然塑性成形方法多种多样，且具有各自的个性特点，但他们都涉及一些共同性的问题，主要有：
（1）塑性变形的物理本质和机理；
（2）塑性变形过程中金属的塑性行为、抗力行为和组织性能的变化规律；
（3）变形体内部的应力、应变分布和质点流动规律；
（4）所需变形力和变形功的合理评估等。
研究和掌握这些共性问题，对于保证塑性加工的顺利进行和推动工艺的进步均具有重要的理论指导意义，本章将环绕这些方面作简要介绍，以为读者学习各种塑性成形技术奠定理论基础。
三、塑性变形成形理论的发展概况
塑性成形力学，是塑性理论（或塑性力学）的发展和应用中逐渐形成的：
1864年法国工程师H.Tresca首次提出最大切应力屈服准则
1925年德国卡尔曼用初等应力法建立了轧制时的应力分布规律；
萨克斯和齐别尔提出了切块法即主应力法；再后来，滑移线法、上限法、有限元法等相继得到发展。
四、本课程的任务
目的：
科学系统地阐明金属塑性成形的基础和规律，为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。
材料成形基本原理(刘全坤)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？
答
（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
《材料成形技术基础》习题集 答案习题
《材料成形技术基础》习题集
作业1 金属材料技术基础
1-1 判断题（正确的画○，错误的画×）
1．纯铁在升温过程中，912℃时发生同素异构转变，由体心立方晶格的α-Fe转变为面心立方晶格的γ-Fe。这种转变也是结晶过程，同样遵循晶核形成和晶核长大的结晶规律。（）
2．奥氏体是碳溶解在γ-Fe中所形成的固溶体，具有面心立方结构，而铁素体是碳溶解在α-Fe中所形成的固溶体,具有体心立方结构。（）3．钢和生铁都是铁碳合金。其中，碳的质量分数（含碳量）小于0.77%的叫钢，碳的质量分数大于2.11%的叫生铁。（）4．珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体之间。（）
5．钢中的碳的质量分数对钢的性能有重要的影响。40与45钢相比，后者的强度高，硬度也高,但后者的塑性差。（）6．为了改善低碳钢的切削加工性能，可以用正火代替退火，因为正火比退火周期短，正火后比退火后的硬度低，便于进行切削加工。（）7．淬火的主要目的是为了提高钢的硬度。因此，淬火钢就可以不经回火而直接使用。（）
8．铁碳合金的基本组织包括铁素体（F）、奥氏体（A）、珠光体（P）、渗碳体（Fe3C）、马氏体（M）、索氏体（S）等。（）
1-2 选择题
1．铁碳合金状态图中的合金在冷却过程中发生的（）是共析转变，（）是共晶转变。
A．液体中结晶出奥氏体；B．液体中结晶出莱氏体；
C．液体中结晶出一次渗碳体；D．奥氏体中析出二次渗碳体；
E．奥氏体中析出铁素体；F．奥氏体转变为珠光体。
2．下列牌号的钢材经过退火后具有平衡组织。其中，（）的σb最高，（）的HBS最高，（）的δ和a k最高。在它们的组织中，（）的铁素体最多，（）的珠光体最多，（）的二次渗碳体最多。
材料成形基本原理 第2版 教学配套课件 刘全坤主编 材料成形基本原理(上).配套课件 第二章
对于铸型： 所以：
T2
b1T10 b2T20 b1 b2
b1T10 b1
b1T20 b2
erf
2
x a 2 t
T2 x x 0
T 20 T i a2 t
dt时间由铸型导出的热量
为： dQ2
2
T2 t
x0
Adt
b2 (Ti T20 )
t
Adt
凝固时间 t 内导出的总热量：
Tw f (t)
第二类边界条件： 给出通过物体表面的比热流随时间的变化关系
T q x , y , z , t
n
第三类边界条件： 给出物体周围介质温度以及物体表面与周围介质的
换热系数
T ＝
n
Tw
Tf
上述三类边界条件中，以第三类边界条件最为常见。
6/3合肥工业大学材料科学与工程学院制作
普通高等教育“十一五”国家尚级规辅划教教学材配 套 课 件 《材料成形基本原理》
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固相区
固-液
液-固
固液相区
图2-8 凝固区域结构示意图
液相区
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普通高等教育“十一五”国家尚级规辅划教教学材配 套 课 件 《材料成形基本原理》
材料成型原理课后题答案
第三章：
8：实际金属液态合金结构与理想纯金属液态结构有何不同?
答：纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成的，是近程有序的。液态中存在着很大的能量起伏.而实际金属中存在大量的杂质原子，形成夹杂物,除了存在结构起伏和能量起伏外还存在浓度起伏。
12：简述液态金属的表面张力的实质及其影响因数。
答：①实质：表面张力是表面能的物理表现，是是由原子间的作用力及其在表面和内部间排列状态的差别引起的。
②影响因数：熔点、温度和溶质元素.
13:简述界面现象对液态成形过程的影响。
答：表面张力会产生一个附加压力，当固液相互润湿时，附加压力有助于液体的充填.液态成形所用的铸型或涂料材料与液态合金应是不润湿的，使铸件的表面得以光洁.凝固后期，表面张力对铸件凝固过程的补索状况，及是否出现热裂缺陷有重大影响。
15：简述过冷度与液态金属凝固的关系。
答：过冷度就是凝固的驱动力,过冷度越大，凝固的驱动力也越大；过冷度为零时，驱动力不存在。液态金属不会在没有过冷度的情况下凝固.
16：用动力学理论阐述液态金属完成凝固的过程.
答：高能态的液态原子变成低能态的固态原子，必须越过高能态的界面，界面具有界面能。生核或晶粒的长大是液态原子不断地向固体晶粒堆积的过程，是固液界面不断向前推进的过程.只有液态金属中那些具有高能态的原子才能越过更高能态的界面成为固体中的原子，从而完成凝固过程.
17：简述异质形核与均质形核的区别.
答:①均质形核是依靠液态金属内部自身的结构自发形核，异质形核是依靠外来夹杂物所提供的异质界面非自发的形核.
《材料成形理论基础Ⅰ》课后题答案
= xy ，γ xy
= 0 ，γ yz
=1 2
z2 + y
，γ zx
=1 2
x2 + y2
；
( ) （2） ε x = c x 2 + y 2 ， ε y = cx2 ，γ xy = 2xy ， ε z = γ yz = γ zx = 0 。
（1）不存在；（2）当 c=1 时，存在。 11 为什么说应变增量更能准确地反映受力物体的变形情况？
4 对于塑性加工而言，假设库仑摩擦定律中的摩擦系数为常数，问摩擦系数的最大值为多 少？为什么？
按米塞斯屈服准则： µmax =
1 3
；屈雷斯加屈服准则： µmax
=
0.5 。
5
试述主应力法求解塑性加工问题的特点。如图 2 所示，已知：1）侧向均布载荷 q
=
1 3
σ
s
；
2）接触面上的摩擦切应力τ f
=
示。即：σ1=σm+k；σ2=σm；σ3=σm− k。
当主应力顺序σ 1 ≥ σ 2 ≥ σ 3 已知时，由
k
=
1 2
(σ
1
− σ 3 ) ，σ m
=
1 2
(σ
1
+σ3)
σ σ
1 2
=σm =σm
+
k
⎫ ⎪ ⎬
材料成型技术基础第2版课后习题答案
第一章金属液态成形
1.
①液态合金的充型能力是指熔融合金充满型腔，获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力。
②流动性好，熔融合金充填铸型的能力强，易于获得尺寸准确、外形完整的铸件。流动性不好，则充型能力差，铸件容易产生冷隔、气孔等缺陷。
③成分不同的合金具有不同的结晶特性，共晶成分合金的流动性最好，纯金属次之，最后是固溶体合金。
④相比于铸钢，铸铁更接近更接近共晶成分，结晶温度区间较小，因而流动性较好。
2.浇铸温度过高会使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，反而是铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、夹杂等缺陷。
3.缩孔和缩松的存在会减小铸件的有效承载面积，并会引起应力集中，导致铸件的力学性能下降。
缩孔大而集中，更容易被发现，可以通过一定的工艺将其移出铸件体外，缩松小而分散，在铸件中或多或少都存在着，对于一般铸件来说，往往不把它作为一种缺陷来看，只有要求铸件的气密性高的时候才会防止。
4 液态合金充满型腔后，在冷却凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩缩减的体积得不到补足，便会在铸件的最后凝固部位形成一些空洞，大而集中的空洞成为缩孔，小而分散的空洞称为缩松。
浇不足是沙型没有全部充满。冷隔是铸造后的工件稍受一定力后就出现裂纹或断裂，在断口出现氧化夹杂物，或者没有融合到一起。
出气口目的是在浇铸的过程中使型腔内的气体排出，防止铸件产生气孔，也便于观察浇铸情况。而冒口是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。
逐层凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开。定向凝固中熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向进行凝固。
材料成型专业考研历年真题
03年攻读硕士学位研究生入学考试试题
卷一
一、问答与证明（5×10=50分）
1．何谓金属的塑性及变形抗力？并分析温度和应力状态对两者的影响。
2．塑性加工摩擦的特点及常见摩擦条件？试分析摩擦的利弊。
3．试导出汉基应力方程。该方程有何意义？
4．用拉伸和压缩试验绘制真实应力应变曲线各有何缺陷？如何修正和避免。
5．证明塑性变形时，变形体中正应变分量之和为零。
二、计算与分析（5×20=100分）
1．已知一点的应力状态⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=1000430312ij σ 试求： （1）主应力；（2）最大剪应力及最大剪应力平面上的正应力；（3）等效应力；
（4）应力球张量；（5）应力偏张量。
2．已知两端封闭的薄壁圆筒，半径为r ，厚度为t ，受内压p 及轴向拉应力σ的作用，试写出Mises 和Tresca 屈服条件，并画出屈服条件图。
3．简述塑性应力应变关系特点，写出增量理论和全量理论并讨论两者异同点。
4．粗糙平板间圆柱体镦粗的变形特点及端面上的应力、应变分布规律。常见缺陷及预防工艺措施？
5．无压边圆筒形件拉延时，凸缘部分为平面应力状态。设板厚为t ，且不考虑摩擦力影响。试用主应力法求出凸缘部分的径向应力r σ和切向应力σθ，并分析提高质量的措施？
卷二
一．名词解释（每题3分，共27分）
1．表面张力和界面张力
2．粗糙界面和光滑界面
3．均匀形核与非自发形核
4．联生结晶
5．变质处理
6．扩散脱氧
7．热应力
8．熔合比
9．微观偏析与宏观偏析
二．简要回答以下问题（从以下10题中选做7题，每题9分）
1．简述凝固界面前沿液相中的温度梯度对纯金属长大方式的影响。
材基课后习题答案
(11-1)晶面的a[112 ]/6发生位错反应
位错反应为：
a[11-2 ]/6＋a[112 ]/6→a[110 ]/3
故新位错的柏氏矢量为a[110 ]/3
平面(111)
平面(11-1)
两个平面(h1 k1 l1)与(h2 k2 l2)相交后交线，即为晶带轴，设为<uvw>，满足hu+kv+lw=0关系，可得
（G切变模量，γ层错能）
解答思路：
位错反应：a[-110]/2→a[-12-1]/6 + a[-211]/6
当两个肖克莱不全位错之间排斥力F＝γ（层错能）时，位错组态处于平衡，故依据位错之间相互作用力，F＝Gb1b2/2πd＝γ可得。
10、在面心立方晶体中，（111）晶面和（11-1）晶面上分别形成一个扩展位错：
解答：得到Cv＝e10.35
Ag为fcc，点阵常数为a=0.40857nm，
设单位体积内点阵数目为N，则N＝4/a3，＝？
单位体积内空位数Nv＝N Cv
若空位均匀分布，间距为L，则有=?
4．割阶或扭折对原位错线运动有何影响？
解答：取决于位错线与相互作用的另外的位错的柏氏矢量关系，位错交截后产生“扭折”或“割阶”
11．总结位错理论在材料科学中的应用
材料成形原理经典试题及答案
《材料成形基础》试卷（A）卷
考试时间：120 分钟考试方式：半开卷学院班级姓名学号
一、填空题（每空0.5分，共20分）
1. 润湿角是衡量界面张力的标志，润湿角Ɵ≥90°，表面液体不能润湿固体；2．晶体结晶时，有时会以枝晶生长方式进行，此时固液界面前液体中的温度梯度为负。3．灰铸铁凝固时，其收缩量远小于白口铁或钢，其原因在于碳的石墨化膨胀作用。
4. 孕育和变质处理是控制金属（或合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响生核过程，而变质则主要改变晶体生长方式。
5．液态金属成形过程中在固相线附近产生的裂纹称为热裂纹，而在室温附近产生的裂纹称为冷裂纹。
6．铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历液态收缩、固态收缩和凝固收缩三个收缩阶段。
7．焊缝中的宏观偏析可分为层状偏析和区域偏析。
8．液态金属成形过程中在附近产生的裂纹称为热裂纹，而在附近产生的裂纹成为冷裂纹。
9．铸件凝固方式有逐层凝固、体积凝固、中间凝固，其中逐层凝固方式容易产生集中性缩孔，一般采用同时凝固原则可以消除；体积凝固方式易产生分散性缩松，采用顺序凝固原则可以消除此缺陷。
10．金属塑性加工就是在外力作用下使金属产生塑性变形加工方法。
11．塑性反映了材料产生塑性变形的能力，可以用最大变形程度来表示。
1.12．塑性变形时，由于外力所作的功转化为热能，从而使物体的温度升高的现象称为
温度效应。
2.13．在完全不产生回复和再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。
14．多晶体塑性变形时，除了晶内的滑移和产生，还包括晶界的滑动和转动。
《材料成形技术基础》习题集答案
《材料成形技术基础》习题集答案
D
2
3
4
2-2 选择题
1．为了防止铸件产生浇不足、冷隔等缺陷，可以采用的措施有（D）。
A．减弱铸型的冷却能力；B．增加铸型的直浇口高度；
C．提高合金的浇注温度；D．A、B和C；E．A和C。
2．顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质量，通常顺序凝固适合于（D），而同时凝固适合于（B）。
A．吸气倾向大的铸造合金；B．产生变形和裂纹倾向大的铸造合金；
C．流动性差的铸造合金；D．产生缩孔倾向大的铸造合金。
3．铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残余应力的方法是（D）；消除铸件中机械应力的方法是（C）。
A．采用同时凝固原则；B．提高型、芯
5
6
砂的退让性；
C ．及时落砂；
D ．去应力退火。
4．合金的铸造性能主要是指合金的
（ B ）、（ C ）和（ G ）。
A ．充型能力；
B ．流动性；
C ．收缩；
D ．缩
孔倾向；E ．铸造应力；F ．裂纹；G.偏析；
H.气孔。
5．如图2-1所示的A 、B 、C 、D 四种成分的
铁碳合金中，流动性最好的合金是（ D ）；
形成缩孔倾向最大的合金是（ D ）；形成
缩松倾向最大的合金是（ B ）。 图2-1 图2-2
6．如图2-2所示应力框铸件。浇注并冷却到室温后，各杆的应力状态为（H ）
。若
用钢锯沿A-A线将φ30杆锯断，此时断口间隙将（A）。断口间隙变化的原因是各杆的应力（C），导致φ30杆（E），φ10杆（D）。
A．增大；B．减小；C．消失；D．伸长；E．缩短；F．不变；
G．φ30杆受压，φ10杆受拉；Ｈ．φ30杆受拉，φ10杆受压。
材料成型与工艺课后答案 1-3,1-4
方 案 II—— 分 型 面 在 基准面D处；凸台E和 槽 C 分别采用活块和 型芯，基准面朝上， 易产生缺陷，轴孔如 铸出因无芯头而易产 生飞边，难清理。适 于单件小批量不铸出 孔时采用。
三、分型面的选择-五点注意 铸型分型面：指铸型间相互接合的表面。 选择原则：简化工艺求经济。 1）分型面应选择最大截面处-保证模型取出
2）尽量使铸件的全部或大部在同一沙箱
3)分型面应尽量平直
4)尽量减少分型面数量
5）分型面选择应使型腔及主要型芯位于下箱： 方便造型、下芯、合箱及保证铸件壁厚
② 开放式浇注系统 ΣS直 ΣS横 ΣS内
＜
＜
当横浇口或直浇口的总截面积小于内浇 口的总截面积时，浇注过程中金属液不 会完全充满浇注系统，这种浇注系统通 常称为开放式浇注系统，仅在特殊工艺 采用。
ΣS直∶ΣS横∶ΣS内=1∶2∶4 优点：这种浇注系统中内浇道处金属液流速不高， 流动平稳，冲刷力小，金属液受氧化的程度轻，主 要适于易氧化的非金属铸件、球铁铸件和用柱塞包 浇注的铸钢件。 缺点：金属液难以充满这种浇注系统中的所有单元， 撇渣能力较差，渣和气体容易随液进入型腔，造成 废品。
(完整版)材料成型原理第十三章答案
14 思考与练习
1. 什么叫张量？张量有什么性质？
答：张量：由若干个当坐标系改变时满足转换关系的分量组成的集合，
称为张量，需要用空间坐标系中的三个矢量，即9个分量才能完整地表示。
它的重要特征是在不同的坐标系中分量之间可以用一定的线性关系来换算。 基本性质：
1） 张量不变量 张量的分量一定可以组成某些函数
)
(ij P f ，这些函
数值与坐标轴无关，它不随坐标而改变，这样的函数，叫做张量不变量。二阶张量存在三个独立的不变量。
2） 张量可以叠加和分解 几个同阶张量各对应的分量之和或差定义为另一个同阶张量。两个相同的张量之差定义为零张量。
3） 张量可分为对称张量、非对称张量、反对称张量 若张量具有性质
ji
ij P P =，就叫对称张量；若张量具有性质
ji
ij P P -=，且当i=j 时对
应的分量为0，则叫反对称张量；如果张量
ji
ij P P ≠，就叫非对称张量。
任意非对称张量可以分解为一个对称张量和一个反对称张量。 4） 二阶对称张量存在三个主轴和三个主值 如果以主轴为坐标轴，则两个下角标不同的分量均为零，只留下两个下角标相同的三个分量，叫作主值。
2. 如何表示任意斜微分面上的应力？
图14-1 任意斜切微分面上的应力
答：若过一点的三个互相垂直的微分面上的九个应力分量已知，则借助
静力平衡条件，该点任意方向上的应力分量可以确定。
如图14-1所示，设过Q 点任一斜切面的法线N 与三个坐标轴的方向余弦为l ，m ，n ， l=cos(N,x); m=cos(N,y); n=cos(N,z)。
若斜微分面ABC 的面积为dF ， 微分面OBC(x 面)、OCA(y 面)、OAB(z 面)的微分面积分别为dFx 、dFy 、dFz ， 则各微分面之间的关系为 dFx=ldF ；dFy= mdF ； dFz=ndF
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案
工程材料及成形技术基础课课后习题参考答案
第一章：
1-1 机械零件在工作条件下可能承受哪些负荷？这些负荷对零件产生什么作用？
答：机械零件在工作条件下可能承受到力学负荷、热负荷或环境介质的作用（单负荷或复合负荷的作用）。力学负荷可使零件产生变形或断裂；热负荷可使零件产生尺寸和体积的改变，产生热应力，热疲劳，高温蠕变，随温度升高强度降低（塑性、韧性升高），承载能力下降；环境介质可使金属零件产生腐蚀和摩擦磨损两个方面、对高分子材料产生老化作用。1-3 σs、σ0.2和σb含义是什么？什么叫比强度？什么叫比刚度？
答：σs－P s∕F0,屈服强度，用于塑性材料。
σ0.2－P0.2∕F0,产生0.2％残余塑性变形时的条件屈服强度，用于无明显屈服现象的材料。
σb－P b∕F0,抗拉强度，材料抵抗均匀塑性变形的最大应力值。
比强度－材料的强度与其密度之比。
比刚度－材料的弹性模量与其密度之比。
思考１－１、１－２.
2-3 晶体的缺陷有哪些？可导致哪些强化？
答：晶体的缺陷有：
⑴点缺陷——空位、间隙原子和置换原子，是导致固溶强化的主要原因。
⑵线缺陷——位错，是导致加工硬化的主要原因。
⑶面缺陷——晶界，是细晶强化的主要原因。
2-5 控制液体结晶时晶粒大小的方法有哪些？
答：见P101.3.4.2液态金属结晶时的细晶方法。⑴增加过冷度；⑵加入形核剂（变质处理）；⑶机械方法（搅拌、振动等）。
2-8 在铁-碳合金中主要的相是哪几个？可能产生的平衡组织有哪几种？它们的性能有什么特点？
材料成形工艺基础习题答案
1.金属材料的机械性能通常用哪几个指标衡量？
答：强度、塑性、硬度、冲击韧性、疲劳极限等。
2.何谓同素异晶转变，纯铁不同温度下的晶格变化如何？
答：同素异晶转变：金属在固态下，随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异晶转变。
纯铁在1538。C结晶为σ-Fe ,体心立方结构;
温度降到1394。C时，σ-Fe转变为γ-Fe,面心立方结构；
降到912。C时，γ-Fe转变为α-Fe,为体心立方结构
3.从状态图看含碳0.4%、0.9%的碳钢在室温下由哪些组织构成？
答：0.4%由铁素体（F）+珠光体（P）
0.9%由二次渗碳体（Fe3CⅡ）+珠光体（P）
4. 淬火的目的是什么？
答：淬火的主要目的是使奥氏体化后的工年获得尽量多的马氏体（或下贝氏体组织），然后配以不同的温度回火获得各种需要的性能。例如：提高钢件的机械性能,诸如硬度、耐磨性、弹性极限、疲劳强度等，改善某些特殊钢的物理或者化学性能，如增强磁钢的铁磁性，提高不锈钢的耐蚀性等。
5.某弹簧由优质碳素钢制造，应选用什么牌号的钢？应选用怎样的热处理工艺？
答：含碳量在0.6%-0.9%之间，65、70、85、65Mn.
65Mn
淬火+中温回火
6.从下列钢号中，估计出其主要元素大致含量
20 45 T10 16Mn 40Cr
答：0.2%C 、
0.45%C、
1.0%C,Mn≤0.4%,Si≤0.35、
0.16%C,Mn1.2%-1.6% 、
0.4%C，0.8-1.1%Cr
7.简述铸造成型的实质及优缺点。
答：铸造成型的实质是：利用金属的流动性，逐步冷却凝固成型的工艺过程。
材料成形原理 部分答案
（4）动态下结晶细化等轴晶：振动、搅拌、铸型旋转等方法。
20、何谓“孕育衰退”，如何防止？
孕育衰退：大多数孕育剂有效性均与其在液态金属中的存在时间有关，即存在着随着时间的延长，孕育效果减弱甚至消失。
冷裂的预防与消除：
（1）、铸造应力的防止与消除：使铸件冷却均匀，减小各部分的温差，改善铸型及型芯退让性，减小铸件收缩时的阻力。
17、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？
铸件的典型凝固组织为：表面细等轴晶区、中间柱状晶区、内部等轴晶区。
表面细等轴晶的形成机理：非均质形核和大量游离晶粒提供了表面细等轴晶区的晶核，型壁附近产生较大过冷而大量生核，这些晶核迅速长大并且互相接触，从而形成无方向性的表面细等轴晶区。
晶体的生长方式除受成分过冷影响外，还受热过冷的影响。
16、影响成分过冷的因素有哪些？它对材质或成型产品（铸件）的质量有何影响？
影响成分过冷范围的因素有：
成分过冷的条件 < ；
成分过冷的范围为△＝ － ，
上式中， 为不变量，所以影响成分过冷范围的因素只有DL、GL和v。
对于纯金属和一部分单相合金的凝固，凝固的动力主要是热过冷，成分过冷范围对成形产品没什么大的影响；对于大部分合金的凝固来说，成分过冷范围越宽，得到成型产品性能越好。
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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。
②从金属熔化过程看
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。另一方面，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。
可以说，在熔点（或液相线）附近，液态金属（或合金）的原子集团内短程结构类似于固体。
③Richter等人利用X衍射、中子及电子衍射手段，对碱金属、Au、Ag、
Pb和Tl等熔体进行了十多年的系统研究，认为液体中存在着拓扑球状密排结构以及层状结构，它们的尺寸范围约为10-6-10-7cm。
④Reichert观察到液态Pb局域结构的五重对称性及二十面体的存在，并推
测二十面体存在于所有的单组元简单液体。
⑤在Li-Pb、Cs-Au、Mg-Bi、Mg-Zn、Mg-Sn、Cu-Ti、Cu-Sn、Al-Mg、
Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均被发现有化学短程序的存在。
4．如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？
答：理想纯金属是不存在的，即使非常纯的实际金属中总存在着大量杂质原子。实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量、结构及浓度三种起伏特征，其结构相当复杂。能量起伏是指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停地变化，时高时低的现象。
结构起伏是指液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断地分化组合，由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，
同时又会有另一些原子组合到该团簇中，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象。
浓度起伏是指在多组元液态金属中，由于同种元素及不同元素之间的原子
间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化的现象。
5. 根据图1-10及式（1-7）说明为动力学粘度η的物理意义，并讨论液体
粘度η（内摩擦阻力）与液体的原子间结合力之间的关系。 答：物理意义：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dV X /dy 的比例系数。
通常液体的粘度表达式为)/exp(T k U C B =η。这里B k 为Bolzmann 常数，U
为无外力作用时原子之间的结合能（或原子扩散势垒），C 为常数，T 为热力学温度。根据此式，液体的粘度η随结合能U 按指数关系增加，这可以理解为，液体的原子之间结合力越大，则内摩擦阻力越大，粘度也就越高。
6． 总结温度、原子间距（或体积）、合金元素或微量元素对液体粘度η高
低的影响。
答：η与温度T 的关系受两方面（正比的线性及负的指数关系）所共同制约，
但总的趋势随温度T 而下降。
粘度随原子间距δ增大而降低，与3δ成反比。
合金组元或微量元素对合金液粘度的影响比较复杂。许多研究者曾尝试描
述二元合金液的粘度规律，其中M-H （Moelwyn-Hughes ）模型为： ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=RT H X X m 21)(2211ηηη
（1-9）
式中η1、η2、X 1、X 2 分别为纯溶剂和溶质的粘度及各自在溶液中的mole
分数，R 为气体常数，H m 为两组元的混合热。按 M-H 模型，如果混合热H m 为负值，合金元素的增加会使合金液的粘度上升。根据热力学原理，H m 为负值表明异类原子间结合力大于同类原子，因此摩擦阻力及粘度随之提高。M-H 模型得到了一些实验结果的验证。
当溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，由于合金液中存在异类原子间较
强的化学结合键，合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度。 当合金液中存在表面及界面活性微量元素（如Al-Si 合金变质元素Na ）时，
由于冷却过程中微量元素抑制原子集团的聚集长大，将阻碍金属液粘度的上升。通常，表面活性元素使液体粘度降低，非表面活性杂质的