《材料成形原理》复习资料
材料成型基本原理复习
1-3 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，金属熔化潜热约为气化潜热的 1/15~130，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。
③ Richter 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。
材料成型复习题(复习资料)
材料成型复习题(答案)一、1落料和冲孔：落料和冲孔又称冲裁，是使坯料按封闭轮廓分离。
落料是被分离的部分为所需要的工件，而留下的周边是废料；冲孔则相反。
2 焊接：将分离的金属用局部加热或加压，或两者兼而使用等手段，借助于金属内部原子的结合和扩散作用牢固的连接起来，形成永久性接头的过程。
3顺序凝固：是采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固，在向冒口方向顺序凝固，使缩孔移至冒口中，切除冒口即可获得合格零件的铸造工艺同时凝固：是指采取一些工艺措施，使铸件个部分温差很小，几乎同时进行凝固获得合格零件的铸造工艺4．缩孔、缩松液态金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，而细小而分散的孔洞称为分散性缩孔，简称缩松。
5.直流正接：将焊件接电焊机的正极，焊条接其负极；用于较厚或高熔点金属的焊接。
直流反接：将焊件接电焊机的负极，焊条接其正极；用于轻薄或低熔点金属的焊接。
6 自由锻造：利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程。
模型锻造：它包括模锻和镦锻，它是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的锻造成型过程。
7.钎焊：利用熔点比钎焊金属低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化将处于固态的焊件连接起来的一种方法。
8.金属焊接性：金属在一定条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料对焊接加工的适应性。
9，粉末冶金：是用金属粉末做原料，经压制后烧结而制造各种零件和产品的方法。
二、1、铸件中可能存在的气孔有侵入气孔、析出气孔、反应气孔三种。
2、金属粉末的基本性能包括成分、粒径分布、颗粒形状和大小以及技术特征等。
3、砂型铸造常用的机器造型方法有震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型等。
重庆大学材料成型原理复习资料
（一）凝固理论部分一、填空题和名词解释（30分）1.液态金属的结构可概括为近程有序，远程无序。
实际金属液中存在能量、浓度、构（相）三种起伏。
2.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。
3.溶质元素对液态金属表面张力的影响分为两大类，提高表面张力的溶质元素叫非表面活性元素，使表面张力降低的溶质元素叫表面活性元素。
4.流变铸造是金属（合金）在凝固温度区间给以强烈搅拌，破碎枝晶，使其形态发生变化，由枝晶经梅花状最终变为团粒状。
5.金属及合金的结晶包括形核和长大两个过程，完成这两个过程需要热力学过冷度和动力学过冷度两种过冷度。
6.依靠液态金属（合金）内部自身的结构自发地形核，称为均质形核。
依靠外来夹杂所提供的异质界面非自发地形核，称为异质形核，或非均质形核。
7.界面前沿液体中的温度条件有正温度梯度和负温度梯度两种，对纯金属而言，晶体的宏观生长方式有平面生长和树枝状生长，而无胞状生长。
8.固-液界面的微观结构（几个原子层范围内）分为粗糙界面和光滑（平整）界面两类。
纯金属晶体的微观生长方式有晶体的连续（垂直）生长、二维生长和从缺陷处生长。
9.铸件凝固时间“折算厚度法则”公式为t=R2/K2，其中K为凝固系数，R为折算厚度（铸件模数）。
由于折算厚度法则考虑到了铸件形状这个因素，所以它更接近实际。
10.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。
自然对流是由浮力流和凝固收缩引起的流动。
液体在枝晶间的流动驱动力来自三个方面，即凝固时的收缩、液体成分变化引起的密度改变和液体和固体冷却时各自收缩。
11.成分过冷：由固-液界面前方溶质的再分配引起的过冷，称为成分过冷。
热过冷：金属凝固时所需要的过冷度，若完全由热扩散控制，这样的过冷称为热过冷。
12.成分过冷的判据式是：G L/R<m L C0(1-k)/D L k，当G L/R≥m L C0(1-k)/D L k时，合金界面前沿无成分过冷，此时界面以平面方式生长；当G L/R<m L C0(1-k)/D L k时合金界面前沿有成分过冷，此时界面以胞状方式或树枝状方式生长。
材料成型复习提纲(完整版)
题型与比例：选择题20%，填空题30% ，是非题20%，其他30%第一章1.铸件的凝固方式有：逐层凝固、糊状凝固、中间凝固2.合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。
3.液态金属本身的流动性能力称为流动性。
4.液态合金充满型腔，获得形状完整，轮廓清晰的铸件的能力，称为充型能力。
5.影响合金流动性的因素：1.合金的种类2.合金的成分3.浇注的条件4.铸型的充填条件6.灰铸铁、硅黄铜的流动性最好，铝合金次之，铸钢最差。
7.收缩是铸造合金从浇注、凝固直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸缩减的现象。
收缩是合金的物理本性，在铸造过程中，因收缩可能会导致铸件产生缩孔、缩松、应力、变形和裂纹等缺陷。
8.缩孔是在铸件最后凝固的部分形成容积较大而且集中的空洞。
9.缩松是细小而分散的空洞。
10.定向凝固（顺序凝固）在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，在远离冒口的部分安放冷铁，使铸件上远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。
11.铸造内应力按产生的原因不同，分为热应力、收缩应力、相变应力。
热应力主要是铸件冷却中，由于冷却速度不同而引起不均衡收缩所产生的应力。
热应力使冷却较慢的厚壁处或心部受拉伸，冷却较快的薄壁处或表面受压缩。
12.一般铸件冷却到弹性状态后，收缩受阻才会产生收缩应力，而且收缩应力表现为拉应力或切应力。
13.同时凝固：采取措施使铸件各部分无温差或温差尽量小，几乎同时进行凝固。
自然时效：将铸件置于露天场地半年以上，让其缓慢地发生变形，内应力消除。
热时效（人工时效）又称去应力退火，将铸件加热到550~650°C，保温2~4h，随炉慢冷至150~220°C，然后出炉。
14.热裂一般是在凝固末期，金属处于固相线附近的高温时形成的。
热裂纹的特征是裂纹短，缝隙较宽，形状曲折，裂口表面氧化较严重15.冷裂的特征是裂纹细小，呈连续直线状，具有金属光泽或微氧化色。
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《质料成形原理》温习题(铸)第二章 液态金属的结构和性质1． 粘度。
影响粘度巨细的因素？粘度对证料成形历程的影响？1)粘度：是液体在层流情况下，各液层间的摩擦阻力。
其实质是原子间的结协力。
2)粘度巨细由液态金属结构决定与温度、压力、杂质有关：(1)粘度与原子离位激活能U 成正比，与相邻原子平衡位置的平均距离的三次方成反比。
(2)温度：温度不高时，粘度与温度成反比；当温度很高时，粘度与温度成正比。
(3)化学身分：杂质的数量、形状和漫衍影响粘度；合金元素差别，粘度也差别，靠近共晶身分，粘度低落。
(4)质料成形历程中的液态金属一般要进行种种冶金处理惩罚，如孕育、变质、净化处理惩罚等对粘度有显著影响。
3)粘度对证料成形历程的影响(1)对液态金属净化(气体、杂质排出)的影响。
(2)对液态合金流动阻力与充型的影响，粘度大，流动阻力也大。
(3)对凝固历程中液态合金对流的影响，粘度越大，对流强度G 越小。
2． 外貌张力。
影响外貌张力的因素？外貌张力对证料成形历程及部件质量的影响？1)外貌张力：是金属液外貌质点因受周围质点对其作用力不平衡，在外貌液膜单位长度上所受的紧绷力或单位外貌积上的能量。
其实质是质点间的作用力。
2)影响外貌张力的因素(1)熔点：熔沸点高，外貌张力往往越大。
(2)温度：温度上升，外貌张力下降，如Al 、Mg 、Zn 等，但Cu 、Fe 相反。
(3)溶质元素(杂质)：正吸附的外貌活性物质外貌张力下降(金属液外貌)；负吸附的外貌非活性物质外貌张力上升(金属液内部)。
(4)流体性质：差别的流体，外貌张力差别。
3)外貌张力影响液态成形整个历程，晶体成核及长大、机器粘砂、缩松、热裂、混合及气泡等铸造缺陷都与外貌张力干系密切。
3． 液态金属的流动性。
影响液态金属的流动性的因素？液态金属的流动性对铸件质量的影响？1)液态金属的流动性是指液态金属自己的流动能力。
2)影响液态金属的流动性的因素有：液态金属的身分、温度、杂质含量及物理性质有关，与外界因素无关。
材料成型复习资料
材料成型复习资料复习资料⼀、填空1. 浇注温度过低，液体⾦属量不够，铸件就会产⽣冷隔或_____缺陷_____。
2. ____温度__________对合⾦流动性的影响最显著。
3. 合⾦的铸造性能⽤____充型能⼒__________和___收缩性___________来衡量。
（P3）4. 铸钢的流动性⽐铸铁__低____ 。
5. 浇注温度越___⾼___，上砂箱越___容易___，合⾦的充型能⼒越好。
6. 铸造合⾦的收缩经历____液态______、_凝固__________、___固态______三个阶段。
（P6）7. 缩孔和缩松是由于合⾦的______凝固__收缩和____糊状凝固____收缩引起的。
8. 防⽌缩孔的⽅法是控制铸件的___凝固____顺序，使之符合___定向凝固______原则。
9. 铸件的凝固⽅式有_逐层凝固_________、___糊状凝固________、____中间凝固_____。
10.铸造应⼒主要分为_____热应⼒____和____收缩应⼒_____两类，是铸件产⽣___变形______和____裂纹_____的根本原因。
11.影响⾦属可锻性的主要因素有___化学成分______、__⾦属组织_______、___变形速度______、___变形温度______、____应⼒状态_____。
12.锻模模膛按作⽤可分为_________、_________和_________。
13.冲裁变形分为____弹性变形阶段_____、___塑性变形阶段______和___断裂分离阶段______三个阶段，冲裁件断⼝区域________越⼤，则冲裁件质量越好，影响冲裁件质量的主要因素有_凸凹模间隙________和_刃⼝锋利程度_______等。
（P69）14.拉深件的主要缺陷有__起皱_______和__拉穿_______。
（P72）15.轧制的主要⽅法有____辊锻_____、__横轧_______和__斜轧_______。
《材料成型原理》复习重点
一、名词解释1 表面张力2 粘度3 表面自由能(表面能)4 液态金属的充型能力5 液态金属的流动性6 铸型的蓄热系数7 不稳定温度场和稳定温度场8 温度梯度9 溶质平衡分配系数K010 均质形核和异质形核11、粗糙界面和光滑界面12 “成分过冷”与“热过冷”13 内生生长和外生生长14 枝晶间距15 共生生长和离异生长16 孕育与变质17 联生结晶18 择优生长19 快速凝固20 气体的溶解度21 熔渣的碱度22、长渣和短渣23 熔渣的氧化和还原能力24 扩散脱氧25 沉淀脱氧26 真空脱氧27 偏析28 微观和宏观偏析29 气孔30、冷裂纹和热裂纹31 溶质再分配32 热流密度33 焊接34 热影响区35 焊接线能量E36 焊接的合金化37 合金化的过渡系数38 熔合比39 内力40 内应力41 焊接瞬时应力42 焊接残余应力43 焊接变形44 裂纹45 塑性46 热塑性变形47、张量48 塑性49 简单加载50、应力球张量51、加工硬化52、应变速率53、滑移54、主切应力平面55、平面应变状态56、附加应力二、简答题1 实际液态金属的结构2 液态金属表面张力的影响因素3 简述大平板铸件凝固时间计算的平方根定律4 铸件凝固方式的分类5 简述Jackson因子与界面结构的关系6 试写出“固相无扩散，液相只有有限扩散”条件下“成分过冷”的判据，并分析哪些条件有助于形成“成分过冷”。
7 写出成分过冷判别式（在“固相无扩散，液相为有限扩散”条件下），讨论溶质原始含量C0、晶体生长速度R、界面前沿液相中的温度梯度GL对成分过冷程度的影响，并以图示或文字描述它们对合金单相固溶体结晶形貌的影响。
8 层片状共晶的形核和长大方式9. 铸件的凝固组织可分为几类，它们分别描述铸件凝固组织的那些特点？11 防止气孔产生的措施12 夹杂物对金属性能的影响13.常见焊缝中的夹杂物有几类，它们会对焊缝产生哪些危害？14 试比较缩孔与缩松的形成机理15. 简述凝固裂纹的形成机理及防止措施。
材料成型复习资料
一、名词解释1.充型能力——液态金属充满型腔的能力。
2.均质形核——在没有外来界面的均匀熔体中形核的过程。
3.溶质再分配——液态金属从形核到完全凝固过程中，固液两相不断进行着溶质元素的交换。
4.析出性气孔——液态金属冷却过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气孔。
5.焊接接头——主要由焊缝、熔合区、热影响区、母材组成。
6.T8/5——金属元素从800℃降到500℃所需的时间。
7.过渡系数——熔敷金属中的实际含量与原始含量之比。
8.熔合比——焊缝中未熔化母材所占比例。
9.体积力——与变形体内各质点质量成正比的力。
10.应力张量——表示应力状态的九个分量构成一个二阶张量。
11.塑性——固体材料在外力作用下发生的永久变形，而不被破坏其完整性的能力。
12.屈服准则——描述不同应力下变形体有弹性状态进入塑性状态，并持续塑性状态所必须遵循的条件。
13.本构方程——塑性变形过程中表示应力状态与应变状态的数学关系式。
二、选择题1.下列哪一项不是液态金属的凝固过程起伏状态（ D ）。
A.能量起伏B.结构起伏C.成分起伏D.组织起伏2.下列不属于影响液态金属表面张力的因素是（ A ）。
A.化学成分B.温度C.熔点D.溶质元素3.异质形核速率与下列哪种方式无关（ B ）。
A.过冷度B.合金成分C.基底形态D.界面4.成分过冷引起的原因是（ C ）。
A.温度梯度B.平衡系数C.溶质再分配D.成分过冷度5.铸件的性能要求具备明显的方向性，应选择（ C ）组织。
A.平面晶B.胞状晶C.柱状晶D.等轴晶6.液态金属内部或与铸型之间发生化学反应而产生的气孔，成为（ B ）。
A.析出性气孔B.反应性气孔C.侵入性气孔D.缩孔7.下列关于熔焊、压焊和钎焊的说法错误的是（ D ）。
A.熔焊最有利于实现原子间的结合，是金属焊接的最主要方法。
B.使用熔点高于450℃的钎料进行的钎焊成为硬钎焊。
C.熔焊和钎焊微观上相同的，都在连接处形成共同晶粒。
材料成型原理复习总结
材料成型原理复习总结名词解释：1溶质平衡分配系数：定义为特定温度下固相合金成分浓度与液相合金成分浓度达到平衡时的比值。
2液态金属的充型能力:充型过程中，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。
3孕育处理：是在浇注之前或者浇注过程中向液态金属中添加少量物质以达到细化晶粒，改善宏观组织目的的一种工艺方法。
4最小阻力定律：当变形体质点有可能沿不同方向移动时，则物体各质点将沿着阻力最小的方向移动。
5金属的超塑性：所谓超常的塑性变形行为，具有均匀变形能力，其伸长率可以达到百分之几百，甚至几千，这就是金属的超塑性6定向凝固原则：就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，尔后是靠近你冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。
7偏析：合金在凝固过程中发生的化学成分不均匀的现象称为偏析。
8平衡凝固：是指液，固相溶质成分完全达到平衡状态图对应温度的平衡成分。
9相变应力：具有固态相变的合金，若各部分发生相变的时刻及相变的程度不同，其内部就可能产生应力，这种应力就成为相变引力。
10晶体择优生长：在发展成为柱状晶组织的过程中需要淘汰取向不利的晶体，这个互相竞争淘汰的晶体生长过程称为晶体的择优生长。
简答题1.简述金属压力加工（塑性成形）的特点和应用。
答：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（钢锭内部的组织缺陷经塑性变形后组织变得致密，夹杂物被击碎；与机械加工相比，金属的纤维组织不会被切断，因而结构性能得到提高）3材料的利用率高（无切削，只有少量的工艺废料，因此利用率高）4尺寸精度高（精密锻造，精密挤压，精密冲裁零件，可以达到不需要机械加工就可以使用的程度）应用：金属的塑性加工在汽车，拖拉机，船舶，兵器，航空和家用电器等行业都有广泛的应用。
2．什么是缩孔和缩松？请分别简述这两种铸造缺陷产生的条件和基本原因。
答：铸件在凝固的过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞.容积大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。
材料成型原理复习整理
考试试卷（B）一、填空题（每空1分，共15分）1.液态金属结构特点：长程无序短程有序微观特点：能量起伏（液态原子能量不均匀的现象称为能量起伏），结构起伏、成分起伏其中在一定过冷度下，临界核心由结构起伏提供，临界生核功由能量起伏提供。
？？？？？？？2能证明液态金属的结构接近于固体金属而远离气态金属的证据：1金属的融化过程，液态金属原子间结合键之破坏了一部分，而气态金属原子间结合键几乎全部破坏2 X射线衍射分析3液态合金的表面张力产生原因：表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所造成。
物体倾向于减小其表面积而产生表面张力。
4影响液态金属表面张力的因素：熔点、温度、溶质。
5液态金属的充型能力取决于：内因——金属本身的流动性；外因——铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。
6纯金属凝固过程中晶体的宏观长大方式可分为平面方式长大（正温度梯度）和树枝晶方式生长（负温度梯度）两种，主要取决于界面前沿液相中的温度分布。
4、金属（合金）凝固过程中由热扩散控制的过冷被称为热过冷。
7铸件的宏观凝固组织主要是指 铸态晶粒的形状，尺寸、取向和分布等情况 ，其通常包括 激冷晶区（晶粒细小）、 柱状晶区（平行于热流方向）和 内部等轴晶区（晶粒粗大）三个典型晶区。
8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（通过增加晶核数量实现细化晶粒），而变质则主要改变 晶体的生长过程（通过变质元素的选择性分布，实现改变晶体的生长形貌）。
9 熔渣（渣相）的作用：机械保护作用、冶金处理作用、改善成型工艺性能作用10态金属成形过程中在 高温阶段固相线附近产生的裂纹称为热裂纹，而在 温室附近产生的裂纹称为冷裂纹。
11热裂纹的分类：凝固裂纹、液化裂纹 、高温失延裂纹12气孔的分类：析出性气孔（因气体 在液固金属中的溶解度差造成过饱和状态的气体析出所形成的气孔）、侵入性气孔、反应性气孔13塑性成型中成型的三种方法：自由锻造、胎模锻、模型锻造8、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。
材料成型原理章节复习资料
材料成型原理章节复习资料第一章结构起伏：原子团与空穴的变化现象；三种起伏现象：温度起伏、结构起伏、成分起伏；这三种起伏现象影响液态金属的凝固的过程，从而对产品的质量产生重要的影响。
粘度：液态金属由于原子间作用力大为削弱，且其中存在大量的空穴，其活动性比固态金属要大得多，呈液体的性质。
表面张力：使单独出现在大气中的一小部分液体趋向球状的力。
表面张力的实质：液体或固体同空气或真空接触的界面叫表面。
表面具有特殊的性质，由此产生一些表面特有的现象-----表面现象。
流变铸造：金属或合金在凝固温度区间给以强烈的搅拌，使晶体的生长形态发生变化，有本来是静止状态的树枝晶转变梅花状或接近于球形的晶粒。
第二章流动性：液态金属本身的流动能力；影响：流动性对于排除液体金属中的气体和杂质，凝固过程的补缩、防止开裂，获得优质的液态成形产品有着重要的影响。
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。
自然对流：由密度差和凝固收缩引起的流动。
强迫对流：由液体受到各种方式的驱动力而产生的流动。
传热的三种基本方式：传导传热、对流换热、辐射换热。
第三章液态金属凝固的驱动力：液态金属凝固的驱动力是由过冷度提供的，过冷度越大，凝固驱动力也就越大。
过冷度为零时，驱动力则无。
所以金属不能在无过冷度的情况下凝固。
热力学能障：由被迫处于高自由能过度状态下的界面原子所产生。
动力学能障：由金属原子穿越界面过程所引起。
均质形核：在没有任何外来界面的均匀熔体中的形核过程。
异质形核：在不均匀的熔体中依靠外来杂质提供的衬底进行形核的过程。
异质核心基底形态与核心容积的关系：按晶核原子数：凸面上形成的晶核原子数最多，平面上次之，凹面上最少。
按促进异质形核能力：凹界面基底的形核能力最强，平界面基底次之，凸界面基底最弱。
影响异质形核速率的因素：过冷度、界面、液态金属的过热及持续时间的影响。
晶体宏观长大方式：当温度梯度为正时，晶体平面方式长大；当温度梯度为负时，晶体以树枝晶方式生长。
《材料成形原理》复习资料(doc 15页)
《材料成形原理》复习资料(doc 15页)《材料成形原理》复习题(铸)第二章 液态金属的结构和性质1． 粘度。
影响粘度大小的因素？粘度对材料成形过程的影响？1)粘度：是液体在层流情况下，各液层间的摩擦阻力。
其实质是原子间的结合力。
2)粘度大小由液态金属结构决定与温度、压力、杂质有关：(1)粘度与原子离位激活能U 成正比，与相邻原子平衡位置的平均距离的三次方成反比。
(2)温度：温度不高时，粘度与温度成反比；当温度很高时，粘度与温度成正比。
(3)化学成分：杂质的数量、形状和分布影响粘度；合金元素不同，粘度也不同，接近共晶成分，粘度降低。
(4)材料成形过程中的液态金属一般要进行各种冶金处理，如孕育、变质、净化处理等对粘度有显著影响。
3)粘度对材料成形过程的影响(1)对液态金属净化(气体、杂质排出)的影响。
(2)对液态合金流动阻力与充型的影响，粘度大，流动阻力也大。
(3)对凝固过程中液态合金对流的影响，粘度越大，对流强度G 越小。
2． 表面张力。
影响表面张力的因素？表面张力对材料成形过程及部件质量的影响？1)表面张力：是金属液表面质点因受周围质点对其作用力不平衡，在表面液膜单位长度上所受的紧绷力或单位表面积上的能量。
其实质是质点间的作用力。
2)影响表面张力的因素(1)熔点：熔沸点高，表面张力往往越大。
(2)温度：温度上升，表面张力下降，如Al 、Mg 、Zn 等，但Cu 、Fe 相反。
(3)溶质元素(杂质)：正吸附的表面活性物质表面张力下降(金属液表面)；负吸附的表面非活性物质表面张力上升(金属液内部)。
(4)流体性质：不同的流体，表面张力不同。
3)表面张力影响液态成形整个过程，晶体成核及长大、机械粘砂、缩松、热裂、夹杂及气泡等铸造缺陷都与表面张力关系密切。
3． 液态金属的流动性。
影响液态金属的流动性的因素？液态金属的流动性对铸件质量的影响？1)液态金属的流动性是指液态金属本身的流动能力。
2)影响液态金属的流动性的因素有：液态金属的成分、温度、杂质含量及物理性质有关，与外界因素无关。
材料成型原理复习总结
一、三选二，一个名词解释，一个分析题凝固成型：将满足化学成分和温度要求的液态金属（合金）在重力场或其他外力的作用下引入预制好的型腔中，经冷却使其凝固成为具有型腔形状和相应尺寸的固体制品的方法。
优点：1.可以生产出形状复杂的零件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。
2.铸造生产的适用性广，工艺灵活性大。
3. 成本较低，铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉。
缺点：1.铸件内部组织疏松、晶粒粗大，2.常有缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷，2.力学性能较低，使得铸件质量不够稳定，废品率高。
应用范围：形状复杂，体积较大的铸件，各种箱体、床身、机架塑性成型：将金属或合金在加热或常温状态下，施加一定的外力使其产生塑性变形而达到具有一定形状和表面尺寸精度的产品的加工方法。
优点：1.改善金属组织，提高金属的力学性能；2.节约金属，切削加工时，提高金属材料的利用率；3.具有较高的劳动生产率；4.适应性广缺点：1.锻件的结构工艺性要求高，内腔复杂零件难以锻造；2.锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需要切削加工；3.需重型机器设备和较复杂模具，设备费用和周期长；4.生产现场劳动条件较差。
应用范围：板料冲压，体积成型（铸造）焊接成型：利用各种形式的能量使被连接的两个表面产生原子间的结合而成为一体的成型方法。
其过程涉及热过程、物理化学冶金过程和应力应变。
优点：1.焊接生金属材料，结构重量轻。
2.能制造重型、复杂的机械零部件，简化铸造、锻造及切削加工工艺。
3.焊接接头不仅具有良好的力学性能，还具有良好的密封性。
4.能够制造双金属结构，使材料的性能得到充分利用。
5.可实现不同材料的连接成型，是不可拆卸的永久性连接。
缺点：1.焊接结构不可拆卸，给维修带来不便；2.焊接结构中存在焊接应力和变形；3.接头的组织性能往往不均匀，并会产生裂纹、夹渣、气孔等焊接缺陷，从而引起应力集中，降低连接件的承载能力。
应用范围：适用于碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢及多种有色金属焊接适用于中厚板结构的长焊缝的焊接二、三选一，名词解释晶体：凡是原子在空间呈规则的周期性重复排列的物质称为晶体。
材料成型原理期末知识点总结
1.液体的表观特征具有流动性（液体最显著的性质）；可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状（类似于气体，不同于固体）； 不能够象固体那样承受剪切应力，表明液体的原子或分子之间的结合力没有固体中强（类似于气体，不同于固体）；具有自由表面（类似于固体，不同于气体）； 液体可压缩性很低（类似于固体，不同于气体）。
2.液体： 长程无序近程有序（短程有序） 3.4.每个原子在三维方向都有相邻原子，频繁相互碰撞而交换能量。
每时每刻都有一些原子能量超过(或低于)原子平均能量(“能量起伏”)，即原子能量的不均匀性。
5.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，这种现象称为“结构起伏”。
6.温度越高原子团簇平均尺寸越小。
7.“浓度起伏”——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。
8.黏度η定义：当液态金属在外力作用下流动时，由于分子间存在内聚力，因此使液体内部产生内摩擦力，以阻碍液层间的相对滑动。
液体的这种性质称为粘滞性，用黏度表征。
dy dV X（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的比例内摩擦阻力越大，液体越不容易流动，液体的黏度越大。
9.液态金属的黏度及其影响因素：Tk U Tk B exp203b①液体的原子之间结合力越大，则内摩擦阻力越大，黏度也就越高;黏度随原子间距δ增大而降低,但总的趋势随温度T 而下降；②如果混合热H 为负值，合金元素的增加会使合金液的黏度上升；③若溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度，因为合金液中存在异类原子间较强的化学结合键；④表面活性元素（如向Al-Si 合金中添加的变质元素Na ）使液体粘度降低，非表面活性杂质的存在使粘度提高。
材料成型原理复习题.doc
一、填空题1、材料成形方法：除去加工法、连接加工法、变形加工法、液态及粉木成形加工法2、自然界的物质呈现出三种状态：固态、气态、液态，这三种状态之间变化时都发生着相变，例如：由气态转变为液态将产生气相=液相的相转变；由气态转变为固态将产生________ 的相转变；由液态转变为气态将产生_____ 的相转变；由液态转变为固态将产生_______ 的相转变；由固态转变为气态将产生_____ 的相转变；由固态转变为液态将产生_______ 的相转变。
P83、由金属熔化过程的分析可知，纯金属的液态结构由：原子集团、游离原子和空穴组成。
P114、影响液态金属表面张力的因素主要冇：熔点、温度、溶质元素。
P165、液态成形是将熔化的金属或合金在重力或其他外力的作用下注入铸型的型腔内，待其冷却凝固后获得与型腔形状相同的铸件的一种成形方法，主要成形方法冇：重力铸造、压力铸造、离心铸造等。
P236、晶体宏观长大方式取决于界面前方液体中的温度分布，即温度梯度。
在结晶界面前方存在两种温度梯度，即正温度梯度和负温度梯度，当温度梯度为正时，品体以平血方式长大，当温度梯度为负时，晶体以树枝晶方式长大。
P457、铸件典型的宏观组织冇表面细晶粒区、柱状晶区、内部等轴晶区。
P878、在金属铸造过程中，按气体來源不同，气孔可分为三类，分别是析出性气孔、浸入性气孔、反应性气孔；按照气体种类，气孔可分为三类，分别是___________ 、 _________ 和_________ ； P959、液态金属在凝固过程中发生的化学成分不均匀现象称为___________ ,根据出现的范围不同，主要分为__________ 和 ________ 两大类。
P11410、_________________________________________________________ 铸件在冷却过程中产生的应力，按产生的原因可分为_______________________________________________ 、__________ 和_________ 三类。
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《材料成形原理》复习题(铸）第二章 液态金属的结构和性质1. 粘度。
影响粘度大小的因素?粘度对材料成形过程的影响?１)粘度：是液体在层流情况下,各液层间的摩擦阻力。
其实质是原子间的结合力。
2)粘度大小由液态金属结构决定与温度、压力、杂质有关：(1）粘度与原子离位激活能U 成正比，与相邻原子平衡位置的平均距离的三次方成反比。
(２)温度:温度不高时，粘度与温度成反比;当温度很高时,粘度与温度成正比。
（3）化学成分：杂质的数量、形状和分布影响粘度；合金元素不同，粘度也不同，接近共晶成分，粘度降低。
(4)材料成形过程中的液态金属一般要进行各种冶金处理，如孕育、变质、净化处理等对粘度有显著影响。
3)粘度对材料成形过程的影响(1)对液态金属净化(气体、杂质排出)的影响。
(2）对液态合金流动阻力与充型的影响,粘度大，流动阻力也大。
(3)对凝固过程中液态合金对流的影响,粘度越大，对流强度G 越小。
2．ﻩ表面张力。
影响表面张力的因素?表面张力对材料成形过程及部件质量的影响？１)表面张力:是金属液表面质点因受周围质点对其作用力不平衡，在表面液膜单位长度上所受的紧绷力或单位表面积上的能量。
其实质是质点间的作用力。
2）影响表面张力的因素(1)熔点:熔沸点高，表面张力往往越大。
(2）温度:温度上升,表面张力下降，如A ｌ、Mg 、Zn 等,但Ｃu 、Ｆe 相反。
(3)溶质元素(杂质):正吸附的表面活性物质表面张力下降(金属液表面)；负吸附的表面非活性物质表面张力上升(金属液内部)。
(4)流体性质：不同的流体,表面张力不同。
3)表面张力影响液态成形整个过程，晶体成核及长大、机械粘砂、缩松、热裂、夹杂及气泡等铸造缺陷都与表面张力关系密切。
3.ﻩ液态金属的流动性。
影响液态金属的流动性的因素？液态金属的流动性对铸件质量的影响？１)液态金属的流动性是指液态金属本身的流动能力。
2）影响液态金属的流动性的因素有：液态金属的成分、温度、杂质含量及物理性质有关，与外界因素无关。
3）好的流动性利于缺陷的防止：(1)补缩(2）防裂(3)充型(4)气体与杂质易上浮。
4. 液态金属的充型能力。
影响液态金属的充型能力的因素？1)液态金属的充型能力是指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力。
2）影响液态金属的充型能力的因素有:(１)内因是金属自身流动性；(2)外因有型的性质、浇注条件、型腔结构形状［(1)金属性质:1)合金成分2)结晶潜热3)比热、密度、导热系数4）粘度５)表面张力;（2)铸型性质方面因素：１)型的蓄热系数大2）型的温度３)型中气体；(3)浇注条件方面因素：１)浇注温度2)充型压头3)浇注系统结构；(４)铸件结构方面因素:1)折算厚度2）复杂程度］５．ﻩ液态金属的充型能力与流动性的区别和联系？1)液态金属的充型能力首先取决于液态金属本身的流动能力，同时又和外界条件密切相关。
2)液态金属自身的流动能力称为“流动性”,由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界因素无关,流动性可认为是特定条件下的充型能力。
3)液态金属流动性好,其充型能力强，反之其充型能力差，但这可以通过外界条件来提高充型能力。
第三章 液态金属凝固热力学和动力学1．ﻩ什么是溶质再分配?溶质分配系数表达式？1)溶质再分配:合金析出的固相中溶质含量不同于其周围液相内溶质含量的现象,产生成分梯度,引起溶质扩散。
２)溶质分配系数ｋ：凝固过程中固液界面固相侧溶质质量分数m S 与液相中溶质质量分数m L 之比，即k=m Ｓ/ｍL 。
２. 均质形核与非均质形核(异质形核)。
1)均质形核：依靠液态金属内部自身的结构自发的形核。
2)非均质形核:依靠外来夹杂或型壁所提供的异质界面进行形核过程。
３.ﻩ界面共格对应关系及其判别?1)固体质点的某一晶面和晶核的原子排列规律相似，原子间距离相近或在一定的范围内成比例,就可能实现界面共格对应,该固体质点就可能成为形核的衬底。
这种对应关系叫共格对应关系。
２)共格对应关系用点阵失配度δ衡量即%100||⨯-=z z s a a a δ (1)δ≤5%为完全共格,形核能力强;（2）５%＜δ≤25%为部分共格,夹杂物衬底有一定的形核能力;（３)δ>25%为不共格,夹杂物衬底无形核能力。
4． 点阵失配度点阵失配度δ即%100||⨯-=z z s a a a δ 其中a s 、a z 分别为夹杂物、晶核原子间距离。
用来衡量界面共格对应关系。
5． 晶体的宏观长大方式？１)平面方式长大 条件:(1)固液界面前方液体的正温度梯度分布G Ｌ>0，液相温度高于界面温度T ｉ;(2)固液前方液体过冷区域及过冷度极小;(3）晶体生长时凝固潜热的析出方向同晶体生长方向相反。
生长过程：生长时,一旦某一晶体生长伸入液相区就会被重新熔化，从而导致晶体以平面方式生长。
2)树枝晶方式长大 条件：(1)固液界面前方负温度梯度分布G L ＜0，液相温度低于凝固温度T i ;(2)固液界面前液体过冷区域较大,距界面越远的液体其过冷度越大；（3）晶体生长时凝固潜热析出的方向同晶体生长方向相同。
生长过程:界面上突起的晶体将快速伸入过冷液体中,一次晶臂长出二次晶臂，甚至长出三次晶臂,产生枝晶，以树枝晶方式生长。
6. 固液界面微观结构有哪几种?１)粗糙界面:当a ≤2，ｘ=０．５时,界面固相一侧的点阵位置有50%左右被固相原子占据,另部分位置空着,其微观上是粗糙的、高低不平的,大多数金属都属于这种结构。
2)光滑或平整界面：当a>2,0.05＜x ＜0.９5时,界面固相一侧的点阵几乎被原子占满,或者几乎全部是空位,其微观上是光滑的,非金属及其化合物大多数属于这种结构。
７.ﻩ晶体的微观长大方式？1)晶体连续或垂直生长(正常生长方式):对于粗糙的固液界面,由于界面有5０％的空位可接受原子，故液体中的原子可单个进入空位与晶体连接，界面沿法线方向向前推进,绝大数金属采用这种方式生长。
生长特点：(1)几乎不存在热力学能障;(2)生长所需动力学过冷度小;(3)生长速度最高;（4）生长速率与过冷度成正比(v １＝Ｋ1ΔT K )。
2)晶体二维生长:对于平整的固液界面,因界面上没有多少位置供原子占据,单个原子无法往界面碓砌,如同均质形核，在平整界面上形成一个原子厚度的核心,适合非金属的生长。
生长特点:(1)生核需要过冷度大;（２)原子只能往台阶的侧面生长,几率小,生长速率低（v 2=Ｋ2ｅ-Ｂ/ΔTk )。
3)晶体从缺陷处生长：平整界面二维生长的另一种形式，它不是由形核来形成二维台阶，而是依靠晶体缺陷产生台阶，如位错、孪晶等,分螺旋位错生长,旋转孪晶生长和反射孪晶生长。
生长特点：(１)热力学能障小；（2）台阶不会消失;(３)生长速度快，仍比较粗糙界面生长速度慢;(4)过冷度大,位错密度大，台阶多，速度加快。
8. 晶体的各微观长大方式的长大速度与过冷度有何关系?1)晶体连续或垂直生长：生长所需热力学能障小，生长速度与过冷度成正比 v １=K 1ΔT K ，生长速度很快;2）晶体二维生长:生核所需过冷度大,生长速率低;３)晶体从缺陷处生长(螺旋位错生长)：过冷度大，位错密度大，生长速度快,但仍比较粗糙界面生长速度慢v 3=Ｋ3·ΔT Ｋ2 4)当过冷度很大时，三者的生长速度趋于一致,平整界面上会产生大量的二维中心,或产生大量的螺旋台阶,使平整界面变成粗糙界面。
第四章 液态金属凝固过程中的传热及传质1. 铸件的凝固方式有哪几种?影响铸件凝固方式的因素?1)铸件的凝固方式：(1)逐层凝固方式:纯金属、共晶合晶或结晶范围很小的合金,铸件断面温度梯度很大,导致铸件凝固区很小或没有。
(２)体积凝固方式:合金结晶温度范围比较大或铸件断面温度梯度小，铸件凝固范围大。
(３)中间凝固方式：铸件的凝固范围在以上两者之间。
2)影响铸件凝固方式的因素：（1)合金的化学成分:纯金属、共晶合金的凝固温度范围区间(液固温度差)为零，属于逐层凝固方式；当合金凝固温度区间很大时,凝固范围宽,为体积凝固方式。
(2)铸件断面温度梯度：温度梯度小,则易产生体积凝固方式凝固。
第五章 单相合金的凝固1． 热过冷与成分过冷。
1)热过冷：金属凝固时所需的过冷度若完全由热扩散控制,这样的过冷叫热过冷,其大小为凝固点与实际温度之差,纯金属的凝固时就是热过冷。
2)成分过冷:合金由于溶质再分配导致界面前方熔体成分及凝固温度发生变化引起的过冷。
补:热过冷仅受传热过程控制，成分过冷同时受传热过程和传质过程控制。
２. 成分过冷如何产生？1)过程分析:（1)合金在近平衡凝固过程中，溶质发生再分配,在固—液界面的液相侧中形成一个溶质富集区。
(2)由相图可知，液相成分不同,导致理论凝固温度变化,当固相无扩散而液相只有扩散的单相合金凝固时，界面处溶质含量最高，离界面越远,溶质含量越低,固液界面前平衡液相温度曲线上凸（T Ｌ(x’))，界面处平面温度最低，离界面越远，液相温度越高。
(３)由于固相导热，固液界面前分的实际温度分布呈直线T(x’),温度梯度为正,界面处实际温度最低,离界面越远,液相实际温度越高。
(4）固液界面前方液体的过冷度为平衡液相温度(即理论凝固温度)T L (ｘ’）与实际温度T （x’)之差,即ΔＴc= T L (x’)－ T （ｘ’）。
２)必备条件(１)在固—液界面溶质再分配引起成分富集。
(２)固液界面前方液相的实际温度梯度必须达到一定的值,即G L ≤{ｄ T Ｌ（x’)/dｘ’}｜x’=0。
3.ﻩ成分过冷的判别式?00)1(k D k C m v G L L L --≤（ＧＬ温度分布梯度，D L 溶质扩散系数，ｖ凝固速度，m Ｌ液相线斜率(m Ｌ<０），Ｃ0合金浓度,k 0溶质分配系数) 4.ﻩ成分过冷对单相合金凝固过程的影响?1)在传质过程的无成分过冷或负温度梯度时合金同纯金属一样,界面为平面和树枝状形态;2)在正的温度梯度时,晶体的生长方式产生多样性:当稍有成分过冷时为胞状生长;随着成分过冷的增加(即温度梯度下降),晶体由胞状晶变为柱状晶、柱状枝晶和自由树枝晶(等轴晶)。
第六章 多相合金的凝固１．ﻩ伪共晶。
共晶共生区。
对称形共晶共生区与非对称形共晶共生区及其产生的条件?１)伪共晶：近平衡条件下,即使非共晶成分的合金,当较快冷却到两条液相线延长线所包围的影响区时，也能获得1００％共晶组织。
这样由非共晶成分获得的共晶组织为伪共晶组织。
2）共晶共生区:两条液相线的延长线所包围的区域。
3)对称型共晶共生区：(1）组成共晶的两个组元熔点相近;(２)两条液相线形状彼此对称;(3)共晶两相性质相近;(4)两相在共晶成分附近析出能力相当，易于彼此依附的双相核心；（５）两相在共晶成分附近扩散能力接近,易于保持两相等速协同生长。