材料成型原理第6章答案
材料成型传输原理课后答案（吴树森版）
材料成型传输原理课后答案（吴树森版）第⼀章流体的主要物理性质1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和⽓体。
流体的主要物理性质有：密度、重度、⽐体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg／m3，试求教重度γ和质量体积v。
解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：∴质量体积为1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN／m2时体积为995cm3，当压为多少?强为1MN／m2时体积为1000 cm3，问它的等温压缩率kT公式(2-1):解：等温压缩率KTΔV=995-1000=-5*10-6m3注意：ΔP=2-1=1MN/m2=1*106Pa将V=1000cm3代⼊即可得到K=5*10-9Pa-1。
T注意：式中V是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所⽰，在相距h＝0.06m的两个固定平⾏乎板中间放置另⼀块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油，并且⼀种油的粘度是另⼀种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v＝0.3m/s被拖动时，每平⽅⽶受合⼒F=29N，求两种油的粘度各是多少?解：流体匀速稳定流动时流体对板⾯产⽣的粘性阻⼒⼒为平板受到上下油⾯的阻⼒之和与施加的⼒平衡，即代⼊数据得η=0.967Pa.s第⼆章流体静⼒学2-1作⽤在流体上的⼒有哪两类，各有什么特点?解:作⽤在流体上的⼒分为质量⼒和表⾯⼒两种。
质量⼒是作⽤在流体内部任何质点上的⼒，⼤⼩与质量成正⽐，由加速度产⽣，与质点外的流体⽆关。
⽽表⾯⼒是指作⽤在流体表⾯上的⼒，⼤⼩与⾯积成正⽐，由与流体接触的相邻流体或固体的作⽤⽽产⽣。
2-2什么是流体的静压强，静⽌流体中压强的分布规律如何?解：流体静压强指单位⾯积上流体的静压⼒。
静⽌流体中任意⼀点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作⽤于⼀点的各个⽅向的静压强是等值的。
2-3写出流体静⼒学基本⽅程式，并说明其能量意义和⼏何意义。
解:流体静⼒学基本⽅程为：同⼀静⽌液体中单位重量液体的⽐位能可以不等，⽐压强也可以不等，但⽐位能和⽐压强可以互换，⽐势能总是相等的。
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 ����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
材料成形基本原理3版-合工大第6章答案
第六章 多相合金凝固1、根据共晶体两组成相的Jackson 因子，共晶组织可分为哪三类？它们各有何生长特性及组织特点？答:根据共晶体两组成相的Jackson 因子，共晶组织可分为下列三类:（1）粗糙-粗糙界面（非小晶面-非小晶面）共晶.（2）粗糙-光滑界面（非小晶面-小晶）共晶.（3）光滑-光滑界面（小晶面-小晶面）共晶 .各自生长特性及组织特点:第（1）类共晶，生长特性为: “共生 ”生长, 即在共晶偶合长大时，两相彼此紧密相邻，而在两相前方的液体区域存在溶质的运动 , 两相有某种相互依赖关系.组织特点为: 对于有共晶成分的合金,其典型的显微形态是有规则的层片状或其中有一相为棒状或纤维状(即规则共晶);对于非共晶成分的合金，在共晶反应前，初生相呈树枝状长大，所得到的组织由初晶及共晶体所组成。
第(2)类共晶体，生长特性为: 长大过程是相互偶合的共生长大.组织特点为: 组织较为无规则的,且容易发生弯曲和分枝 .第(3)类共晶体, 生长特性为: 长大过程不再是偶合的组织特性为: 所得到的组织为两相的不规则混合物2、以某合金生产厚大平板铸件，凝固首先析出α初生相，其生长速度R=8μm/s ，溶质B 原子在液相中的扩散系数D L =5600μm²/s ，到共晶阶段形成α-β层片状规则共晶，其片间距为5.6μm.（1） 分别估算初生相及共晶生长阶段α相固液界面前沿的溶质富集边界层厚度；（2） 比较两阶段边界层厚度的差别，并对此现象给予理论解释。
解：（1）α初生相阶段： 溶质富集边界层厚度约（2倍特征距离）R D L /2=2x5600/8=1400μm共晶生长阶段： 溶质富集边界层厚度约（片层距的一半）λ/2=5.6/2=2.8μm(2) 由上述计算结果可见，层片状规则共晶生长过程，其固液界面前沿的溶质富集边界层厚度，比单相生长过程的溶质富集边界层厚度要小得多，而且，其溶质富集程度也小得多。
从物理过程看，这种差别的内在原因在于，层片状规则共晶生长过程中，共晶相邻的两相生长排出的多余原子，由于凝固界面前沿横向扩散，横向扩散耦合的结果使界面前的溶质富集边界层厚度大大缩小。
【材料成型原理——锻压】第六章 应力应变关系
7
对于后两个特点，举加以说明。 最简单的例子就是单向拉伸。在弹性范围内，应变只取决于当
时的应力。反之亦然，例如σc总是对应εc，不管σc是由σa加载而 得还是由σd卸载而的。
在塑性范围内，如果是理想塑性材料（见上图虚线），则同一 σs可以对应任意应变；如果是硬化材料，则由σs加载σe，对应的 应变为εe，如果从σf卸载到σe, 对应的应变为εf’，所以不是单 值关系。
(3)塑性变形时体积不变，即
d x d y d z d1 d 2 d 3 0
d ij d ij (4)应力主轴和应变增量的主轴重合；
(5)应变增量和应力偏张量成正比，即
d ij ij d
d 式中
为瞬时的非负比例系数．它在变形过程是变
化的，但在卸载时 d 0 ，上式是密席斯方程的关键性的
G为剪切模量
E v为泊松比
2G G 如将它推广到一般应力状态的各向同性材料，就叫做广义虎克定律
E
2(1
)
x
1 E
x
( y
z)
yz
1
2G
yz
y
1 E
y
( x
z)
zx
1 2G
zx
z
1 E
z
( x
y)
xy
1 2G
xy
3
将正应变相加
x
y
z
1 2
E
( x
y
z)
m
1 2
E
m
应力球张量使物体产生弹性的体积改变
•
21
s
因此，d对于理想刚塑性材料，应变增量和应力分量之间i还j 不完全是单值关系。d ij
材料成型技术基础课后答案
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。
5.定向凝固原则是在铸件可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，并同时采用其他工艺措施，使铸件上远离冒口的部位到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部位像冒口方向顺序地凝固。
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.②异质形核与固体杂质接触，减少了表面自由能的增加.③异质形核形核功小，形核所需的结构起伏和能量起伏就小,形核容易，所需过冷度小。
18：什么条件下晶体以平面的方式生长？什么条件下晶体以树枝晶方式生长？答：①平面方式长大:固液界面前方的液体正温度梯度分布，固液界面前方的过冷区域及过冷度极小,晶体生长时凝固潜热析出的方向与晶体的生长方向相反。
材料成型设备部分课后习题答案
材料成型设备部分课后习题答案第二章2-1、曲柄压力机由那几部分组成？各部分的功能如何？答:曲柄压力机由以下几部分组成:1、工作机构。
由曲柄、连杆、滑块组成,将旋转运动转换成往复直线运动。
2、传动系统。
由带传动与齿轮传动组成,将电动机的能量传输至工作机构。
3、操作机构。
主要由离合器、制动器与相应电器系统组成,控制工作机构的运行状态,使其能够间歇或连续工作。
4、能源部分。
由电动机与飞轮组成,电动机提供能源,飞轮储存与释放能量。
5、支撑部分。
由机身、工作台与紧固件等组成。
它把压力机所有零部件连成一个整体。
6、辅助系统。
包括气路系统、润滑系统、过载保护装置、气垫、快换模、打料装置、监控装置等。
提高压力机的安全性与操作方便性。
2-2、曲柄压力机滑块位移、速度、加速度变化规律就是怎样的？它们与冲压工艺的联系如何？答:速度的变化规律为正弦曲线,加速度的变化规律为余弦曲线,位移的变化规律为2-3、分析曲柄滑块机构的受力,说明压力机许用负荷图的准确含义答:曲柄压力机工作时,曲柄滑块机构要承受全部的工艺力,就是主要的受力机构之一理想状态下滑块上受到的作用力有:工件成形工艺力F、连杆对滑块的作用力FAB、导轨对滑块的反作用力FQ,实际上,曲柄滑块机构各运动副之间就是有摩擦存在的,考察摩擦的影响以后,各环节的受力方向及大小发生了变化,加大了曲轴上的扭矩。
曲柄压力机曲轴所受的扭矩Mq除与滑块所承受的工艺力F成正比外,还与曲柄转角a有关,在较大的曲柄转角下工作时,曲轴上所受扭矩较大。
通过对曲柄滑块的受力分析,结合实际情况得出的许用负荷图用以方便用户正确选择设备。
2-5装模高度的调节方式有哪些？各有何特点？三种调节方法有:1、调节连杆长度。
该方法结构紧凑,可降低压力机的高度,但连杆与滑块的铰接处为球头,且球头与支撑座加工比较困难,需专用设备。
螺杆的抗弯性能亦不强。
2、调节滑块高度。
柱销式连杆采用此种结构,与球头式连杆相比,柱销式连杆的抗弯强度提高了,铰接柱销的加工也更为方便,较大型压力机采用柱面连接结构以改善圆柱销的受力。
《材料成形理论基础Ⅰ》课后题答案
3 何谓π平面，为什么说在π平面上有六个对称轴？ 过原点且与等倾斜轴垂直的平面，称为π平面。由于假设材料的屈服与坐标的选择无关，
因此，可以得到三个对称轴，由材料的拉压性能相同，可以得到另外三个对称轴。
4 已知应力张量
⎡C 0 0 ⎤
σ ij
=
⎢ ⎢
0
0
0
⎥ ⎥
⎢⎣ 0 0 − C⎥⎦
（ C 为正的常数），试问当恰好发生屈服时，按米塞斯屈服准则和屈雷斯加屈服准则，C = ? 。
= 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？
（1）1：（-1）：0；（2）1： 0：（-1）；（3）1： 0：（-1）。
第三章 塑性成形解析方法 练习与思考体
1 塑性加工问题的精确解需要满足哪些条件？ 对于弹塑性变形物体：需满足 16 个方程；对于刚塑性变形物体：需满足 17 个方程；
2 对于平面应变问题，试证塑性区内每点的应力状态可用平均应力σm 和最大切应力 k 来表
11 等效应力-等效应变单一曲线假设有什么意义？ 根据单一曲线假设，就可以采用最简单的实验方法来确定材料的等效应力与等效应变曲
线。
12 等效应力-等效应变曲线的简化模型有哪些？分别写出其数学表达式。 理想弹塑性材料模型、理想刚塑性材料模型、幂指数硬化材料模型、刚塑性非线性硬化
《材料成形原理》重点及作业答案
、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T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”。
光滑界面一从原子尺度上来看，固一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、共生生长一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、离异生长一两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。
材料成形原理重点及答案
一、名词解释1 表面张力—表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。
表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。
2 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大小及垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。
3 表面自由能(表面能)－为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。
4 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。
5 液态金属的流动性－是液态金属的工艺性能之一，及金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。
6 铸型的蓄热系数－表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。
7 不稳定温度场－温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场稳定温度场－不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）：8 温度梯度—是指温度随距离的变化率。
或沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。
9 溶质平衡分配系数K0—特定温度T*下固相合金成分浓度CS*及液相合金成分CL*达到平衡时的比值。
10 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”。
11、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”。
12 “成分过冷”及“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”。
华科 材料成型原理 第六章 多相合金的凝固
13
棒状共晶可用与六边形等面积的半径r取代层片状共晶中的间距λ， 作为共晶组织的特征尺寸。参照层片状组织的Jackson-Hunt生长 模型，可得：
r= k v
−1/ 2
式中的k是由组成相的物理性质决定 k 的常数，r和λ均与凝固速率的平方根 成反比即生长速率越快。r和λ越小， 共晶组织越细，材质的性能就越好。
第六章
多相合金的凝固
Chapter 6 Solidification of multi-phase alloys
1
第一节 共晶合金的结晶
共晶合金可以由两个纯组元(A-B)构成，也可由一个纯组元和 一个化合物(A-AmBn)或两个化合物构成。
2
共晶合金的特点是液态无限互溶，固态局部互溶(有时固溶度非 常小)；溶质元素在另一个相中的分配系数k＜1；共晶点大多偏 向低熔点组元一边；在共晶转变时，从液体中同时析出两个固 相，对成分偏离共晶成分的合金，则出现初生相。 一．共晶组织的特点和共晶合金的分类 共晶结晶形成的两相混合物，具有多种多样的组织形态。 宏观形态——平面生长、胞状生长、枝晶生长 柱状晶(共晶群体 eutectic colony)到等轴晶(共晶 团 eutectic cell) 微观形态——共晶体内两相析出物的形状与分布，与组成相的 结晶特性、它们在结晶过程中的作用以及具体的 结晶条件有关。 3
30
第二节 偏晶合金和包晶合金的凝固
1. 偏晶合金的凝固 这种合金的特点是： ①在一定温度以上两组元在液态无限互 溶； ②在固态有限互溶，各组元的k＜1； ③在一定的成分和温度范围内出现两个 互不溶解的液体Ll和L2；偏晶成分Cm的 L L C 液体在Tm温度时液体L1中能分解出两个 相：固相α和新的液相L2，即 L1= α + L2
试卷试题材料成型传输原理课后答案全集
试卷试题材料成型传输原理课后答案全集第⼀章流体的主要物理性质1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。
它包括液体和⽓体。
流体的主要物理性质有：密度、重度、⽐体积压缩性和膨胀性。
1-2某种液体的密度ρ=900 Kg／m3，试求教重度γ和质量体积v。
解：由液体密度、重度和质量体积的关系知：∴质量体积为1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN／m2时体积为995cm3，当压为多少?强为1MN／m2时体积为1000 cm3，问它的等温压缩率kT公式(2-1):解：等温压缩率KTΔV=995-1000=-5*10-6m3注意：ΔP=2-1=1MN/m2=1*106Pa将V=1000cm3代⼊即可得到K=5*10-9Pa-1。
T注意：式中V是指液体变化前的体积1.6 如图1.5所⽰，在相距h＝0.06m的两个固定平⾏乎板中间放置另⼀块薄板，在薄板的上下分别放有不同粘度的油，并且⼀种油的粘度是另⼀种油的粘度的2倍。
当薄板以匀速v＝0.3m/s被拖动时，每平⽅⽶受合⼒F=29N，求两种油的粘度各是多少?解：流体匀速稳定流动时流体对板⾯产⽣的粘性阻⼒⼒为平板受到上下油⾯的阻⼒之和与施加的⼒平衡，即代⼊数据得η=0.967Pa.s第⼆章流体静⼒学2-1作⽤在流体上的⼒有哪两类，各有什么特点?解:作⽤在流体上的⼒分为质量⼒和表⾯⼒两种。
质量⼒是作⽤在流体内部任何质点上的⼒，⼤⼩与质量成正⽐，由加速度产⽣，与质点外的流体⽆关。
⽽表⾯⼒是指作⽤在流体表⾯上的⼒，⼤⼩与⾯积成正⽐，由与流体接触的相邻流体或固体的作⽤⽽产⽣。
2-2什么是流体的静压强，静⽌流体中压强的分布规律如何?解：流体静压强指单位⾯积上流体的静压⼒。
静⽌流体中任意⼀点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作⽤于⼀点的各个⽅向的静压强是等值的。
2-3写出流体静⼒学基本⽅程式，并说明其能量意义和⼏何意义。
解:流体静⼒学基本⽅程为：同⼀静⽌液体中单位重量液体的⽐位能可以不等，⽐压强也可以不等，但⽐位能和⽐压强可以互换，⽐势能总是相等的。
材料成型基本原理习题答案答案
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？答：(1)液体与固体及气体比较的异同点可用下表说明(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/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 Hn 约为气化潜热 H 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 N I 、平均原子 间距r 1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P (r)对于平均数密度P o (=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。
r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)。
1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. 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。
材料成形原理 部分答案
半径相同的圆柱和球体比较，前者的误差大；大铸件和小铸件比较，后者误差大；金属型和砂型比较，后者误差大，因为后者的热物性参数随温度变化较快。
11、何谓凝固过程的溶质再分配？它受哪些因素的影响？
溶质再分配：合金凝固时液相内的溶质一部分进入固相，另一部分进入液相，溶质传输使溶质在固－液界面两侧的固相和液相中进行再分配。
金属凝固时，完全由热扩散控制，这样的过冷称为热过冷；
由固液界面前方溶质再分配引起的过冷称为成分过冷.
成分过冷的本质：由于固液界面前方溶质富集而引起溶质再分配，界面处溶质含量最高，离界面越远，溶质含量越低。由结晶相图可知，固液界面前方理论凝固温度降低，实际温度和理论凝固温度之间就产生了一个附加温度差△T，即成分过冷度，这也是凝固的动力。
2、液态金属表面张力和界面张力有何不同？表面张力和附加压力有何关系？
答：液体金属的表面张力是质点（分子、原子）间作用力不平衡引起的。而任意两相（固-固、固-液、固-气）的交界面称为界面，由界面间相互作用而产生的力叫界面张力，表面张力可说是界面张力的一个特例。界面张力与两个表面张力之间的关系为：
σAB=σA+σB–wAB，其中σA、σB分别是A、B两物体的表面张力，wAB为两个单位面积界面向外做的功。表面张力与附加压力的关系有拉普拉斯方程描述： ，其中R1、R2为曲面的曲率半径。
1类：这种生核剂通常是与欲细化相具有界面共格对应的高熔点物质或同类金属、非金属碎粒，他们与欲细化相间具有较小的界面能，润湿角小，直接作为衬底促进自发形核。
2类：生核剂中的元素能与液态金属中的某元素形成较高熔点的稳定化合物，这些化合物与欲细化相间界面共格关系和较小的界面能，而促进非均质形核。
华科材料成型原理第六章多相合金的凝固
华科材料成型原理第六章多相合金的凝固多相合金是指由两种或两种以上相（固相）组成的合金，在实际应用中有着广泛的应用。
对于多相合金的凝固过程，主要研究其凝固形态、凝固机制和凝固结构等方面的内容。
一、凝固形态多相合金的凝固形态主要有共晶凝固、共晶反应凝固和共晶偏析凝固等几种形态。
1.共晶凝固共晶凝固是指两个或两个以上成分在一定温度下同时凝固的过程。
共晶凝固的特点是合金中的各相以极其细小的颗粒形式平均分布在整个合金中，具有良好的强度和韧性。
共晶合金的凝固温度是固定的，可以通过共晶相图确定。
2.共晶反应凝固共晶反应凝固是在共晶相图所确定的共晶温度之下，通过固相反应形成共晶结构。
共晶反应凝固主要包括部分共晶凝固和逐晶凝固两种情况。
在部分共晶凝固中，合金中的一部分成分先凝固形成共晶的母相，在固相反应中会生成共晶的细小颗粒。
在逐晶凝固中，合金中的两个成分在固相反应的过程中逐渐形成共晶结构。
3.共晶偏析凝固共晶偏析凝固是指共晶合金在凝固过程中出现的偏析现象。
偏析是指共晶合金在凝固过程中，由于组分不均衡导致其成分在凝固前后产生变化。
共晶偏析凝固可能出现在合金的凝固前和凝固后两个阶段。
二、凝固机制多相合金的凝固机制主要包括凝固方式、凝固速率和相互作用等几个方面。
1.凝固方式凝固方式是指多相合金的凝固过程是通过目前的方式进行的。
在共晶凝固中，共晶合金通常采用同温凝固方式，即在共晶温度下同时凝固。
在共晶反应凝固中，凝固方式有复合凝固、端凝固和晶核凝固等几种。
2.凝固速率凝固速率是指多相合金凝固的速度大小。
凝固速率受多种因素的影响，如合金的成分、温度和压力等。
凝固速率的大小直接影响到合金的凝固过程和凝固结构。
3.相互作用在多相合金的凝固过程中，合金中各相之间存在相互作用。
相互作用的强度和方式直接影响到合金的凝固形态和凝固结构。
相互作用的形式可分为机械力学式的相互作用和热力学式的相互作用两种。
三、凝固结构多相合金的凝固结构主要由合金的成分和凝固条件等因素决定。
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。
材料成型原理第6章 对数应变
V1 − V0 θ = V0
= εx +εy +εz
（15-22）
在塑性成形时，由于物体内部质点连续且致密， 在塑性成形时，由于物体内部质点连续且致密，可以认为体积 不发生变化， 不发生变化，因此
θ =
ε x + ε y + ε z = ε1 + ε 2 + ε 3 = 0
l3
= ∈ 1 ＋ ∈ 2＋ ∈ 3
对应的各阶段的相对应变为
l 2 − l1 ε 12 = l1 l3 − l 2 ε 23 = l2
ε 01 =
l1 − l 0 l0
ε 03 ≠ ε 01 + ε 12 + ε 23
显然，这表明，对数应变具有可叠加性，而相对应变不具有可叠加性。
2．可比性 对数应变为可比应变，相对应变为不可比应变。假设将试样拉长一 倍，或压缩一半，则物体的变形程度相同。 拉长一倍时 ∈+
d ∈进行积分，求出总应变
∈= ∫
l dl = ln 1 l0 l l0
l1
（15-32）
对数应变或真实应变 ∈反映了物体变形的实际情况，称为对数应变 真实应变 对数应变 真实应变，
它能真实地反映变形的累积过程，表示在应变主轴方向不变的情况下应变增 量的总和。在大塑性变形中，主要用对数应变来反映物体的变形程度。
1523单位时间内的应变称为应变速率又称变形速度用表示单位为在时间间隔dt内产生的应变增量为则应变速率为第二节对数应变设在单向拉伸时某试样的瞬时长度为l在下一个瞬时试样长度又伸长了dl则其应变增量为为了真实地反映瞬时的塑性变形过程一般用对数应变来表示塑性变形的程度
第一节 塑性变形体积不变条件
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1.焊接和铸造过程中的气体来源于何处？它们是如何产生的？答：焊接区内的气体：焊条药皮、焊剂、焊芯的造气剂，高价氧化物及有机物的分解气体，母材坡口的油污、油漆、铁锈、水分，空气中的气体、水分，保护气体及其杂质气体铸造过程中的气体：熔炼过程，气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、工具、熔剂及周围气氛中的水分、氮、氧、氢、CO2、CO、SO2和有机物燃烧产生的碳氢化合物等。
来自铸型中的气体主要是型砂中的水分。
浇注过程，浇包未烘干，铸型浇注系统设计不当，铸型透气性差，浇注速度控制不当，型腔内的气体不能及时排除等，都会使气体进入液态金属。
2. 气体是如何溶解到金属中的？电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程一样吗？答：气体溶解到金属中分四个阶段：（1）气体分子向金属-气体界面上运动；（2）气体被金属表面吸附；（3）气体分子在金属表面上分解为原子；（4）原子穿过金属表面层向金属内部扩散。
电弧焊条件下，氮和氢的溶解过程不一样，氢在高温时分解度较大，电弧温度下可完全分解为原子氢，其溶解过程为分解—吸附—溶入。
在电弧气氛中，氮以分子形式存在，其溶解过程为吸附—分解—溶入。
3.哪些因素影响气体在金属中的溶解度，其影响因素如何？答：气体在金属中的溶解度与压力，温度，合金成分等因素有关：（1）当温度一定时，双原子的溶解度与其分压的平方根成正比（2）当压力一定时，溶解度与温度的关系决定于溶解反应类型，气体溶解过程为吸热反应时，△H为正值，溶解度随温度的升高而增加；金属吸收气体为放热反应时，△H为负值，溶解度随温度的上升而降低。
（3）合金成分对溶解度的影响：液态金属中加入能提高气体含量的合金元素，可提高气体的溶解度；若加入的合金元素能与气体形成稳定的化合物（即氮、氢、氧化合物），则可降低气体的溶解度。
此外，合金元素还能改变金属表面膜的性质及金属蒸气压，从而影响气体的溶解度。
（4）电流极性的影响：直流正接时，熔滴处于阴极，阳离子将向熔滴表面运动，由于熔滴温度高，比表面积大，故熔滴中将溶解大量的氢或氮；直流反接时，阳离子仍向阴极运动，但此时阴极已是温度较低的溶池，故氢或氮的溶解量要少。
（5）焊接区气氛性质的影响：气体分子或原子受激后溶解速度加快；电弧气氛中的阳离子N+或H+可直接在阴极溶解；在氧化性电弧气氛中形成的NO，遇到温度较低的液态金属时可分解为N和O，而N 能迅速溶入金属。
4. 电弧焊时，气体在金属中的溶解度是否服从平方根定律？为什么？答：当温度一定时，双原子气体的溶解度与其分压的平方根成正比，这一规律称为平方根定律，但是电弧焊时，金属液体的温度是变化的，所以气体在金属中的溶解度不服从平方根定律。
5. CO2、H2O和空气在高温下对金属的氧化性哪个大？答：在液态铁存在的温度，空气对金属的氧化性是最大的，而H2O 气的氧化性比 CO2小。
6. 控制铸件或焊缝氮含量的重要措施是什么？答： a．限制气体的来源氮主要来源于空气，控制氮的首要措施是加强对金属的保护，防止空气与金属接触。
b．控制工艺参数金属中氮的含量与工艺参数密切相关。
应尽量采用短弧焊。
焊接电流增加时，熔滴过渡频率增加，气体与熔滴作用时间缩短，焊缝中氮含量减少。
此外，焊接方法、熔滴过渡特性、电流种类等也有一定的影响。
c．冶金处理采用冶金方法对液态金属进行脱氮除气处理，是降低金属中气体含量的有效方法。
液态金属中加入Ti、Al和稀土等对氮有较大亲和力的元素，可形成不溶于液态金属的稳定氮化物而进入溶渣，从而减少金属的氮含量。
7. 氮、氢、氧对金属的质量有何影响？答：a．使材料脆化钢材中氮、氢或氧的含量增加时，其塑性和韧性都将下降，尤其是低温韧性下降更为严重。
b．形成气孔氮和氢均能使金属产生气孔。
液态金属在高温时可以溶解大量的氮或氢，而在凝固时氮或氢的溶解度突然下降，这时过饱和的氮或氢以气泡的形式从液态金属中向外逸出。
当液态金属的凝固速度大于气泡的逸出速度时，就会形成气孔。
c．产生冷裂纹冷裂纹是金属冷却到较低温度下产生的一种裂纹，其危害性很大。
氢是促使产生冷裂纹的主要因素之一。
d．引起氧化和飞溅氧可使钢中有益的合金元素烧损，导致金属性能下降；焊接时若溶滴中含有较多的氧和碳，则反应生成的CO气体因受热膨胀会使熔滴爆炸，造成飞溅，影响焊接过程的稳定性。
此外应当指出，焊接材料具有氧化性并不都是有害的，有时故意在焊接材料中加入一定量的氧化剂，以减少焊缝的氢含量，改善电弧的特性，获得必要的熔渣物化性能。
8.如何控制铸件或焊缝氢的含量？答：控制铸件或焊缝氢的含量的措施有：a．限制气体的来源：氢主要来源于水分，包括原材料本身含有的水分、材料表面吸附的水分以及铁锈或氧化膜中的结晶水、化合水等。
此外材料内的碳氢化合物和材料表面的油污等也是氢的重要来源。
因此原材料使用前均应进行烘干、去油、除锈等处理；炉膛、除钢槽、浇包等均应充分干燥。
b．控制工艺参数：应尽量采用短弧焊，控制液态金属的保温时间、浇注方式、冷却速度，或调整焊接工艺参数，控制熔池存在时间和冷却速度等，可在一定程度上减少金属中氢的含量。
3．冶金处理采用冶金方法对液态金属进行脱氮、脱氧、脱氢等除气处理，是降低金属中气体含量的有效方法。
在金属冶炼过程中，常常通过加入固态或气态除气剂进行除氢。
9．比较熔焊与熔炼过程中熔渣作用的异同点。
熔渣对于焊接、合金熔炼的积极作用主要有机械保护作用，冶金处理作用和改善成形工艺性能作用。
在焊接、合金熔炼过程中，熔渣对液态金属的机械保护方面的作用是相同的，熔渣比重轻于液态金属高温下浮在液体表面，避免液态金属中合金元素氧化烧结，防止气相中氮氢氧硫溶入，减少液态金属散热损失。
而在熔焊过程中，熔池凝固后，熔渣凝固形成渣壳，覆盖在焊缝上，还可继续保护处在高温下焊缝金属免疫空气的有害作用。
在熔渣的冶金处理作用方面，熔焊过程和合金熔炼过程中，均可利用熔渣与液态金属之间发生物化发应，去除金属中有害杂质，如脱氧、脱硫、脱磷，去氢等，熔渣还可以起到吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物作用。
而在熔焊过程，还可以通过熔渣向熔缝中过度合金。
在熔焊过程中，熔渣还有改善焊缝成形性的作用，适当熔渣对电弧引燃，稳定燃烧，减少飞溅，改善脱渣性能及焊接外观成形等焊接工艺有利10．由熔渣的离子理论可知，液态碱性中自由氧离子的浓度远高于酸性渣，这是否意味着碱性渣的氧化性要比酸性渣更强？为什么？答：不一定比酸性渣强。
因为离子理论把液态熔渣中自由氧离子的浓度定义为碱度。
渣中自由氧离子的浓度越大，其碱度就越大，虽然液态碱性渣中自由氧离子的浓度远大于酸性渣，但是它不一定与熔渣中的某些物质反应，进而不能体现出其具有氧化性，而酸性渣则可以，熔渣的氧化性通常是用渣中含有最不稳定的氧化物FeO 的高低及该氧化物在熔渣中的活度来衡量的。
11．本章介绍了熔渣的哪些物理性能？这些性能与熔渣的组成或碱度有什么联系？答：1）主要介绍了熔渣的凝固温度和密度，熔渣的粘度，熔渣的表面张力及界面张力及性能。
2）熔渣的凝固温度和密度主要取决于熔渣的成分，以一定比例构成的复合渣可使凝固温度大大降低，一般保持熔渣熔点低于金属熔点100~200摄氏度，熔渣的粘度与它的化学成分有关，含SiO2多的渣粘度大，含TiO2多的熔渣粘度小，熔渣表面张力主要取决与熔渣组元间化学键键能，酸性渣一般为共价键，表面张力小，碱性渣多为离子键，表面张力大，碱度大，表面张力大。
12．熔渣的物理性能对熔焊质量有什么影响？答：1）熔渣的熔点过高，在金属熔炼和熔焊的过程中，将不能均匀覆盖在液态金属表面，保护效果差，还会影响焊缝外观成型，产生气孔和夹杂，一般熔渣熔点低于焊件熔点100~200摄氏度。
2）熔渣密度影响熔渣与液态金属间的相对位置与相对速度，要保证熔渣与金属密度接近防止形成夹杂。
3）熔渣的粘度越小，流动性越好，扩散越容易对冶金反应进行有利，焊接工艺要求出发，焊接熔渣粘度不能过小，否则容易流失，影响熔池在全位置焊时的成形和保护。
4）熔渣的表面张力与液态金属间界面张力对于冶金过程动力学及液态金属中熔渣等杂质相的排出有重要影响。
它还影响到熔渣对液态金属的覆盖性能，并由此影响隔离保护效果及焊缝外观成型。
13．为什么Feo在碱性渣中活度系数比在酸性渣中大？这是否说明碱性渣的氧化性高于酸性渣？为什么？答：1）渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，Feo大部分以自由态存在，即F eo在渣中活度系数比在酸性渣中大。
2）但这并不能说明碱性渣的氧化性大于酸性渣3）虽然碱性渣中FeO的活度系数大，但碱性渣中FEO的含量并不高，因此碱性渣对液态金属的氧话性比酸性渣小14．冶炼与熔焊过程中熔渣的氧化性强会造成什么不良的后果？答；熔渣氧化性强，渣中的FeO更易向金属中扩散，使液态金属中增氧，熔炼液态金属增氧容易侵蚀炉衬，焊缝中增氧可能产生气孔等缺陷。
15．采用碱性焊条施焊时，为什么要求严格清理去焊件坡口表面的铁锈和氧化皮，而用酸性焊条施焊或max CO2焊时对焊前清理的要求相对较低？答：这种现象可以用熔渣的分子理论来解释。
碱性渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，FeO大部分以自由状态存在，即FeO在渣中的活度系数大，因而容易向金属中扩散，使液态金属中增氧。
所以在碱性焊条药皮中一般不加入含FeO的物质，并要求焊接时严格清除在焊件表面上的氧化皮和铁锈，否则将使焊缝增氧并可能产生气孔等的缺陷。
而在酸性渣中，SiO2、TiO2等的酸性氧化物较多，它们能与FeO形成复杂的化合物（如FeO、SiO2），使自由的FeO 减少，故在熔渣中FeO含量相同的情况下，扩散到金属中的氧较少，CO2焊采用Mn,Si沉淀脱氧，CO2焊脱氢能力强，所以用酸性焊条施焊或CO2焊时对焊前清理的要求相对较低。
16.有人说：“焊接过程中熔渣对液态金属的氧化反应比熔炼过程剧烈，但反应程度不如熔炼时彻底。
”你认为这句话对吗？请说明原因。
答：这句话是对的。
因为熔焊时由于熔渣在高温状态下的存在时间短暂，因此扩散氧化程度一般远不能达到平衡状态，而熔炼过程中的扩散氧化进行的较充分。