金属塑性成型原理与工艺-试卷A

一、名词解释（共5题，每题3分，共15分）

1. 超塑性 金属材料在受到拉伸应力时，显示出很大的延伸率而不产生缩颈与断裂现象，把延伸率 能超过100%的材料统称为“超塑性材料”，相应地把延伸率超过100%的现象叫做“超塑性”。

2. 冷变形 变形温度低于回复温度，在变形中只有加工硬化作用而无回复和再结晶现象的变形。

3. 最小阻力定律 变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动，即做最少的功，走最短的路。

4. 流体摩擦 当金属与工具表面之间的润滑层较厚，摩擦副在相互运动中不直接接触，完全由润滑油膜隔开，摩擦发生在流体内部分子之间者称为流体摩擦。

5. 第二类再结晶图 即变形温度、变形程度与晶粒大小的立体再结晶图。

二、填空题（共5题，每空1分，共15分）1. 9、3、23

1. 变形体内一点的主应力图有___9____种，主应变图有____3___种，由二者组合的变形力学图有___23____种。

2. 金属塑性变形时，由外力引起的应力叫__基本应力__，由不均匀变形引起的应力叫_附加应力_，它们与工作应力之间的关系是__工作应力=基本应力+附件应力

3. 多晶体的晶间变形机构包括 晶粒的转动与移动、溶解-沉积机构、非晶机构。

4. 塑性加工润滑剂分为 液体润滑剂、固体润滑剂、液-固润滑剂、熔体润滑剂 几种类型。

5. 形变热处理是对金属材料有效地综合利用 形变强化和相变强化， 将压力加工与热处理操作相结合，使成形工艺同获得最终性能统一起来的一种工艺方法。

三、判断题（共5题，每题2分，共10分）

1. 金属的塑性越好，则变形抗力就越小。(×)

2. 从金相照片上观察到的冷变形组织就是变形织构。(×)

3. 矩形截面坯料拔长时，送进量l 越小，拔长率越高。(√)

4. 金属坯料挤压时挤压杆的运动速度为V ，则挤压速度为V 。(×)

5. 挤压金属棒材时，当挤压比较小，由于产生表面变形而深入不到棒材的心部，因此在材料表面容易产生竹节状裂纹。(×)

四、问答题（共5题，每题8分，共40分）

1. 简述提高金属塑性的主要途径？

提高金属塑性的主要途径有以下几个方面：控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性；采用合适的变形温度-速度制度；选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态；避免加热和加工时周围介质的不良影响等。

2. 金属塑性加工主要包括哪些工艺参数？制定工艺通常要依据哪些因素？

主要工艺参数即“三度”：变形温度、变形速度、变形程度

主要依据即“五图”：变形力学图、相图(合金状态图)、塑性(状态)图、变形抗力图、第二类再结晶图

3. 分别画出挤压、平辊轧制、拉拔这三种加工方法的变形力学图？并说明在生产中对于低塑性材料的开坯采用哪种方法为佳？为什么？

对于低塑性材料的开坯采用挤压加工方法为佳，因为：挤压时静水压力大，塑性好，缺陷变成线状。

4. 试说明板材轧制时，轧件出现表面裂纹和内部裂纹的主要原因？

对平辊轧制，当轧件通过辊缝时，沿宽度质点有横向流动的趋势，由于摩擦阻力的影响，中心部分宽展远小于边部，而中心部分厚度转化为长度的增加，故板端头会出现前端突出、后端凹入。由于轧件为一整体，所以边部受附加拉应力，而易于产生边部周期裂纹(侧裂)。当辊型控制不当(凸辊型)或坯料形状不良(凸型横断面)也会出现侧裂。当辊型为凹形或坯料

主应力图 主应变图

挤压 平辊轧制 拉拔

为凹形断面，则会出现板材表面的中部周期裂纹。若平辊间轧制厚坯料时，压下量过小，中心层基本没有变形，因而中心层牵制表面层，给予表面层以压应力，表面层则给中心层以拉应力，当此不均匀变形与拉应力积累到一定程度时，就会引起心部产生裂纹，当变形继续进行，此应力积累到一定程度又会产生心部裂纹，如此继续，在心部产生了周期性裂纹。

5. 简述塑性加工工艺润滑剂选择的基本原则？

(1) 润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态；(2) 润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不分解，不变质；

(3) 润滑剂有冷却模具的作用；(4) 润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用；(5) 润滑剂应对人体无毒，不污染环境；(6) 润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。

五、分析应用题(共1题，共10分)

在较低温度下自由镦粗塑性较低的金属圆柱体试样，如下图所示，试绘制出试样镦粗后的形状及可能出现的表面裂纹，并分析表面裂纹产生的原因及改善措施。

试样镦粗后表现为鼓形。由于当镦粗温度

较低时，由于晶间结合强度高于晶内强度，因此，金属圆柱体试样表面易出现穿晶断裂，由剪应力引起的其裂纹方向常与最大主应力成45°角，如下图所示：

为防止镦粗时的这种断裂，必须尽量减少鼓形所引起的周向拉应力。可采取如下措施：(1) 减少工件与工具间的摩擦系数，提高接触表面的光洁度，采用适当效能的润滑剂；(2) 采用凹形模；(3) 采用软垫；(4) 采用活动套环和包套。

六、计算题(共1题，共10分)

金属塑性变形时，已知某点的应力状态423315ij σ∙∙⎛⎫ ⎪=-∙ ⎪ ⎪-⎝⎭

×10MPa ，（i ，j=x ，y ，z ），试写出其张量分解方程，指出分解张量的名称，并说明它们与什么变形有关？该ij σ对应的塑性变形类型是什么？ 并画出对应的主应变图。

40305020()33

x y z

m MPa σσσσ++-+=== 402030202030200020301020501002003010503010300020ij σ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪=--=--+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎝⎭

202030205010301030⎛⎫ ⎪-- ⎪ ⎪-⎝⎭ 应力偏张量，引起物体形状改变；200002000020⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭应力球张量，引起物体

体积改变。

由于'

3

35100I MPa =⨯>，所以为广义拉伸变形。

平锤

试样

平砧