1、1過冷度：金屬的理論結晶溫度和實際結晶溫度的差值2均質形核：在沒有任何外來的均勻熔體中的形核過程3異質形核：在不均勻的熔體中依靠外來雜質或者型壁面提供的襯底進行形核的過程4異質形核速率的大小和兩方面有關，一方面是過冷度的大小，過冷度越大形核速率越快。二是和界面有關界面和夾雜物的特性形態和數量來決定，如果夾雜物的基底和晶核潤濕，那么形核速率大。5 形核速率：在單位時間單位體積內生成固相核心的數目6 液態成型：將液態金屬澆入鑄型之，凝固后獲得具有一定形狀和性能的鑄件或 者鑄錠的方法7 復合材料：有兩種或者兩種以上物理和化學性質不同的物質復合組成一種多相固體8 定向凝固：使金屬或者合金在熔體中定向生

2、長晶體的方法9 溶質再分配系數：凝固過程當中，固相側溶質質量分數和液相側溶質質量分數的比值10 流動性是確定條件下的充型能力，液態金屬本身的流動能力叫做流動性11 液態金屬的充型能力是指液態金屬充滿鑄型型腔獲得完整輪廓清晰的鑄件能力影響充型能力的因素：（ 1）金屬本身的因素包括金屬的密度、金屬的比熱容、金屬的結晶潛熱、金屬的粘度、金屬的表面張力、金屬的熱導率金屬的結晶特點。（2）鑄型方面的因素包括鑄型的蓄熱系數、鑄型的溫度、鑄型的密度、鑄型的比熱容、鑄型的涂料層、鑄型的透氣性和發氣性、鑄件的折算厚度（3）澆注方面的因素包括液態金屬的澆注溫度、液態金屬的靜壓頭、澆注系統中的壓頭總損失和。12 影

3、響液態金屬凝固過程的因素：主要因素是化學成分冷卻速度是影響凝固過程的主要工藝因素 液態合金的結構和性質以及冶金處理（孕育處理、變質處理、微合金化）等對液態金屬的凝固也有重要影響13 液態金屬凝固過程當中的液體流動主要包括自然對流和強迫對流，自然對流是由于密度差和凝固收縮引起的流動，由密度差引起的對流成為浮力流。凝固過 程中由傳熱。傳質和溶質再分配引起液態合金密度的不均勻，密度小的液相上浮， 密度大的下沉，稱為雙擴散對流，凝固以及收縮引起的對流主要主要產生在枝晶之間，強迫對流是由液體受到各種方式的驅動力產生的對流，例如壓力頭。機械攪動、鑄型震動、外加磁場。14 鑄件的凝固方式：層狀凝固方式（動態

4、凝固曲線之間的距離很小的時候）、體積凝固方式（動態凝固曲線之間的距離很大的時候）、中間凝固方式（介于中間情況的時候）、15 影響鑄件凝固方式的因素有二：一是合金的化學成分，二是鑄件斷面上的溫度梯度。16 熱力學能障動力學能障：熱力學能障是右被迫處于高自由能過度狀態下的界 面原子產生的他能直接影響系統自由能的大小， 動力學能障是由于金屬原子穿越 界面過程引起的，他與驅動力的大小無關，而僅僅取決于界面的結構和性質，例 如激活自由能。單從熱力學條件來看，液相的自由能已經大于固相的自由能，固相為穩定相，相變應該沒有能障，但是要想液相原子具有足夠的的能量越過高能界面，還需動力學條件，因此液態金屬凝固過程

5、中必須克服熱力學和動力學兩個能障。液態金屬在成分、溫度、能量、上不是均勻的，即存在成分、能量、結構的三.下載可編輯 .個起伏，正是這三個起伏去克服熱力學和動力學能障，使凝固過程能夠進行下去。17 凝固過程當中溶質分配的平衡條件：凝固界面上溶質遷移的平衡、固相液相內部擴散的平衡。18 熱過冷：金屬凝固時所需過冷度完全由傳熱所提供僅由熔體實際溫度分布決疋、19 成分過冷：凝固時由于溶質再分配，固液前沿溶質濃度變化，引起理論凝固溫度的改變而在固液界面前液相內形成的過冷，這種由于固液界面前方溶質再分配引起的過冷叫做成分過冷成分過冷對晶體的外貌有什么影響：無成分過冷平面生長，窄成分過冷胞狀生長，較寬成分

6、過冷區柱狀樹枝晶生長，寬成分過冷區自由樹枝晶生長。P62就合金的宏觀結晶狀態而言，平面生長、胞狀生長柱狀樹枝晶生長都屬于一種晶體自型壁生核然后由外向內單向延伸的生長方式，稱為外生長，而等軸晶是在液體的內部自由生長的，稱為內生長。枝晶距離指的是相鄰同次枝晶之間的垂直距離20 熱過冷完全由熱擴散控制，成分過冷不僅由熱擴散控制還和溶質擴散相關。21 產生成分過冷具備兩個條件：固液界面前沿的溶質的富集而引起成分再分配、固液界面前方液相的實際溫度分布必須達到一定值。22 獲得全部柱狀晶的條件：激冷鑄型形成穩定的凝固層防止晶體游離、提高金屬的純度減小成分過冷縮頸的能力、減少液體的流動，提高澆注溫度使晶體游

7、離重熔23 厚達鑄件獲得等軸晶的辦法：（ 1）降低澆注溫度，有利于游離晶粒的殘余和 產生較多的游離晶粒。（ 2）對金屬液進行處理，加入形核劑強化非均質形核。（ 3） 澆注系統的設計應該考慮到低溫快速澆注使游離晶粒不重熔（4）使晶體內液體流動，有利于大量游離晶粒的生成。24 在熔點溫度的固態金屬變為同溫度的液態金屬的時候，金屬要吸收大量的熱量，稱為融化潛熱25 鑄錠典型宏觀組織的三個晶區及其組成：表面細晶區是緊靠型壁的激冷組織， 由無數細小等軸晶組成。中間的柱狀晶區由垂直于型壁且彼此平行排列的柱狀晶組成。內部的等軸晶區由各向同性的等軸晶組成26 影響液體金屬粘度的主要因素是化學成分、溫度、夾雜物

8、。一般的難容化合物的液體粘度較高，熔點低的共晶成分合金粘度較低。液體的粘度隨著溫度的升高粘度降低。液態金屬中呈固態的非金屬夾雜物使液態金屬的粘度增加。冶金處理對液態金屬的粘度也有一定的影響，如孕育變質晶粒細化處理等。27 粘度的實質是原子之間的結合力28 影響表面張力的因素：熔點 熔點沸點高則表面張力也大。 溫度 表面張力隨 著溫度的升高而降低。溶質元素溶質元素對表面張力的影響分為兩大類一類是使表面張力降低的元素，我們叫這類元素為表面活性元素，其表面含量大于內部含量，我們叫他為正吸附元素另外一類是使表面張力升高的元素， 我們叫這類 元素為非表面活性元素。其表面含量少于內部含量，稱為負吸附元素。

9、29 潤濕角在 p1630 毛細現象是液體對管壁的潤濕引起的31 半固態合金的優點：對鑄型的熱腐蝕小，可以對黑色或者其他熔點的合金成型，填充平穩減少氣體的卷入提高致密度，可實現自動化可告訴成型。32 半固態合金的特性：熱容量低于液相，粘度高于液相，填充的時候已經有固.下載可編輯 .相的存在，可與其他材料復合33 液體金屬在枝晶之間流動的驅動力來自于三方面，一是凝固時的收縮，二是液體化學成分的變化引起的密度變化，三是液體、固體在溫度降低冷卻收縮時產生的收縮力。34 鑄件的凝固時間指的是液態金屬充滿鑄型的時刻到凝固完畢所需要的時間，單位時間內凝固層增長的厚度為凝固速度35 晶體（純金屬）宏觀長大的

10、方式取決于界面前方液體中的的溫度分布，即溫度梯度，在結晶界面前方存在正溫度梯度和負溫度梯度，當溫度梯度為正的時候晶體以平面方式長大，當溫度梯度為負的時候晶體以樹枝晶的方式生長。晶體的微觀長大方式分為粗糙界面和平整界面36 為什么過冷度是液態金屬凝固的驅動力？因為只有實際結晶溫度低于理論結晶溫度，才能滿足晶體結晶的熱力學條件，過冷度越大固液兩相的自由能相差更大，液態金屬結晶的驅動力也更大，結晶速度也越快。37 成分過冷區的寬度隨著凝固速度的增加而減小，隨著擴散系數的增大而增大38 溶質再分配不僅由平衡分配系數 kO決定還受自身擴散性質的制約，液相中的 對流強弱等因素也將影響溶質再分配。39 在普

11、通的工業條件下從熱力學考慮當非共晶成分的合金較快的冷卻到兩條 液相線所包圍的影線區域內時 液相內兩相達到飽和 兩相具備了同時析出的條 件 但是一般總是某一相先析出 然后在其表面上析出另外一相 于是開始了兩相 競爭析出的共晶凝固過程最后獲得百分之百的共晶組織。40 影響成分過冷的因素有工藝因素和合金本身的因素。工藝因素：液相中溫度梯度gi 越小成分過冷越大，晶體生長速度越快成分過冷越大。合金本身因素：m越大即液相線的斜率大、原始成分的co 大液相中溶質擴散系數d 越低、 ko>1 時候 ko 越大 ko <1時 ko 越小則成分過冷越大 . 上述的工藝因素是可以控制的 41 規則共晶

12、凝固和非規則共晶凝固的異同規則共晶凝固時候影響其組織形態的因素規則共晶、非規則共晶、偽共晶組織、片層間距加入生核劑的目的是強化非均質形核，根據生核質點的作用過程，生核劑主要分為以下幾種：（ 1）直接作為外加晶核的生核劑，這種生核劑是與被細化相具有界面共格對應的高熔點物質或者同類金屬、非金屬碎粒，他們與被細化的相之間有較小的界面能，潤濕角小，作為有效的基底促進自發形核。（2）能生成較高熔點穩定化合物的生核劑，生核劑中的元素能與液態金屬中的元素形成較高熔點的穩定化合物，這類化合物與被細化相之間具有界面共格關系和較小的界面能（3）通過在液相當中微區富集使結晶相提前彌散析出形成的生核劑，（4）強成分過

13、冷元素的生核劑，這類元素通過在生長的固液界面前沿的富集，使晶粒根部 或者樹枝晶分枝根部產生細弱縮頸，易于通過熔體的流動以及沖擊而產生晶粒的游離，這類生核劑產生的強成分過冷也能強化界面前沿熔體內部的非均質形核，強成分過冷元素的界面富集對晶體生長有抑制作用，降低晶體的生長速率，也使晶粒細化42 焊接的基本概念：采用加熱或者加壓或者既加熱又加壓是被焊材達到原子結合形式永久連接的方法43 接頭：焊接接頭指的是被焊材料經過焊接過程之后發生組織和性能變化的 焊接接頭由融合區、熱影響區、焊縫組成。.下載可編輯 .44 焊縫：由融化的被焊材料和添加材料凝固后形成的接頭組成的部分45 熱影響區：受到焊接過程的熱

14、作用而發生的組織和性能的變化的被焊材部分46 母材指的就是被焊材料47 融合區是由部分被融化的被焊材料組成的48 焊接熱循環指的是在焊接過程當中工件上某點的溫度隨著時間由低到高升高 到最大值然后又由高到低的變化過程 ?焊接熱循環的特點是加熱速度快、峰值溫 度特別高、高溫停留時間短、冷卻速度快、是局部加熱。49 熔滴指的是焊接材料（焊絲焊條）端部被融化形成的滴狀的液態金屬。焊接熔池的特點是熔池的體積小冷卻速度快、焊接熔池的液態金屬是處在過熱的狀態下、焊接熔池的液態金屬始終處在運動的狀態下、溫度梯度較大。焊接熔池的凝固過程是從邊界開始的，是一種非均質形核，50 熔池指的是母材上由融化的焊接材料和局

15、部融化的母材組成的，具有一定幾何形狀的液態金屬51 焊接性：金屬材料在限定的焊接條件下焊接或者按照規定設計要求的構件，并滿足預定的服役要求的能力，即材料對焊接加工的適應性和使用的可靠性52 能用焊接性指的是接頭或者整個結構滿足某種使用要求的能力53 工藝焊接性指的是在一定的焊接工藝條件下獲得優質無缺陷的接頭的能力54 焊接過程中對焊接區金屬的保護的必要性：（ 1）防止焊縫成分發生變化，主 要是氧化和氮化（ 2）防止接頭性能劣化導致韌性塑性下降（ 3）防止產生焊接缺 陷例如氣孔裂紋夾雜（ 4）改善焊接工藝性能55 焊接過程中對焊接區金屬的保護方法（ 1）氣保護例如 C02 氣體保護焊，效率 高易

16、實現成本低但是焊接缺陷大（ 2）渣保護例如埋弧焊，特點是高效可焊接厚 板，（3）渣氣聯合保護 例如手工電弧焊（ 4）真空保護電子束焊接 可以焊接非 常厚的板材，而且焊接缺陷小，但是價格昂貴56 焊接區內氣體和金屬的相互作用：有 MQHO H A渣蒸汽 金屬蒸汽，他們的 主要來源是周圍空氣、焊接材料、母材。57 氮氣和金屬的相互作用，高溫溶解和 Fe 反應生成氮化物，為硬脆相。在熔池 凝固的時候氮氣的溶解度降低形成氣體分子， 若金屬凝固較快，氣體無法全部跑 出，形成氣孔，也可與金屬生成氮化物，對焊接質量有大的影響。氮的危害 ;a: 形成氣孔； b：塑性，韌性下降； c：時效脆化58 氮氣的控制：

17、加強焊接區的保護，氮氣主要是來自空氣，通過氬氣的保護比較好，其次是選擇合理的焊接工藝參數，最后加入比鐵元素活躍的元素與氮元素反應，選擇合金脫氮。59氫在高溫下溶于液態金屬，隨著溫度的下降，氫元素的溶解度也下降，殘留在焊縫當中，氫對焊接質量有重要的影響，（1）氣孔（ 2）氫脆氫在室溫附近使金屬的塑性和韌性急劇下降（ 3）白點（ 4）延遲裂紋60出現冷裂紋的幾個因素：外加應力材料脆 擴散氫的存在61氫元素的控制： a：控制來源，氫元素的主要來源是空氣中的水蒸氣，控制焊接材料的含氫量，焊條中的水分和有機物，母材除油除水除銹b : 冶金脫氫：合金脫氫焊接材料加入氟化物生成 hf ; 提高焊接材料的氧化

18、性生成 HQ; c : 工藝 措施：確定合理的焊接工藝參數；焊后脫氫。62. 氧對焊接質量影響： a 降低焊縫的力學性能，韌性、塑性強度下降硬度上升； b 影響焊接過程和質量 c 形成 Co氣孔；氧的控制： a 加強焊接的保護63. 氧的控制： a 加強焊接區的保護 b 限制焊接材料的含氧量 c 選擇合適的焊接 方法.下載可編輯 .和焊接工藝參數 d 冶金脫氧64.熔渣：藥皮、藥芯、焊劑受熱融化發生化學反應形成的；其作用：機械保護作用；改善焊接工藝性能；冶金處理作用；熔渣分類：鹽型、氧化性、鹽- 氧化 型熔渣；65.焊縫中金屬的脫氧：先期脫氧，沉淀脫氧、擴散脫氧；66.脫氧劑的選擇： a 和氧

19、的親和力大的 b 不溶于液態金屬，密度低、熔點低c 價格便宜 d 對焊接工藝性和接頭質量存在影響67.合金化的目地： a 補充損失 b 消除焊接缺陷改善焊縫組織和性能d 獲得特殊 性能堆層焊68. 合金化的形式：焊條，焊劑，焊絲，合金粉末69. 熔池的特點： a 金屬出與過熱狀態 b 熔池體積小冷卻速度快 c 溫度梯度大 d 運動中結晶70. 熱影響區組織轉變特點：加熱過程中： a 組織轉變向高溫段推移 b 奧氏體均 勻程度低 c 部分晶粒嚴重長大；冷卻過程中d 組織轉變向低溫段推移e 馬氏體轉變臨街冷卻速度發生改變；71. 硫的危害： a 形成低熔共晶增大結晶裂紋傾向性 b 韌性下降72.

20、硫的控制： a 控制來源 b 冶金脫硫73. 磷的危害：增大結晶裂紋傾向；增加脆性；控制：限制材料的含磷量；材料成型原理試卷A 試題與答案一、鑄件形成原理部分（共40 分）1、 概念（每小題3 分共 12 分）（1）過冷度； （2）液態成形； （3）復合材料； （ 4）定向凝固；答案：過冷度：金屬的理論結晶溫度與實際結晶溫度的差，稱為過冷度。液態成形：將液態金屬澆入鑄型后，凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件或鑄錠的加工法。復合材料：有兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質復合組成的一種多相固體。定向凝固；定向凝固是使金屬或合金在熔體中定向生長晶體的一種工藝方法。溶質再分配系數：凝固過程中固- 液界

21、面固相側溶質質量分數與液相中溶質質量分數之比 , 稱為溶質再分配系數。2、 回答下列問題（每小題 6 分 共 18 分）（ 1）影響液態金屬凝固過程的因素有哪些？（ 6 分）答案：影響液態金屬凝固的過程的主要因素是化學成分；冷卻速率是影響凝固過程的主要工藝因素；液態合金的結構和性質等對液態金屬的凝固也具有重要影響。（ 2） 熱過冷與成分過冷有什么本質區別？（6 分）答案：熱過冷完全由熱擴散控制。成分過冷由固 - 液界前方溶質的再分配引起的，成分過冷不僅受熱擴散控制，更受溶質擴散控制。（ 3） 簡述鑄件（錠）典型宏觀凝固組織的三個晶區（6 分）答案：表面細晶粒區是緊靠型壁的激冷組織，由無規則排列

22、的細小等軸晶組成；中間柱狀晶區由垂直于型壁彼此平行排列的柱狀晶粒組成；內部等軸晶區由各向同性的等軸晶組成。3、對于厚大金屬型鋼錠如何獲得細等軸晶組織？（10 分）答案：降低澆注溫度，有利于游離晶粒的殘存和產生較多的游離晶粒；對金屬液處理，向液態金屬中添加生核劑，強化非.下載可編輯 .均質形核；澆注系統的設計要考慮到低溫快速澆注，使游離晶不重熔；引起鑄型內液體流動，游離晶增多，獲得等軸晶。、焊接原理部分（共20 分）1 簡述氫在金屬中的有害作用。（4 分）答案：氫脆，白點，氣孔，冷裂紋2寫出錳沉淀脫氧反應式，并說明熔渣的酸堿性對錳脫氧效果的影響（6 分）答案： Mn + FeO = Fe +（M

23、n0）, 酸性渣脫氧效果好，堿度越大，錳的脫氧效果越差。3冷裂紋的三大形成要素是什麼？（4 分）答案：鋼材的淬硬傾向，氫含量及其分布，拘束應力狀態4 說明低碳鋼或不易淬火鋼熱影響區組織分布。（6 分）答案 : （1）熔合區：組織不均勻；（2）過熱區：組織粗大 ；（3）相變重結晶區（正火區）：組織均勻細小；（4）不完全重結晶區：晶粒大小不一，組織分布不均勻三、塑性成形力學部分共40分1、簡答題：（ 10 分）（1）寫出塑性變形時應變分量jj 與位移分量Ux ,Uy,U z 之間關系（小變形幾何方程）答案：yzzy12yz1uzxxz2zxxyyx1u2yx（ 2）簡述兩種屈服準則并寫出表達式，并

24、說明其在空間的幾何表示。答案：12IS-| M22223S，*2 12233131 S?下載可編輯 .2、如圖平行砧板間平面壓縮變形，已知接觸表面摩擦力y ,為摩擦系數，最大剪應力為K，試用主應力法求y 分布規律及平均流動應力P。15分耳 P,UzZZ/ZZZ / zz ZZ/I * xnirHO*>%么2b答案 :d xd y50,dxdx2xdx ,ce Hye2K ,y5分bb (bx)ydx2Ke20H2Ke20beHb1x)2HK2HKb (x)2KeH3、 如圖平面擠壓工藝，H2h = , u1 2u0，最大剪應力為K，試用上限法求解平面擠壓時的平均流動應力P。 15分OA

25、4545HC 45U1PDP45答案： P* uS KV i* dS D ；SD.下載可編輯 .l2h' acU oauabu beu cdU0 , U acU 0， loal abl bchcd ，2*KV i*dS D ,PU0K 1 oaUoa'abU abbc Ubc' cd U cdP U iacU acPU oK 4l oa Uoal ac U acK4、2h 二 U0hu oKu 0 5h2PK 41oaU oa l ac U acK4.2h' 2 u°hU 0K5h2PP2.5K2h材料成型原理試卷B 試題與答案一、 鑄件形成原理部分（

26、共40 分）1 解釋下列概念（共9 分，每小題 3 分）液態成形：將液態金屬澆入鑄型后，凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件或鑄錠的加工法。復合材料：有兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質復合組成的一種多相固體。溶質再分配系數：凝固過程中固- 液界面固相側溶質質量分數與液相中溶質質量分數之比，稱為溶質再分配系數。2、回答下列問題（共16 分）（ 1）簡述鑄錠典型宏觀凝固組織的三個晶區及其組成（5 分）答案：表面細晶粒區是緊靠型壁的激冷組織，由無規則排列的細小等軸晶組成；中間柱狀晶區由垂直于型壁彼此平行排列的柱狀晶粒組成；內部等軸晶區由各向同性的等軸晶組成。（ 2）產生成分過冷必須具備哪兩個條件？（5 分）答案：；第一是固 - 液界面前沿溶質的富集而引起成分再分配；第二是固- 液界面前方液相的實際溫度分布，或溫度分布梯度GL必須達到一定的值。（ 3）影響液態金屬凝固過程的因素有哪些？（6分）答案：影響液態金屬凝固的過程的主要因素是化學成分；冷卻速率是影響凝固過程的主要工藝因素；液態合金的結構和性質等對液態金屬的凝固也具有重要影響。2、厚大鑄件（在干砂型中澆注）欲獲得細等軸晶組織，應采取哪些措施？（15 分）答案：降低澆注溫度，有利于游離晶粒的殘存和產生較多