材料成型技术基础复习题.doc

2008级材料成形技术基础复习题 一、填空题（总计20分）1、凝固成形的方法包括砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、熔模铸造等。2、宏观偏析通常指整个铸锭或铸件在大于晶粒尺度大范围内产生的成分不均匀现象。宏观偏析可分为正常偏析，逆偏析和密度偏析等。3、进行铸件设计时，不仅要保证其工作性能和力学性能要求，还必须认真考虑铸造工艺 和合金铸造性能对铸件结构的要求。4、铸件的缺陷类型包括缩孔、缩松、裂纹、变形等。5、冲压模具工作零件是指对坯料直接进行加工的零件；定位零件是指用来确定加工中坯料正确位置的零件。6、挤压成形按成形温度可分为热挤压、温挤压、冷挤压；按金属的流动方向和凸模的运动方向可分为正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压。7、焊接的熔池特征可描述为体积小、冷却速度大、过热温度高、动态下凝固、对流强烈。 8、手工电弧焊焊条药皮的主要作用有保护作用、冶金作用、提高焊接工艺性能。9、焊接残余变形一般可分为总体变形和局部变形，总体变形分纵向收缩变形、横向收缩变形、弯曲变形和扭曲变形；局部变形分角变形和波浪变形。10、写出5种常用热塑性塑料的英文代号ABS、PC、PVC、PP、PE、POM等。11、形核时，仅依靠液相内部自发形核的过程，一般需要较大的过冷度才能得以完成；而实际凝固过程中，往往依靠外来质点或容器壁面形核，这就是所谓的非自发形核过程。12、晶体生长方式决定于固一液界面结构。一般粗糙界面对应于连续长大；光滑界面对应于侧面长大。当过冷度较小时，光滑界面以螺型位错方式生长；过冷度较大时，则转为连续生长方式生长。二维形核生长的方式，对于光滑界面的晶体几乎是不可能的。13、一般凝固温度间隔大的合金，其铸件往往倾向于糊状凝固,否则倾向于逐层凝固。14、塑料按成形性能分为热塑性塑料和热固性塑料。二、概念题（总计30分）1、 形核率2、成分过冷3、凝固偏析4、凝固形核5、应力6、应力状态7、主应力8、主剪应力9、应变10、屈雷斯加屈服准则11、密塞斯屈服准则 12、板料成形13、自由锻14、模锻15、挤压16、焊接热循环17、压力焊18、摩擦焊19、电阻焊20、焊接应力21、小变形22、动态回复23、动态再结晶24、加工硬化25、灰口铸铁26、白口铸铁27、球墨铸铁三、简答题（总计30分）1、 为什么说非自发形核比自发形核容易？2、 逐层凝固与糊状凝固之间有何区别？3、 焊接热过程的特点是什么？4、 多道焊为什么可以提高焊缝金属的塑性？5、 米泽斯屈服准则与屈雷斯加屈服准则有何差别？在什么状态下两个屈服准则相同？什么状态下差别最大？6、 铸铁合金中石墨形态共有几种？一般可通过什么方法改变石墨形态？7、 进行铸件结构设计时应注意的设计原则有哪些？8、 板料成型模具一般有哪几部分组成？每部分各起到什么作用？9、 锤上模锻与压力机模锻变形特点有何不同？10、 手工电弧焊的原理、特点是什么？11、 简述注射过程。12、 成分过冷与热过冷有什么区别？13、 试述热扎钢、正火钢的焊接性要点。答：热轧钢及正火钢是非热处理强化钢，屈服强度在294-490MPa。这类钢的焊接要点是：抗热裂性比较好。有一定的冷裂倾向，且随强度级别的升高（或淬硬倾向的增加）而增大。 沉淀强化的钢种（如等）有产生再热裂纹的倾向，在消除应力热处理时，应注意避免在600 左右保温。热轧钢在制造厚大件时，有层状撕裂的危险。这类钢不存在热影响区软化问题，但有过热区脆化问题。热轧钢含碳量越高脆化程度越严重。正火钢随焊接线能量的增大或钢中含钛量的增加，脆化程度严重。这类钢可采用手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊及压力焊。14、 热塑形变形对金属组织和性能有何影响？答：1）改善晶粒组织对于铸态金属，粗大的树枝状晶经塑性变形及再结晶而变成等轴（细）晶粒组织；对于经轧制、锻造或挤压的钢坯或型材，在以后的热加工中通过塑性变形与再结晶，其晶粒组织一般也可得到改善。2）锻合内部缺陷铸态金属中的疏松、空隙和微裂纹等内部缺陷被压实，从而提高了金属的致密度。3）破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布对于高速钢、高铬钢、高碳工具钢等其内部含有大量的碳化物。通过锻造或轧制，可使这些碳化物被打碎、并均匀分布，从而改善了它们对金属基体的削弱作用，并使由这类钢锻制的工件在以后的热处理时硬度分布均匀，提高了工件的使用性能和寿命。4）形成纤维组织在热塑性变形过程中，脆性夹杂物（如氧化物、氮化物和部分硅酸盐等）被破碎呈链状分布；而塑性夹杂物（如硫化物和多数硅酸盐等）则被拉成条带状、线状或薄片状。于是在磨面腐蚀的试样上便可以看到顺主变形方向上一条条断断续续的细线，称为“流线”，具有流线的组织就称为“纤维组织”。15、 金属型铸造有何特点？为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造？16、 奥氏体不锈钢熔焊的主要问题是什么？预防措施有哪些？17、 简述钨极氩弧焊的优点？18、 简述焊接工艺参数对焊接温度场的影响。19、 试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。答：滑移系能否一个晶粒转移到另外一个晶粒，引起宏观塑性变形取决于晶界附近位错塞积群所产生的应力场能否激发相邻晶粒中的位错源也开动起来。 而位错塞积群应力场的强弱与塞积的位错数目相关，数目越大，应力场就越强。在相同的外力作用下，晶粒愈大，晶粒内空间也越大，位错源开动时间越长，晶界堆积的位错也就越多，应力场越强。由此可见，粗晶粒金属的变形由一个晶粒转移到另外一个晶粒会容易些，而细晶粒则需要在更大的外力作用下才能使相邻晶粒发生塑性变形。这就是为什么晶粒越小金属屈服强度越大的原因。在一定体积内,细晶粒金属的晶粒数目比粗晶粒金属的多，因而，塑性变形时位向有利的晶粒较多，变形能较均匀分散到各个晶粒上；又从每个晶粒的应变分布看，细晶粒时晶界的影响区域相对较大，使得晶粒心部的应变和晶界处的应变差异减少。由于细晶粒金属的变形不均匀性较小，由此引起的应力集中必然也较小，内应力分布较均匀，因而金属断裂前可承受的塑性变形量就较大。松弛的温度。低碳钢的屈服点对于在温度达650左右可趋近于零，所以，加热到低碳钢消除应力比较有效。对于高强钢和耐热钢， 在这一温度下降低不多，所以消除应力的效果就不如低碳钢。20、已知材料的真实应力一应变曲线方程为，若试样已有伸长率，试问试样还要再增加多少才会发生缩颈？ 四、识图绘图题下图是导柱式简单落料模，请选择1-10所指零件名称，并说明其功能。（可选项：模柄；凹模；上模板；导柱；凸模固定板；挡料销；下模板；导套；凸模；刚性卸料板）2、（1）画出焊接温度场研究的三种焊件尺寸和三种热源的形式，并说明起特征。答：假定焊件的尺寸形状概括为三种典型，如图所示。1）半无限大物体（图a）厚板表面堆焊可视为此种情况；（2）试画出铸件在绝热铸型中、金属一铸型界面热阻为主的金属型中和厚壁金属型中的凝固的凝固分布图，并说明之。答、1）铸件在绝热铸型中凝固砂型、石膏型、陶瓷型、熔模铸造等铸型材料的热扩散系数远小于凝固金属的热导率，可统称为绝热铸型。因此，在凝固传热中，金属铸件的温度梯度比铸型中的温度梯度小得多。相对而言，金属中的温度梯度可忽略不计。在这种情况下，铸件和铸型的温度分布如图所示。可以认为，在整个传热过程中，铸件断面的温度分布是均匀的，铸型内表面的温度接近铸件的温度。如果铸型足够厚，由于铸型的导热性很差，铸型的外表面仍然保持为初始温度T0。2）金属一铸型界面热阻为主的金属型中凝固较薄的铸件在工作表面涂有涂料的金属型中铸造时，就属于这种情况。金属一铸型界面处的热阻较铸件和铸型中的热阻大得多，这时，凝固金属和铸型中的温度梯度可以忽略不计，即认为温度分布是均匀的，热扩散过程取决于涂层的热物理性质。若金属是无过热浇注，则界面处铸件的温度就等于金属的凝固温度，铸型的温度保持为T0，如图所示。3）厚壁金属型中的凝固当金属型的涂料层很薄时，厚壁金属型中凝固金属和铸型的热阻都不可忽略，因而都存在明显的温度梯度。由于此时金属一铸型界面的热阻相对很小，可以忽略不计，则铸型内表面和铸件表面温度相同。可以认为，厚壁金属型中凝固热扩散为两个相连接的半无限大物体的热扩散，整个系统的热扩散过程取决于铸件和铸型的热物理性质，其温度分布如图所示。4、下图是卧式注射机注射装置图，请说明1-10所指零件名称，并说明其作用。（可选项：导杆；推力座；前导杆支座；注射座；注射油缸；加料口；塑化部件；座移油缸；右导杆支座；油压马达）五、综合问答题（本题共10分）1、试分析多晶体冷塑性变形的特点。答：1）各晶粒变形的不同时性 塑性变形首先在位向有利的晶粒内发生,位错源开动,但其中的位错却无法移出此晶粒,而是在晶界处塞积。位错塞积产生的应力场越过晶界作用到相邻晶粒上,使其得到附加应力。随外加应力的增大,最终使相邻位向不利的晶粒中滑移系的剪应力分量达到临界值而开动起来,同时也使原来的位错塞积得到释放,位错运动移出晶粒。如此持续运作,使更多晶粒参与变形。2）各晶粒变形的相互协调性；由于多晶体中的每一个晶粒都是处于其他晶粒的包围之中,它们的变形不是孤立的和任意的,而是需要相互协调配合,否则无法保持晶粒之间的连续性.故此,要求每个晶粒进行多系滑移,即除了在取向有利的滑移系中进行滑移外,还要求其它取向并非很有利的滑移系上参与滑移.只有这样,才能保证其形状作各种相应的改变,而与相邻晶粒的形变相协调.这就是相互协调性。3）变形的不均匀性这是由多晶体的结构特点决定的.软位向的晶粒首先发生滑移变形,而硬位向的晶粒继之变形,尽管它们的变形要相互协调,但最终必然表现出各个晶粒变形量的不同.另外,由于晶界的存在,考虑到晶界的结构、性能不同于晶内的特点，其变形不如晶内容易。且由于晶界处于不同位向晶粒的中间区域，要维持变形的连续性，晶界势必要起折衷调和作用。也就是说，晶界一方面要抑制那些易于变形的晶粒变形，另一方面又要促进那些不利于变形的晶粒进行变形。所有这些，最终也必然表现出晶内和晶界之间变形的不均匀性。 2、 减小及消除焊接残余应力的措施有哪些？答：(1)减小焊接残余应力的措施1)设计措施。着眼于降低结构件拘束度。改进接头设计。采用刚性小的接头形式。如在十字接头中，尽可能将焊缝错开而改为T形接头等。避免焊缝集中，不要有交叉焊缝。尽量减少焊缝数量及尺寸，尤其是角焊缝的焊脚尺寸。在焊接拉应力区内尽量避免存在几何不连续。焊缝尽量不要布置在工作应力最集中区。2）工艺措施。着眼于减少焊接热作用的集中，从工艺上设法使焊缝有收缩余地，减少对焊缝的拘束作用。采用合理的焊接顺序和方向。原则是：先焊受力大的重要接头；焊件壁厚不均匀先焊薄处；先焊错开短焊缝，后焊直通长焊缝，使焊缝有较大横向收缩余地。 采用反变形法和加热减应区法等辅助手段。反变形法可以降低局部刚度。加热减应区法采用局部加热使加热区局部伸长，带动焊接部位，使焊接部位在焊后冷却时可以比较自由地收缩， 采用小线能量焊接。焊后锤击焊缝。(2)消除残余应力的措施消除焊接残余应力的方法有如下几种：热处理。主要是高温回火（整体或局部），一般加热到可使屈服点明显降低，从而产生应力松弛的温度。温差拉伸法。在焊缝两侧各用一个具有适当宽度的氧一乙炔火焰焊炬加热，并在焊炬后方一定距离处喷水冷却。焊炬和喷水管同步前进。这可造成一个温差大的温度场。火焰加热区因膨胀可对焊缝区产生拉伸作用，能部分抵消焊缝的压缩应变，从而会有消除应力的作用。拉力载荷法亦称为机械拉伸法，或超载拉伸法。对焊件机械拉伸，使焊接压缩塑性变形区得到拉伸，可以收到消除残余应力的效果。爆炸冲击法。通过布置在焊缝及其邻近区域的炸药带，引爆后所产生的冲击波与残余应力交互作用，使接头区发生塑性变形，从而使内应力松弛。振动法。采用激振器或振动时效装置使构件发生共振，产生循环应力来减少残余应力。3、铸件宏观组织一般存在哪几个晶区？各是如何形成的？4、图示并说明板料冲裁变形过程，并分析落料件和冲孔件的断面特征。5、下列铸件在大批量生产时常采用什么铸造