材料加工成型专业课真题

1、1. 铸造生产的实质是什么？具有哪些优、缺点？适用范围如何？优点：投资小，技术过程灵活，生产周期短缺点：铸造成型过程受多种因素影响，很难精确控制，制件存在各种缺陷，机械性能较低，质量不够稳定，劳动条件较差。适用范围：铸造是金属最重要的成型工艺，而且在塑料、瓷料等方面获得应用。可成型不同形状、尺寸、质量的制件，特别是特大尺寸和特大质量的制件。2. 简述通常铸造结晶组织的宏观形态及其特征，并讨论铸造结晶组织的控制措施。宏观形态及特征：铸锭三区紧靠模壁表面的细晶区：强烈过冷条件下，形成细小、等轴晶粒；垂直模壁表面生长的柱状晶区：小的成分过冷区，形成一级主轴发达的柱状晶。铸锭中部的等轴晶区：中心的成分

2、过冷液体，形成等轴晶体。控制措施：影响晶粒大小的因素：等轴晶的大小和柱状晶的粗细冷却速度、变质处理、加热温度、液体金属的振动影响晶区分布的因素：柱状晶区和等轴晶区的分布冷却强度、液体金属的过热、外来夹杂或变质剂3. 既然提高浇注温度可提高液态合金的充型能力，但为什么又要防止浇注温度过高？ 浇注温度过高，铸件凝固过程的体积收缩大，金属液的吸气量增多，氧化严重，容易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔、粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，应选择相对较低的浇注温度。4. 试分析铸造成形时铸造应力的形成过程。 铸件凝固以后，在随后的冷却过程中，有些合金可能发生固态相变，产生体积的收缩或膨胀。如果这些变化受

3、到铸型等外力或铸件结构本身的约束，就会在铸件内部产生应力，即铸造应力。铸造应力按其产生原因不同又可分为：热应力、形变应力、机械阻碍应力。5. 简述砂型铸造的基本工艺过程。（1）造型：用型砂及模样等工艺设备制造铸型。通常分为手工造型和机器造型。造芯、涂料、开设浇注系统、合型。（2）熔炼与浇注熔炼：使金属由固态转变为熔融状态。浇注：将熔融金属从浇包注入铸型。（3）落砂与清理落砂：用手工或机械使铸件与型砂、砂箱分开。清理：落砂后在铸件上清理表面粘砂、型砂、表面金属等。6. 什么是熔模铸造？试述其工艺过程。与砂型铸造相比有何特点？ 熔模铸造即失蜡铸造，即先制造蜡模，涂敷一定厚度的耐火材料，固化后将蜡模

4、熔化去除制成型壳，高温焙烧后进行浇筑获得铸件。工艺过程：制造蜡模、结壳、熔化蜡模、焙烧型壳、浇注、脱壳和清理。特点：铸件精度高，表面质量好 可制造形状复杂铸件 生产批量不受限制 工序复杂，生产周期长，生产成本高 铸件一般不宜太大7. 金属型铸造有何优越性？为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造？ 优越性：1、尺寸精度高，表面质量好，机械加工余量小；2、金属型导热性好，冷却速度快，铸件的晶粒较细，力学性能好；3、一型多铸，劳动生产率高。节省造型材料，环境污染小，劳动条件好。制约：金属型制造成本高，不宜生产大型、形状复杂、薄壁铸件。受金属型材料熔点限制，熔点高的合金不宜用金属型铸造。而且铸铁件易产生

5、白口组织。8. 普通压铸件是否能够进行热处理，为什么？ 压铸件不能进行热处理。因为压铸充型速度快，型腔中的气体难以排出，压铸件皮下易产生气孔，因此，当压铸件进行热处理或在高温下工作时，气孔中的空气产生热膨胀，可使铸件开裂。9. 什么是离心铸造？它在圆筒件铸造中有哪些优越性？离心铸造，是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成型的一种铸造方法。优点：因为金属液在离心力作用下充型和凝固，铸件的凝固从外向内进行，不仅易于补缩，而且使气体，夹渣聚集在内表面便于消除。所以铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔和夹渣等缺陷，机械性能好。由于离心力的作用，金属液的充型能力好，可以浇注

6、流动性差的合金和壁薄的铸件。生产中空铸件无需浇注系统和芯子，节约金属。10. 低压铸造的工作原理与压铸有何不同？ 低压铸造的压力较低，为20到60Pa，并且是液体金属在压力作用下由下而上充填型腔以形成铸件。低压铸造浇注压力和速度可以调节，充型平稳，对铸型的冲刷力小，避免卷入气体，工件的质量高。且在压力下成型，铸件组织致密。压铸具有高压、高速的特点。压力通常为30到70MPa，充型时间通常为0.01到0.2s。充型速度快，因此压铸件皮下易产生气孔。而且厚壁处来不及补缩，压铸件易产生缩孔和缩松。11熔炼的基本任务是什么？铸造的基本任务是什么？ 熔炼的基本任务：把某种配比的金属炉料投入熔炉中，经过加

7、热和熔化得到熔体，再对熔化的熔体进行适当的液态处理，得到合乎要求的合金熔体。所谓合格的合金熔体是指化学成分合格、熔体洁净、温度适当。铸造的基本任务：把熔炼好的金属液体倾注到预制的铸型中，待金属凝固成形后，再从该铸型中取出金属制品即可获得铸件。12液体金属的结构是什么？与固体有什么差别？ 液体金属的结构：长程无序不具备平移、对称性；短程有序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，液体结构表现出局域范围的有序性。与固体的差别：具有明显的流动性质，是液体区别于固体的显著特点。而且液体不能够象固体那样承受剪切应力，但是可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状。吴老师部

8、分整理人：井京、胡凌越课后思考题汇总：注：粗体字是课件里的一些小问题，其他是课后思考题。大作业：（大家好好准备下）运用所学的材料成形原理与工艺相关知识,设计杯子的成形方案。要求：1、全过程、分工序描述 2、阐述每个工序的成形原理 3、 从技术、经济、可行角度论述该成形工艺的优缺点。连接成型篇1. 焊接结合的本质是什么？固态金属之所以能够保持固定的形状，是因为其内部原子之间紧密堆积，原子之间以牢固的金属键相结合。只有当施加足够大的外力破坏原子间的这种结合，才能将固体金属分离开来。同样道理，要使两块分离的金属形成上述结合，就要设法让这两个构件表面的原子彼此接近到金属晶格距离（即大约0.3-0.5n

9、m），形成金属键，这样，按照材料的物理本性，分离的材料就能永久连接在一起实现冶金结合。 2. 焊接结构有什么优点？（1） 冶金结合和永久性 焊接加工可以在同种或异种材料之间实现冶金结合，达到永久性连接效果，连接性能好。（2） 成形方式灵活方便，节省金属、重量轻（3） 水密性好和气密性好（4） 厚度无限制，加工效率高 可在较短时间内成形复杂形状的零件、构件；既可以制造大型结构件也可以实现微型零件加工。（5） 制造周期短，工艺适应性广 可以在厂房内、在野外、甚至可以在深水下、在外层空间实现，所以焊接加工的适应性极广。3. 实现金属连接主要有哪些途径？加热、火焰、电弧热、电阻热、电子束、激光束、加压

10、、化学反应和物理效应4. 焊接时如何考虑焊接结构的工艺性？焊接结构应尽量选用型材或冲压件 设计焊接结构时应尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等成形材料以减少焊缝、简化工艺。 合理布置焊缝1） 焊缝布置应尽量分散，且不宜过长。焊缝之间的距离应大于板厚的3倍，且不小于100mm。2） 焊缝的位置应尽量对称布置，否则会由于焊缝不在中心引起弯曲变形。3） 焊缝的布置不得交叉。4） 应尽量减少构件或焊接接头部件的应力集中，避免尖角焊缝。5） 焊缝应避开最大应力和应力集中的部件。6） 焊缝设计应远离加工表面。7） 焊缝布置应满足焊接时运条角度的需要。5. 钎焊、气焊、电弧焊、电子束焊都属于液态焊，说明这四个

11、工艺过程中的焊接热的来源和影响因素 补充：焊接要求： 1) 足够能量用于熔化或加压 2) 去除接头处的表面污染 3) 避免大气污染或其影响 4) 焊缝冶金控制钎焊：将工件和钎料适当加热（烙铁、火焰、炉子、电阻、高频加热等）。钎料应具有合适的熔化温度， 在钎焊温度下具有良好的润湿性，钎料与母材应有扩散效应，钎料应具有均匀的成分，钎焊接头符合产品的技术要求，满足力学性能、物理化学性能、使用性能方面的要求；钎料的经济性要好，应尽量少含或不含稀有金属和贵重金属。还应保证钎焊的生产率要高。钎料应具有加工变形能力，以便于制成各种形状。气焊：利用可燃气体与助燃气体混合燃烧生成的火焰为热源。焊条质量（流动性好

12、杂质少）、火焰温度、火焰性质、火焰能率、气焊操作环境（避风防潮）、焊接速度。电弧焊：利用电弧放电（俗称电弧燃烧）所产生的热量。焊剂成分、焊接电流、焊接速度、电弧电压。电子束焊：利用加速和聚焦的高能电子束流轰击焊件接缝，将动能转化为热能。电子束电流、加速电压、焊接速度、聚焦电流、工作距离。6. 点焊、摩擦焊和扩散焊都属于固态焊，说明这三个工艺过程中的焊接热的来源和影响因素。点焊：通过柱状电极施压，使焊件局部电流密度很高，局部熔化形成焊点。易受到电流波动、金属导热性、 金属热循环敏感性。摩擦焊：利用焊件表面的相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热。工件尺寸形状。扩散焊：与其他热工艺结合。如：

13、高频感应加热、粉末冶金等。温度：温度越高,原子的扩散越快，一般扩散焊接的温度为材料熔点的0.50.8倍。压力：扩散焊接压力较小,工件不产生宏观塑性变形，适合焊后不再加工的精密零件。扩散条件：需要足够的扩散时间，扩散类型显著影响连接的性质，表面粗糙度：粗糙度越小，越容易形成紧密接触，有利于扩散， 7. 讨论在固态焊接过程中最基本的工艺条件：温度和压力所发挥的作用，以及塑性变形和扩散方式在实现材料连接中所起的作用？温度：加热可提高原子活动能力和扩散速度，且利于塑变。固态焊接需要在一定温度下进行。不同固态焊接的热源不同。压力：一般需要压力使工件表面发生一定塑性变形，使接触面密合，原始表面破裂，表面氧

14、化膜破裂，出现干净的新鲜面，即活性面。像扩散焊压力较小且不产生宏观塑性变形，但是比如爆炸焊中炸药引爆后的冲击波压力高达几百万兆帕，使覆板撞向基板，两板接触面产生塑性流动和高速射流，结合面的氧化膜在高速射流作用下喷射出来，同时使工件连接在一起。固态焊接接头大致分为三个阶段：第一阶段，被连接表面在一定压力盒温度的作用下产生屈服和蠕变变形，实现紧密接触，并形成密合界面；第二阶段，原子沿界面及晶界进行扩散，接触面处的空隙消失，界面境界发生迁移，在一些晶粒内留下空隙；第三阶段，原子进行体积扩散，晶粒内残留空隙消失，获得冶金结合、界面无明显缺陷的接头。固态焊接的物理化学过程进行了有效的塑变与扩散从而保证高

15、质量固态焊接。固态焊接避免了熔化焊的铸态组织缺陷和过热损伤，从而使接头区的组织与力学性能更接近于母材。8. 简述焊接缺陷分类及特征焊缝形状缺陷：现象：外观质量粗糙，鱼鳞波高低、宽窄发生突变；焊缝与母材非圆滑过渡。焊缝尺寸不合格：现象：焊缝尺寸不符合施工图样或技术要求。气孔：焊后残留在焊缝中的气体形成的孔穴。咬边：焊缝部分没焊满。未融透：焊缝的熔透深度小于板厚。未熔合：熔焊时焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化结合的部分。弧坑：由于收弧和断弧不当在焊道末端形成的低洼部分。烧穿：焊接过程中熔化金属自坡口背面流出形成穿孔。焊瘤：熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上形成的金属瘤。夹渣与夹杂物：焊

16、后残留在焊缝中的熔渣或非金属杂质。易产生在坡口边缘和每层焊道之间非圆滑过渡的部位，焊道形状突变，存在深沟的部位也易产生夹渣。焊接裂纹：在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。9. 简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。按产生本质分为：热裂纹（高温裂纹）、再热裂纹（消除应力处理裂纹）、冷裂纹、层状撕裂、应力腐蚀裂纹热裂纹：在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹；近缝区晶界处存在低熔点杂质；近缝区存在晶间液膜(低熔点共晶体)，形成液化

17、裂纹；焊缝金属中存在很多高密度的位错在高温和应力的共同作用下，位错极易运动，在不同平面上运动的刃型位错遇到障碍时可能发生攀移，由原来的水平组合变成后来的垂直组合，即形成“位错壁”就是多边化现象。再热裂纹：再热裂纹的产生是由晶界优先滑动导致微裂(形核) 而发生和扩展的。在焊后热处理时，残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过了该部位的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。冷裂纹：延迟裂纹：特点不在焊后立即出现，有一段孕育期产生迟滞现象称延迟裂纹；淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：淬硬倾向大的组织易产生这种裂纹（与氢含量关系不大）；低塑性脆化裂纹：在比较低的温度下，由于收缩应变超过了材料本身的

18、塑性储备产生的裂纹称低塑性脆化裂纹。层状撕裂：由于轧制母材内部存在有分层的夹杂物(特别是硫化物夹杂物）和焊接时产生的垂直轧制方向的应力，使热影响区附近地方产生呈“台阶”状的层状断裂并有穿晶发展。应力腐蚀裂纹：三个条件：合金、介质、拉应力。10. 试述焊接冷裂纹的特征及其影响因素。特征及影响因素：1. 容易出现冷裂纹的钢种 冷裂纹常产生在中、高碳钢，低合金高强钢和钛合金等金属材料焊接接头中。这与钢种的淬硬倾向有关。淬硬倾向越大的钢种，冷裂纹倾向越大。2. 形成冷裂纹的温度 冷裂纹是在材料的马氏体转变点（Ms）以下。3.冷裂纹的延迟特征 冷裂纹可以在焊后立即出现，也有时要经过一段时间(几小时，几天

19、甚至更长)才出现。且随时间延长逐渐增多并扩展。 4. 冷裂纹的开裂形式 冷裂纹多出现在焊接热影响区，有时也出现在焊缝。冷裂纹的断裂与热裂纹不同，它是既有沿晶、又有穿晶开裂的复杂断口。11. 简述再热裂纹的主要特征和产生机理。主要特征：1.产生部位：近缝区的粗晶区，止裂于细晶区，沿晶间开裂，裂纹大部分晶间断裂，沿熔合线方向在奥氏体粗晶粒边界发展。2.敏感的温度范围：一般在500700低于500或高于700,再加热不易出现再热裂纹。3.有大量的内应力存在及应力集中:在大拘束度的厚件或应力集中部位易产生再热裂纹。4.易产生在具有沉淀强化作用的钢材中: 晶界滑动微裂扩展裂纹。产生机理：再热裂纹的产生是

20、由晶界优先滑动导致微裂(形核) 而发生和扩展的。在焊后热处理时，残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过了该部位的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。12. 试述产生层状撕裂纹的原因。由于轧制母材内部存在有分层的夹杂物(特别是硫化物夹杂物）和焊接时产生的垂直轧制方向的应力，使热影响区附近地方产生呈“台阶”状的层状断裂并有穿晶发展。13. 简述减少及消除残余应力的措施 。1 调节及控制方法设计合理的焊接接头；先进的焊接方法；合理的焊接顺序和方向；反变形法；减应力加热法；锤击法2 焊后消除残余应力的方法整体高温回火；局部高温回火；振动法；机械拉伸法；温差拉伸法14. 试述焊后热处理的

21、目的和作用。目的：消氢；消除焊接应力；改善焊缝组织和综合性能为减小或消除因冷、热加工引起的残余应力，以防止焊接裂纹、应力腐蚀及受载后合成应力的升高，为恢复材料的延塑性、韧性、减小冷作硬化所引起的硬度、屈服强度的提高和应变时效，以及为改善焊接接头组织和材料的力学性能等而在焊接后进行加热、保温和冷却的操作工艺。作用：实现上述目的！15. 简述焊接检验的措施。1. 破坏性试验力学性能测试：拉伸实验、弯曲、冲击、硬度、断裂韧度COD、疲劳；金相检测：宏观组织分析，断口分析；化学分析试验：成分分析、扩散氢测定、腐蚀试验。2. 水压试验、气压实验3. 气密性实验塑性变形篇1单向拉伸试验：随着外载荷或强制应

22、变的增加，会发生什么现象？ 弹性变形屈服均匀塑性变形塑性失稳断裂2应力增加到什么程度材料屈服？ 屈服条件，两种判别准则。3材料发生屈服后如何？ 塑性本构关系，两种理论，几种简化模型。1. 简述弹性变形和塑性变形，并说明两者的差异？材料在外力作用下产生应力和应变（即变形）。当应力未超过材料的弹性极限时，产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状，这种变形是可逆的弹性变形。当应力超过材料的弹性极限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是不可逆的塑性变形。弹性变形塑性变形可逆性可逆不可逆s-e关系线性非线性与加载路径关系无关有关对组织和性

23、能影响无影响影响大（加工硬化、晶粒细化、位错密度增加、形成织构等）变形机理原子间距的变化位错运动为主整体变形中包含弹性变形和塑性变形；塑性变形的发生必先经历弹性变形；材料加工过程中，工件的塑性变形与工模具的弹性变形共存。2. 简述工程应变和对数应变，并说明两者的差异？工程应变(相对应变、条件应变)-每单位原长的伸长量。工程应变的无限小增量表示直线单元长度的变化与它原来长度l0之比，即 ； 对数应变(自然应变、真空应变)* -代表一尺寸的无限小增量与该变形瞬时尺寸的比值的积分。对数程应变的无限小增量表示直线单元长度的变化与它的瞬时长度之比，即 ； 工程应变不能表示变形的真实情况，变形程度越大，误

24、差越大。当变形程度小于10%时， 与*的数值比较接近；反之，误差逐渐增加。对数应变为可加应变，工程应变为不可加应变。对数应变为可比应变，工程应变为不可比应变。1. 金属材料加工的主要目的是什么？获得所需形状、结构、性能的材料。2. 金属塑性的本质以及塑性,强度与加工的关系如何？金属的塑性变形是在外力和外部能量的作用下，通过原子的定向位移来实现的。这种定向位移与晶体结构、变形条件有关。一般来说，随着加工量的增加，强度增加，塑性下降。3. 金属和合金的组织结构以及加工条件如何影响其塑性变形能力？结构：FCC、BCC的滑移系多，塑性变形能力号，hcp则差一些组织：细小的晶粒比粗晶粒塑性好加工条件：塑

25、性随着温度的升高而增加、随着变形速率增加而下降、另外还与应力状态有关。4. 提高金属和合金塑性变形能力的途径有哪些？晶体结构：影响塑性变形机制和塑性；组织状态和组织均匀性：影响变形抗力和变形均匀性；变形温度：提高温度，减小变形抗力，利于开动高温变形机制；应变速率：慢速率变形，提高变形能力；合理的应力状态：增加压应力，可提高金属的塑性变形能力；均匀变形：可减小应力集中，避免开裂。5.塑性成形与铸造成形和切削加工成形比较各有哪些优势？与铸造相比，塑性成形的组织更加致密，缺陷少强韧性好与机械加工相比，塑性成形不会破坏流线的连续性，性能更优越。1. 简述影响金属塑性流动和变形的因素摩擦、变形区几何因素

26、、工具形状和胚料形状、外端、变形温度、金属性质不均匀2. 简述防止和消除附加应力和残余应力的方法？(1) 减少摩擦阻力的影响(2) 合理设计模具工作部分的结构和尺寸(3) 尽可能采用组织均匀的金属变形(4) 挤压后采用有效的热处理方法以消除残余应力 第一种残余应力用低温回火方法就可大为减小； 第二种残余应力采用将挤压件加热到稍低于再结晶温度下可以完全消除； 第三种残余应力, 只有经过再结晶才能消除。1. 压力加工变形量控制的意义？轧制时变形太大轧辊会有很大变形减少后需加工利用加工硬化达到所需的性能要哦求2. 热加工时非均匀变形时如何导致晶粒不均匀和局部晶粒异常粗大的？热加工时工件会发生回复再结

27、晶过程，塑性变形不均匀会导致各个区域回复再结晶情况不同，局部区域没有变形的会生长出粗大的晶粒。3. 概述改善轧制咬入条件的途径？（1）降低a角：钢锭小头进钢、强迫咬入、（2）提高b角：改变轧件或轧辊的表面状态、合理地调节轧制速度 4.概述挤压加工的优缺点？优点：n 提高材料的变形能力：在挤压变形区内，材料处于强烈三向压应力状态，可充分发挥其工艺塑性；n 产品综合质量高：挤压变形可改善合金组织，对于有强烈挤压效应的合金，挤压变形方向的力学性能高于其它加工；n 产品多样：可生产等截面产品，也可生产梯度或者渐变截面的产品，n 生产流程简单缺点：n 制品组织性能不均匀：尤其无润滑正挤压时，金属流动不均匀，导致制品的表里、头尾的组织和性能不一致；n 挤压模具损耗大：由于磨损严重，挤压模具寿命短；n 生产效率不够高：常用数挤压方式不能实现连续生产；几何废料量大：压余废料可达铸锭的10-15%，还要切除头、尾组织性能不均匀部位。1. 锻造加工的功能与作用？n 致密化：锻造过程可焊合材料中的孔洞、疏松，提高材料的密度；n 晶粒细化：通过锻打使一次晶界破碎，发生再结晶使晶粒得到细化；n 第二相细化：