华北理工金属塑性变形理论试题（三套）及答案

第2页共2页考试方式：（闭卷）第1页共2页河北联合大学～学年季学期考试试卷开课学院：冶金课程号：806049课程名称：金属塑性变形理论年级：级专业：试卷类型：卷系主任签字：教学院长签字：考试时间：100分钟题号一二三四合计分数阅卷人一、简答题（每小题4分，共36分）1．简述滑移与孪生的区别？2．画图说明什么是屈服效应？并解释低碳钢中存在屈服效应的原因？3．冷加工与热加工的纤维组织有何异同？4．亚动态再结晶的特点是什么？5．简述基本应力、附加应力和工作应力之间的相互区别与联系。6．已知一点处的主应力状态为=60(MPa)，=50(MPa)，=40(MPa)，试画出该点所产生的主应变图示。7．塑性变形时的应力应变关系有何特点？8．如图1所示，若不连续线L两侧的速度为V1和V2，试以图示法表示速度不连续量的大小，并简要说明速度不连续线两侧速度的特点。9．判断图2所示主应变图示中，哪个是最大主应变方向，并注明、、。AAVV12L图1图2图2二、分析现象（每小题8分，共24分）1．对冲压用的低碳钢板材，发现若具有{111}晶面与板面平行的织构则冲压性能好。2．用平锤头将圆断面的坯料锻压成方形件时，发现在方件的截面上产生了横裂，如图3所示。3．轧件在辊缝中轧出后，向某侧弯曲——出现镰刀弯，如图4所示。图4图4图3图3PNT,℃三、计算题（共12T,℃已知应力状态和对应的变形状态如图5所示，如果材料的，则应力和是多少？四、推导题（共28分）1．（12分）平面变形带外端压缩矩形件，并假定接触面全制动。试用近似工程法推导平均单位压力的公式。2．（16分）一平顶楔（侧面斜角为）压缩半无限体如图6所示。已知工件为刚—塑性材料；剪切屈服应力为k；接触面绝对光滑。试利用滑移线法求：plABplAB图6（2）画出速端图（4分）。图5图5

金属塑性变形理论试卷1标准答案－学年第学期级专业拟题教师：审核人：一、简答题（共36分，每小题4分）1．简述滑移与孪生的区别？由孪生的变形过程可知，孪生所发生的切变均匀地波及整个孪生变形区，而滑移变形只集中在滑移面上，切变是不均匀的；孪生切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍（而是几分之一原子间距），而滑移时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍；孪生变形后，孪晶面两边晶体位向不同，成镜像对称；而滑移时，滑移面两边晶体位向不变；由于孪生改变了晶体的取向，因此孪晶经抛光浸蚀后仍可观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现。2．画图说明什么是屈服效应？并解释低碳钢中存在屈服效应的原因？某些金属在拉伸曲线上有明显的上、下屈服点，在下屈服点后有一应力平台区，或有少量的应力起伏。主要由于溶质原子或杂质与位错发生交互作用的结果。溶质原子聚集在刃型位错周围，形成柯式气团，对位错起到钉扎作用。主要存在与低碳钢中。3．冷加工与热加工的纤维组织有何异同？都具有纤维状的特征。沿最大主变形方向被拉长，拉细或压扁。都使材料产生各向异性。冷加工时，晶粒被拉长的同时，金属中的夹杂物和第二相也在延伸方向拉长或拉碎成链状排列。铸态金属热加工时，纤维组织主要是由于铸态组织中晶界上的非溶物质的拉长所造成。晶粒由于再结晶的作用，从拉长状态转变为等轴状。4．亚动态再结晶的特点是什么？在热变形过程中已经形成但尚未长大的动态再结晶晶核，以及长大到中途的再结晶晶粒被遗留下来。变形停止后，当变形温度足够高时，这些晶核和晶粒还会继续长大，引起软化，此种过程称为亚动态再结晶。因为这类再结晶不需要一段形核时间，没有孕育期，所以在变形停止后进行的非常迅速。比传统的静态再结晶要快一个数量级。5．简述基本应力、附加应力和工作应力之间的相互区别与联系。由于外力作用所引起的应力叫做基本应力由于物体内各处的不均匀变形受到物体整体性的限制，而引起在其间相互平衡的应力叫做附加应力工作应力是处于应力状态的物体在变形时用各种方法实测出来的应力当物体的变形绝对均匀时，基本应力图与工作应力图相同。而当变形呈不均匀分布时，工作应力等于基本应力与附加应力的代数和。6．已知一点处的主应力状态为=60(MPa)，=50(MPa)，=40(MPa)，试画出该点所产生的主应变图示。7．塑性变形时的应力应变关系有何特点？1）应力、应变为非线性关系2）塑性变化不可逆，无单值一一对应关系，与加载路径有关18．如图1所示，若不连续线L两侧的速度为V1和V2，试以图示法表示速度不连续量的大小，并简要说明速度不连续线两侧速度的特点。1ΔVΔV图2132图213213123二、分析现象（共24分，每小题8分）1．对冲压用的低碳钢板材，发现若具有{111}晶面与板面平行的织构则冲压性能好。大量实验表明，由于<111>方向不易变形，而<111>垂直于{111}晶面，故当{111}晶面平行于板面时，板在厚度方向不易变形，则塑性变形比大，冲压性能好。而形成此种织构时，往往得到的是饼形晶粒，有利于冲压性能的提高。2．用平锤头将圆断面的坯料锻压成方形件时，发现在方件的截面上产生了横裂，如图4所示。用平锤头锻压圆坯时，由于两侧的圆弧面起到外端的作用，使双鼓形的变形得到抑制。由于变形的不深透，表层受到附加压应力，而心部变形小受到附加拉应力，当达到一定程度，就会使心部拉裂。当翻转90°锻造时，就会在原有裂纹的垂直方向形成裂纹，即形成十字横裂。3．轧件在辊缝中轧出后，向某侧弯曲——出现镰刀弯，如图5所示。由于辊缝不平，一边压下量大，另一边压下量小，导致压下量分布不均匀，长度方向上的延伸也不均匀，压下量大的一边延伸也大，在轧件头部由于外端拉齐的作用消失，使得轧件向延伸小的一边弯曲。如果辊缝平直，来料厚度不均，也会出现该现象。三、计算题（共12分）由应力应变图示可知该变形为平面变形状态，由平面变形的应力特点，因为，所以由平面变形的Mises屈服条件MPa，MPa四、推导题（共28分）1．（12分）平面变形带外端压缩矩形件，并假定接触面全制动。试用近似工程法推导平均单位压力的公式。P解：Py1）基本假设yf（1）材料均质、连续、各向同性；fx+dxx（2）工件的长、宽、高为主方向；x+dxxxhO（3）只与有关，与无关；xhOfy（4）平面变形；fyl（5）接触面上，忽略滑动区和停滞区；l（6）刚塑性交界面为自由面。2）建立力平衡方程（1）3）应用近似屈服条件（2）又，代入式（1）有，积分得，（3）4）应用近似边界条件确定积分常数C当时，，则故所以（4）5）求变形力及平均单位压力2．平冲头压缩楔形半无限体如图6所示。已知工件为刚—塑性材料；剪切屈服应力为k；接触面绝对光滑。试利用滑移线法求：（1）材料发生塑性变形时的应力状态影响系数（12分）；（2）画出速端图（4分）。解：画出滑移线场（4分）如上图ooVADEVADEVAFCVVAFCV0VACVAC应力状态影响系数（6分，包括步骤）速端图如右图所示（4分）

河北联合大学～学年季学期考试试卷开课学院：冶金课程号：806049课程名称：金属塑性变形理论年级：级专业：试卷类型：卷系主任签字：教学院长签字：考试时间：100分钟题号一二三四合计分数阅卷人一、简答题（每小题4分，共36分）1、单晶体塑性变形时，滑移和孪生两种变形机制的区别是什么？图12、某钢种塑性变形后的金相组织照片如图1所示，请说明该金相照片最明显的组织特征，并说明产生的原因。图13、塑性变形时的应力应变关系有何特点？4、请简要说明动态再结晶、静态再结晶和亚动态再结晶的特点。温度低温度高图25、如图温度低温度高图26、基本应力、附加应力和工作应力之间的相互关系是什么？7、为什么说晶粒愈细，金属的强韧性愈好？8、请说明上界定理中各项的物理意义。9、平行直线场和有心扇形场各有何特点？在这些滑移线场内φ、p是如何变化的？二、分析题（每小题8分，共24分）1、板材轧制时，经常发现钢板的边部出现裂纹，如图3所示。图4-20020040080010001200ⅠⅡⅢ图4-20020040080010001200ⅠⅡⅢ123塑性Ⅳ变化的图3规律。图3εσ图5304不锈钢低碳钢3、图εσ图5304不锈钢低碳钢T,℃三、计算题（共12T,℃1、（12分）已知尺寸为H=40mm、B=70mm、L=90mm的长方形坯料，沿高向压下⊿h=8mm，压下速度0.5mm/s，变形后工件宽度增加到b=82mm，变形均匀。试求：（1）变形后工件的尺寸；（2）长、宽、高三个方向的工程应变、真应变；（3）压缩开始和终了时刻的高度方向的应变速度。四、推导题（共28分）1、（12分）平面变形带外端压缩矩形件，并假定接触面全制动。试用近似工程法推导平均单位压力的公式。2、（16分）楔形冲头（顶角600）压缩半无限体如图6所示。已知工件为刚—塑性材料；剪切屈服应力为k；接触面绝对光滑。试利用滑移线法求：（1）材料发生塑性变形时的应力状态影响系数n；（12分）lv0ABClv0ABC图660P

金属塑性变形理论试卷2标准答案－学年第学期级专业拟题教师：审核人：一、回答问题（36分，每小题4分）1、单晶体塑性变形时，滑移和孪生两种变形机制的区别是什么？由孪生的变形过程可知，孪生所发生的切变均匀地波及整个孪生变形区，而滑移变形只集中在滑移面上，切变是不均匀的；孪生切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍（而是几分之一原子间距），而滑移时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍；孪生变形后，孪晶面两边晶体位向不同，成镜像对称；而滑移时，滑移面两边晶体位向不变；由于孪生改变了晶体的取向，因此孪晶经抛光浸蚀后仍可观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现。2、某钢种塑性变形后的金相组织照片如图所示，请说明该金相照片最明显的组织特征，并说明产生的原因。为冷加工纤维组织，是在冷加工中由于晶粒被拉长或压扁，夹杂物也随着拉长或拉碎成点链状，沿加工方向成流线。3、塑性变形时的应力应变关系有何特点？1）应力、应变为非线性关系2）塑性变化不可逆，无单值一一对应关系，与加载路径有关4、请简要说明动态再结晶、静态再结晶和亚动态再结晶的特点。动态再结晶指在加工过程中进行晶粒形核、长大的再结晶过程。静态再结晶则指道次间隙或加工变形后发生的晶粒形核和长大的再结晶过程。亚动态再结晶指在变形刚刚停止时，动态再结晶产生的晶核及未来得及完全长大的晶粒，由于温度较高而继续长大的再结晶过程。5、如图所示，轧件温度上下分布不均，轧后轧件会发生什么样的弯曲，并说明理由。温度低温度高附加压应力附加拉应力轧件可能弯到温度低的一侧。因为温度低的一侧变形抗力大，难于变形，而温度高的一侧易变形，则在轧制时，温度高的一侧变形大，产生附加压应力，温度低的一侧变形小，产生附加拉应力，正是这种强迫的“温度低温度高附加压应力附加拉应力6、基本应力、附加应力和工作应力之间的相互关系是什么？由于外力作用所引起的应力叫做基本应力由于物体内各处的不均匀变形受到物体整体性的限制，而引起在其间相互平衡的应力叫做附加应力工作应力是处于应力状态的物体在变形时用各种方法实测出来的应力当物体的变形绝对均匀时，基本应力图与工作应力图相同。而当变形呈不均匀分布时，工作应力等于基本应力与附加应力的代数和。7、为什么说晶粒愈细，金属的强韧性愈好？（1）晶粒愈细，晶界的总面积愈大，对位错运动的阻碍作用愈大，故强度愈高。（2）晶粒愈细，则单个晶粒内部的位错源愈少，故位错塞积对晶界产生的应力集中愈小，所以塑性愈好。（3）晶粒愈细，晶界的总面积愈大，故脆性夹杂物沿晶界分布更弥散，引起的脆性倾向小，即塑性愈好。综上，晶粒愈细，金属的强韧性愈好。8、请说明上界定理中各项的物理意义。不等式左边表示真实外力功率；右边第一项内部塑性变形功率，第二项不连续面上的剪切功率，第三项摩擦剪切功率，第四项附加外力功率。9、平行直线场和有心扇形场各有何特点？在这些滑移线场内φ、p是如何变化的？平行直线场、滑移线均为直线，且相互垂直，Φ、p均是常数；有心扇形场其中一族滑移线为直线，且相交于一点，另一族滑移线为以交点为圆心的同心圆弧。Φ、p同一条直线滑移线上为常数，不同直线上数值不同。交点为应力奇点。二、分析题（每小题8分，共24分）1、板材轧制时，经常发现钢板的边部出现裂纹，如图所示。由于钢板轧制时，沿宽度方向上压下不均匀或温度不均匀，中间压下多，两边压下少，造成钢板中部承受附加压应力，两边为附加拉应力，拉应力积累到一定程度，使得钢板边缘部分拉裂。2、如图所示，请解释碳钢塑性随变形温度的改变而变化的规律。塑性降低区：（4分）1．-200℃，低温脆性区，此时原子的热运动能力极低，塑性变形很困难，也可能由某些低温下脆化元素所致。2．200℃～400℃，蓝脆区，主要由形变时效引起。随温度升高，原子活性增加，使曾摆脱柯氏气团的位错再次被气团钉扎，故变形困难。3．800℃～1000℃，红脆区，此时发生了铁素体向奥氏体的转变，但转变不完全，形成两相区，由于变形的不均匀性，产生附加应力，导致塑性下降。再者，由于硫化物或其共晶体偏聚在晶界，在高温时呈熔融状态，削弱了晶界强度，引起塑性下降。4．1200℃以上，由于温度接近熔点，晶粒剧烈长大，可能发生过热或过烧，若达到熔点，则开始熔化，形成液相，故塑性急剧下降。塑性升高区：（4分）1）100℃～200℃，原子的热运动随温度升高而增强，位错摆脱气团的束缚，成了主要的运动，故塑性较高。2）700℃～800℃，由于发生回复、再结晶，使塑性升高，位错运动仍然占主导地位。3）1000℃～1200℃，在单相奥氏体区，塑性很好。3、图是304不锈钢和低碳钢的变形抗力曲线，可看出哪个加工硬化率大，为什么？304不锈钢加工硬化率大。304不锈钢中含有大量的Cr、Ni等合金元素，在许多情况下，在钢中同时加入几种合金元素，例如在钢中加入铬和镍。这时，钢中的碳、铬和镍对变形抗力都要产生影响。合金元素对变形抗力的影响，主要取决于合金元素的原子与基体原子间相互作用特性、原子体积的大小以及合金原子在基体中的分布情况。合金元素引起基体点阵畸变程度愈大，变形抗力也越大。三、计算题（共12分）（1）mm，mm，mm（2）工程应变6.67%，17.14%，20%真应变0.0645，0.158，0.223（3）开始0.0125/s，终了0.0156/s。四、推导题（共28分）1、（12分）平面变形带外端压缩矩形件，并假定接触面全制动。试用近似工程法推导平均单位压力的公式。解：1．基本假设（2分）（图占2分）OlOlhxyPyfyfxx+dx（2）工件的长、宽、高为主方向；（3）只与有关，与无关；（4）平面变形；（5）接触面上，忽略滑动区和停滞区；（6）无外端压缩。2．建立力平衡方程（2分）（1）3．应用近似屈服条件（2分）（2）又，代入式（1）有，积分得，（3）4．应用近似边界条件确定积分常数C（2分）当时，，则故所以（4）5．求变形力及平均单位压力（2分）2、（16分）楔形冲头（顶角600）压缩半无限体如图6所示。已知工件为刚—塑性材料；剪切屈服应力为k；接触面绝对光滑。试利用滑移线法求：（1）材料发生塑性变形时的应力状态影响系数n；（12分）lv0ABClv0ABC60P（1）滑移线场如图所示。应力状态影响系数（2）速端图如图所示vv0

河北联合大学～学年季学期考试试卷开课学院：冶金课程号：806049课程名称：金属塑性变形理论年级：级专业：试卷类型：卷系主任签字：教学院长签字：考试时间：100分钟题号一二三四合计分数阅卷人一、简答题（每小题4分，共36分）1.请写出平面变形状态的变形力学方程。2.滑移和孪生的区别是什么？3.静力许可条件应满足哪些条件？4.画图说明什么是屈服效应？并解释低碳钢中存在屈服效应的原因？5.冷加工和热加工的纤维组织有何异同？6.为什么说晶粒愈细，金属的强韧性愈好？7.亚动态再结晶的特点是什么？8.请说明上界定理中各项的物理意义。图19.判断图1所示主应变图示中，哪个是最大主应变方向，在图中注明、、。图1二、分析题（每小题8分，共24分）1、轧件在辊缝中轧出后，向某侧弯曲——出现镰刀弯，如图2所示。2、如图3所示，请解释碳钢塑性随变形温度的改变存在高塑性温度区间的原因。3、对冲压用的低碳钢板材，发现若具有{111}晶面与板面平行的织构则冲压性能好。图图2图3图3-20020040080010001200ⅠⅡⅢ123塑性ⅣT,℃三、计算题（共12分）T,℃图41、（12分）已知应力状态和对应的变形状态如图4所示，如果材料的，则应力和是多少？图4四、推导题（共28分）1、（12分）平面变形带外端压缩矩形件，并假定接触面全滑动。试用近似工程法推导平均单位压力的公式。2、（16分）平冲头压缩半无限体如图5所示。已知工件为刚—塑性材料；剪切屈服应力为k；接触面绝对光滑。试利用滑移线法求：（1）材料发生塑性变形时的应力状态影响系数n；（12分）（2）画出速端图。（4分）llv0AB图5

金属塑性变形理论试卷3标准答案－学年第学期级专业拟题教师：审核人：一、简答题（共36每小题4分）1.请写出平面变形状态的变形力学方程。几何方程：力平衡方程：本构方程：屈服条件：2.滑移和孪生的区别是什么？由孪生的变形过程可知，孪生所发生的切变均匀地波及整个孪生变形区，而滑移变形只集中在滑移面上，切变是不均匀的；孪生切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数倍（而是几分之一原子间距），而滑移时原子移动的距离是滑移方向原子间距的整数倍；孪生变形后，孪晶面两边晶体位向不同，成镜像对称；而滑移时，滑移面两边晶体位向不变；由于孪生改变了晶体的取向，因此孪晶经抛光浸蚀后仍可观察到，而滑移所造成的台阶经抛光浸蚀后不会重现。3.静力许可条件应满足哪些条件？（1）应力边界条件；（2）力平衡方程；（3）不破坏屈服条件。4.画图说明什么是屈服效应？并解释低碳钢中存在屈服效应的原因？某些金属在拉伸曲线上有明显的上、下屈服点，在下屈服点后有一应力平台区，或有少量的应力起伏。主要由于溶质原子或杂质与位错发生交互作用的结果。溶质原子聚集在刃型位错周围，形成柯式气团，对位错起到钉扎作用。主要存在与低碳钢中。5.冷加工和热加工的纤维组织有何异同？都具有纤维状的特征。沿最大主变形方向被拉长，拉细或压扁。都使材料产生各向异性。冷加工时，晶粒被拉长的同时，金属中的夹杂物和第二相也在延伸方向拉长或拉碎成链状排列。铸态金属热加工时，纤维组织主要是由于铸态组织中晶界上的非溶物质的拉长所造成。晶粒由于再结晶的作用，从拉长状态转变为等轴状。6.为什么说晶粒愈细，金属的强韧性愈好？（1）晶粒愈细，晶界的总面积愈大，对位错运动的阻碍作用愈大，故强度愈高。（2）晶粒愈细，则单个晶粒内部的位错源愈少，故位错塞积对晶界产生的应力集中愈小，所以塑性愈好。（3）晶粒愈细，晶界的总面积愈大，故脆性夹杂物沿晶界分布更弥散，引起的脆性倾向小，即塑性愈好。综上，晶粒愈细，金属的强韧性愈好。7.亚动态再结晶的特点是什么？在热变形过程中已经形成但尚未长大的动态再结晶晶核，以及长大到中途的再结晶晶粒被遗留下来。变形停止后，当变形温度足够高时，这些晶核和晶粒还会继续长大，引起软化，此种过程称为亚动态再结晶。因为这类再结晶不需要一段形核时间，没有孕育期，所以在变形停止后进行的非常迅速。比传统的静态再结晶要快一个数量级。8.请说明上界定理中各项的物理意义。不等式左边为主动力功率，右边第一项为内部塑性变形功率，第二项为内部剪切功率，第三项为摩擦功率，第四项为附加外力功率9.判断图所示主应变图示中，哪个是最大主应变方向，在图中注明、、。13213123二、