材料成形原理经典试题及答案.doc

材料成形基础试卷（A）卷考试时间：120 分钟 考试方式：半开卷学院 班级 姓名 学号 题号一二三四五六总分得分阅卷人一、填空题（每空0.5分，共20分）1. 润湿角是衡量界面张力的标志，润湿角90，表面液体 不能 润湿固体；2晶体结晶时，有时会以枝晶生长方式进行，此时固液界面前液体中的温度梯度 为负。3灰铸铁凝固时，其收缩量远小于白口铁或钢，其原因在于 碳的石墨化膨胀作用 。4. 孕育和变质处理是控制金属（或合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响 生核过程 ，而变质则主要改变 晶体生长方式 。5液态金属成形过程中在 固相线 附近产生的裂纹称为热裂纹，而在 室温 附近产生的裂纹称为冷裂纹。6铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历 液态收缩 、 固态收缩 和 凝固收缩 三个收缩阶段。7焊缝中的宏观偏析可分为 层状偏析 和 区域偏析 。8液态金属成形过程中在 附近产生的裂纹称为热裂纹，而在 附近产生的裂纹成为冷裂纹。9铸件凝固方式有 逐层凝固 、 体积凝固 、 中间凝固 ，其中 逐层 凝固方式容易产生集中性缩孔，一般采用 同时 凝固原则可以消除； 体积 凝固方式易产生分散性缩松，采用 顺序 凝固原则可以消除此缺陷。 10金属塑性加工就是在外力作用下使金属产生 塑性变形 加工方法。11塑性反映了材料产生塑性变形的能力，可以用 最大变形程度 来表示。1. 12塑性变形时，由于外力所作的功转化为热能，从而使物体的温度升高的现象称为 温度效应 。2. 13在完全不产生回复和再结晶温度以下进行的塑性变形称为 冷变形。14多晶体塑性变形时，除了晶内的滑移和产生，还包括晶界的 滑动 和 转动 。 3. 15单位面积上的内力称为 应力 。4. 16物体在变形时，如果只在一个平面内产生变形，在这个平面称为 塑性流平面。17细晶超塑性时要求其组织 超细化 、 等轴化 和 稳定化 。18轧制时，变形区可以分为 后滑区 、 中性区 和 前滑区 三个区域。19 棒材挤压变形时，其变形过程分为 填充 和 挤压 两个阶段。20 冲裁件的切断面由 圆角带 、 光亮带 、 断裂带 三个部分组成。二、判断题（在括号内打“”或“”，每小题0.5分，共10分）1酸性渣一般称为长渣，碱性渣一般称为短渣，前者不适宜仰焊，后者可适用于全位置焊。 ( ) 2低合金高强度钢焊接时，通常的焊接工艺为：采取预热、后热处理，大的线能量。( x )3电弧电压增加，焊缝含氮量增加；焊接电流增加，焊缝含氮量减少。 ( )4电弧电压增加时，熔池的最大深度增大；焊接电流增加，熔池的最大宽度增大。( x ) 5在非均质生核中，外来固相凹面衬底的生核能力比凸面衬底弱。 ( x )6液态金属导热系数越小，其相应的充型能力就越好；与此相同，铸型的导热系数越小，越有利于液态金属的充型。 ( )7. 在K01的合金中，由于逆偏析，使得合金铸件表层范围内溶质的浓度分布由外向内逐渐降低。 ( )8. 粘度反映了原子间结合力的强弱，与熔点有共同性，难熔化合物的粘度较高，而熔点较低的共晶成分合金其粘度较熔点较高的非共晶成分合金的低。 ( )9两边是塑性区的速度间断线在速端图中为两条光滑曲线，并且两曲线的距离即为速度间断线的间断值。 ( )10在主应力空间，任一应力张量的偏张量都可用平面的矢量表示。 ( )11米塞斯屈服准则可用主应力偏量表达为。( x )12应力为零（如）方向上的应变恒等于另两个方向的应变之和一半，即。 ( x )13多晶体中单个晶粒的塑性变形和单晶体的塑性变形特点相同。 ( x )14平面应力状态的屈服轨迹上，在二、四象限内的两个相差最大的点是平面应变。（x）15多晶体变形是，首先是取向有利的晶粒内所有的滑移系开始滑移，然后取向不利的晶粒的滑移系才会滑移。 ( x )16 塑性变形时，晶粒内的位移一旦开始滑动，只有当去掉外力后它才会停止。 ( x ) 17 塑性变形时，变形材料的实际温度是变形温度。 ( )18. 最小阻力定律中的阻力就是摩擦力。 ( x ) 19. 物体要产生塑性变形，一般地，则其内部各点的应力状态不同。 （ ）20. 平面上的任意一点所对应的应力张量中，其m为零。 （ ）三、简答题（ 30分）1解释下列名词： 溶质再分配 联生结晶 析出性气孔 (6分) 3 是碱性焊条还是酸性焊条对工件表面铁锈（FeOnH2O）更敏感？简述其理由。（4分）3分析氢在形成冷裂纹中的作用，简述氢致裂纹的特征和机理（6分）4 简述细晶超塑性的应力状态方程中m的物理意义。(6分)5 试用一点的应力莫尔园判断该点受力后是出于弹性状态还是塑性状态。(8分)四、综合题（40分）1假设液体在凝固时均质形核，所形成的临界晶核分别是半径为r* 的球形和边长为a*正方体形状：（8分）分别求临界晶核半径r*、临界晶核边长a*、临界晶核形成功G*之表达式。证明在相同过冷度下均质性核时，球形晶核较之立方晶核更易形成。2Al-Cu合金的主要参数：共晶点成分CE=33%，CSm=5.65%，Tm=660，TE=548，用Al-1%Cu（即：C0=1%）的合金浇注细长圆棒状试样，使其从左至右单向凝固，冷却速度足以保持固液界面为平面。当固相中无Cu扩散，液相中Cu有扩散而无对流，达到稳定凝固时，求：（8分）该合金的熔点；固-液界面的Cs* 和CL* 和界面温度Ti（忽略动力学过冷Tk）；共晶体所占比例；画出沿棒长度方向Cu的分布曲线。3应力张量为MPa 作出其应力莫尔圆（1分），标出x面、y面、z面。（3分） 求主应力。（6分）求切应力、八面体应力。（5分）求应力偏张量的三个不变量。（3分） 假设物体由自由状态简单加载到该应力状态，求。（3分）设材料MPa，分别用屈雷斯加、密塞斯屈服准则判断物体处于于什么状态（4分）考试试卷（B）题号一二三四五六总分总分人分数一、填空题（每空1分，共 30 分）得分评卷人1、液态金属或合金中一般存在 起伏、 起伏和 起伏，其中在一定过冷度下，临界核心由 起伏提供，临界生核功由 起伏提供。2、液态金属的流动性主要由 、 和 等决定。3、液态金属（合金）凝固的驱动力由 提供，而凝固时的形核方式有 和 两种。5、铸件凝固过程中采用 、 和 等物理方法实现动态结晶，可以有效地细化晶粒组织。6、孕育和变质处理是控制金属（合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响 ，而变质则主要改变 。7、铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历 、 和 三个收缩阶段。8、铸件中的成分偏析按范围大小可分为 和 两大类。10、 塑性变形时不产生硬化的材料叫做。11、 韧性金属材料屈服时，准则较符合实际的。12、 硫元素的存在使得碳钢易于产生。13、 应力状态中的应力，能充分发挥材料的塑性。14、 平面应变时，其平均正应力s中间主应力s。15、 钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 。 16、 材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过的现象叫。17、 材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为e.1，第二次的真实应变为e.25，则总的真实应变e。18、 固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力叫材料的 。二、判断题（对打，错打，每题1分，共 18 分）得分评卷人1、液态金属的流动性越强，其充型能力越好。 （ ）2、金属结晶过程中，过冷度越大，则形核率越高。 （ ）3、稳定温度场通常是指温度不变的温度场。 （ ）4、实际液态金属（合金）凝固过程中的形核方式多为异质形核。 （ ）5、壁厚不均匀的铸件在凝固过程中，薄壁部位较厚壁部位易出现裂纹。（ ）6合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。 （ ）7. 合金钢中的白点现象是由于夹杂引起的。 （ ） 8 . 结构超塑性的力学特性为，对于超塑性金属m =0.02-0.2。 （ ）9. 影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。 （ ） 10屈雷斯加准则与密席斯准则在平面应变上，两个准则是一致的。 （ ）11变形速度对摩擦系数没有影响。 （ ）12. 静水压力的增加，有助于提高材料的塑性。 （）13. 碳钢中冷脆性的产生主要是由于硫元素的存在所致。 （）14. 塑性是材料所具有的一种本质属性。（）15. 在塑料变形时要产生硬化的材料叫变形硬化材料。 （）16. 塑性变形体内各点的最大正应力的轨迹线叫滑移线。 （）17. 二硫化钼、石墨、矿物油都是液体润滑剂。 （）18碳钢中碳含量越高，碳钢的塑性越差。 （） 三、名词解释（每题4分，共 8 分）得分评卷人1、定向凝固原则2、偏析四、简答题（每题8分，共 16 分）得分评卷人1、什么是缩孔和缩松？请分别简述这两种铸造缺陷产生的条件和基本原因？2.简述提高金属塑性的主要途径。五、计算题(每题14分，共28分)得分评卷人 4 2 32 6 13 1 51. 某理想塑性材料，其屈服应力为100N/mm2 ，某点的应力状态为 = 求其主应力，并将其各应力分量画在如图所示的应力单元图中，并判断该点处于什么状态（弹性/塑性）。（应力单位 N/mm2） 。提示：3-152+60-54=0可分解为：（-9）（2-6+6）=0）。 Z X Y2圆板坯拉深为圆筒件 , 如图所示 。 假设板厚为 t , 圆板坯为理想刚塑性材料，材料的真实应力为S，不计接触面上的摩擦 ,且忽略凹模口处的弯曲效应 , 试用主应力法证明图示瞬间的拉深力为： a) 拉深示意图 b) 单元体重庆工学院考试试卷（B）题号一二三四五六总分总分人分数一、填空题（每空1分，共 30 分）得分评卷人1、液态金属或合金中一般存在 相（或结构） 起伏、 浓度 起伏和 能量 起伏，其中在一定过冷度下，临界核心由 相（或结构） 起伏提供，临界生核功由 能量 起伏提供。2、液态金属的流动性主要由 成分 、 温度 和 杂质含量 等决定。3、液态金属（合金）凝固的驱动力由 过冷度 提供，而凝固时的形核方式有 均质形核 和 异质形核或 非质形核 两种。5、铸件凝固过程中采用 振动 、 搅拌 和 旋转铸型 等物理方法实现动态结晶，可以有效地细化晶粒组织。6、孕育和变质处理是控制金属（合金）铸态组织的主要方法，两者的主要区别在于孕育主要影响 生核过程 ，而变质则主要改变 晶体的生长过程 。7、铸造合金从浇注温度冷却到室温一般要经历 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 三个收缩阶段。8、铸件中的成分偏析按范围大小可分为 微观偏析 和 宏观偏析 两大类。19、 塑性变形时不产生硬化的材料叫做理想刚塑性材料。20、 韧性金属材料屈服时，密席斯屈服准则较符合实际的。21、 硫元素的存在使得碳钢易于产生热脆。22、 应力状态中的压应力，能充分发挥材料的塑性。23、 平面应变时，其平均正应力s等于中间主应力s。24、 钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 降低 。 25、 材料在一定的条件下，其拉伸变形的延伸率超过的现象叫超塑性。26、 材料经过连续两次拉伸变形，第一次的真实应变为e.1，第二次的真实应变为e.25，则总的真实应变e0.35。27、 固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力叫材料的 塑性 。二、判断题（对打，错打，每题1分，共 18 分）得分评卷人1、液态金属的流动性越强，其充型能力越好。 （ ）2、金属结晶过程中，过冷度越大，则形核率越高。 （ ）3、稳定温度场通常是指温度不变的温度场。 （ ）4、实际液态金属（合金）凝固过程中的形核方式多为异质形核。 （ ）5、壁厚不均匀的铸件在凝固过程中，薄壁部位较厚壁部位易出现裂纹。（ ）6合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。 （ ）7. 合金钢中的白点现象是由于夹杂引起的。 （ ） 8 . 结构超塑性的力学特性为，对于超塑性金属m =0.02-0.2。 （ ）9. 影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。 （ ） 10屈雷斯加准则与密席斯准则在平面应变上，两个准则是一致的。 （ ）11变形速度对摩擦系数没有影响。 （ ）18. 静水压力的增加，有助于提高材料的塑性。 （ ）19. 碳钢中冷脆性的产生主要是由于硫元素的存在所致。（ ）20. 塑性是材料所具有的一种本质属性。（ ）21. 在塑料变形时要产生硬化的材料叫变形硬化材料。 （ ）22. 塑性变形体内各点的最大正应力的轨迹线叫滑移线。（ ）23. 二硫化钼、石墨、矿物油都是液体润滑剂。 （ ）18碳钢中碳含量越高，碳钢的塑性越差。 （ ） 三、名词解释（每题4分，共 8 分）得分评卷人1、定向凝固原则答：定向凝固原则是采取各种措施，保证铸件结构上各部分按距离冒口的距离由远及近，朝冒口方向凝固，冒口本身最后凝固。2、偏析答：铸件凝固后，从微观晶粒内部到宏观上各部位，化学成分都是不均匀的，这种现象称为偏析。四、简答题（每题8分，共 16 分）得分评卷人1、什么是缩孔和缩松？请分别简述这两种铸造缺陷产生的条件和基本原因？答：铸造合金在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩的产生，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞，称为缩孔；其中尺寸细小而且分散的孔洞称为分散性缩孔，简称缩松。缩孔产生的条件是：铸件由表及里逐层凝固；其产生的基本原因是：合金的液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值。缩松产生的条件是：合金的结晶温度范围较宽，倾向于体积凝固。其产生的基本原因是：合金的液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值。2.简述提高金属塑性的主要途径。答：一、提高材料的成分和组织的均匀性 二、合理选择变形温度和变形速度 三、选择三向受压较强的变形方式 四、减少变形的不均匀性五、计算题(每题14分，共28分)得分评卷人 4 2 32 6 13 1 52. 某理想塑性材料，其屈服应力为100N/mm2 ，某点的应力状态为 = 求其主应力，并将其各应力分量画在如图所示的应力单元图中，并判断该点处于什么状态（弹性/塑性）。（应力单位 N/mm2） 。提示：3-152+60-54=0可分解为：（-9）（2-6+6）=0）。 Z X Y答案： 因此,该点处于弹性状态。2 圆板坯拉深为圆筒件 , 如图所示 。 假设板厚为 t , 圆板坯为理想刚塑性材料，材料的真实应力为S，不计接触面上的摩擦 ,且忽略凹模口处的弯曲效应 , 试用主应力法证明图示瞬间的拉深力为： a) 拉深示意图 b) 单元体解：在工件的凸缘部分取一扇形基元体，如图所示。沿负的径向的静力平衡方程为：展开并略去高阶微量，可得由于是拉应力，是压应力，故，得近似塑性条件为联解得：式中的为的积分中值，=S当R=R0时，得：最后得拉深力为：考试试卷（B）标准答案题号一二三四五六总分总分人分数一、填空题（每空2分，共40分）得分评卷人 1液态金属本身的流动能力主要由液态金属的 成分 、 温度 和 杂质含量 等决定。2液态金属或合金凝固的驱动力由 过冷度 提供。3晶体的宏观生长方式取决于固液界面前沿液相中的温度梯度，当温度梯度为正时，晶体的宏观生长方式为 平面长大方式 ，当温度梯度为负时，晶体的宏观生长方式为 树枝晶长大方式 。5液态金属凝固过程中的液体流动主要包括 自然对流 和 强迫对流 。 6液态金属凝固时由热扩散引起的过冷称为 热过冷 。7铸件宏观凝固组织一般包括 表层细晶粒区 、 中间柱状晶区 和 内部等轴晶区 三个不同形态的晶区。8内应力按其产生的原因可分为 热应力 、 相变应力 和 机械应力 三种。9铸造金属或合金从浇铸温度冷却到室温一般要经历 液态收缩 、 凝固收缩 和 固态收缩 三个收缩阶段。10铸件中的成分偏析按范围大小可分为 微观偏析 和 宏观偏析 二大类。二、下列各小题均有多个答案，选择最适合的一个填于横线上（每空1分，共9分）。1. 塑性变形时，工具表面的粗糙度对摩擦系数的影响大于工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响。、大于；、等于；、小于；2. 塑性变形时不产生硬化的材料叫做。、理想塑性材料；、理想弹性材料；、硬化材料；3. 用近似平衡微分方程和近似塑性条件求解塑性成形问题的方法称为。、解析法；、主应力法；、滑移线法；4. 韧性金属材料屈服时，准则较符合实际的。、密席斯；、屈雷斯加； 密席斯与屈雷斯加；5. 塑性变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做。、理想弹性材料；、理想刚塑性材料；、塑性材料；6. 硫元素的存在使得碳钢易于产生A。、热脆性；、冷脆性；、兰脆性；7. 应力状态中的B应力，能充分发挥材料的塑性。、拉应力；、压应力；、拉应力与压应力；8. 平面应变时，其平均正应力sB中间主应力s。、大于；、等于； 、小于；9. 钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑性、韧性 B 。、提高； 、降低； 、没有变化； 三、判断题（对打，错打，每题1分，共7分）得分评卷人 1合金元素使钢的塑性增加，变形拉力下降。 （ X ）2. 合金钢中的白点现象是由于夹杂引起的。 （ X ）3 . 结构超塑性的力学特性为，对于超塑性金属m =0.）4. 影响超塑性的主要因素是变形速度、变形温度和组织结构。 5屈雷斯加准则与密席斯准则在平面应变上，两个准则是一致的。 （ X ）6. 按密席斯屈服准则所得到的最大摩擦系数=0.5。 （ X ）7变形速度对摩擦系数没有影响。 （ X ）四、名词解释（每题4分，共8分）得分评卷人 1晶体择优生长答:在树枝晶生长过程中，那些与热流方向相平行的枝晶较之取向不利的相邻枝晶会生长得更为迅速，其优先向内伸展并抑制相邻枝晶的生长，这种相互竞争淘汰的晶体生长过程称为晶体的择优生长。2偏析答：一般情况下，铸件凝固后，从微观晶粒内部到宏观上各部位，化学成分都是不均匀的，这种现象称为偏析。五、简答题（每题8分，共16分）得分评卷人 1.什么是缩孔和缩松？试简要介绍它们的形成原因和控制措施。答：铸造合金凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩的产生，往往在铸件最后凝固的部位出现孔洞，称为缩孔。其中尺寸细小而且分散的孔洞称为缩松。 产生缩孔和缩松的基本原因均在于合金的液态收缩和凝固收缩值之和大于固态收缩值。通过定向凝固，同时凝固，控制浇注条件，应用冒口、补贴和冷铁以及加压补缩等措施可以减小或消除缩孔或缩松。2.简述提高金属塑性的主要途径。答案：一、 提高材料的成分和组织的均匀性二、合理选择变形温度和变形速度三、选择三向受压较强的变形形式四、减少变形的不均匀性六、计算题(每题10分，共20分)得分评卷人 4 2 32 6 13 1 51. 某理想塑性材料，其屈服应力为100N/mm2 ，某点的应力状态为 = 求其主应力，并将其各应力分量画在如图所示的应力单元图中，并判断该点处于什么状态（弹性/塑性）。（应力单位 N/mm2） 。提示：3-152+60-54=0可分解为：（-9）（2-6+6）=0）。 Z 由 X Y 答案： 因此,该点处于弹性状态。2.如图所示，假设一定长度的厚壁筒，内径为d，外径为D，筒内受均匀内压力 -p，证明该厚壁筒进入塑性状态时极限应力 。答案：每一横断面上的应力可认为是相同的，是一个平面问题。而且应力分布又是轴对称的，均为零，因此都是主应力。用极坐标表示的平衡微分方程式将有以下形式：根据屈服准则，有积分得：利用边界条件决定常数 C：当时，则： 因此得 当时，有最大的压力P，所以 试卷编号： ( B )卷课程编号： 课程名称： 材料成形原理 考试形式： 适用班级： 姓名： 学号： 班级： 学院： 专业： 考试日期： 题号一二三四五六七八九十总分累分人 签名题分201510201520 100得分考生注意事项：1、本试卷共4页，请查看试卷中是否有缺页或破损。如有立即举手报告以便更换。 2、考试结束后，考生不得将试卷、答题纸和草稿纸带出考场。5 填空题(每空2 分，共 20 分) 得分评阅人 1. 金属最常见的晶胞有 、 和 三种。 2.屈雷斯加屈服条件可以表述为：当物体内一点应力状态的 达到一定值时，材料就屈服。密席斯屈服条件可表述为：当 达到一定值时，材料就屈服。3. 金属塑性变形时，应力与应变之间的关系是 ，全量应变主轴与应力主轴 ，应力应变之间没有一般的单值关系。4. 主应力图中的压应力个数越多，数值越大，则金属塑性越高。这是因为压应力 晶间变形；压应力有利于 晶体中由于塑性变形引起的各种微观破坏；三向压应力能 由于变形不均所引起的附加应力。南昌大学20092010学年第一学期期末考试试卷得分评