材料加工原理作业答案
作业
第一章液态金属的结构与性质
1、如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？
理想纯金属液态结构能量起伏和结构起伏；实际纯金属液态结构存在大量多种分布不均匀、存在方式（溶质或化合物）不同的杂质原子；金属（二元合金）液态结构存在第二组元时，表现为能量起伏、结构起伏和浓度起伏；实际金属（多元合金）液态结构相当复杂，存在着大量时聚时散，此起彼伏的原子团簇、空穴等，同时也含有各种固态、气态杂质或化合物，表现为三种起伏特征交替；能量起伏指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也会随时间而不停变化，出现时高时低的现象。结构起伏指液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断分化组合，由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，这样此起彼伏，不断发生着的涨落过程，似乎团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象。浓度起伏指在多组元液态金属中，由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化的现象
2、根据图1-8及式（1-7）说明动力学粘度的物理意义和影响粘度的因素，并讨论粘度在材料成形中的意义
动力学粘度的物理意义：表示作用于液体表面的外加切应力大小与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。是液体内摩擦阻力大小的表征
影响粘度的因素：1）液体的原子之间结合力越大，则内摩擦阻力越大，粘度也就越高；2）粘度随原子间距δ增大而降低，与δ3成反比；3）η与温度T 的关系总的趋势随温度T 而下降。（实际金属液的原子间距δ也非定值，温度升高，原子热振动加剧，原子间距随之而增大，因此η会随之下降。）4）合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响，如果混合热H m为负值，合金元素的增加会使合金液的粘度上升（H m 为负值表明异类原子间结合力大于同类原子，因此摩擦阻力及粘度随之提高）如果溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度，这归因于合金液中存在异类原子间较强的化学结合键。通常，表面活性元素使液体粘度降低，非表面活性杂质的存在使粘度提高
粘度在材料成形中的意义：
1）粘度对铸件轮廓的清晰程度将有很大影响：在薄壁铸件的铸造过程中，流动管道直径较小，雷诺数值小，流动性质属于层流。此时，为提高铸件轮廓清晰度，可降低液体粘度，此时应适当提高过热度或者加入表面活性物质等；2）影响热裂、缩孔、缩松的形成倾向：由于凝固收缩形成压力差而造成的自然对流均属于层流性质，此时粘度对流动的影响就会直接影响到铸件的质量；3）影响精炼效果及夹杂或气孔的形成：粘度η较大时，夹杂或气泡上浮速度较小，会影响精炼效果；铸件及焊缝的凝固中，夹杂物和气泡难以上浮排除，易形成夹杂或气孔；4、影响钢铁材料的脱硫、脱磷、扩散脱氧：而金属液和熔渣中的动力学粘度η低则有利于扩散的进行，从而有利于脱去金属中的杂质元素；5、熔渣及金属液粘度降低对焊缝的合金过渡的进行有利；6、对缩孔、缩松、晶粒大小和偏析的影响，即η愈大，铸件内部缩孔或缩松倾向增大。另外，η大时，将使凝固过程中对流困难而造成晶粒粗化；影响凝固界面前端的熔点物质向后扩散而导致区域偏析
3、简述表面张力的实质及影响表面张力的因素
表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所造成。1）原子间的结合力，物体内部原子间结合力u0↑→表面内能↑→表面自由能↑→表面张力↑；2）温度的影响：随温度升高而下降。因为原子间距随温度升高而增大；3）溶质元素自由电子数目的影响，自由电子数目多的溶质元素，其表面双电层的电荷密度大，对金属表面的压力也大，从而使系统表面张力增加。化合物表面张力之所以较低，是因其自由电子较少的缘故；4）合金元素或微量杂质元素对表面张力的影响，主要取决于原子间结合力的改变向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使u0 减小，使表面内能降低，这样，将会使表面张力降低，溶质与溶剂的原子体积之差表面活性元素均降低熔体的表面张力；
影响液体表面张力的因素：内因：无机液体的表面张力比有机液体的表面张力大得多；水的表面张力72.8mN/m(20℃)；有机液体的表面张力都小于水；含氮、氧等元素的有机液体的表面张力较大；含F、Si的液体表面张力最小；水溶液：如果含有无机盐，表面张力比水大；含有有机物，表面张力比水小。外因：温度升高表面张力减小；压力和表面张力没有关系。注：液体（0度以上时）表面张力最弱的是酒精
4、试述表面张力在材料成形中的意义
1）表面张力引起的曲面两侧压力差及其相关作用，在铸造和焊接中的意义，铸造过程中为防止粘砂，通常要求金属液与砂型不润湿。但毛细管直径D和金属液静压头H越大，越易粘砂；焊接和铸造熔炼过程中高温下会产生融入到金属液中的气体，为加速凝固过程中气体的逸出，表面张力起重要作用；CO2气保焊熔滴过渡中易产生飞溅也可由表面张力引起的曲面两侧压力差得到解释。焊丝含碳量越高，飞溅倾向越大2）液膜拉断临界力及表面张力对凝固热裂的影响，在凝固的后期，不同晶粒之间存在着液膜，由于表面张力的作用，液膜将其两侧的晶体紧紧地吸附在一起，液膜厚度越小，其吸附力量就越大。液膜拉断时若无外界液体补充，那么晶粒间或枝晶间便形成了凝固热裂纹。可见，液膜的表面张力越大，液膜越薄，则液膜的拉断临界应力f max 越大，裂纹越难形成。3）表面张力对熔滴过渡的影响，熔化极电弧焊，颗粒状熔滴向熔池中过渡时，表面张力大的熔滴形成细颈的阻力大，致使熔滴颗粒增大，熔滴过渡频率降低而导致电弧稳定性较差，飞溅增多；改善熔滴过渡状态的途径在于降低其表面张力，主要有两措施：增大焊接电流，使熔滴温度上升，表面张力降低，熔滴颗粒减小（电流增大到一定程度时，由熔滴过渡转为细颗粒高速喷射过渡）；适当增强电弧气氛的氧化性可降低表面张力，细化熔滴
5、什么是液态金属的充型能力？影响充型能力的因素有哪些？
液态金属充型能力：铸造过程中，液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力。影响液态金属充型能力的因素：内因—金属本身的流动性，外因—铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，1)金属性质方面的因素（流动性的高低），具有宽结晶温度范围的合金：流动性不好，结晶温度范围ΔT = T L-T S ↑→充型能力（流动性L）↓；合金液的比热、密度越大，导热系数越小，停止流动前的时间越长，充型能力好；2）铸型性质方面的因素，蓄热系数b2 越大，铸型激冷能力越强，金属液保持液态的时间就越短，充型能力下降；预热铸型能减小金属与铸型的温差，从而提高充型能力，具有发气能力的铸型，可减少流动的摩擦阻力而有利于充型；3、浇铸条件方面的因素，浇注温度越高、充型压头越大，则液态金属的充型能力越好；4、铸件结构方面的因素，在铸件材质、铸型性质及浇铸条件相同的条件下，同体积铸件模数越大，由于与铸型接触的
表面积小，散热较缓慢，因而液态金属的充型能力越好。铸件结构越复杂，厚薄过渡面越多，则型腔结构越复杂，流动阻力越大，充型能力也越差。（可以认为合金的流动性是在确定条件下的充型能力。灰口铸铁、硅黄铜的流动性最好；铸钢的流动性最差）
6、试述液态金属停止流动的两种主要机理
液态金属停止流动机理，随金属的结晶特性（取决于结晶温度范围）可分：①窄温度范围，在金属的过热热量未散失尽以前为纯液态流动，为第Ⅰ区，金属液继续流动，冷的前端在型壁上凝固结壳，而后的金属液是在被加热了的管道中流动，冷却强度下降。由于液流通过Ⅰ区终点时，尚具有一定的过热度，将已凝固的壳重新熔化，为第Ⅱ区。故，该区是先形成凝固壳，又被完全熔化。第Ⅲ区是未被完全熔化而保留下来的一部分固相区，在该区的终点金属液耗尽了过热能量。在第Ⅳ区，液相和固相具有相同的温度——结晶温度。由于在该区的起点处结晶开始较早，断面上结晶完毕也较早，往往在它附近发生堵塞。此类金属的流动性与固体层内表面的粗糙度、毛细管阻力及在结晶温度下的流动能力有关；②宽结晶温度合金停止流动机理，对于宽结晶温度范围的合金，试验表明，在液态金属的前端析出15-20％的固相量时，流动就停止。结晶温度范围越宽，枝晶就越发达，液流前端析出相对较少的固相量，即在相对较短的时间内，液态金属便停止流动。具有最大溶解度的合金流动性最小
第二章凝固温度场
1、名词解释：等温面；等温线；温度梯度；热流密度；铸件凝固时间；模数；焊接线能量
等温面：温度场中在同一时刻下相同温度各点所组成的空间曲面。等温线：某个特殊平面与等温面相截的交线。温度梯度：对于一定温度场，沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。温度梯度越大，图上反映为等温面（或等温线）越密集，具有方向性的物理量（所谓温度梯度就是两相邻等温面之间的温度，温度梯度是向量，其方向垂直于等温面，其正方向是指向温度增加的方向）。热流密度：单位时间内通过单位面积的热量。铸件的凝固时间：是指从液态金属充满型腔后至凝固完毕所需要的时间。模数：将V1与A1推广理解为一般形状铸件的体积与表面积，并令 R= V1/A1。R-为铸件的折算厚度。[原意：V1-为铸件凝固层的体积（而并非是铸件体积），A1-铸件与铸型的接触面积]。焊接线能量：单位长度焊件上的热输入，即E=q/v，q-为焊接热源的有效输入功率，v-为焊接速度。
2、什么是初始条件和边界条件？常见边界条件有哪几类？
初始条件：是指物体开始导热时（即t = 0 时）的瞬时温度分布；边界条件：是指导热体表面与周围介质间的热交换情。第一类边界条件：给定物体表面温度Tw随时间t的变化关系，表达式为Tw=f(t)；第二类边界条件：给出通过物体表面的比热流随时间t的变化关系，表达式为；第三类边界条件：给出物体周围介质温度以及物体表面与周围介质的换热系数，表达式为：。以第三类边界条件最为常见。
3、从界面阻热的变化讨论铸件凝固过程温度场分布
①金属铸件与绝热型铸型—类型：砂型、石膏型、陶瓷型等多数非金属铸型属此类，铸型导热系数远小于凝固金属；特点：凝固铸件内及液态金属中温度分布可认为是近似均匀的。此时铸件内的凝固、散热速度主要取决于铸型的热物理性能，界面热阻可忽略；铸型内表面温度接近铸件温度，铸型内温度梯度很大，当铸型足够厚时，其外表面温度保持起始温度。②界面热阻较大的金属铸型---当金属型内耐高温涂层较厚或涂层导热性较差时，界面涂层的热阻较铸件与铸型的热阻大得多，此时铸件的凝固、散热速度主要取决于涂层的厚度与导热
性能；铸件与金属型中的温度梯度可忽略不计，温度降集中在界面上③界面热阻很小的金属铸型--当金属型的表面涂层很薄涂层材料的导热性能很好时，界面热阻相对于金属铸型、铸件内的热阻可忽略不计，此时铸件的凝固、散热速度主要取决于铸件与铸型的热物理性能；可近似认为界面上没有温度降④非金属铸件与金属铸型—类型：注塑、熔模金属铸造中压制腊模；特点：非金属铸件导热性差，界面热阻和金属型热阻可忽略，铸件的凝固、散热速度主要取决于铸件自身的热物理性能，温度降主要发生在铸件一侧
4、常见铸件凝固方式分为几类？影响凝固方式的因素有哪些？
分为三类：当固液两相区很窄时称为逐层凝固方式，反之为糊状凝固方式（体积凝固方式），固液两相区宽度介于两者之间的称为“ 中间凝固方式”，铸件凝固方式对凝固液相的补缩能力影响很大。
影响凝固方式的因素：①合金凝固温度区间的影响，在铸件断面温度梯度相近情况下，固液相区宽度取决于铸件合金凝固温度区间的大小；随着C质量分数的增加，碳钢结晶温度区间增大，固液相区宽度增加；在砂型中，低碳钢近于逐层凝固方式，中碳钢近于中间凝固方式，高碳钢近于体积凝固方式。②温度梯度的影响，当铸件合金成分确定后，铸件断面固液相区的宽度取决于铸件中的温度梯度。大的温度梯度固液相区较窄，合金近于逐层凝固方式；温度梯度较为平坦时，固液相区明显加宽，合金近于体积凝固方式。（对于同一种合金，采用砂型比金属型时的固液相区要宽得多）
5、简述焊接热源作用的基本类型及其初始条件案和边界条件。
①点热源—热源作用于厚大焊件表面上一点，如厚板表面焊道施焊或表面堆焊；半无限大物体。②线热源—热源作用于薄板焊件截面内一条垂线上，如薄板全熔透对焊接；无限大薄板。③面热源--热源作用于杆状焊件某截面上，如钢筋闪光对焊；无限大细杆。
初始条件和边界条件：①焊接温度场的边界条件与焊件的形状、尺寸有关。厚大焊件，热能主要在焊件内部传导，焊件表面与周围介质间的热交换可以忽略不计。但随焊件厚度减小，比表面积增大，与周围介质间的热交换就变得不容忽视。因此，薄板和细杆的焊接需要考虑表面散热问题，边界换热条件一般属于前述第三类边界条件，即给定表面换热系数和介质温度。②焊接温度场的初始条件一般比较简单，可以认为焊件初始温度均匀，等于环境温度或焊前预热温度，多层焊时取初始温度为层间温度。
6、试述影响焊接温度场的因素。
①焊件尺寸，当固定热源分别作用在厚大件、薄板和细长杆上时，假设焊件从热源获得的瞬时热能相等，可以比较三种情况下焊件的温度变化速率厚大件的散热最快，温度下降速度最快，其次是薄板，而细杆的散热速度最慢。不同厚度下移动热源焊接温度场的分布形态基本相同，但在其他因素不变的情况下，随着板厚减薄，焊件表面的高温区域增大；②焊接热物理性能，主要是指焊件材料导热能力的影响（热扩散率a），在相同E下，a越大，热量散失越大，相同温度等温线所包围的区域就越小；③热源种类和焊接规范；④多层焊
第三章金属凝固热力学与动力学
从P73页的2-6题中任选3道
2.怎样理解溶质平均分配系数K0的物理意义及热力学意义？
①物理意义：对于K0＜1，K0 越小，固相线和液相线张开程度越大，固相成分开始结晶时与终了结晶时差别越大，最终凝固组织的成分偏析越严重。因此常将∣1- K0∣称为“偏析系
数”。实际合金的K0 大小受合金类别及成分、微量元素的存在影响。此外，由于液相线及固相线不为直线，所以凝固中也随温度的改变而有所变化；②热力学意义：K0主要取决于溶质在液固两相中的标准化学位。对于实际合金，还受溶质在液固两相中的活度系数影响。液固两相标准化学位只有纯物质在熔点温度时两者才相等，在二元二相系统中不可能相等，所以K0≠1，K0的值不仅与温度和压力有关，同时还取决于溶剂和溶质的种类，因为第三组元会影响溶质的活度系数f ，所以二元系中加入微量第三组元，可改变K0。凝固过程的实际溶质分配系数与K0往往有较大差别。
3.结合图3-3解释临界晶核半径r*和形核功ΔG*的意义，以及为什么形核要有一定过冷度。
晶核形成时，系统自由能变化ΔG 由两部分组成，即作为相变驱动力的液-固体积自由能之差ΔGV （负）和阻碍相变的液-固界面能σLS （正）；第一项体积自由能部分使系统能量降低，第二项表面自由能使系统能量升高。①R ＜r*时，r↑→ΔG↑；②R = r*处时，ΔG 达到最大值ΔG*；③R ＞r*时，r↑→ΔG↓其中，r*称为临界晶核半径；对应于r*的ΔG*（最大值）称为形核功。
过冷度ΔT 越小，形核功ΔG*越大，ΔT→0 时，ΔG*→∞，这表明过冷度很小时难以形核，也从数学上证明了为什么物质凝固必须要有一定过冷度。
4.比较式（3-14）与式（3-18）、式（3-15）与式（3-19），说明为什么异质形核比均匀
形核容易，以及影响异质形核的基本因素和其他条件。
非均质形核过冷度ΔT比均质形核临界过冷度ΔT*小得多时就能大量成核
非均质形核的形核条件（影响因素）①结晶相的晶格与杂质基底晶格的错配度δ的影响，
；②杂质表面状态对非均质形核的影响，在曲率半径、接触角相同时，凹面杂质的活化粒子最多，形核率最高，平面次之，凸面最差；③过冷度的影响，非均质形核的过冷度随金属液冷速的增加而加大。在金属液中存在形核能力不同的多种物质时，其形核行为与过冷度有关；过冷度越大，能促使非均匀形核外来质点所谓的种类和数量越多，非均匀形核能力越强
5.讨论两类固-液界面结构（粗糙面和光滑面）形成的本质及其判据。
①固-液界面结构主要取决于晶体生长时的热力学条件及晶面取向（密排面还是非密排面），非密排晶面（高指数晶面）作为晶体表面（固-液界面）时，微观界面结构容易成为粗糙界
面；②固-液微观界面究竟是粗糙面还是光滑面主要取决于合金系统的热力学性质熔融，熵越小，越容易成为粗糙界面；③晶体生长界面结构还受动力学因素影响，过冷度大时，生长速度快，界面的原子层数较多，容易形成粗糙面结构，浓度低的物质结晶时易出现光滑界面特征。
粗糙界：α≤2；平滑型界面：α≥5；混合型：α=2-5
一般大多数金属和少数有机物呈粗糙界面；大部分有机物及无机物属光滑界面
6.固-液界面结构如何影响晶体生长方式和生长速度？同为粗糙面-光滑面，螺旋位错生长机
制与二维晶核生长机制的生长速度对过冷度的关系有何不同？
固-液界面的性质（光滑还是粗糙界面）决定了晶体的生长方式。①连续长大：粗糙面的界面结构，许多位置均可为原子着落，液相扩散来的原子很容易被接纳与晶体连接起来。生长方向为界面的法线方向，即垂直于界面进行生长；②台阶方式长大（侧面长大）：光滑界面在原子尺度界面是光滑的，单个原子与晶面的结合较弱，容易跑走，因此，只有依靠在界面上出现台阶，然后从液相扩散来的原子沉积在台阶边缘，依靠台阶向侧面长大。故又称“侧面长大”；
①对连续长大的粗糙面生长速度为（D为原子的扩散系数，R为气体常数，μ1为常数。连续生长方式的生长速度R1与实际过冷度ΔT成线性关系。）
①；②；
②二维晶核台阶生长的速度为上式（μ2、b为常数）；③
③螺旋位错台阶生长方式的速度为上式。
对二维晶核生长，在ΔT不大时，R2几乎为零，当ΔT达到一定值时，R突然增加很快，直至与连续生长曲线相遇；继续增大ΔT，则完全按连续方式生长；对螺形位错生长，当位错台阶很密时，接近于连续生长方式，生长速度比二维台阶生长要快。与二维台阶生长相比较，螺形位错生长方式在ΔT很小时就具有一定的生长速度在；
不同点：小的过冷度下，具有光滑界面结构的物质，其生长方式按螺形位错生长；当过冷度很大时，易于按连续方式生长。晶体实际生长一般很少按二维晶核生长方式进行
第四章单相及多相合金的结晶
从P105页的9-14题中任选3题
9.何为成分过冷判据?成分过冷的大小受哪些因素的影响？
10.
分别讨论“成分过冷”对单相固溶体及共晶凝固组织形貌的影响。
00L )1(＜R G K K D C m L L -?
11.如何认识外生生长与内生生长？由前者向后者转变得前提是什么？仅仅由成分过冷因素
决定吗？
外生生长:晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式，称为“外生生长”平面生长、胞状生长和柱状枝晶生长皆属于外生生长；
内生生长:等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式则称为“内生生长”
前提：成分过冷区的进一步加大促使外生生长向内生生长的转变。这个转变是由成分过冷的大小和外来质点非均质形核能力这两个因素决定的。大的成分过冷和强生核能力的外来质点都有利于内生生长并促进内部等轴晶的形成。
12.影响枝晶间距的主要因素是什么？枝晶间距与材料的力学性能有什么关系？
因素：晶面处结晶潜热散失条件
关系：枝晶间距小，细晶强化效果显著；成分趋于均匀化；显微缩松、夹杂物细小且分散；热裂纹倾向小，材料性能好
13.根据共晶体两组成相的Jackson因子，共晶组织可分为哪三类？它们各有何生长特性及
组织特点？
①粗糙－粗糙界面（非小晶面-非小晶面），金属-金属共晶及金属-金属间化合物共晶多为第Ⅰ类共晶，其典型的显微形态是有规则的层片状，或其中有一相为棒状或纤维状，规则共晶长大时，两相彼此紧密相连，相互依赖生长，两相前方的液体区域中存在溶质的运动。这种长大方式称之为“共生生长”。对于非共晶成分的合金，在共晶反应前初生相呈树枝状长大，所得组织由初晶及共晶体组成；
②粗糙—光滑界面（非小晶面-小晶面）, 金属-非金属共晶属于第Ⅱ类共晶体，长大过程往往仍是相互偶合的“共生”长大，但由于小晶面相（非金属相）晶体长大具有强烈的方向性，且对凝固条件（如杂质或变质元素）十分敏感，容易发生弯曲和分枝而占优势，所得到的组织较为无规则，属于“不规则共晶”；
③光滑—光滑界面（小晶面-小晶面）,非金属-非金属属于第Ⅲ类共晶体，长大过程不再是偶合的。所得到的组织为两相的不规则混合物，也属于“不规则共晶”
14.试描述离异共晶组织的两种情况及其形成原因。
离异共晶分“晶间偏析型”和“晕圈型”两种类型
“晶间偏析型”离异共晶：当一相大量析出，而另一相尚未开始结晶时，将形成晶间偏析型离异共晶；形成原因有两种，一是系统本身；二是由另一相的生核困难所引起。合金偏离共晶成分，初晶相长得较大，如另一相不能以初生相为衬底而生核，或因液体过冷倾向大使该相析出受阻时，初生相就继续长大而把另一相留在枝晶间。“晕圈型”离异共晶形成：两相性质差别较大的非小晶面—小晶面共晶合金中能更经常地见到这种晕圈组织。由于两相在生核能力和生长速度上的差别，第二相环绕着领先相表面生长而形成一种镶边外围层的情况，此外围层称为“晕圈”（领先相是高熔点的非金属相）；封闭型圈晕：如果领先相的固-液界面全部是慢生长面，会被快速生长的第二相晕圈所封闭，则两相与熔体之间就没有共同的生长界面，而只有形成晕圈的第二相与熔体相接触，所以原先的领先相只能依靠原子通过晕圈的扩散进行，最后形成领先相呈球团状结构的离异共晶组织。不完整型圈晕：如果领先相的固—液界面是各向异性的，第二相只能将其慢生长面包围住，而其快生长面仍能突破晕圈的包围并与熔体相接触，则晕圈是不完整的。这时两相仍能组成共同的生长界面而以共生方式进行偶合结晶。
第五章铸件与焊缝宏观组织及其控制
第六章特殊条件下的凝固与成形
1、铸件典型宏观凝固组织由哪几部分构成？它们的形成机理如何？
表面细等轴晶区（激冷晶区）：紧靠型壁外壳层，由紊乱排列的细小等轴晶组成，仅几个晶粒厚度；中间柱状晶区：由自外向内沿着热流方向彼此平行排列的柱状晶组成，垂直于型壁排列；内部等轴晶区：由紊乱排列的粗大等轴晶所组成；
形成机理：①表面激冷区中的晶粒通常是无方向性的细等轴晶。根据传统理论，当液态金属浇入温度较低的铸型中时，型壁附近熔体由于受到强烈的激冷作用，产生很大的过冷度而大量非均质生核。这些晶核在过冷熔体中也采取枝晶方式生长，由于其结晶潜热既可从型壁导出，也可向过冷熔体中散失，从而形成了无方向性的表面细等轴晶组织，一旦型壁附近的晶粒互相连结而构成稳定的凝固壳层，凝固将转为柱状晶区由外向内生长，表面激冷细晶粒区将不再发展。因此稳定的凝固壳层形成得越早，表面细晶粒区向柱状晶区转变也就越快，表面激冷区也就越窄；②一般情况下柱状晶区是由表面细晶粒区发展而成；但也可直接从型壁处长出，稳定凝固壳层一旦形成，柱状晶就直接由表面细等轴晶凝固层某些晶粒为基底
向内生长，发展成柱状晶，由于固-液界面处单向的散热条件（垂直于界面方向），处在凝固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流作用下便转而以枝晶状单向延伸生长；对于纯金属，其凝固前沿基本上呈平面生长，凝固前沿以平面生长的方式逆着热流方向向内伸展而成为柱状晶组织，对于合金，柱状晶区开始于稳定凝固壳层的产生，而结束于内部等轴晶区的形成。如果界面前方始终不利于等轴晶的形成与生长，则柱状晶区可以一直延伸到铸件中心，因此，柱状晶区的存在与否及宽窄程度取决于上述两个因素综合作用的结果。如果在凝固初期就使得内部产生等轴晶的晶核，将会有效地抑制柱状晶的形成；③内部等轴晶区的形成是由于熔体内部晶核自由生长的结果，
2、试分析影响铸件宏观凝固组织的因素，列举获得等轴晶的常用方法
方法：①合理地控制浇注工艺和冷却条件，浇注温度：合理降低浇注温度是减少柱状晶、获得及细化等轴晶的有效措施。但过低的浇注温度将降低液态金属的流动性，导致浇不足和冷隔等缺陷的产生；浇注方式：通过改变浇注方式强化对流对型壁激冷晶的冲刷作用，能有效地促进细等轴晶的形成；浇注缓慢，浇注结束时过冷度较低，则越有利于晶核生成。斜板浇注获得的晶粒度较六孔浇注更为细小。控制冷却条件目的是形成宽的凝固区域和获得大的过冷，从而促进熔体生核和晶粒游离。小温度梯度GL和高冷却速度R可以满足以上要求。但就铸型的冷却能力而言，除薄壁铸件外，这二者不可兼得。②孕育处理，孕育处理是浇注前或浇注过程中向液态金属中添加少量物质以达到细化晶粒、改善宏观组织目的的一种工艺方法，孕育主要是影响生核过程和促进晶粒游离以细化晶粒；而变质则是改变晶体生长机理，从而影响晶体形貌。而在等轴晶组织的获得和细化中采用的则是孕育方法，孕育处理目的是造成大量晶核、细化晶粒。常用孕育处理的方法包括合理选择孕育剂和合理确定孕育工艺
③动力学细化，动力学细化方法主要是采用机械力或电磁力引起固相和液相的相对运动，导致枝晶的破碎或与铸型分离，在液相中形成大量结晶核心，达到细化晶粒的效果常用的动力学细化方法如下：铸型振动（在凝固过程中振动铸型可使液相和固相发生相对运动，导致枝晶破碎形成结晶核心，振动还可以引起局部的温度起伏，有利于枝晶熔断。振动铸型可促使“晶雨”的形成）、超声波振动（可在液相中产生空化作用，形成空隙，从而提高了凝固过冷度，造成形核率的提高，使晶粒细化）、液相搅拌（连铸过程采用电磁搅拌的主要作用
是提高连铸坯的质量，在浇铸断面较大的铸坯以及浇铸质量要求较高时，电磁搅拌技术便成为首选）、流变铸造（半固态铸造）（对于黑色金属的压铸件来说，能大大减轻金属对模具的热冲击）
3、试述焊接熔池中金属凝固的特点
熔焊时，在高温热源作用下，母材发生局部熔化，并与熔化了的焊接材料相互混合形成熔池，同时进行短暂而复杂的冶金反应。当热源离开以后，熔池金属便开始了凝固，①熔池金属的体积小，冷却速度快（由于冷却快，温度梯度大，致使焊缝中柱状晶得到充分发展。这也是造成高碳、高合金钢以及铸铁材料焊接性差的主要原因之一）②温差大、过热温度高（熔池金属中不同区域因加热与冷却速度很快，熔池中心和边缘存在较大的温度梯度，由于过热温度高，非自发形核的原始质点数大为减少，这也促使焊缝柱状晶的发展）③动态凝固过程，凝固过程是连续进行并随熔池而前进；④液态金属对流激烈，在熔池上部其方向一般从熔池头部向尾部流动，而在熔池底部的流动方向与之正好相反，这一点有利于熔池金属成分分布的均匀化与纯净化
4、讨论分析影响焊缝弯曲柱状晶形态的因素。说明哪种形态的柱状晶最易于产生焊接纵向
裂纹
因素：熔池最大散热方向是液相等温线法线方向，晶体生长方向与最大散热方向正好相反, 因此在生长过程中不断改变方向，形成弯曲状柱状晶；在熔合区上晶粒开始成长的瞬时, 晶粒生长线速度R为零，即焊缝边缘的生长速度最慢。而在热源移动后面的焊缝中心，晶粒生长速度R与焊接速度υ相等，生长最快。一般等温线是弯曲的，其曲线上各点的法线方向不断地改变，因此晶粒生长的有利方向也随之变化，形成了特有的弯曲柱状晶的形态；焊接速度大时，焊接熔池长度增加, 柱状晶趋向垂直于焊缝中心线生长，焊接速度越慢, 柱状晶越弯曲。最后结晶的低熔点夹杂物易被推移到焊缝中心区域，形成脆弱的结合面，因此垂直于焊缝中心线的柱状晶，易导致纵向热裂纹产生
5、采用急冷技术的的快速凝固方法主要分几类？简述它们的工艺特点
①液滴技术：把金属或合金熔体分散成小液滴（雾化技术、乳化技术或喷射成形技术）以使这些小液滴在凝固前达到很大的过冷度；②旋转技术：使液流保持一个很小的截面，并与高效冷却（散热）器接触（熔体旋转法或薄截面连续铸造法）；③表面熔化技术：使材料的一个薄层快速熔化并与无限大散热器紧密接触，散热器通常是同一种材料或相关材料（如电子或激光束表面脉冲/移动熔化）
第七章液态金属与气相的相互作用
第八章液态金属与熔渣相互作用
1、焊接和铸造过程中的气体来源于何处？它们是如何产生的？
焊接区内的气体：①焊接材料，如焊条药皮、药芯焊丝、焊剂中的造气剂，高价氧化物和水分等，②气体介质：热源周围空气；气体保护焊时的保护气体和其中的杂质（O2、N2、H2O等），③表面：焊材和母材坡口表面附着的吸附水、油、锈和氧化皮，④焊接区内的物理化学反应（有机物的分解和燃烧、碳酸盐和高价氧化物的分解、材料的蒸发）铸造过程中的气体：主要来源于熔炼过程、浇注过程和铸型，①熔炼过程：气体主要来自各种炉料、炉气、炉衬、溶剂及周围气氛中的水、N、H、O、CO2、SO2、CO和有机物燃烧产生的碳氢化合物等；②浇注过程：浇包未烘干；系统设计不当；铸型透气性差；浇注温度控制不当；气体不能及时排出等；③铸型：主要是型砂中的水分。此外，有机物（粘结剂等）
的燃烧也会产生大量气体（高温下合金元素与铸型水蒸气反应产生氢气，固体碳燃烧，产生CO和CO2气体，砂型组分分解，烷烃的分解）
2、H、O、N对金属的质量有何影响？如何有效控制铸件或焊缝中的H、O、N？
残留在金属内部的气体元素对金属性能的影响取决于气体元素在金属中的存在状态[固溶态：室温下 N、H、O 在金属中溶解度极低，残留在接头中的 [H]R易导致延迟裂纹和氢脆；化合物：弥散状（氮化物）强化、脆化，块状（氧化物、氮化物）夹杂。独立气相：气孔（氢气孔，氮气孔，CO气孔）]
影响：①使材料脆化：钢材中H、N、O含量增加时，其塑性和韧性都将下降，尤其是低温韧性下降更为严重，①氮在高温下以两种形式存在：一部分以过饱和形式存在于固溶体中，另一部分以针状Fe4N析出，分布于晶界和晶内，使金属强度和硬度升高，塑性和韧性降低；
②氢导致钢材脆化主要表现在两个方面：氢脆和白点。白点中心常有夹杂物或气孔。金属中含氢量越高，出现白点的可能性越大。一旦产生白点，金属塑性便会大大降低；③氧在金属中多以氧化物夹杂存在，使金属强度、塑性和韧性明显下降。氧含量增加还会引起金属红脆、冷脆和时效硬化；②形成气孔：H和N均能使金属产生气孔。溶解在液态金属中的与C反应生成CO来不及逸出也会产生气孔。气孔的存在不仅会增加缺口敏感性，还会降低金属疲劳强度和气密性；③产生冷裂纹：H是促使产生冷裂纹的主要因素之一；④引起氧化和飞溅：O可使钢中有益合金元素烧损，导致金属性能下降；焊接时若熔滴中含有较多O和C，则反应生成CO气体因受热膨胀会使熔滴爆炸而造成飞溅，影响焊接稳定性
控制：①限制气体的来源，①氮主要来源于空气，控制氮的首要措施是加强对液态金属的保护，防止空气与金属接触。熔炼时造渣覆盖（真空、惰性气体）保护；焊接时，惰性气体或气渣联合保护；②氢主要来源于水分，材料内的碳氢化合物和材料表面的油污等也是氢的重要来源。限制措施为焊材存放中防吸潮、焊前烘干和去油污；③氧主要来源于焊材，在焊接要求比较高的合金钢和活泼金属时，应尽量选用不含氧或氧含量少的焊接材料。②控制工艺参数，增大电弧电压时，保护效果变差，液态金属与空气接触机会增多，使焊缝中氮、氧的含量增加。应尽量采用短弧焊；焊接电流增加时，熔滴过渡频率增加，气体与熔滴作用时间缩短，焊缝中氮、氧含量减少。此外，焊接方法、熔滴过渡特性、电流种类等也有一定的影响；铸造过程中控制液态金属的保温时间、浇注方式和冷却速度，可在一定程度上减少金属中氮、氢、氧的含量；③冶金处理，冶金法脱氮，液态金属中加入Ti、Al和稀土等对氮有较大亲和力的合金元素；金属冶炼过程中的除氢(常常通过加入固态或气态除气剂进行除氢)；焊接过程中的脱氢（熔池存在时间短暂，因此不能采用熔炼过程时的冶金除氢法）：在焊条药皮和焊剂中加入氟化物、控制焊接材料的氧化势、在药皮或焊芯中加入微量稀土元素、焊后消氢处理。
3、熔渣有哪些物理性能？这些性能与熔渣的组成或碱度有何关系？它们对熔焊质量有什么
影响？
物理性能：熔渣的凝固温度与密度、熔渣的粘度、熔渣的表面张力和界面张力；
4、为什么FeO在碱性渣中的活度系数比在酸性渣中大？这是否说明碱性渣的氧化性高于酸
性渣？为什么？（P170第6题）
碱性渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物较少，FeO大部分以自由状态存在，即FeO在渣中的活度系数大，因而容易向金属中扩散，使液态金属中增氧（正是由于这个原因，在碱性焊条药皮中一般不加入含FeO的物质，并要求焊接时严格清除焊件表面上的氧化皮和铁锈，否则将使焊缝增氧并可能产生气孔等缺陷，这就是碱性焊条对铁锈和氧化皮敏感性大的原因。）。相反，在酸性渣中SiO2、TiO2等酸性氧化物较多，它们能与FeO形成复合物，使自由FeO减少，故在熔渣中FeO含量相同的情况下，扩散到金属中的氧较少。但是，不应当由此误认为碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条的高。恰恰相反，多数情况下碱性焊条的焊缝含氧量比酸性焊条低。这是因为尽管碱性渣中FeO的活度系数大，但碱性渣中FeO的含量并不高，因此碱性渣对液态金属的氧化性比酸性渣要小。
第九章液态金属的净化与精炼
第十章焊接热影响区的组织与性能
（P182第2、4两题）
2.试述铸造与焊接冶金工艺中常用的脱氧方式及特点。
常用脱氧方法：①先期脱氧，特点是脱氧过程和脱氧产物与高温的液态金属不发生直接关系；
②沉淀脱氧，优点是脱氧速度快，脱氧彻底。但脱氧产物不能清除时将增加金属液中杂质的含量；③扩散脱氧，优点是脱氧产物留在熔渣中，液态金属不会因脱氧而造成夹杂。缺点是脱氧过程缓慢，脱氧时间长；④真空脱氧，利用抽真空降低气相中CO分压来加强钢液中碳的脱氧能力，在一般真空处理时，碳只能达到部分脱氧的作用。
4.综合分析熔渣的碱度对脱氧、脱磷、脱硫的影响。
脱氧：金属含氧量[O]随熔渣碱度BL的增大而减少；[Me]越多、（MexOy）越少，脱氧效果越好；熔渣性质应与脱氧产物性质相反，这样有利于降低脱氧产物在熔渣中的活度，也有利于熔渣吸收脱氧产物；在酸性渣中，由于 SiO2（或TiO2）易与(FeO) 生成复合物FeO·SiO2（或FeO·TiO2），使（FeO）的活度减小，有利于扩散脱氧的进行；碱性渣中（FeO）活度大，其扩散脱氧的能力比酸性渣差；
脱硫：渣中氧化钙的浓度高和氧化亚铁的浓度低都有利于反应的进行。熔渣碱度高有利于脱硫，熔渣碱度高有利于脱硫
脱磷：含 (FeO) 高的碱性渣碱度高，有利于脱磷，但焊接熔渣碱度因受焊接工艺性能制约，不可能很大，同时碱性渣不允许含有较多的FeO，否则会使焊缝增氧，不利于脱硫，甚至产生气孔，故焊接冶金中碱性渣的脱磷效果不理想；碱性电弧炉炼钢在熔化期形成的初期渣，虽碱度不高，但由于FeO高，流动性好，加之炉温低，所以大部分磷在熔化期即被氧化进入渣中。熔化期结束时，这种含有大量磷的熔渣应当扒掉，另造新渣。进入还原期后，渣中FeO相当低，炉温又高，脱磷非但不能进行，如果含磷的氧化渣没有扒净，反而会出现“返磷现象”
（P199第2、3、6三题）
2.焊接热循环对母材金属近缝区的组织、性能有何影响？怎样利用热循环和其他工艺措施改
善HAZ的组织性能？
①加热速度将使相变过程进行的程度不充分；②焊接过程中的高温使焊缝附近的金属发
生晶粒长大和重结晶③在相变温度TH以上停留时间越长，越有利于奥氏体的均匀化过程，增加奥氏体的稳定性，但同时易使晶粒长大，引起接头脆化现象，从而降低接头质量④冷却速度是决定焊接热影响区组织和性能的重要参数之一。总之，焊接热循环具有加热速度快，峰值温度高，冷却速度大，和相变温度以上停留时间不易控制的特点，这些都会直接影响焊缝两侧附近的母材的组织和性能的变化。
在实际生产中，综合考虑其他因素主要是通过提高初始温度即预热温度来降低冷却速度，延长t8/5时间，达到改善热影响区组织与性能的目的。同时，母材的热物理性质也影响冷却速度和冷却时间。
3.简要说明易淬火钢和不易淬火钢HAZ组织粗晶区的组织特点和对力学性能的影响。
易淬火钢：
不易淬火钢：
6.焊接热影响区的脆化类型有几种？如何防止？
①粗晶脆化：与粗晶区出现的组织类型有关。对于某些低合金高强钢，希望出现B下和M低，适当降低E和提高ωc，能改善粗晶区韧性，提高抗脆能力；高碳低合金钢，提高ωc会促使孪晶M，促使脆性增大，故提高E和降低ωc有利；②析出脆化：若析出物以弥散的细颗粒分布于晶内或晶界，将有利于改善韧性。③组织脆化：M-A组元是焊接高强钢时在一定冷却速度下形成的。它不仅出现在热影响区，也出现在焊缝中。M-A组元只在生成上贝氏体的冷却条件下才能观察到，冷速太快和太慢都不能产生M-A组元。焊缝和HAZ有M-A组元存在时，会降低接头韧性；④热应变时效脆化：
高分子材料加工成型原理作业
高分子材料加工成型原理作 业 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
《高分子材料加工成型原理》主要习题 第二章聚合物成型加工的理论基础 1、名词解释：牛顿流体、非牛顿流体、假塑性流体、胀塑性流体、拉伸粘度、剪 切粘度、滑移、端末效应、鲨鱼皮症。 牛顿流体：流体的剪切应力和剪切速率之间呈现线性关系的流体，服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。 非牛顿流体：流体的剪切应力和剪切速率之间呈现非线性关系的流体，凡不服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。 假塑性流体：是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而降低的流动特性的流体，常称为“剪切变稀的流体”。 胀塑性流体：是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而升高的流动特性的流体，常称为“剪切增稠的流体”。P13 拉伸粘度：用拉伸应力计算的粘度，称为拉伸粘度，表示流体对拉伸流动的阻力。 剪切粘度：在剪切流动时，流动产生的速度梯度的方向与流动方向垂直，此时流体的粘度称为剪切粘度。 滑移：是指塑料熔体在高剪切应力下流动时，贴近管壁处的一层流体会发生间断的流动。P31端末效应：适当增加长径比聚合物熔体在进入喷丝孔喇叭口时，由于空间变小，熔体流速增大所损失的能量以弹性能贮存于体系之中，这种特征称为“入口效应”也称"端末效应"。鲨鱼皮症：鲨鱼皮症是发生在挤出物表面上的一种缺陷，挤出物表面像鲨鱼皮那样,非常毛糙。如果用显微镜观察,制品表面是细纹状。它是不正常流动引起的不良现象,只有当挤出速度很大时才能看到。 6、大多数聚合物熔体表现出什么流体的流动行为为什么P16 大多数聚合物熔体表现出假塑性流体的流动行为。假塑性流体是非牛顿型流体中最常见的一种，聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其黏度随剪切速率的增加而下降。此外，高聚物的细长分子链，在流动方向的取向粘度下降。 7、剪切流动和拉伸流动有什么区别？ 拉伸流动与剪切流动是根据流体内质点速度分布与流动方向的关系区分，拉伸流动是一个平面两个质点的距离拉长，剪切流动是一个平面在另一个平面的滑动。 8、影响粘度的因素有那些是如何影响的 剪切速率的影响：粘度随剪切速率的增加而下降； 温度的影响：随温度升高，粘度降低； 压力的影响：压力增加，粘度增加； 分子参数和结构的影响：相对分子质量大，粘度高；相对分子质量分布宽，粘度低；支化程度高，粘度高； 添加剂的影响：加入增塑剂会降低成型过程中熔体的粘度；加入润滑剂，熔体的粘度降低；加入填料，粘度升高。 12、何谓熔体破裂产生熔体破裂的原因是什么如何避免高聚物熔体在挤出过程中，当挤压速率超过某一临界值时挤出物表面出现众多的不规则的结节、扭曲或竹节纹，甚至支离和断裂成碎片或柱段，这种现象称为熔体破裂。 原因：一种认为是由于熔体流动时，在口模壁上出现了滑移现象和熔体中弹性恢复所引起；另一种是认为在口模内由于熔体各处受应力作用的历史不尽相同，因而在离开口模后所出现的弹
材料加工冶金传输原理习题答案
考试重点 第二章：牛顿粘性定律（计算题） 第三章：连续性方程、伯努利定律（计算题） 第四章：雷诺系数、水头损失（计算题） 第九章：P109 9-14的公式 第十章：影响对流换热的因素（简答） 第十一章：辐射换热与导热及对流换热的不同点（简答） 第十四章：等摩尔逆向扩散（简答） (黄色标注为老师上课讲过的题目) 第一章 流体的主要物理性质 1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质 答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。它包括液体和气体。 流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。 1-2某种液体的密度ρ=900 Kg ／m 3，试求教重度y 和质量体积v 。 解：由液体密度、重度和质量体积的关系知： )m /(88208.9900g 3N V G =*=== ργ ∴质量体积为)/(001.01 3kg m == ρ ν 某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN ／m 2时体积为995cm 3，当压强为1MN ／m 2时体积为1000 cm 3，问它的等温压缩率k T 为多少 解：等温压缩率K T 公式(2-1): T T P V V K ??? ?????-=1 ΔV=995-1000=-5*10-6m 3 注意：ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106Pa 将V=1000cm 3代入即可得到K T =5*10-9Pa -1。 注意：式中V 是指液体变化前的体积 如图所示，在相距h ＝的两个固定平行乎板中间放置另一块薄板，在薄 板的上下分别放有不同粘度的油，并且一种油的粘度是另一种油的粘度的2倍。当薄板以匀速v ＝s 被拖动时，每平方米受合力F=29N ，求两种油的粘度各是多少 解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为 Y A F 0y x ν ητ== 平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即
1 材料制备与加工实验指导书
材料制备与加工实验实验指导书
目录 实验1、铝合金时效硬化曲线的测定及其影响因素分析实验2、焊接工艺与焊缝组织检验 实验4、热塑性塑料的挤出造粒和注射成型
实验1、铝合金时效硬化曲线的测定及其影响因素分析 一、实验目的 1．掌握固溶淬火及时效处理的基本操作； 2．了解时效温度和时效时间对时效强化效果的影响规律； 3．了解固溶淬火工艺(淬火加热温度、保温时间及淬火速度等)对铝合金时效效果的影响； 4．掌握金属材料最佳淬火温度的确定方法； 5．加深对时效强化及其机制的理解。 二、实验原理 从过饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，它是一种扩散型相变。发生这种转变的最基本条件是，合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度降低而减少，如图2-1所示。如果将C 成分的合金自 单相α固溶体状态缓慢冷却到固溶度线(MN)以下温度(如T 3 )保温时，β相将从α相固溶体中 脱溶析出，α相的成分将沿固溶度线变化为平衡浓度C 1，这种转变可表示为α(C )→α(C 1 )+β。 其中β为平衡相，它可以是端际固溶体，也可以是中间相，反应产物为(α+β)双相组织。将这种双相组织加热到固溶度线以上某一温度(如T 1 )保温足够时间，β相将全部溶入α相中，然后再急冷到室温将获得单相过饱和的α固溶体。这种处理称为固溶处理（淬火）。 图2-1 固溶处理与时效处理的工艺过程示意图 然而过饱和的α相固溶体在室温下是亚稳定的，它在室温或较高温度下等温保持时，亦将发生脱溶。但脱溶相往往不是状态图中的平衡相，而是亚稳相或溶质原子聚集区。这种脱溶可显著提高合金的强度和硬度，称为时效硬(强)化或沉淀硬(强)化。 合金在脱溶过程中，其力学性能、物理性能和化学性能等均随之发生变化，这种现象称为时效。室温下产生的时效称为自然时效，高于室温的时效称为人工时效。 若将过饱和固溶体在足够高的温度下进行时效，最终将沉淀析出平衡脱溶相。但在平衡相出现之前，根据合金成分不同会出现若干个亚稳脱溶相或称为过渡相。以Al-4％Cu合金为
2008年高分子材料加工原理试卷A答案
一、名词解释（15分） 1、差别化纤维：是指不同于常规品种的化学纤维，即经过化学改性、物理变形和特殊工艺加工而得到的具有某些特性的化学纤维 2、热塑性塑料：可以塑化或软化，冷却时凝固成形，温度变化可令其反复变形。高分子链结构通常是线型或支化度较低，粘流温度低于其热分解温度 3、门尼粘度：未硫化胶料在一定温度（100℃）、压力（3×106～6×106Pa）和时间（4min）时的抗剪切能力。门尼粘度越高，平均分子量越大，可塑性小 4、熔融指数：热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在10分钟通过测试孔所流出的塑料重量 5、离模膨胀：高聚物流体从小孔、毛细管或狭缝中挤出时，挤出物的直径或厚度会明显大于模口的尺寸，这种现象叫做“巴拉斯效应”。 二、填空题（20分） 1、硫化剂、补强剂、填充剂、防老剂 2、胀大区、形变区、等速区。 3、正流、横流、逆流、漏流。 4、塑炼、混炼、硫化。 3、松弛热定型，定长热定型，控制张力热定型，普弹形变、高弹形变，粘性形变 三、选择题（20分，选一个最合适的答案。） CAABA BBCCA 四、简答题（10分） 1、聚合物流体有几种流动类型？切力变稀流体随剪切速率增加粘度下降的原因是什么？(6分) 答：牛顿型、假塑性流体、胀流性流体、宾汉塑性体（2分） 聚合物流体切力变稀的原因，在于大分子链之间发生的缠结，也就是“缠结理论”或“拟网状结构理论”（2分）。剪切速率较小时，被破坏的“拟网状结构”被及时地形成。故高聚物流动时，η与 剪切速率无关，为牛顿区域，剪切速率大时，被破坏的“拟网状结构”的点数多于形成的“拟网状结构”的点数。故高聚物流动时，剪切速率增大使粘度η下降。（2分） 2、注射成型的成型工艺过程？（4分） 答：注射成型过程包括：成型前的准备（原料准备）、注射过程（加料、塑化、充模、冷却、脱模）、制品的后处理。 1
材料加工技术作业
材料加工技术——作业5 (孙秀丽，21526082) 1:比较滚筒球磨制粉与气流磨制粉的优缺点？ 气流研磨法是通过气体传输粉料，并通过粉料自身之间的相互摩擦、撞击或颗粒与制粉装置间的撞击使粗大颗粒细化的一种研磨方法。优点是其由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯度一般比机械研磨法的要高。 滚筒球磨法是传统机械研磨法，其优点是：机械方法制备的粉体粒径分布较宽。缺点是：机械制粉方法获得的粉体粒径一般在微米级，进一步细化效率很低且比较困难、粉碎过程中易于引入杂质，难以满足特种陶瓷对原料粒度和纯度的要求。 2：分析拉瓦尔管喷嘴设计在气流磨金属制粉上的应用原理？ 夹带有粉料的高压气流通过拉瓦尔管型硬质合金喷嘴喷出，在管颈部，气体加速，速度达到临界流速，在开口部，气体压力急剧下降，形成绝热膨胀过程。通过拉瓦尔管的喷出，会产生两个效应（1）加速效应，（2）冷却效应。冷流冲击是利用金属的冷脆性而开发的一种粉末制取技术。是将高速运动的粉末颗粒喷射到一个固定的硬质靶上，通过强烈碰撞而使粉末颗粒破碎。冷流冲击法制粉的粉末粒度与气流压力有关，气压越大，则粉末越细。 3：雾化制粉在存在哪三个过程？由这三个过程分析提高雾化制粉，应该采取哪些措施？ 过程一：较大的金属的液珠在受到外力冲击的瞬间，破碎成数个小液滴。雾化时液体吸收的能量与雾化液滴的粒径存在一个对应关系，吸收的能量越高则粒径越小；反之亦然。 过程二：液体颗粒破碎的同时，还可能发生颗粒间相互接触，再次成为一个较大的液体颗粒，并且液体颗粒形状向球形转化，这个过程中，体系的总表面能降低，属于自发过程。 过程三：液体颗粒冷却形成小的固体颗粒。 为了提高雾化制粉效率，应该遵循的两个原则如下： 能量交换准则：提高单位时间内单位质量液体从系统中吸收能量的效率，以克服表面自由能的增加。 快速凝固准则：提高雾化液滴的冷却速度，防止液体微粒的再次聚集。 在实际雾化制粉时，依据以上两条准则，通过改变工艺方法、调整工艺参数、改变液体性质等措施，可以达到调整粉末粒度，实现高效制粉的目的。 4：如何提高干压成型粉体成形性能？ 模压成形又称为干压成形，是将粉料填充到模具内部后，通过单向或双向加压，将粉料压制成所需形状。采用双向加压可以改善单项加压时坯体沿高度方向的密度不均匀性。 5：分析干压成形弹性后效产生的原因，易于引起单向或者双向干压成形坯体的何种缺陷？在等静压中成形有何应用？ 在等静在压制过程中，当卸掉压制压力并把压坯从压模中压出后，由于弹性内应力的作用，压坯将发生弹性膨胀，这种现象称为弹性后效。出现弹性后效的原因是：粉体在压制过程中受到压力作用后，粉末颗粒发生弹塑性变形，在压坯内部聚集很大的内应力。当压制压力消除后，弹性内应力便要松弛，改变颗粒的外形和颗粒的接触状态，从而使压坯发生膨胀。压坯和压模的弹性后效是产生压坯裂纹以及压坯分层的主要原因。 6：如何提高塑性成形泥料的成形性能？ 一是增加坯料中可塑性原料的含量；二是球磨，获得颗粒较细的坯料，不仅增加坯料的塑性，还可以提高坯料的烧结活性；三是坯料组织均匀而不含有空气有利于提高坯料的可塑性；四
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此文档下载后即可编辑 第一章 流体的主要物理性质 1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？ 答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。它包括液体和气体。 流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。 1-2某种液体的密度ρ=900 Kg ／m 3，试求教重度y 和质量体积v 。 解：由液体密度、重度和质量体积的关系知： )m /(88208.9900g 3N V G =*=== ργ ∴质量体积为)/(001.013kg m ==ρν 1.4某种可压缩液体在圆柱形容器中，当压强为2MN ／m 2时体积为995cm 3，当压强为1MN ／m 2时体积为1000 cm 3，问它的等温压缩率k T 为多少? 解：等温压缩率K T 公式(2-1): T T P V V K ????????-=1 ΔV=995-1000=-5*10-6m 3 注意：ΔP=2-1=1MN/m 2=1*106Pa 将V=1000cm 3代入即可得到K T =5*10-9Pa -1。 注意：式中V 是指液体变化前的体积 1.6 如图1.5所示，在相距h ＝0.06m 的 两个固定平行乎板中间放置另一块薄 板，在薄 板的上下分别放有不同粘度的油，并且 一种油的粘度是另一种油的粘度的2 倍。当薄板以匀速v ＝0.3m/s 被拖动时， 每平方米受合力F=29N ，求两种油的粘度各是多少? 解：流体匀速稳定流动时流体对板面产生的粘性阻力力为
Y A F 0 y x νητ== 平板受到上下油面的阻力之和与施加的力平衡，即 h h F 0 162/22/h νηνηνητ=+==合 代入数据得η=0.967Pa.s 第二章 流体静力学（吉泽升版） 2-1作用在流体上的力有哪两类，各有什么特点? 解:作用在流体上的力分为质量力和表面力两种。质量力是作用在流体内部任何质点上的力，大小与质量成正比，由加速度产生，与质点外的流体无关。而表面力是指作用在流体表面上的力，大小与面积成正比，由与流体接触的相邻流体或固体的作用而产生。 2-2什么是流体的静压强，静止流体中压强的分布规律如何? 解： 流体静压强指单位面积上流体的静压力。 静止流体中任意一点的静压强值只由该店坐标位置决定，即作用于一点的各个方向的静压强是等值的。 2-3写出流体静力学基本方程式，并说明其能量意义和几何意义。 解:流体静力学基本方程为：h P h P P P Z P Z γργ γ+=+=+=+002211g 或 同一静止液体中单位重量液体的比位能 可以不等，比压强也可以不等，但比位 能和比压强可以互换，比势能总是相等的。 2-4如图2-22所示，一圆柱体d ＝0.1m ，质量 M ＝50kg ．在外力F ＝520N 的作用下压进容 器中，当h=0.5m 时达到平衡状态。求测压管 中水柱高度H ＝? 解：由平衡状态可知：)()2/()mg 2 h H g d F +=+ρπ（ 代入数据得H=12.62m
材料加工第2章作业参考答案
第2章作业参考答案 1. 液态金属成形的一般工艺过程是怎样的？结合其工艺特点分析该类工艺的优点、缺点和和适用范围。 液态金属成形是将液态金属注入铸型中使之冷却、凝固而形成零件的方法，一般工艺过程包括模样制造、铸型制造、金属熔化与充型、凝固等关键步骤。 铸造为液体成形具有不受零件大小/薄厚/复杂程度限制、可制造各种合金铸件、相对焊接和塑性成形而言尺寸精度高、成本低等优点；但需要造型、浇注等步骤，工艺相对繁琐，工件承载能力不如锻件，同时工作环境差，粉尘多。铸造适用于绝大部分零件，适用范围广。（工艺过程三点明确。明确分析优点、缺点和适用范围，同时结合其工艺特点） 2.铸造合金流动性差对铸件质量有何影响？浇注时金属液过热温度及其他工艺条件相同的情况下，初步判断一下HT350和HT200两种合金，哪个流动性好，为什么？什么是液态金属的充型性能？它与那些因素有关？ 流动性差，金属充型能力差，铸件成形质量降低；液态金属中的气体夹杂物不易浮出，易产生气孔、夹杂；对缩孔和裂纹的充填和愈合作用减弱，易产生缩孔、裂纹等缺陷。 HT200流动性好，HT200碳含量在3.0~3.6%，HT350在2.7~3.2%，因HT200成分更靠近共晶点，固-液区间小，熔点较低，故流动性好（固液两相区越大，结晶温度范围越大，枝晶越发达，流动性越差）。（流动性影响，判断及理由） 充型能力：指液态金属充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰健全铸件的能力。充型能力首先取决于合金的流动性，同时又受到铸型性质（如铸型蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体）、浇注条件（如浇注温度、充型压头、浇注系统结构）以及铸件结构（如模数、复杂程度等）的影响。（充型能力定义，四个影响方面）3. 缩孔、缩松的区别是什么？什么样的合金容易出现疏松缺陷？生产中如何采取措施防止缩孔、缩松缺陷的产生？ 缩孔缩松的区别在形态，而取决于凝固方式，当铸件以逐层凝固方式凝固时，液态金属的流动使收缩集中到铸件最后凝固部分形成集中孔，即缩孔；而铸件以体积凝固方式凝固时，枝晶间隙的液体得不到补缩而形成小的孔洞，即缩松。 凝固区间大，收缩大的合金易产生缩松，如具有宽结晶温度范围的非共晶合金等。防止缩孔缩松的产生，可以调整化学成分，降低浇注温度和减慢浇注速度，增加铸型的激冷能力，设置冒口进行补缩，对于灰口铸铁和球铁可以利用石墨析出造成的体积膨胀，抵消部分或全部体积收缩。（缩孔缩松区别，产生缩孔缩松的原因，防止措施）
材料加工原理作业答案
作业 第一章液态金属的结构与性质 1、如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？ 理想纯金属液态结构能量起伏和结构起伏；实际纯金属液态结构存在大量多种分布不均匀、存在方式（溶质或化合物）不同的杂质原子；金属（二元合金）液态结构存在第二组元时，表现为能量起伏、结构起伏和浓度起伏；实际金属（多元合金）液态结构相当复杂，存在着大量时聚时散，此起彼伏的原子团簇、空穴等，同时也含有各种固态、气态杂质或化合物，表现为三种起伏特征交替；能量起伏指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也会随时间而不停变化，出现时高时低的现象。结构起伏指液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断分化组合，由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，这样此起彼伏，不断发生着的涨落过程，似乎团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象。浓度起伏指在多组元液态金属中，由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原于排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化的现象 2、根据图1-8及式（1-7）说明动力学粘度的物理意义和影响粘度的因素，并讨论粘度在材料成形中的意义 动力学粘度的物理意义：表示作用于液体表面的外加切应力大小与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。是液体内摩擦阻力大小的表征 影响粘度的因素：1）液体的原子之间结合力越大，则内摩擦阻力越大，粘度也就越高；2）粘度随原子间距δ增大而降低，与δ3成反比；3）η与温度T 的关系总的趋势随温度T 而下降。（实际金属液的原子间距δ也非定值，温度升高，原子热振动加剧，原子间距随之而增大，因此η会随之下降。）4）合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响，如果混合热H m为负值，合金元素的增加会使合金液的粘度上升（H m 为负值表明异类原子间结合力大于同类原子，因此摩擦阻力及粘度随之提高）如果溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度，这归因于合金液中存在异类原子间较强的化学结合键。通常，表面活性元素使液体粘度降低，非表面活性杂质的存在使粘度提高 粘度在材料成形中的意义： 1）粘度对铸件轮廓的清晰程度将有很大影响：在薄壁铸件的铸造过程中，流动管道直径较小，雷诺数值小，流动性质属于层流。此时，为提高铸件轮廓清晰度，可降低液体粘度，此时应适当提高过热度或者加入表面活性物质等；2）影响热裂、缩孔、缩松的形成倾向：由于凝固收缩形成压力差而造成的自然对流均属于层流性质，此时粘度对流动的影响就会直接影响到铸件的质量；3）影响精炼效果及夹杂或气孔的形成：粘度η较大时，夹杂或气泡上浮速度较小，会影响精炼效果；铸件及焊缝的凝固中，夹杂物和气泡难以上浮排除，易形成夹杂或气孔；4、影响钢铁材料的脱硫、脱磷、扩散脱氧：而金属液和熔渣中的动力学粘度η低则有利于扩散的进行，从而有利于脱去金属中的杂质元素；5、熔渣及金属液粘度降低对焊缝的合金过渡的进行有利；6、对缩孔、缩松、晶粒大小和偏析的影响，即η愈大，铸件内部缩孔或缩松倾向增大。另外，η大时，将使凝固过程中对流困难而造成晶粒粗化；影响凝固界面前端的熔点物质向后扩散而导致区域偏析
材料加工实验与测试技术
冷轧厚度控制技术的应用 引言： 随着国民经济的高速发展，科学技术的不断进步，用户对板带钢材的品种、材质、精度提出了更高的要求，尤其在汽车工业、电子工业、高压容器等领域是对各种板带材要求更为苛刻。因而促使板带轧机向自动化、高速化和高精度方向发展，轧机的压下机构要具有高精度、快速性、稳定性、同步性、可靠性等要求。而钢材产品的精度主要指产品的外形尺寸精度，对于板带钢来说，外形尺寸包括厚度、宽度、板形、板凸度、平面形状等等。在所有的尺寸精度指标中，厚度精度是衡量板材及带材的最重要的质量指标之一，己成为国内外冶金行业普遍关注的一个焦点。首钢京唐公司冷轧厂装备了国内数一数二先进的设备，例如三冷轧厂酸轧作业区的日本三菱日立的UCM轧机，采用了厚度自动控制系统。 1、薄板冷连轧机AGC系统： （1）用测厚仪测厚的反馈式厚度自动控制系统 70年代，厚度控制系统大多是这类系统，带钢从轧机出来之后，通过测厚仪测出实际轧出厚度并与设定厚度值相比较，得到厚度偏差，当二者相等时，厚度差运算器输出为零。若实测厚度值与给定厚度值相比较出现厚度偏差时，便将它反馈给厚度自动控制装置，变化为辊缝调节量的控制信号，输出给压下执行机构，以消除此厚度偏差。然而，这种控制方式，因检出的厚度变化量与辊缝的控制量不是在同一时间内发生的，所以实际轧出厚度的波动不能得到及时的反映，结果使整个厚度控制系统的操作有一定的时间滞后。为防止厚度控制过程中的此种时间滞后，往往采用厚度计式的厚度自动控制系统。 （2）厚度计式厚度自动控制系统 在轧制过程中，任何时刻的轧制压力P，机架刚度Km和空载辊缝S0都可以检测到，根据轧机的弹跳方程h＝S0＋P/Km，计算出任何时刻的实际轧出厚度h。这就等于把整个机架作为测量厚度的“厚度计”，这种检测厚度的方法称为厚度计方法。这种方法可以消除反馈式厚度控制的传递时间滞后，但是对于压下机构的电气和机械系
高分子材料加工原理(1)(1)
高分子材料加工原理 第一章 化学纤维人造纤维 再生纤维素：黏胶纤维、铜氨纤维、莱赛尔纤维 纤维素纤维：二醋酯纤维、三醋酯纤维 橡胶纤维 其他：甲壳素纤维、海藻纤维 合成纤维 聚酰胺纤维 芳族聚酰胺纤维 聚酯纤维 生物可降解聚酯纤维 聚丙烯腈纤维 改性聚丙烯腈纤维 聚乙烯醇纤维 聚氯乙烯纤维 聚烯烃纤维 聚氨酯纤维 聚氟烯烃纤维 二烯类弹性体纤维 聚酰亚胺纤维 2、工程塑料通用工程塑料 聚酰胺（） 聚碳酸酯（） 聚甲醛 聚苯醚 丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物 超高分子量聚乙烯（）特种工程塑料 聚砜 芳香族聚酰胺（） 聚酰亚胺（） 聚苯硫醚 聚芳酯 聚苯酯 聚醚酮 氟塑料（）
简答及论述 1、聚合物熔融有哪几种方式，各方式的主控因素是什么？ 答：（1）无熔体移走的传导熔融：熔融热=表面热传导，熔融速率仅由热传导决定。 （2）（主要）有强制熔体迁移（由拖拽或压力引起）的传导熔融：熔融热=接触表面的热传导+黏性耗散生热。熔融效率由热传导率、熔体迁移及黏性耗散生热速率共同决定 （3）耗散混合熔融：熔融热=整个体积内将机械能转化为聚合物内能。耗散混合熔融速率由整个外壁面上和混合物固体-熔体界面上辅热传导决定。 （4）利用电、化学或其他能源的耗散熔融 （5）压缩熔融 （6）振动诱导挤出熔融过程：熔融的主要能量来源于单纯使用振动力场 2、怎样利用溶度参数理论来选择溶剂？ 答：当溶剂的内聚能密度或溶度参数与聚合物的内聚能密度或溶度参数相等或相近时，溶解过程的混合热焓等于或趋近于零，这时溶解过程能够自发进行。一般来说，当时，聚合物就不溶于该溶剂。 3、Brodkey的混合理论涉及的混合的基本运动形式有哪些？聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形式为主？为什么？ 答：分子扩散、涡旋扩散、体积扩散 以体积扩散为主 原因（1）在聚合物加工中，由于聚合物熔体粘度一般很高，熔体与熔体间分子扩散挤满，因而分子扩散无实际意义。 （2）在聚合物加工中，由于物料的运动速度达不到紊流，而且黏度又高，故很少发生涡旋扩散 （3）聚合物加工中的混合与一般的混合不同，由于聚合物熔体的粘度通常高于100Pa*s，因此混合只能在层状领域产生层对流混合，即通过层流而使物料变形、包裹、分散，最终达到混合均匀。 4、什么是非分散混合，什么是分散混合，两者各主要通过何种物料运动和混合操作来实现？ 答：非分散混合是通过少组分的重复排列，以增加少组分在混合物中空间分布的均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程。在原理上可以把非均匀性减小到分子水平 分散混合发生在固-液之间或液-液之间，它是减小分散相粒子尺寸，同时提高组分均匀性的过程，即粒子既有粒度的变化又有位置的变化。 非分散混合的运动基本形式是通过对流来实现的。可以通过包括塞形流动和不需要物料连续形的简单体积排列和置换来达到的 分散混合主要是靠剪切应力和拉伸应力作用实现的。
材料加工冶金传输原理习题答案(吴树森版)
第一章 流体的主要物理性质 1-1何谓流体，流体具有哪些物理性质？ 答：流体是指没有固定的形状、易于流动的物质。它包括液体和气体。 流体的主要物理性质有：密度、重度、比体积压缩性和膨胀性。 2、在图3.20所示的虹吸管中，已知H1=2m ，H2=6m ，管径D=15mm ，如果不计损失，问S 处的压强应为多大时此管才能吸水?此时管内流速υ2及流量Q 各为若干?(注意：管B 端并未接触水面或探入水中) 解：选取过水断面1-1、2-2及水平基准面O-O 1-1面(水面)到2-2面的贝努利方程 再选取水平基准面O ’-O ’， 列过水断面2-2及3-3的贝努利方程 (B) 因V2=V3 由式(B)得 图3.20 虹吸管 g p H g p a 22022 2121υ γ υ γ + + =+ + g p p a 22222υ γ γ + + =g p g p H H a 202)(2322 221υγυ γ+ +=+++g g p 2102823222υ υ γ + =+ + ) (28102水柱m p =-=γ ) (19620981022a p p =?=) /(85.10)410(8.92)2( 222s m p p g a =-?=-- =γ γ υ
) /(9.1)/(0019.085.104 )015.0(32 22s L s m A Q ==??= =πυ
5、有一文特利管(如下图)，已知d 1 =15cm ，d 2=10cm ，水银差压计液面高差?h =20cm 。若不计阻力损失，求常温(20℃)下，通过文氏管的水的流量。 解：在喉部入口前的直管截面1和喉部截面2处测量静压力差p 1和p 2，则由式 const v p =+22ρ可建立有关此截面的伯努利方程： ρ ρ22 212122p v p v +=+ 根据连续性方程，截面1和2上的截面积A 1和A 2与流体流速v 1和v 2的关 系式为 2211v A v A = 所以 ])(1[)(2212212A A p p v --= ρ 通过管子的流体流量为 ] )(1[) (22 1 2212A A p p A Q --=ρ )(21p p -用U 形管中液柱表示，所以 074.0) )15.01.0(1(10)1011055.13(2.081.92)1.0(4])(1[)(22 2 2 3332212'2 =-??-????=--?=πρρρA A h g A Q (m 3 /s) 式中 ρ、'ρ——被测流体和U 形管中流体的密度。
材料加工原理1章作业
材料加工原理作业 1、如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？ 答：实际金属和合金的液体由大量时聚时散，此起彼伏游动着的院子团簇、空穴所组成，同时也含有各种固态、液态或气态杂质或化合物，而且还表现出能量，结构及浓度三种起伏特征，其结构相当复杂。 能量起伏：指液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也会随时间而不停变化，出现时高时低的现象。 结构起伏：指液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断分化组合，由于“能量起伏”，一部分金属原子（离子）从某个团簇中分化出去，同时又会有另一些原子组合到该团簇中，这样此起彼伏，不断发生着的涨落过程，似乎团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象。 浓度起伏：指在多组元液态金属中，由于同种元素及不同元素之间的原子间结合力存在差别，结合力较强的原子容易聚集在一起，把别的原子排挤到别处，表现为游动原子团簇之间存在着成分差异，而且这种局域成分的不均匀性随原子热运动在不时发生着变化的现象。 2、根据图1-8及式（1-7）说明动力学粘度的物理意义和影响粘度的因素，并讨论粘度在材料成形中的意义。 答：黏度的物理意义可以视为：作用于液体表面的应力 大小与垂直于该平面方向上得速度梯度x dv /dy 的比例系数。 影响黏度因素：1金属液的黏度随结合能U 按指数关系增加。2黏度随原子间距增大而降低。3随温度增加，黏度下降。4合金组元或微量元素对黏度有影响，在M-H 模型中，如果混合热为负值，合金元素的增加会使合金液的黏度上升。5如果溶质和溶剂在固态形成金属间化合物，则合金液的黏度将会明显高于纯溶剂金属液的黏度。6表面活性元素使液体黏度降低，非表面活性杂质的存在使黏度提高。 黏度在成形中意义：1,在薄壁铸件的浇注的过程中，黏度影响金属液的流动性进而影响铸件轮廓的清晰程度。2液体金属内部由于密度差引起自然对流，此时黏度对流动的影响就会直接影响到铸件的质量，如影响热裂、缩孔等。3在金属液各种精炼工艺中，希望尽可能彻底地脱去金属液中的非金属夹杂物和气体，此时黏度越大，夹杂或气泡上浮速度越慢。4铸件及焊缝金属中得某些夹杂元素会对凝固组织和产品性能造成极大地危害，而金属液和熔渣中的动力黏度低则有利于扩散的进行，从而有利于脱去金属中得杂质元素。5在焊缝金属的合金化方法中，熔渣及金属液黏度降低对合金元素的过渡是有利的。6在铸件凝固过程中，黏度越大，就会削弱冒口的补缩效果，从而增加铸件内部缩孔或缩松的形成倾向。7液态合金中黏度增大，不利于晶粒细化。 3、简述表面张力的实质及影响表面张力的因素。 答：表面张力是表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由物体在表面上得质点受力不均所致。 影响因素：1原子间结合力越大，表面张力越大。2随温度升高，表面张力下降。3表面张力双电子层理论中，自由弟子越多，表面张力越大。4想系统中加入消弱原子间结合力的组元，会使表面张力下降。5溶质与溶剂原子的体积差会使表面张力下降。
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一．选择和填空 1. 液态金属凝固过程的三种传热方式：传导、辐射、对流。 2. 在铸件凝固期间对铸件与铸型之间热交换起决定性作用的因素是热交换。 3. 凝固过程的热阻包括：液态金属的热阻、已凝固金属的热阻、中间层的热阻以及铸型的 热阻。 4. 影响金属凝固温度场的因素主要包括：凝固金属的性质、铸型的性质、浇注条件和铸件 的结构。 5. 金属凝固方式取决于凝固区的宽度。 6. 纯铜、纯铝、灰铸铁以及低碳钢等的凝固均属于逐层凝固；球墨铸铁、高碳钢、锡青铜等合 金均为体积凝固；中碳钢、白口铸铁等合金均为中间凝固。 7. 影响凝固方式的因素：结晶温度范围、温度梯度。 8. 组成最典型的铸件晶粒组织的晶区：表面细晶区、内部柱状晶区、中心等轴晶区。 9. 一个晶粒内部出现的化学成分不均匀的现象称为晶内偏析。消除晶内偏析的方法：采用均 匀化退火。 10. 由于对数应变反应了瞬时的变形，真实地表示了塑性变形过程，因此在金属塑性变形中一般都 采用对数应变来表示变形程度。 11. 屈服准则是变形体由弹性状态向塑性状态过渡的力学条件。 12. 粉体制备的方法：粉碎法、合成法。 13. 粉体的特性指：粉体的粒度、粒度分布、粉体颗粒的形状、粉体表面特性、粉体的流动性。 14. 互不溶解的的混合粉末烧结的条件：（A-B的表面能必须小于组元A和B单独存在 使得表面能之和） 15. 液相烧结需满足的润湿条件：润湿角° 。 16. 界面结合分为：机械结合、物理结合、化学结合。 17. 熔流体的流动曲线：n=1 时，牛顿流体；n<1 时，切力变稀流体或假塑性流体； n>1时，切力增稠流体或胀流性流体。 18. 聚合物流体弹性的表征：液流的弹性回缩、聚合物流体的蠕变松弛、孔口胀大效 应、爬杆效应、剩余压力效应、孔道的虚构长度。 19. 挤出机挤出过程：固体输送、熔化过程、熔体输送 20. 焊接冶金区分为三个区：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区。 21. 焊接接头由焊缝、熔合区、热影响区、母材组成，焊缝和热影响区的中间为熔合 区。 22. 熔化焊冶金的缺陷：气孔和裂纹（热裂纹和冷裂纹）。 23. 软钎焊一一钎焊液相线温度V 450 C;硬钎焊一一钎焊液相线温度（450? 900 ）C；高温钎焊一一钎焊液相线温度〉900 C 24. 钎缝组织：扩散区、界面区、钎缝中心区。 25. 挤出成型 --- 挤出机 注射成型 --- 注射机 模压成型 --- 压机 名词解释 1．凝固时间：指从液态金属充满型腔后至凝固完毕所需的额时间。 2．穿晶组织：柱状晶一直长大到铸件中心，直到与其他柱状晶相遇的组织。
材料加工原理_徐洲_习题
材料加工原理复习思考题 1．从热力学出发，合金相可能存在哪几种状态？试举例说明。 2．综述奥氏体的主要性能。 3．绘出Fe-Fe3C亚稳平衡图，说明加热时奥氏体的形成机理。 4．综述奥氏体晶粒度的概念，说明如何加热可得到细晶奥氏体。 5．设γFe的点阵常数为3.64 ?，C的原子半径为0.77 ?，解：若平均2.5个γFe晶胞中溶入一个C原子，则单胞的相对膨胀量为多大？ 6．试对珠光体片层间距随温度的降低而减小作出定性的解释。 7．解释珠光体相变属扩散型相变。 8．分析珠光体相变的领先相及珠光体的形成机理。 9．分析珠光体相变的影响因素。 10．试述马氏体相变的主要特征，并作简要的分析说明。 11．分析马氏体的性能及其与马氏体结构的关系。 12．假设马氏体相变时原子半径不变，试计算45钢中发生马氏体相变时的体积变化。 13．试分析影响MS点的主要因素。 14．按形成方式分类，马氏体相变有哪几种类型，各有何特点？ 15．何为奥氏体稳定化现象？热稳定化和力学稳定化受哪些因素的影响？在生产上，如何利用奥氏体稳定化规律改善产品的性能。 16．试根据变形时的临界分切应力，分析位错型马氏体和孪晶型马氏体的成因及其惯习面的变化规律。 17．试计算45（含0.45%C）钢淬火时由组织转变引起的体积相对膨胀量。（已 知铁和碳的原子半径分别为1.25和0.77 ；铁和碳的原子量分别为55.847和12.011） 18．试述贝氏体的形貌特征及其形成的条件。 19．试比较贝氏体、珠光体和马氏体相变的异同。 20．简述几种主要贝氏体的转变机理。 21．试分析影响贝氏体性能的因素。
22．试设计一种应用金相法测定某种钢的TTT曲线的试验。 23．大型钢件淬火时，为何会出现逆硬化现象？ 24．如何应用TTT图估计钢的临界淬火速度？ 25．简述回火第一阶段发生的组织转变，电阻率在此阶段有何变化？ 26．简述第三阶段所发生的组织转变，为什么淬回火马氏体的板条形态可以保持到较高温度？ 27．简述合金元素对提高钢的回火抗力的作用。 28．综述钢的两次回火脆性对性能的影响，产生的机理，及其预防的措施。29．碳和合金元素对珠光体相变有何影响，如何影响？ 30．综述先共析相的不同形态及其形成条件。 31．综述退火的目的及其种类。 32．说明球化退火的目的和用途，提出三种常用的球化退火工艺并解释之。33．说明正火的目的及其应用范围。 34．已知某铸钢中的Mn发生偏析，要求经热处理后，Mn的偏析幅度降低到原来的1/3，请制定其扩散退火工艺。（Mn在900℃和1100℃的扩散系数分别为 cm/s和cm/s，枝晶距离=0.01cm，且。35．试比较各种淬火方法的优劣。 36．根据钢种的成分如何选择钢的淬火温度和淬火介质？ 37．试说明钢件淬火冷却过程中热应力和组织应力的变化规律及其沿工件截面上的分布特征。 38．减少淬火变形和防止开裂可采取哪些措施？ 39．简述低温回火、中温回火、高温回火在生产上的应用。 40．某厂拟用T10钢（含1.0%C，Ac1=730，Acm=800）制造形状简单的刀具，工艺路线为：锻造—热处理Ⅰ—机加工—热处理Ⅱ—磨加工 1）说明热处理工序Ⅰ和Ⅱ的名称及其作用； 2）制定各道热处理工艺规范； 3）说明该刀具使用状态的组织名称及其性能。 41. 高频感应加热时钢的相变有何特征？
材料加工工程080503
材料加工工程（080503） 学科门类：工学（08）一级学科：材料科学与工程（0805） 材料加工工程属材料科学与工程一级学科，主要研究材料内部组织结构及外部形状的控制、研究将各种不同材料通过不同的加工方法得到人们所需的各种零部件及成品、研究各种加工方法所用的材料、工艺、设备及其自动化等内容。随着社会的发展和科技的进步，材料加工工程学科的内涵已超出原有的范畴，与材料物理与化学、材料学、机械、自动控制等学科有着密切的联系，是多学科交叉的新兴学科。 本学科有博士生导师2人、教授3人、副教授10人；所属焊接自动化实验室、焊接机器人实验室为部级重点实验室；在焊接、铸造、压力加工、金属材料等方面有较强的实力，近年出版专著和教材4部，发表论文100多篇；获有两项省部级奖励；在焊接机器人、自动焊接设备、逆变焊机、耐磨及耐蚀、记忆合金等方面的研究取得了显著成果。 河海大学材料加工工程学科始建于1992年，1996年获硕士学位授予权，至今已毕业硕士研究生80多人。毕业研究生的主要去向国家重点企业（如宝钢）；国家相关研究院所；大中型国有、合资、外资企业及报考博士研究生。 一、培养目标 具有坚实的材料加工理论基础和系统的专门知识。了解材料加工工程学科的发展方向。工作的能力。掌握必要的实验和计算技能。具有从事科学研究或解决工程中局部问题的能力。做出具有学术意义或应用价值的成果。熟练掌握运用一门外国语。具有在本领域从事工程、科研、教学等。 二、主要研究方向 1、材料组织结构与性能研究 2、焊接设备及自动控制 3、材料加工过程控制仿真及自动化 4、材料加工过程的质量检测与控制 三、学制和学分 攻读硕士学位的标准学制为2.5年，学习年限实行弹性学制，最短不低于2年，最长不超过3.5年（非全日制学生可延长1年）。硕士研究生课程由学位课程、非学位课程和研究环节组成。硕士研究生课程总学分不少于32学分，其中学位课程不少于18学分，非学位课程不少于9学分，研究环节5学分。 四、课程设置
(完整版)材料加工原理总复习
一、名词解释 粗糙界面； 光滑界面； 共生生长； 小变形 增量理论； 溶质平衡分配系数K0； 塑料的粘度； 简单加载； 应力球张量； 过冷度； 淬透性； 应力状态； 调质处理； 珠光体P； 铁素体F； 淬火； 形核率； 凝固形核； 主应力； 屈雷斯加屈服准则； 加工硬化； 焊接热循环 电阻焊； 动态回复 成分过冷； 凝固偏析 动态再结晶 主剪应力 密塞斯屈服准则 应力状态 应变 贝氏体 二、填空题 1、在聚合物流变学理论中，凡是服从指数流动规律的非牛顿流体统称为粘性流体。 2、材料的体积变化是由应力球张量引起的，材料的塑性变形是由应力偏张量引起的。 3、焊接内应力按其产生的原因可分为：热应力、相变应力和机械阻碍应力。 4液态金属凝固方式一般由合金固液相线温度间隔和凝固件断面温度梯度两个因素决定。 5、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。
6、铸件的缺陷类型包括缩孔、缩松、裂纹、变形等。 7、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。 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、写出5种常用热塑性塑料的英文代号ABS 、PC 、PVC 、PP 、PE 、POM 等。 10、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。 11、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。 12、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。 13、塑料按成形性能分为热塑性塑料和热固性塑料。 14、在Fe-Fe 3C 相图中，5个相分别为：液相、奥氏体、渗碳体、铁素体、高温铁素体。 15、在共析钢结晶时，从液态冷却至室温的过程中首先发生匀晶反应（转变），然后发生共析反应（转变），室温组织是珠光体。 16、在在Fe-Fe 3C 相图中的各组织和相中，硬度最高的是渗碳体，强度最高的是珠光体，塑性最好的是奥氏体。 17、铁碳合金中结晶温度范围越小，其铸造性能越好，，铸造性能最好的合金为共晶铸铁。 18、根据马氏体组织形态的不同，通常将马氏体分为板条状马氏体和针状马氏体两大类。 19、退火适用于亚共析钢，其加热温度为Ac3以上30-50℃，冷却速度缓慢，得到珠光体和铁素体组织。 20、正火，其加热温度为AC3以上30-50℃，该温度下的组织为奥氏体；冷却方式为空冷；该钢经正火后的组织为索氏，相为铁素体和渗碳体。 21、中碳钢淬火后，再经低温回火后的组织为回火马氏体，经中温回火后的组织为回火屈氏体，经高温回火后的组织为回火索氏体，其中以低温回火后的组织硬度最高。 +工程材料课后复习题（武建军主编，国防工业出版社） 三、选择题 全部为工程材料课后复习题（武建军主编，国防工业出版社） 三、简答题 1、 为什么说非自发形核比自发形核容易？ 答：非自发形核的临界形核半径*r 与自发形核的临界形核半径相等，但非自发形核的临界形核功* ?非G 小于自发形核的临界形核功*?自G ，非自发形核临界晶核原子数*非n 也小于自发形核临界晶核原子数*自n ，因此非自发形核比自发形核容易。 2、 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？ 答：对于屈雷斯加屈服准则，中间应力σ2在σ1和σ3之间任意变化，也不影响材料的屈服，但在密塞斯屈服准则中，中间应力σ2是有影响的。 当σ2=σ1或σ2=σ3（即轴对称应力状态）时，两个屈服准则一致；当σ2=0.5（σ1+ σ3）时（平面应力状态），两个屈服准则差别最大，达15.5%；而在其余应力状态下，两个屈服准则的差别小于15.5%，