材料成型基本原理总结

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材料成型力学原理部分

第十四章金属塑性变形的物理基础

1、塑形成形：利用金属的塑性，使金属在外力作用下成形的一种加工方法，亦称金属塑性加工或金属压力加工。

2、金属塑性成形的优点：生产效率高、材料利用率高、组织性能亦改变、尺寸精度高。

3、塑性成形工艺：锻造、轧制、拉拔、挤压、冲裁、成型

4、金属冷塑形变形的形式：1、晶内变形：滑移和孪生2、晶间变形：晶粒间发生相互滑动和转动

5、加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升，为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。（指应变对时间的变化率）

6、热塑性变形时金属组织和性能的变化1、改善晶粒组织2、锻合内部缺陷3、破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布4、形成纤维组织5、改善偏析

7、织构的理解：多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构。

8、细化晶粒：1、晶粒越细小，利于变形方向的晶粒越多2、滑移从晶粒内发生止于晶界处，晶界越多变形抗力越大

9、热塑性变形机理：晶内滑移、晶界滑移和扩散蠕变

10、塑性：不可逆变形，表征金属的形变能力

11、塑性指标：金属在破坏前产生的最大变形程度

12、影响塑性的因素：1、化学成分和合金成分对金属塑性的影响2、组织状态对金属塑性的影响3、变形温度4、应变速率5、应力状态

13、单位流动压力P：接触面上平均单位面积上的变形力

14、碳和杂质元素的影响碳：其含量越高，塑性越差；磷：冷脆；硫：热脆性；氧：热脆性；氮：时效脆性、蓝脆、气孔；氢：氢脆、白点、气孔和冷裂纹等

15、合金元素的影响：塑性降低硬度升高

16、金属组织的影响（1）晶格类型（2）晶粒度（3）相组成(4)铸造组织

17、变形温度对金属塑性的影响：对大多少金属而言，总的趋势是随着温度升高，塑性增加。但是这种增加并不是线性的，在加热的某些温度区间，由于相态或晶界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。（蓝脆区和热脆区）

18、变形抗力：指金属在发生塑性变形时，产生抵抗变形的能力一般用接触面上平均单位面积变形力来表示，又称单位面积上的流动压力

19、质点的应力状态：变形体内某点任意截面上应力的大小和方向

20、对变形抗力的影响因素：①化学成分：纯金属和合金②组织结构：组织状态、晶粒大小和相变③变形温度④变形程度：加工硬化⑤变形速度⑥应力状态

21、金属的超塑性：细晶超塑性、相变超塑性

第十五章应力分析

1、研究塑性力学时的四个假设：①连续性假设：变形体不存在气孔等缺陷②匀质性假设:质点的组织、化学成分等相同③各向同性假设④体积不变假设

2、质点：有质量但不存在体积或形状的点

3、内力：在外力作用下，物体内各质点之间就会产生相互作用的力。

4、应力：单位面积上的内力-----求法

5、点的应力状态：指变形体内一点任意方位微小面积截面上所承受的应力状况，即应力的大小和方向（名词解释）

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

z

zy

zx

yz

y

yx

xz

xy

x

σ

τ

τ

τ

σ

τ

τ

τ

σ

作用在x面上

作用在y面上

作用在z面上

作用方向为z

作用方向为y

作用方向为x

6、（名词解释）主平面：τ=0的微分面叫做主平面

7、（名词解释）主应力：主平面上作用的正应力即为主应力

8、（名词解释）应力主方向：主平面上的法线方向则称为应力主方向或应力主轴（主应力方向）

9、应力状态特征方程：0

3

2

2

1

3=

-

-

-J

J

Jσ

σ

σ

10、应力张量不变量：、

、

11、斜微分面上的正应力和切应力：

2

3

2

2

2

1

n

m

lσ

σ

σ

σ+

+

=、

2

2

3

2

2

2

1

2

2

3

2

2

2

2

2

1

2)

(n

m

l

n

m

lσ

σ

σ

σ

σ

σ

τ+

+

-

+

+

=、

2

2

3

2

2

2

2

2

1

2n

m

l

Sσ

σ

σ+

+

=

12、判断：主切应力面上的正应力是存在的Y；主平面上没有切应力Y。

13、主切应力平面：使切应力数值达到极大值的平面，其上所作用的切应力称为主切应力。（在主轴空间中，垂直一个主平面而与另两个主平面交角为45°的平面就是主切应力平面。）

14、主剪应力和最大剪应力：剪应力有极值的切面叫做主剪应力平面，面上作用的剪应力叫做主剪应力。取应力主轴为坐标轴，则任意斜切面上的剪应力可求得：

2

2

3

2

2

2

1

2

2

3

2

2

2

2

2

1

2)

(n

m

l

n

m

lσ

σ

σ

σ

σ

σ

τ+

+

-

+

+

=

、23

2

2

2

1

n

m

lσ

σ

σ

σ+

+

=、223

2

2

2

2

2

1

2n

m

l

Sσ

σ

σ+

+

=

15、当时，是球应力状态，此时主剪应力为零，只有正应力，表明球应力状态下只有正应力作用。

16、主剪应力中绝对值最大的一个，也就是一点所有方向切面上剪应力的最大值，叫做最大剪应力,以τmax表示。如设σ1>σ2>σ3，则τmax=±(σ1-σ3)/2 应注意到，每对主剪应力平面上的正应力都是相等的。

17、应力张量=应力偏张量（形状）+应力球张量（体积）：

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

=

zz

yz

xz

zy

yy

xy

zx

yx

xx

ij

σ

τ

τ

τ

σ

τ

τ

τ

σ

σ

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

+

?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

-

-

-

=

m

m

m

m

zz

yz

xz

zy

m

yy

xy

zx

yx

m

xx

σ

σ

σ

σ

σ

τ

τ

τ

σ

σ

τ

τ

τ

σ

σ

18、应力张量、应力偏张量、应力球张量：、

、

（P309）

19、以受力物体内任意点的应力主轴为坐标轴，在无限靠近该点作等倾斜的微分面上，其法线与三个主轴的夹角都相等；

20、等倾面：若斜截面的法线方向与三个坐标轴的夹角相等，

.

则该面称为等倾面

21、八面体：在空间八个象限中，由8个这样的等倾面组成一个正八面体 22、

2

13232221)()()(σσσσσσ-+-+-

23、等效应力：将八面体剪应力取绝对值，并乘以系数2

3也称广义应力或应力强度。

24、

[]

2

132322218)()()(21

23σσσσσστσ-+-+-==

25、简答：等效应力的特点：1、等效应力是一个不变量2、

等效应力不能在特定为分平面上表示出来3、等效应力可以理解为代表一点应力状态中应力偏张量的综合应用

26、填空：求应力的三种方法：矩阵法、微元体法、应力莫尔圆法

27、应力平衡微分方程：无限接近的两个微分面上（近似平行）的应力增量是存在的

28、应力莫尔圆：应力状态的几何表示法，

29、P312切应力的正、负规定：在作应力莫尔圆时，顺时针方向作用于单元体上切应力为正，反之为负。 30、平面应力状态概念： 31、计算P313--15-1及P308

第十六章 应变分析

1、应变：是表示变形大小的物理量应变是由位移引起的

2、小变形：与本身几何尺寸相比是非常小的量，通常情况下之数量级不超过（10-3-10-2）的弹塑性变形

3、平面应力状态：平面问题和轴对称问题P327

4、大变形：应变增量、应变速率等

5、单元体的变形可分为两种形式：正应变：一种是线元长度的相对变化率

6、剪应变：一种是相交两线元的夹角在变形前后的变化

7、质点的应变状态：变形体内某点任意截面上应变的大小和方向

8、主应变：通过一点，存在三个相互垂直的应变主方向（主轴），在主方向上的线元没有角度偏转，只有正应变，该正应变就叫主应变

9、一般以ε1 、 ε2 、 ε3 表示。如取应变主轴为坐标轴，

则应变张量就简记为：????

?

????

?=32

1000000

εεεεij 主应变可由应变张量

的特征方程求得：

032213=---I I I εεε

10、主剪应变：与应变主方向成450

11、P319有个计算—广义应变或应变强度：将八面体剪应变γ8乘以系数2，所得之参量叫做等效应变，也称广义应变或应变强度。

22、小应变几何方程（要有思路）P320

z w

y

v

x u z y x ??=

??=

??=

εεε

???????????+??==??+??==??+??==)(21)(21)(21z u x w y w z v x v y u xz zx zy yz yx xy γγγγγγ 用角标符号可简记为：

????

??

????+??=i j j i ij x u x u 21ε

12、全量应变：单元体在某一变形过程或变形过程的某个阶段终了时的变形大小

13、应变增量：变形过程中某一极短阶段的无限小应变。（以

物体在变形过程中某瞬时的形状尺寸为原始状态，在此基础上发生的无限小应变就是应变增量。） 14、平面变形问题P327（Z 轴上没有应力分量）

第十七章 屈服准则

1、连续：材料中没有空隙裂缝； 均质：各质点性能相同；

各向同性：材料在各个方向的性能都一样； 各向异性： 材料在各个方向的性能不同； 理想弹性材料：弹性变形时应力与应变完全成线性关系的材料。

2、理想塑性材料：塑性变形时不产生硬化的材料； 硬化材料：在塑性变形时要产生硬化的材料； 弹塑性材料：需考虑塑性变形之前弹性变形 理想弹塑性材料：考虑弹变忽略硬化 弹塑性硬化材料：考虑弹变和硬化的材料

刚塑性材料： 在塑性变形之前，材料象刚体一样不产生弹性变形.

理想刚塑性材料：忽略弹变和加工硬化 刚塑性硬化材料：不考虑弹变、考虑硬化

3、（必考）P340屈服准则（重）：定义：只有当各应力分量与材料性能之间符合一定的关系时，质点才进入塑性状态，这种关系就叫屈服准则，也称塑性条件或塑性方程。

4、表达式：屈服准则的数学表达式是应力分量的函数，f(σ

ij )=C

5、质点：各向同性的理想塑性材料

6、Tresca 屈服准则（最大剪应力不变条件）表述如下：当材料（质点）中的最大剪应力达到某一定值时，材料就屈服。Tresca 屈服准则表达式：| σ1 – σ3 |= C=σs 或| σ1 – σ3 |=2K 在事先不知道主应力的大小顺序时，Tresca 屈服准则

的普通表达式应为：

??

??

?≤-≤-≤-S S S σσσσσσσσσ133221

7、Mises 屈服准则表述为:①当应力状态的等效应力达到某一与应力状态无关的定值时，材料就屈服；②当应力偏张量的第二不变量J2’达到某定值时，材料就会屈服。③材料处于塑性状态时，等效应力始终是一不变的定值。 23、Mises 屈服准则的表达式为：

()()()[]

s σσσσσσσσ=-+-+-=

21323222121

或

8、屈服表面： 在σ1 σ2 σ3坐标系中，屈服准则都是空间曲面叫做屈服表面。

9、屈服轨迹：把屈服准则表示在各种平面坐标系中，则它们都是封闭曲线，叫做屈服轨迹。 10、计算P342重、

11、（重点判断）两准则有何区别？1物理意义不同2、数学

.

表达式不同3、几何意义不同

12、（重点）在什么状态下两准则相同？什么状态下差别最大？1、单向应力状态，两个准则一致2、两个主应力、大小相等，方向一致，两个准则一致3、在平面应力状态下，两个准则区别最大

13、π平面上的屈服轨迹：定义：在主应力空间中，通过原点并垂直于等倾线ON 的平面叫做 π平面，它的方程是：σ1 +σ2+σ3=0

15、P344（重点）两个屈服准则的统一表达式：

()

()

2

2)

()

()(31312312132σσσσσσσσσσσσμ-+-

----=

=

通式：

S

βσσσ=-31、155.1~11

==ββ密席斯准则：

屈雷斯加准则： 计算：P342

第十八章 材料本构关系P349~352

1、本构关系：应力应变之间的关系

2、（考试简答题）弹性应力应变关系有如下特点：1） 应力与应变成线性关系。2） 弹性变形是可逆的，应力应变关系是单值对应的。3） 弹性变形时，应力球张量使物体产生体积变化5.0<ν，泊松比。4）应力主轴与应变主轴重合。

3、塑性应力与应变关系有如下特点：1） 应力与应变之间的关系是非线性的。2） 塑性变形是不可逆的，应力应变关系不是单值对应的，与应变历史有关。3） 塑性变形时可认为体积不变，即应变球张量为零，泊松比5.0<ν 。4）全量应变主轴与应力主轴不一定重合。

4、 增量理论又称流动理论，是描述材料处于塑性状态时，应力与应变增量或应变速率之间关系的理论，它是针对加载过程的每一瞬间的应力状态所确定的该瞬间的应变增量。

5、P354计算：

第十九章 金属流动方向——最小阻力定律

1、内容：当变形体质点有可能沿着不同方向移动时，则物体各质点将沿着阻力最小的方向移动。

2、影响金属塑形变形和流动的因素：1、摩擦2、工具形状

3、金属各部分间的关系：局部变形

4、金属本身性质的不均匀 3、摩擦的分类:干摩擦、边界摩擦、流体摩擦

4、残余应力：引起附加应力的外因去除后，在物体内仍残存的应力。

5、不均匀变形：相对于均匀变形而言，塑性变形时，由于金属本身的性质不均匀，摩擦和工具形状的影响，以及不同变形区之间的相互制约。

6、附加应力：由于变形体各部分之间的不均匀变形受到整体性的限制，在各部分之间必将产生相互平行的应力。

7、主应力法分析问题的基本过程：1、沿模具作用力的方向选取坐标系2、取单元体并受力分析3、沿某个坐标方向写出平衡微分方程4、引入塑性条件和摩擦条件5、由边界条件确定积分常数，最后得到问题的解 6、P362塑性成型时的计算（掌握）

①库仑摩擦条件：当两个接触表面有相对滑动，且接触面上的粘合现象可以不考虑时，单位面积上的摩擦力与接触面上的正应力成正比时：N μστ=；τ是接触面上的摩擦切应力，

N

σ接触面的正应力，μ摩擦系数；用来分析金属的冷变形，

如板料冲压、冷挤压等

②最大摩擦力条件：当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状态时，单位摩擦力（τ）等于变形金属流动时的临界切

应力k ，即：Y 2

K β

τ

=

=;

K 最大切应力，Y 为屈服应力；

适用于热塑性成形。

③摩擦力不变条件：常数摩擦条件认为接触面间的摩擦力，与被加工金属的剪切屈服强度K 成正比，即mK =τ

，m

为摩擦因子；适用于用上限法或有限元法分析塑性变形过程、变形量大的镦粗和模锻等。

第二十章 滑移线的基本概念（计算题）

1、滑移线：塑性变形体内各点最大剪应力的轨迹。

2、滑移线网：由于最大剪应力成对正交，因此滑移线在变形体内成两族互相正交的线网，α线和β 线。

3、滑移线场：由滑移线网所覆盖的区域

4、滑移线法：适用于理想刚塑性材料的平面变形问题

5、（重点）沿线特性：沿同一条滑移线平均应力的变化与滑移线转过的角度成正比

ab mb ma 2K -ωσσ±=；沿α

线为+2K ，沿β线为-2K 。均匀应力场对应直线场。

6、Hencky 方程：

7、求外力的方法：1.主应力法2.滑移线法3.上线法4.板料成型理论5.有限元法

8、滑移线法解题步骤:1 建立滑移线场,确定x,y 坐标轴；2 在变形区内取点,分析应力状态

ya

xa σσ,；3 确定平均应力,确定

滑移线及与x :

()a ya xa ma ωσσσ,21

+=

；4 应用汉基

（Hencky ）应力方程求未知点的平均应力:)

(22)(22线沿线沿βη

ωσωσαξ

ωσωσ=+=+=-=-b mb a ma b mb a ma K K K K ；5 求未知点的应力分量:

???

?

?

=+=-=ω

τωσσωσσ2cos 2sin 2sin K K K xy m y m x

9、平面变形应力状态的特点：沿某一坐标轴的应变为零 10、第一主方向：指将一点的代数值最大的主方向所指的方向；

11、确定α线与β线的方法：将第一主方向顺时针旋转45°确定α线，逆时针旋转45°确定β线。

材料成型过程中的凝固与冶金原理

第一章 液态金属的结构和性质

1、原材料（固相）（经熔化/提纯）——液相（包含杂质、原子、分子、原子团、空穴、气泡）——浇注（经凝固）——固相

2、纯金属的液态结构：原子集团、游离原子、空穴组成

3、实际金属的液态结构-合金：原子集团、游离原子、空穴、杂质及气泡

4、近程有序和长程无序

5、结构起伏：指液态金属中晶坯尺寸不断变化的现象或规则排列的原子集团时聚时散的现象

6、能量起伏：处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也随时间不停变化时高时低的不均匀现象

7、浓度起伏：各原子团间成分的不同

8、液体的性质：物理性质：熔点、沸点、粘度、电导率、热导率等

.

物理化学性质：比热容、熔化和气化潜热、表面张力等 热力学性质：蒸汽压、膨胀和压缩系数等 9、黏度：液态金属的粘滞性

10、本质：原子间结合力的大小

11、影响粘度的因素：结合能、原子间距、温度、非金属夹

杂物

12、粘度在成形中的意义：对液态合金流动阻力的影响、对液态合金对流的影响、对液态金属净化的影响

13、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；本质：质点间作用力不平衡引起

14、凝固：指在一定压强下，液态的晶体物质温度略微低于熔点时，微粒便规则地排列成为稳定的结构，由液体变为固体。

15、润湿角：液相向固相铺展的能力

16、影响界面张力的因素：原子间结合力、温度：大多数金属随温度升高而降低，少部分反之、溶质元素及杂质 第二章 液态金属的充型能力

1、流动性：液态金属本身的流动能力

2、充型能力：指液态金属充满铸型型腔，获得形状完整轮廓清晰的铸件的能力 第三章 凝固温度场

1、温度场（重）：指某一瞬时焊件或铸件上各点的温度分布区域（范围）

2、温度梯度：指等温线间单位距离的温差

3、不稳定温度场：温度随时间和空间变化；稳定温度场：不随时间变化的温度场等温线

4、热传递的基本方式：传导、对流和辐射

12、凝固过程中的传热特点： 传导；液体以对流为主 13、热传导微分方程（P38有推导过程）：

222222

2

()T T T T

T t c x y z λαρ????=++=?????

14、凝固温度场的求解方法：实测法 、解析法、数值法——数值模拟

15、凝固过程中的传热特点：“一热二迁三传”

16、凝固时间：液态金属充满铸型的时刻至凝固完毕所需的时间

17、凝固速度：单位时间内凝固层的增长厚度

18、（P46有分析题重点）几种典型铸型条件下的温度分布：1、 铸件在绝热铸型中凝固2、 铸件在金属-铸型界面热阻为主的金属型中凝固3、 厚壁金属型中凝固 二者都有明显的温度梯度4 、非金属铸件在金属铸型中的凝固铸件中有较大的温度梯度

19、凝固方式：逐层凝固、体积凝固、中间凝固

20、影响焊接温度场的因素（重P50）：1热源的种类与焊接规范2焊件的形态尺寸与热物理性能的影响 21、热传导微分方程P52 第四章 晶体形核与生长

1、凝固（结晶）：指物质由液态转变为固态的过程

2、凝固包括：① 由液体向晶态固体转变-----结晶②由液体向非晶态固体转变------玻璃转变

3、凝固是系统自由能由高向低变化的过程；过冷度是凝固的驱动力。过冷度越大，所需凝固驱动力就越大,越不易形核 22、形核的驱动力：

4、过冷度：液态金属在理论结晶温度以下开始结晶的现象称过冷。理论结晶温度与实际结晶温度的差ΔT 称过冷度。ΔT= Tm –T1

5、过冷的五种形式：1动力学过冷2曲率过冷3热过冷4成分过冷5压力过冷

6、（重）凝固理论将晶体形核分为均质形核与非均质形核 均质形核：依靠液态金属内部自身的结构自发形核

异质形核：依靠外来质点（杂质）或型壁界面提供的衬底进行形核

7、（填空）晶体宏观长大方式：1正温度梯度—平面长大2

负温度梯度—树枝晶方式长大

8、微观长大方式：固－液界面的自由能 Jackson 因子

9、晶体微观长大方式（固相50%）：①粗糙界面----连续生长机理----非小平（晶）面

②光滑界面-----1二维生长/2从缺陷处生长----小平（晶）面

10、P79组元：组成体系的每一种能独立存在的物质

相：在一个体系中，具有同一聚集状态/组织/性质均匀的部分

组织：由一种相或多钟相构成的部分混合物

固溶体：一种组分内溶解其他组分而仍旧保持单一均匀的相的固体称为固溶体。

端际固溶体：以两个组元组成固溶体，一个溶于另一个相中，得到的新相与其中一个组织和性能相似

第五章 单相合金凝固（P80）

1、固-液界面前沿溶质原子的富集或贫乏——引起成分过冷

2、凝固过程中的溶质再分配的产生：液固两相共存区——共存两相成分不同——随温度下降平衡成分变化——溶质原子在界面前沿富集（或贫乏）——溶质含量重新分布

3、富集或贫乏——表面粗糙度——台阶/空位的数目——随温度下降平衡或成份变化

4、溶质再分配：富集在固液界面前沿的原子再分配

5、溶质平衡分配系数K0：指在给定温度T*下，固相合金成分浓度Cs*与液相合金成分浓度CL*达到平衡时的比值。只是在固液界面处的瞬时平衡

6、什么叫平衡凝固：是指在凝固过程中液相及固相溶质成分完全达到平衡相图对应温度的平衡成分；是一种理想状态并不能达到

7、（P85）近平衡凝固条件下的溶质再分配：1、固相无扩散液相充分均匀混合的溶质再分配2、固相无扩散而液相只有有限扩散的溶质再分配（重）3、固相无扩散而液相部分混合的溶质再分配

8、成分过冷：指由溶质富集引起的固-液界面前沿熔体成分及其液相线温度发生变化而导致的过冷

9、“成分过冷”的形成条件分析：①界面前沿形成溶质富集层②实际温度梯度必须达一定值

10、逐层凝固：固液两相共存区小；糊状凝固（体积凝固）固液两相共存区大

11、无成分过冷→平面生长;窄成分过冷→胞状晶；较宽成分过冷→胞状树枝晶/柱状树枝晶；宽成分过冷→内部等轴晶（达到异质形核的过冷度）。

12、成分过冷对单相合金凝固过程的影响：1外生生长：晶体自形壁生核，后由外向内生长1如胞状晶、柱状树枝晶2内生生长：液体内部自由生长

13、成分过冷与热过冷的区别：① 热过冷只影响形核过程，而成分过冷影响晶体生长方式和生长形貌。② 从影响区域看，热过冷作用于整个溶体上，而成分过冷只作用于界面前沿的局部区域。③ 从静动态观点看，热过冷是静止的；成分过冷是动态的，随界面的推进及溶质原子富集程度变化而变化

14、枝晶间距：指相邻同次枝晶间的垂直距离。

15、意义：枝晶间距小—— 1细晶强化效果显著2成分区域均匀化3缩松、夹杂物等小且分散4热裂倾向小——改善材料性能

16、细晶强化

第六章 多相合金的凝固

1、（判断）规则共晶：金属－金属相或金属－金属间化合物相——非小平面+非小平面——相的形态：规则的棒状或层片状——特点：固－液界面在原子尺度上是粗糙的 非规则共晶：金属－非金属或非金属－非金属相——（非）小平面+小平面——相的形态：据凝固条件的不同而不同——特点： ① 固－液界面在原子尺度上是光滑的② 二维生长方式

2、非小平面：又称非小晶面，微观上，固－液相界面为粗糙界面，50％的地方被固体原子所占据。

小平面：又称小晶面，微观上固－液原子排列光滑 3、共晶合金的凝固方式：1共生生长（互相影响、互相作用）：

. 初生相（先形核的）和领先相（后期长大速度快的）2离异生

长（各过各的）

4、层片状共晶的生长：长大：搭桥式共生生长

5、棒状共晶：该组织中一个组成相以棒状或纤维状形态沿着生长方向规则地分布在另一相的连续基体中。

6、棒状或层状结构出现的依据：①两相界面张力相差较大，界面张力小的以棒状方式生长

②界面张力相近或相同时1两相体积含量也相近，层片状；2某一相的体积分数远小于另一相时，或某相的体积分数小于30%时，该相以棒状方式生长；③第三组元的影响：据第三组元在两相中的溶解度不同，层片状向棒状转变——第三组元的影响

7、非规则共晶凝固：小平面相对凝固条件高度敏感，其组织形态复杂。

8、Fe-C合金中渗碳体的非规则生长：激冷条件：奥氏体+渗碳体-----（白口铸铁）

缓冷条件：石墨+奥氏体—----灰口铸铁

9、灰口铸铁中的石墨①片状——灰铁②球状——球墨铸铁

③中间状态蠕虫状——蠕墨铸铁

第七章铸件与焊缝宏观组织及其控制

1、（填空题）铸件的宏观组织：激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶

2、获得内部等轴晶的方式：1游离晶（表面细晶区及内部等轴晶）2非自发形核（成分过冷）3增殖

3、表面细晶粒区的形成①非均质形核②游离晶；柱状晶区的形成择优取向；内部等轴晶区的形成①过冷熔体非自发生核理论：成分过冷理论②晶粒脱落、枝晶熔断和增殖理论

4、合理的浇注工艺、浇注方式和冷却条件：①浇注工艺﹙1﹚降低浇注温度：避免游离晶重熔，促进等轴晶形成；降低液态金属流动性——导致浇不足、冷隔

②合理控制冷却条件：为了形成宽的凝固区和获得大的过冷；薄壁铸件-提高激冷能力，产生大的过冷；厚壁铸件-主要是游离晶，增大成分过冷区，小的温度梯度

5、孕育处理——加入生核剂：浇注之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、改善宏观组织的一种工艺方法

6、孕育剂的作用机理：﹡非自发形核作用﹡促进枝晶熔断和游离，细化晶粒﹡直接作为非自发形核的物质﹡孕育剂与液相中某些元素（最好为要细化相的原子）反应生成较稳定的化合物而产生非自发形核﹡在液相中造成很大的微区富集而迫使结晶相提前析出而生核

7、动力学细化：固相与液相的相对运动①铸型震动：离心铸造②液相搅拌：机械搅拌、电磁搅拌、气泡搅拌③液相搅拌

④流变铸造

8、焊接接头的组成：焊缝金属、融合区、热影响区

9、HAZ（热影响区）：焊缝周围未熔化的发生了组织与性能变化的区域

10、焊接熔池：熔化了的母材和焊条金属搅拌混合而形成的具有一定形状的液态金属区域

11、熔池特征：①体积小,冷速快:约2-3cm3②温度高：2300℃

③液态金属处于运动状态：动态凝固④液态金属对流激烈

12、熔池结晶特征：①联生结晶外生生长②晶体生长的弯曲柱状晶③熔池凝固组织形态的多样性

13、熔池结晶组织的细化：加入形核剂；振动：抑制柱状晶生长；焊接工艺：减少热输入等

14、为什么控制温度浇注会出现等轴晶？

降低浇注温度可避免在浇铸过程中及凝固初期形成的激冷等轴晶在向内部游离过程中不致因炉体温度过高而重熔，从而促进等轴晶的形成。

第八章特殊条件下的凝固成形

1、快速凝固---RSP基本原理：提高冷却速度

2、快速凝固晶态合金的一般特点

（1）微观组织结构特点：细化、成分均匀化、亚稳相

（2）主要性能特点：

3、快速凝固技术：模冷技术；雾化技术；表面熔化与沉积技术

第九章液态金属与气相的相互作用

1、焊接区气体的来源：1）焊接材料：造气剂2）焊接区周围的气体：空气、保护气体及水分3）材料表面吸附的气体：焊丝和母材表面上的油锈等杂质、焊条表面吸附的水分4）金属和熔渣的蒸发产生的气体

2、焊接区气体的产生：1）有机物的分解与燃烧；2）除水反应生成气体；3）碳酸盐的分解

3、液态成形中气体的来源：1）熔炼过程：各种炉料的铁锈和水分2）浇注过程：型腔内未及时排出的气体3）铸型：吸附水等

4、（P186）N在液态金属中的存在形式：a、氮原子形式b、当气相中存在氮和氧气时：会发生反应生成NO,溶入金属液中c、当电离度高时：N+

5、N 对焊接质量的影响：（1）引起时效脆化（2）造成气孔

6、N 的控制：1）加强保护2）焊接工艺参数的影响：焊接电流，焊接电压3）合金元素的影响：脱氮如Ti

7、（P189）氢存在形式：H和H+

8、氢对焊接质量的影响：1)氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象2)白点：在气孔或夹杂物周围的局部脆化3)形成气孔4)产生冷裂纹：聚集在缺陷处

9、控制氢的措施：a、限制焊接材料的含H量：烘干b、严格清理工件及焊丝c、冶金处理：在药皮和焊剂中加氟化物；增加焊接材料中的氧化性；在药皮和焊芯中加入微量的稀土元素硒、碲脱氢d、控制工艺过程：减小焊接电流、加大焊接电压等e、焊后脱氢处理加热焊件350°C,保温1h 使H 扩散外逸

10、氧存在形式：以氧原子和氧化亚铁形式溶于液态铁

11、氧对焊接质量的影响：a、力学性能下降b、物理化学性能变差c、使合金元素烧损d、产生CO气孔使焊接工艺性能变差

12、控制氧的措施：A、纯化焊接材料B、控制焊接工艺参数

C、脱氧反应

13、熔渣的黏度：熔渣的黏度越小，流动性越好，则扩散越容易，对冶金反应的进行就越容易。从焊接工艺的实际出发，焊接熔渣的黏度不能过小，否则容易流失，影响对熔池的成型和保护。

第十章液态金属与熔渣的相互作用

1、（填空）熔渣作用：①机械保护②冶金处理③改善焊接工艺性能；

2、熔渣的成分和分类：氧化物型、盐-氧化物型熔渣、盐型熔渣

3、熔渣的碱度定义：熔渣碱性与酸性的强弱程度，判断碱性渣、酸性渣和中性渣

4、P19411熔渣的碱度2熔渣的黏度3熔渣的表面张力及界面张力4熔渣的氧化性5置换氧化

熔渣的性质？熔渣的碱度；熔渣的粘度；熔渣的熔点；表面张力；密度；熔渣的线膨胀系数和导电性。

第十一章液态金属的净化与精炼

1、脱氧：①药皮反应阶段（先期脱氧）②熔滴反应区及③熔池反应区（沉淀脱氧）

2、脱氧剂TI AL SI MN

3、脱硫：沉淀脱硫熔渣脱硫

4、脱磷：①熔渣中的氧化亚铁将钢液中的磷氧化成P2O5 ②使之与渣中的碱性氧化物生成稳定的磷酸盐。

5、液态金属S、P含量超标的影响？

第十二章焊接热影响区的组织与性能

1、焊接接头：焊缝熔合区热影响区未变化的母材

2、焊接热循环：在焊接热源的作用下，焊件上某点的温度随时间的变化过程。

3、焊接热循环的参数：1、加热速度2、最高加热温度3、相变温度以上的停留时间

4、冷却速度（填空）

4、调质处理：淬火+高温回火

5、焊接过程的特殊性：1、加热温度高2、加热速度快3、高

. 温停留时间短4、自然条件下连续冷却5、加热的局部性和移

动性6、在应力状态下进行组织转变

6、焊接加热过程的组织转变：1、相变温度提高2、奥氏体均质化不充分3、高温区晶粒急剧长大

7、P218组织名词解释：组织变化:

第十三章缺陷的形成与控制

1、气孔：因气体分子聚集而产生的孔洞

2、析出性气孔：液态金属在冷却凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及逸出而产生的气孔

3、侵入性气孔：铸型和型芯等在液态金属高温作用下产生的气体侵入金属内部所形成的气孔

4、反应性气孔：液态金属内部或与铸型之间发生化学反应而产生的气孔

习题：

1、何谓成分过冷？其形成条件？

答：成分过冷：指由溶质富集引起的固-液界面前沿熔体成分及其液相线温度发生变化而导致的过冷

“成分过冷”的形成条件分析：①界面前沿形成溶质富集层

②实际温度梯度必须达一定值

2、随着成分过冷的增加，单相合金的生长方式如何？

答：成分过冷对单相合金凝固过程的影响：1外生生长：晶体自形壁生核，后由外向内生长1如胞状晶、柱状树枝晶2内生生长：液体内部自由生长

3、规则共晶和非规则共晶的区别？

答：规则共晶：金属－金属相或金属－金属间化合物相——非小平面+非小平面——相的形态：规则的棒状或层片状——特点：固－液界面在原子尺度上是粗糙的

非规则共晶：金属－非金属或非金属－非金属相——（非）小平面+小平面——相的形态：据凝固条件的不同而不同——特点：①固－液界面在原子尺度上是光滑的②二维生长方式

4、铸件宏观凝固组织的特征是什么？

答：铸件的宏观组织：激冷晶区、柱状晶区和内部等轴晶

表面细晶粒区的形成①非均质形核②游离晶；柱状晶区的形成择优取向；内部等轴晶区的形成①过冷熔体非自发生核理论：成分过冷理论②晶粒脱落、枝晶熔断和增殖理论

5、H、N、O对焊缝分别产生怎么的影响？

答：N 对焊接质量的影响：1）引起时效脆化2）造成气孔

H对焊接质量的影响：1)氢脆：氢在室温附近使钢的塑性严重下降的现象2)白点：在气孔或夹杂物周围的局部脆化3)形成气孔4)产生冷裂纹：聚集在缺陷处

O对焊接质量的影响：1)力学性能下降2)物理化学性能变差3)使合金元素烧损4)产生CO气孔使焊接工艺性能变差

6、熔渣的作用是什么？

答：①机械保护②冶金处理③改善焊接工艺性能；

7、熔渣的性质包括哪些？对焊缝质量有怎样的影响？

答：性质：熔渣的碱度；熔渣的粘度；熔渣的熔点；表面张力；密度；熔渣的线膨胀系数和导电性。

影响：

期中：

1、金属热塑性变形时的组织和性能有什么变化？10分

答：热塑性变形时金属组织和性能的变化1、改善晶粒组织2、锻合内部缺陷3、破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布4、形成纤维组织5、改善偏析

2、何谓屈服准则？常用屈服准则有哪两种？试比较其异同点？20分

答：只有当各应力分量与材料性能之间符合一定的关系时，质点才进入塑性状态，这种关系就叫屈服准则；Tresca屈服准则、Mises屈服准则；

两准则有何区别？1物理意义不同2、数学表达式不同3、几何意义不同

在什么状态下两准则相同？什么状态下差别最大？1、单向应力状态，两个准则一致2、两个主应力、大小相等，方向一致，两个准则一致3、在平面应力状态下，两个准则区别最大3、用主应力法（工程法或切块法）求解塑性成形问题的思路？20分

答：1、沿模具作用力的方向选取坐标系

2、取单元体并受力分析

3、沿某个坐标方向写出平衡微分方程

4、引入塑性条件和摩擦条件

5、由边界条件确定积分常数，最后得到问题的解

4、什么是主应力、本构方程、主剪应力、点的应力状态、理想塑性材料？10分

答：主应力：主平面上作用的正应力即为主应力；

本构关系：应力应变之间的关系

主剪应力和最大剪应力：剪应力有极值的切面叫做主剪应力平面，面上作用的剪应力叫做主剪应力。

点的应力状态：指变形体内一点任意方位微小面积截面上所承受的应力状况，即应力的大小和方向

理想塑性材料：塑性变形时不产生硬化的材料；

5、变形温度对金属塑性影响的基本规律是什么？10分

答：就大多数金属而言，其总体趋势是：随着温度的升高，塑性增加，但是这种增加并不是简单的线性上升；在加热过程中的某些温度区间，往往由于相态或晶粒边界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。在一般情况下，温度由绝对零度上升到熔点时，可能出现几个脆性区，包括低温的、中温的和高温的脆性区。

6、什么是等效应力？其特点是什么？10分

答：等效应力：将八面体剪应力取绝对值，并乘以系数2

3也称广义应力或应力强度。

等效应力的特点：1、等效应力是一个不变量2、等效应力不能在特定为分平面上表示出来3、等效应力可以理解为代表一点应力状态中应力偏张量的综合应用

7、试画出镦粗时摩擦力为零的接触面上的应力边界条件？20分

答：

判断填空名词解释简答（2个）分析题计算题（固相不扩散/液相不扩散）

计算：应力分布题①主应力法/滑移线法（例题）②判断塑形还是弹性状态