第一篇：金屬單元復習題

金屬單元復習題

1.某新型“防盜玻璃”為多層結(jié)構(gòu)，每層中間嵌有極細的金屬線，當玻璃被擊碎時，與金屬線相連的警報系統(tǒng)就會立刻報警?！胺辣I玻璃”能報警，這利用了金屬的（）A.延展性B.導電性C.彈性D.導熱性 2.關(guān)于合金的說法正確的是（）

A.合金是一種純凈物B.合金中只含有金屬元素

C.合金的強度、硬度一般比組成它們的純金屬更高，抗腐蝕性能等也更好 D.鐵銹是一種合金

3.鐵絲在空氣中灼熱發(fā)紅，但不能燃燒，這一事實與下列哪一因素關(guān)最密切（）A．鐵絲的表面積B．氧氣的濃度C．燃燒區(qū)的溫度D．鐵的著火點

4.人類開發(fā)利用金屬單質(zhì)的年代與金屬活動性順序有著某種聯(lián)系，因此，人類開發(fā)利用金屬的年代最遲的金屬是（）A.銅B.鐵C.鋁D.鉛

5.我國在春秋戰(zhàn)國時期就懂得將生鐵經(jīng)退火處理得到相當鑄鋼的器具(如鋒利的寶劍)，生鐵退火處理的作用是（）

A.除硫、磷雜質(zhì)B.適當降低了含碳量C.滲透合金元素D.改造表面結(jié)構(gòu)性質(zhì) 6.把一塊硬幣投入稀鹽酸中，過一段時間后溶液變成淺綠色，說明硬幣中含有（）A.鋁B.鎂C.鐵D.銀

7.X、Y、Z三種金屬及化合物間發(fā)生如下化學反應(yīng)：Y+ZCl2===Z+YCl2X+ZCl2===Z+XCl2 Y+2HCl===YCl2+H2↑X與稀鹽酸不反應(yīng)。則X、Y、Z三種金屬的活動性由強到弱的順序是（）A.Z＞Y＞XB.X＞Y＞ZC.Y＞X＞ZD.Y＞Z＞X

8.用實驗比較銅、鐵的金屬活動性，直接使用下列試劑不能達到目的的是（）A.硫酸亞鐵溶液B.硝酸銀溶液C.鹽酸溶液D.硫酸銅溶液

9.在10-9～10７ m范圍內(nèi)，對原子、分子進行操縱的納米超分子技術(shù)往往能實現(xiàn)意想不到的變化。如納米銅顆粒一遇到空氣就會劇烈燃燒，甚至發(fā)生爆炸。下列說法正確的是（）A.納米銅屬于化合物 B.納米銅無需密封保存

C.納米銅與普通銅所含銅原子的種類不同

D.納米銅顆粒比普通銅更易與氧氣發(fā)生反應(yīng)

10.5角硬幣的外觀呈金黃色，它是銅和鋅的合金，市面上有人用它制成假金元寶行騙，小明同學用一種試劑揭穿了他。小明一定不會用的試劑是（）A.硫酸銅溶液B.硝酸銀溶液C.鹽酸D.硝酸鈉溶液

11.鋰電池是新型的高能電池，以質(zhì)量輕、電容量大，頗受手機、手提電腦等用戶的青睞。某種鋰電池的總反應(yīng)可表示Li+MnO2==LiMnO2。以下說法正確的是（）

①該反應(yīng)中Mn的化合價發(fā)生了變化 ②該反應(yīng)屬于化合反應(yīng) ③LiMnO2為新型的氧化物④LiMnO2為鋰、錳、氧的合金

A.①②B.①③C.②③D.③④

12.向ZnSO4和CuCl2的混合溶液中加入過量的鐵粉，等充分反應(yīng)后，過濾、洗滌、干燥，得到濾渣，則該濾渣中含有的金屬是（）

A.Zn、FeB.Zn、CuC.Fe、CuD.Zn、Fe、Cu

13.常溫下，下列各組物質(zhì)中相互間能發(fā)生化學反應(yīng)的是（）A.碳和氧氣 B.銅和硫酸鋅溶液 C.鋁和氧氣 D.氧化銅和水 14.下列有關(guān)鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系中，不能實現(xiàn)的是（）A.Fe--Fe3O4B.Fe2O3--FeCl3C.Fe--FeSO4D.Fe(NO3)--3FeCl

315.有A、B兩塊等質(zhì)量的鐵，將A浸入稀硫酸中，將B浸入硫酸銅溶液中，過一會兒同時取出晾干，兩塊鐵的質(zhì)量mA、mB應(yīng)該是（）A.mA＜mBB.mA＞mBC.mA=mBD.mA≥mB

16.某同學想用實驗證明FeCl3溶液顯黃色不是Cl-造成的，下列實驗無意義的是（）A.觀察KCl溶液沒有顏色

B.向FeCl3溶液中滴加適量氫氧化鈉溶液，振蕩后靜置，溶液黃色消失 C.FeCl3溶液中滴加適量無色硝酸銀溶液，振蕩后靜置，溶液黃色未消失 D.加水稀釋后FeCl3溶液黃色變淺

17、將等質(zhì)量的ABC三中金屬，同時放入三份溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)相同且足量的稀鹽酸中，反應(yīng)生成氫氣的的質(zhì)量與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖所示。根據(jù)圖中的信息，可以得到的正確結(jié)論是（）提示：ABC三種金屬在化合物中都顯+2價。A：放出H2的質(zhì)量是A＞B＞CB：金屬的活動順序是A＞B＞C

C：反應(yīng)速率最大的是AD：相對原子質(zhì)量是C＞B＞A18、向AgNO3，Cu（NO3）3,Zn（NO3）3的混合溶液中加入一些鐵粉，反應(yīng)完全后過濾，下列情況不可能存在的是（）

A、濾紙上有Ag、Cu、Fe，濾液中有Zn2+、Fe2+B、濾紙上有Ag、Cu、，濾液中有Zn2+、Fe2+ C、濾紙上有Ag、Cu、，濾液中有Cu2+、Zn2+、Fe2+ D、濾紙上有Ag、Cu、Fe，濾液中有Cu2+、Zn2+、Fe2+

19.經(jīng)過課外學習發(fā)現(xiàn)，錳（Mn）也能排入下列金屬活動性順序中：K、Ca、Na、Mg、Al、Mn、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、、Pt、Au ⑴用元素符號將上述金屬活動性順序補充完整。

⑵已知錳鹽中錳元素顯+2價。寫出一個有金屬錳參加的置換反應(yīng)方程式：。

20.鋁合金材料屬于（）（填“純凈物”、“混合物”或“單質(zhì)”）。鋁是活潑金屬，生活中的鋁鍋卻有較強的抗腐蝕性，原因是()（用化學方程式表示）。如果將鋁片投入稀硫酸中，片刻之后才有氣泡產(chǎn)生，請用化學方程式表示這一過程：()。

21.要除去FeSO4中含有的CuSO4雜質(zhì)。可以在其溶液中加入__________，充分反應(yīng)后，再用____________方法除去雜質(zhì)；該反應(yīng)的化學方程式是：__________________________。22.以鐵、水、稀鹽酸、氧氣、稀硫酸、硫酸銅溶液為原料，根據(jù)下列化學反應(yīng)類型，寫出相應(yīng)的化學方程式：

（1）化合反應(yīng)：______________________________；（2）分解反應(yīng)：______________________________；

（3）置換反應(yīng)：__________________，___________________，_____________________。23.已知A、B、C、D四種物質(zhì)都含有同一種元素，其中A是單質(zhì)，B是黑色固體，C是紅色固體。它們之間存在著如下轉(zhuǎn)化關(guān)系：（1）A在不同條件下能夠轉(zhuǎn)化成B或C；（2）A和稀硫酸反應(yīng)有D生成；

（3）在高溫條件下，B、C分別和無色氣體E反應(yīng)，都能生成A和另一種無色氣體。根據(jù)上述

信息，寫出下列物質(zhì)的化學式：

A；C；D；E。

24.小亮在實驗室用一塊生鐵與稀鹽酸反應(yīng)，觀察到生鐵表面出現(xiàn)，同時發(fā)現(xiàn)充分反應(yīng)后的液體中有少量黑色不溶物。

提出問題：這種黑色不溶物是什么呢？ 猜想與假設(shè)：這種黑色不溶物中可能含碳。

設(shè)計方案：將黑色固體灼燒，若黑色固體中含有碳，就會有________氣體生成，要想進一步確定這種氣體，可以用_______________檢驗。

進行實驗：小亮按設(shè)計方案進行實驗，得到了預想的結(jié)果。

解釋與結(jié)論：由此小亮得出結(jié)論：（1）生鐵中___碳（含/不含）；

（2）碳與稀鹽酸_____反應(yīng)（能/不能），鐵與稀鹽酸___（能/不能）反應(yīng)。25.如圖測所示，彈簧秤下掛著一重物A，燒杯中盛有溶液B，試根據(jù) 要求回答下列問題：(1)若A為鐵塊，B為稀硫酸，則將A放入B中，過一會兒，彈簧秤的讀數(shù)將(填 “變大”、“變小”或“不變”，下同)_____________；(2)若A為鐵塊，B為硫酸銅溶液，則將A放人B中，過一會兒，彈簧秤的讀數(shù)將_________。

26.如圖所示，大試管底部有螺旋狀的光亮的鐵絲，把試管倒插入水中，放置一周后，觀察到鐵絲表面有______生成，試管內(nèi)的水面將_______，產(chǎn)生以上現(xiàn)象的原因是__________________________。27.(2008年煙臺市)置換反應(yīng)是化學反應(yīng)的基本類型之一。

(1)金屬與鹽溶液之間的置換反應(yīng)，一般是活動性較強的金屬可把活動性較弱的金屬從其鹽溶液中置換出來，如銅和硝酸銀溶液反應(yīng)，其化學方程式為。(2)非金屬單質(zhì)也具有類似金屬與鹽溶液之間的置換反應(yīng)規(guī)律，即活動性較強的非金屬可把活動性較弱的非金屬從其鹽溶液中置換出來，如在溶液中可發(fā)生下列反應(yīng)： C12+2NaBr=2NaCl+Br2 ；I2+Na2S=2NaI+S↓+Br2；Br2+2KI=2KBr+I2由此可判斷： ①S、C12、I2、Br2活動性由強到弱順序是。②下列化學方程式書寫錯誤的是。(A)C12+2NaI=2NaCl+I

2(B)I2+2KBr=2KI+Br2

(C)Br2+Na2S=2NaBr+S↓

(D)C12+K2S==2KCl+S↓

28.(2008年眉山市)同學們一起探究鋁、鐵、銅三種金屬的活動性，小剛同學設(shè)計了用銅絲、鐵絲、鋁絲和稀鹽酸，只用一只試管，取一次鹽酸的探究方案。請你和他們一起完善下表的探究方案并回答有關(guān)問題。(1)

結(jié)論：金屬活動性Al ＞ Fe ＞ Cu

(2)將鋁絲插入前應(yīng)進行的操作是 ；(3)小華同學認為在小剛設(shè)計的方案中，只要補充一個實驗，就可得出Al ＞ Fe ＞ H ＞Cu的結(jié)論。小華要補充的實驗是；

(4)小強同學認為要得到Al ＞ Fe ＞ H ＞Cu的結(jié)論，不必做補充實驗，中需將小明同學方案中插入金屬的順序調(diào)整即可，你認為調(diào)整后插入金屬的順序是。

29、為了比較Ag、Cu、Fe三種金屬的活動性，小明選擇了三種藥品來進行試驗(),小芳認為還可以選擇另外的三種藥品，你認為是（）。

30.生鐵和鋼都是鐵的合金,生鐵中碳的含量在2.0%～4.3%之間,鋼中碳的含量在0.03%～2.0%之間。將一塊質(zhì)量為8.5 g的鐵合金放入錐形瓶中,再向錐形瓶中加入91.9 g稀硫酸,恰好使鐵合金中的鐵完全反應(yīng)(碳不溶于稀硫酸,鐵合金中其它元素含量很低,可忽略不計),測得生成H2的質(zhì)量為0.3 g。試根據(jù)計算回答:

(1)該鐵合金是生鐵還是鋼?

(2)反應(yīng)后所得溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)。

31.小娟想測定Cu—Zn合金和Cu—Ag合金中銅的質(zhì)量分數(shù)，實驗室只提供了一瓶末標明溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的稀鹽酸和必要的儀器。

（1）你認為她能測出銅的質(zhì)量分數(shù)的合金是合金。

（2）小娟取該合金的粉末32.5 g，與足量該鹽酸充分反應(yīng)后，經(jīng)測定產(chǎn)生了0.4 g氣體，請你幫助她計算出該合金中銅的質(zhì)量分數(shù)？

（3）若想測出該鹽酸的溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，你認為實驗時必須提供和測出的數(shù)據(jù)是（選填序號）A.參加反應(yīng)的合金質(zhì)量B.參加反應(yīng)的稀鹽酸質(zhì)量 C.生成的氣體質(zhì)量D.參加反應(yīng)的稀鹽酸的體積和密度

第二篇：金屬切削復習題

一、名詞解釋

1、過渡表面：工件上由切削刃正切削著的表面，處在待加工表面與已加工表面之間；

2、待加工表面：工件上即將被切除的表面，也稱加工表面或切削表面。

3、進給量：主運動的一個循環(huán)或單位時間內(nèi)刀具和工件沿進給運動方向的相對位移量；

4、自由切削：只有一個切削刃參加切削的情況；寬刃刨刀刨削工件就屬于自由切削；

5、非自由切削:由非直線切削刃或多條直線切削刃同時參加切削的情況；車外圓、銑鍵槽屬于非自由切削。

二、填空題

1、刀具磨損到一定限度就不能繼續(xù)使用。這個磨損限度稱為（磨鈍標準）。

2、刀具由刃磨后開始切削，一直到磨損量達到刀具（磨鈍標準）所經(jīng)歷的總的切削時間稱為（刀具耐用度）。

3、前角γo是（前刀面）與（基面）之間的夾角；后角αo是（后刀面）與（切削平面）之間的夾角。

4、高速鋼是一種加入了較多的鎢、（鉬）、（鉻）、（釩）等合金元素的高合金工具鋼。

5、一般情況下，當前角增大時，剪切角隨之增大，變形（減?。?，當摩擦角增大時，剪切角隨之減小，變形（增大）。

6、目前應(yīng)用較廣而且比較成熟又簡單可靠的測量切削溫度的方法，是（自然熱電偶法）和（人工熱電偶法），也常有用半人工熱電偶法的。

7、通常刀具磨損的形態(tài)有（前刀面磨損）、后刀面磨損和（邊界磨損）。

8、在一定切削條件下，對工件材料進行切削加工的難易程度，稱為（工件材料切削加工性）。

9、所謂切削用量是指（切削速度）、（進給量）和（背吃刀量）。

10、主偏角是指主切削刃的投影與（進給方向）的夾角。副偏角是指副切削刃的投影與（進給方向）的夾角。楔角是（前刀面）與（后刀面）的夾角。

11、硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物WC、（TiC）、TaC、（NbC）等和金屬粘結(jié)劑經(jīng)（粉末冶金）方法制成的。

12、切削熱的來源就是（切屑變形功）和（前、后刀面的摩擦功）。

13、工件材料的強度越高，切削力就（越大），切削溫度（越高），刀具磨損加劇。

14、鋼的錳含量在11%-14%時，稱為（高錳鋼），它全部都是（奧氏體組織）時，可獲得較好的使用性能。

15、加工塑性材料時，應(yīng)選擇（較大）的前角；加工脆性材料時，應(yīng)選擇（較?。┑那敖恰?/p>

16、砂輪的特性主要由（磨料）、粒度、（結(jié)合劑）、硬度、組織及形狀尺寸等因素所決定。

17、非水溶性切削液主要是切削油，它主要起到（潤滑）作用，水溶性切削液具有良好的（冷卻）作用，清洗作用也很好。

三、簡答題

1、試分析加工不銹鋼、奧氏體耐熱鋼、淬硬鋼、高錳鋼、鈦合金時刀具材料的選擇。

答：YW類硬質(zhì)合金：主要用于加工高錳鋼、不銹鋼等難加工材料； 奧氏體耐熱鋼 ：細晶粒硬質(zhì)合金； 易造成崩刀，宜采用韌性較好的YG合；

鈦合金：可選用YG類合金。

2、加工鋼料等塑性材料和加工鑄鐵等脆性材料時，前刀面和后刀面的哪一方面切削溫高？ 答：加工鋼料塑性材料時：前刀面的切削溫度高；

加工鑄鐵脆性材料時：后刀面的切削溫度高。淬硬鋼：由于切削力很大，切削與前刀面接觸長度很短，切削力集中在切削附近，3、通常刀具磨損的原因主要有哪些？它們的磨損形式是什么？ 答：刀具磨損的原因：硬質(zhì)點磨損、粘結(jié)磨損、擴散磨損、化學磨損；

刀具磨損的形態(tài)：前刀面磨損、后刀面磨損、邊界磨損。

4、刀具破損有哪幾種形態(tài)？刀具材料對破損形態(tài)有什么影響？

答：刀具破損的形態(tài)：1）刀具脆性破損的形態(tài)有：崩刃、碎斷、剝落、裂紋破損；

2）刀具的塑性破損。刀具材料對破損形態(tài)的影響：

1）陶瓷和硬質(zhì)合金刀具斷續(xù)切削時常出現(xiàn)崩刃，出現(xiàn)小塊碎斷或大塊斷裂的情況； 2）硬質(zhì)合金和陶瓷刀具斷續(xù)切削時時常發(fā)生碎斷，一般情況下可以重磨修復再使用； 3）陶瓷刀具的端銑和硬質(zhì)合金低速斷續(xù)切削時發(fā)生剝落；

4）刀具材料在長時間斷續(xù)切削時會由于疲勞引起裂紋不斷擴展，引起切削刃的碎斷或斷裂。

5）刀具材料硬度越高，越不容易發(fā)生塑性破壞，因而高速鋼刀具因其耐熱性較低常發(fā)生塑性破損。

5、刀具磨損的主要原因是什么？刀具材料不同，其磨損原因是否相同，為什么？ 答：

1、刀具磨損的主要原因是：機械磨損和熱、化學磨損；

2、其磨損原因不同；機械磨損是由工件材料中硬質(zhì)點的刻化作用引起的磨損；熱、化學磨損是由粘結(jié)、擴散、腐蝕等引起的磨損。

6、為什么一般均采取減小副偏角而不采取減小主偏角的方法來減小表面粗糙度？

答：因為減小副偏角的效果比減少主偏角的效果更明顯；減小主偏角意味著切削抗力增大，易使工件產(chǎn)生振動；

7、影響切削溫度的主要因素有哪些？隨著這些因素的變化切削溫度如何變化？ 答：主要影響因素有：1）切削用量的影響2）刀具幾何參數(shù)的影響3）工件材料的影響4)刀具磨損的影響5）切削熱的影響；

切削溫度的變化：

1、切削用量：1）隨切削速度的增加，切削熱帶走熱量的比率增大，切削溫度的提高越緩慢；2）隨進給量的增大，切削帶走的剪切熱和摩擦熱越多，切削溫度提高的越緩慢；3）背吃刀量對切削溫度影響較?。?/p>

2、刀具幾何參數(shù)：1）切削溫度隨前角的增大而降低；2）切削溫度隨主偏角的減小使切削溫度下降；3）負倒棱及刀尖圓弧半徑對切削溫度影響很小；

3、工件材料強度硬度增大時，產(chǎn)生的切削熱增多，切削溫度升高；

4、刀具后刀面的磨損值達到一定數(shù)值后，對切削溫度的影響增大；

5、切削液能夠降低切削溫度。

8、提高切削用量的途徑有哪些？（184）

答：

1、采用切削性能更好的新型刀具材料，采用耐熱性和耐磨性高的刀具材料是提高切削用量的主要途徑；

2、改善工件的加工性，采用添加硫、鉛的易切鋼；

3、改進刀具結(jié)構(gòu)和選用合理刀具幾何參數(shù)；

4、提高刀具的刃磨及制造質(zhì)量；

5、采用新型的性能優(yōu)良的切削液和高效率的冷卻方法。

9、試分析刀具材料對加工粗糙度的影響。（149）

答：

1、刀具材料不同，與工件材料的親和力不同，產(chǎn)生積屑瘤的難易程度不同，因而導熱系數(shù)及前刀面摩擦系數(shù)不同，粗糙度不同；

2、刀具材料與工件材料間摩擦系數(shù)越大，粘結(jié)情況越嚴重，工件加工表面粗糙度就越大；

10、什么是易切削鋼？它的易切削原理是什么？

答：易切削鋼：在鋼中加入一定數(shù)量的一種或一種以上的硫、磷、鉛、鈣、硒、碲等易切削元素，以改善其切削加工性的合金鋼。

由于鋼中加入的易切削元素，使鋼的切削抗力減小，同時易切削元素本身的特性和所形成的化合物起潤滑切削刀具的作用，易斷屑，減輕了磨損，從而降低了工件的表面粗糙度，提高了刀具壽命和生產(chǎn)效率。

11、加工硬化產(chǎn)生的原因，以及影響加工硬化的的因素有哪些？ 加工硬化產(chǎn)生的原因，以及影響加工硬化的的因素有哪些？P150 原因：已加工表面的形成過程中，表層金屬經(jīng)受了復雜的塑性變形。加工表面嚴重變形層內(nèi)金屬晶格拉長、擠緊、扭曲、碎裂，使表層組織硬化。影響加工硬化的因素

1、刀具方面：前角越大，硬化層深度越?。磺邢魅锈g圓半徑越大，加工硬化越大；刀具后刀面磨損量VB越大，加工硬化越大。

2、工件方面： 塑性越大，強化越大，熔點越高不易弱化，則硬化越嚴重。

3、切削條件：隨切削速度的增加加工硬化先是減?。ㄗ冃涡。?，隨后又隨切速的增加而增加（溫度高，發(fā)生相變，遇急劇冷卻，產(chǎn)生淬火）；很高切速下，進給量增大，加工硬化增大；背吃刀量對加工硬化的影響不顯著。

四、論述題

1、試簡述積屑瘤是如何產(chǎn)生的？它對切削過程有哪些影響？防止積屑瘤的方法有哪些？

如何產(chǎn)生的：當切屑與刀具前刀面的接觸面達到一定溫度，同時壓力又較高時，會產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，亦即一般所謂：冷焊。這時切屑從粘在刀面的底層上流過，形成內(nèi)摩擦，如果溫度與壓力適當，底層上面的金屬因內(nèi)摩擦而變形，也會發(fā)生加工硬化，而被阻滯在底層，粘成一體。這樣粘結(jié)層就逐步長大，直到該處的溫度與壓力不足以造成粘附為止。一般，塑性材料的加工硬化傾向愈強，愈易產(chǎn)生積屑瘤；溫度與壓力太低，不會產(chǎn)生積屑瘤；反之，溫度太高，產(chǎn)生弱化現(xiàn)象也不會產(chǎn)生積屑瘤。影響：

1、實際前角增大，切削力減小；

2、增大切削厚度，引起振動；

3、使加工表面粗糙度增大；

4、刀具耐用度降低。

方法：（1）降低切削速度，使溫度降低，使粘結(jié)現(xiàn)象不易發(fā)生；

（2）采用高速切削，使切削溫度高于積屑瘤消失的相應(yīng)溫度；

（3）采用潤滑性能好的切削液，減小摩擦；

（4）增加刀具前角，以減小刀屑接觸區(qū)壓力；

（5）提高工件材料硬度，減小加工硬化傾向。

2、怎樣通過分析影響工件材料切削加工性的因素，來探討改善工件材料切削加工性的途徑？

因素：工件材料硬度，工件材料強度，工件材料塑性和韌性，工件材料導熱系數(shù)，工件材料化學成分，工件材料金屬 組織，切削條件等。

途徑：調(diào)整工件材料的化學成分，以改善切削加工性，在大批量生產(chǎn)中，通過調(diào)整工件材料的化學成分來改善切削性，如加入S、Pb 等，能使鋼的切削加工性得到改善，切削力小，容易斷屑，且刀具耐用度高，加工表面質(zhì)量好。通過熱處理改變工件材料的金相組織和物理力學性能以改善切削加工性。

3、工件材料切削加工性為什么是相對的？用什么指標來衡量工件材料切削加工性？怎么評價工作材料切削加工性？

加工設(shè)備不同，生產(chǎn)方式不同，切削狀態(tài)不同等等，都使衡量切削加工性的指標不相同，因此切削加工性是一個相對的概念。以加工質(zhì)量、刀具耐用度和斷屑性能衡量金屬材料的切削加工性。當?shù)毒吣陀枚葹門時（一般情況下可取T=60min），切削該種工件材料所允許的切削速度VT越高，則工件材料的切削加工性越好。生產(chǎn)中通常使用相對加工性來衡量工件材料的切削加工性，所謂相對加工性是以45鋼的V60J作為基準，其它被切削的工件材料的V60與之相比的數(shù)值，記作kv，即相對加工性。

4、提高難切削材料切削加工性的途徑有哪些？并簡要說明。

1）選擇合適的刀具材料，刀具材料的性能會影響切削的效率，同時切削的對象不同選用不同的刀具材料； 2）對工件材料進行相應(yīng)的熱處理，盡可能在最適宜的組織狀態(tài)下進行切削； 3）提高機床-夾具-刀具-工件這一工藝系統(tǒng)的剛性，提高機床的功率；

4）刀具表面應(yīng)該仔細研磨，達到盡可能小的粗糙度，以減小粘結(jié)，減小因沖擊造成的微崩刃； 5）合理選擇刀具幾何參數(shù)，合理選擇切削用量； 6）對斷屑、卷屑、排屑和容屑給予足夠的重視； 7）注意使用切削液，以提高刀具耐用度；

5、簡述殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及其影響因素。原因：

1）機械應(yīng)力引起的塑性變形，表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力； 2）熱應(yīng)力引起的塑性變形，表層金屬產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力；

3）相變引起的體積變化，相變體積增大時，表層金屬產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，里層產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力。體積減小則相反。影響因素：

1）刀具的影響，當前角由正值變?yōu)樨撝禃r，表層的殘余拉應(yīng)力逐漸減小，但殘余應(yīng)力層的深度增大。后刀面的磨損加劇，則使表面殘余拉應(yīng)力增大，應(yīng)力層深度增加；

2）工件的影響，塑性大的材料表面容易產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力，而且塑性越大殘余拉應(yīng)力越大。對于脆性材料表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；

3）切削條件的影響，切削速度增加時，切削溫度增大，表面殘余拉應(yīng)力增大，但殘余拉應(yīng)力層的深度卻減小，這是因為隨著切削速度的增大切削力減小，從而塑性變形區(qū)隨之減??；進給量的增大，表面殘余拉應(yīng)力增大，應(yīng)力層深度增大。

第三篇：金屬工藝學復習題

金屬工藝學復習題

1.鑄造、鍛造、沖壓、焊接的概念與優(yōu)缺點？

鑄造：將液態(tài)金屬澆注到具有與零件形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型型腔中，待其冷卻凝固，以獲得毛坯或零件的生產(chǎn)方法。優(yōu)點：（1）可制造形狀復雜，特別是內(nèi)腔復雜的鑄件，如：復雜的機箱、閥體、汽缸等。

（2）鑄件大小不受限制，幾克～數(shù)百噸。

（3）鑄造適用范圍廣，幾乎凡能熔化的金屬材料均可用于鑄造。缺點：成型的鑄件內(nèi)部致密性較低，易出現(xiàn)如縮孔、縮松等缺陷，力學性能較低。鍛造：利用沖擊力或壓力使金屬在抵鐵間或鍛模中變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件的工藝方法。自由鍛優(yōu)點：（1）所用設(shè)備簡單，可鍛零件重量1kg～100T（2）通用性強，易于單件、小批量生產(chǎn) 缺點：（1）生產(chǎn)率低，鍛件精度、光潔度差（2）只能鍛形狀很簡單的零件（3）操作技術(shù)要求高 模鍛優(yōu)點：（1）精度高

（2）生產(chǎn)率高（可達幾十倍）（3）可鍛重量0.5～150kg的工件 缺點：只適合大量生產(chǎn) 胎模鍛優(yōu)點：（1）與自由鍛比較，生產(chǎn)率高，消耗金屬少，質(zhì)量好；

（2）與模鍛相比，胎膜鍛制造成本低，使用設(shè)備簡單，適合中小批量生產(chǎn)； 缺點：表面質(zhì)量不如模鍛，胎膜容易損壞。

板料沖壓/冷沖壓：利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法。（熱沖壓：板料厚度超過8~10mm）優(yōu)點：（1）可以沖壓出形狀復雜的零件，且廢料較少

（2）產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度值，沖壓件的互換性較好（3）能獲得重量輕、材料消耗少、強度和剛度都較高的零件

（4）沖壓操作簡單，工藝過程便于機械化和自動化，生產(chǎn)率很高。故零件成本低。缺點：（1）沖模制造復雜、成本高，只有在大批量生產(chǎn)條件下有優(yōu)越性（2）適用材料：塑性好的材料，如低碳鋼，有色金屬等

焊接：利用加熱或加壓力等手段，借助金屬原子的結(jié)合與擴散作用，使分離的金屬材料牢固地連接起來的工藝方法。優(yōu)點：（1）制造大型結(jié)構(gòu)件或復雜機器部件（2）化大為小、化復雜為簡單來準備坯料（3）對不同材料進行焊接，制成雙金屬構(gòu)件

1.什么叫液態(tài)合金的充型能力？充型能力不足會導致什么 缺陷？影響合金充型能力的主要因素是什么？

液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀準確、輪廓清晰鑄件的能力，稱為液態(tài)合金的充型能力。充型能力不足會產(chǎn)生：（1）澆不足：使鑄件不能獲得充分的形狀；（2）冷隔：鑄件雖獲得完整的外形，但因存在未融合的部位，使力學性能嚴重變壞。影響合金充型能力的主要因素：（1）合金的流動性（化學成分：純金屬/共晶）（2）澆注條件（澆注溫度愈高，合金粘度下降/充型壓力）（3）鑄型填充條件2.為什么共晶成分的合金充型能力好？澆注溫度對合金的充型能力有什么影響？

（1）由于合金的流動性愈好，充型能力愈強，而影響合金流動性的因素以化學成分的影響最為顯著。共晶成分合金的結(jié)晶是在恒溫下進行的，此時，液態(tài)合金從表層逐層向中心凝固，由于已結(jié)晶的固體層內(nèi)表面比較光滑，對金屬液的流動阻力小，故流動性最好。所以共晶成分的合金充型能力好。

（2）澆注溫度對合金充型能力有著決定性影響。澆注溫度愈高，合金的粘度下降，且因過熱度高，合金在鑄型中保持流動的時間長，故充型能力強；反之，充型能力差。但澆注溫度過高，鑄件容易產(chǎn)生縮孔、縮松粘砂、析出性氣孔、粗晶等缺陷，故在保證充型能力足夠的前提下，澆注溫度不宜過高。

3.鑄件凝固過程中，斷面上一般存在哪幾個區(qū)域？鑄件的凝固方式是根據(jù)什么來劃分的？

（1）鑄件凝固過程中，其斷面上一般存在三個區(qū)域，即固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)。（2）鑄件的“凝固方式”是依據(jù)凝固區(qū)的寬窄來劃分的。

4.鑄件的凝固方式有哪幾種？哪一種凝固方式的充型能力最好？為什么？其代表性合金是什么？

（1）凝固方式：逐層凝固；糊狀凝固；中間凝固（2）逐層凝固的充型能力最好。因為純金屬或共晶成分合金在凝固過程中不存在液、固并存的凝固區(qū)，故斷面上外層的固體和內(nèi)層的液體有一條界限（凝固前沿）清楚地分開。隨著溫度的下降，固體層不斷加厚，液體層不斷減少，直達鑄件的中心，所以這樣的凝固方式充型能力最好。代表合金：鋁硅合金。

5.鑄件的收縮經(jīng)歷哪幾個階段？“縮孔”和“縮松”在那個階段產(chǎn)生？如何防止？“變形”和“裂紋”在哪個階段產(chǎn)生？如何防止？（1）收縮三個階段：液態(tài)收縮——凝固收縮——固態(tài)收縮（2）“縮孔”和“縮松”產(chǎn)生于液態(tài)收縮和凝固收縮兩個階段。為了防止“縮孔”和“縮松”，可使鑄件實現(xiàn)順序凝固，所謂順序凝固就是在鑄件上可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位通過安放冒口等工藝措施，使鑄件遠離冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。按照這樣的凝固順序，使鑄件各個部位的收縮均能得到補充，而將縮孔轉(zhuǎn)移到冒口之中，冒口是多余部分，可切除。（3）“變形”和“裂紋”產(chǎn)生于固態(tài)收縮階段。為防止鑄件產(chǎn)生變形，設(shè)計時盡可能使鑄件的壁厚均勻、形狀對稱，鑄造工藝上采用同時凝固原則，以便冷卻均勻；對于長而易變性的鑄件，還可采用“反變形”工藝，即在模樣上預先作出相當于鑄件變形量的“反變形”以抵消鑄件的變形；對于不允許發(fā)生變形的重要件必須進行時效處理，從而消除內(nèi)應(yīng)力，防止變形。裂紋分熱裂和冷裂兩種，為防止熱裂可采用結(jié)晶溫度范圍窄的合金，減小液、固兩相區(qū)的絕對收縮量，降低鋼鐵中硫的含量，采用退讓性較好的鑄型等方法；為防止冷裂，可使用塑性較好的合金。

6.灰口鑄鐵可分為哪幾種？灰鑄鐵具有什么特點？影響石墨化的主要因素是什么？

（1）灰口鑄鐵：灰鑄鐵、可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵（2）灰鑄鐵的抗拉強度低，塑形、韌性差，不能鍛造和沖壓，焊接性能很差，裂紋傾向較大，但具有優(yōu)良的減振性，耐磨性好，缺口敏感度小，鑄造性能優(yōu)良，切削加工性好。

（3）影響石墨化的主要因素是化學成分和冷卻速度。

7.可鍛鑄鐵生產(chǎn)具有什么特點？應(yīng)用場合是什么？為什么？ 可鍛鑄鐵具有相當高的塑形和韌性，但并不能真的用于鍛造；可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過程復雜，退火周期長，能源耗費打，鑄體的成本較高。通常用于制造形狀復雜、承受沖擊載荷的薄壁小件。因為這些小件若用一般鑄鋼制造困難較大；若改用球墨鑄鐵，質(zhì)量又難保證。

8.球墨鑄鐵生產(chǎn)具有什么特點？

（1）制造球墨鑄鐵所用的鐵液含碳、硅要高，但硫磷含量要低，出爐的鐵液溫度須高達1450℃以上

（2）要進行嚴格的球化處理和孕育處理。球化劑是稀土鎂合金，作用是使石墨呈球狀析出；孕育劑是硅含量75%的硅鐵，作用是促進石墨化，防止球化元素所造成的白口傾向。（3）鑄型工藝上，由于球墨鑄鐵較灰鑄鐵易產(chǎn)生縮孔，縮松，皮下氣孔和夾渣，因此采用順序凝固；增加鑄型剛度；降低鐵液的含硫量和殘余鎂量以防止皮下氣孔；加強擋渣措施以防產(chǎn)生缺陷。

（4）多數(shù)球鐵件鑄后要進行熱處理，保證力學性能，常用熱處理方法是退火和正火。

9.鑄造工藝圖上包括哪些內(nèi)容？

澆注位置，鑄型分型面，型芯的數(shù)量、形狀、尺寸及其固定方法，加工余量，收縮率澆注系統(tǒng)，起模斜度，冒口和冷鐵的尺寸和布置等。

10.鑄型分型面的選擇原則是什么？

（1）應(yīng)盡量使分型面平直、數(shù)量少。

（2）應(yīng)避免不必要的型芯和活塊，以簡化造型工藝。（3）應(yīng)盡量使鑄件全部或大部分置于下箱。

對于具體鑄件來說，上述諸原則難以全面滿足，有時甚至互相矛盾。因此，必須抓住主要矛盾、全面考慮，至于次要矛盾，則應(yīng)從工藝措施上設(shè)法解決。

11.鑄件工藝參數(shù)選擇時應(yīng)注意哪些？ 為了繪制鑄造工藝圖，在鑄造工藝圖方案初步卻確定之后，還必須選定鑄件的機械加工余量、起模斜度、收縮率、型芯頭尺寸等工藝參數(shù)。

（1）要求的機械加工余量和最小鑄孔。余量過大，機械加工費工且浪費金屬；余量過小，鑄件將達不到加工面的表面特征與尺寸精度要求。鑄件上的孔、槽是否鑄出，不僅取決于工藝上的可能性，還必須考慮其必要性。

（2）起模斜度。為使型砂便于從模樣內(nèi)腔中取出，內(nèi)壁起模斜度應(yīng)比外壁大。（3）收縮率。為保證鑄件應(yīng)有尺寸，模樣尺寸必須比鑄件放大一個該合金的收縮量。

（4）型芯頭。芯頭必須留有一定的斜度α 12.怎樣合理設(shè)計鑄件的壁厚？

（1）鑄件應(yīng)有適合的壁厚，應(yīng)選擇合理的截面形狀或采用加強筋，以便采用較薄的結(jié)構(gòu)

（2）鑄件的壁厚也應(yīng)防止過薄，應(yīng)大于所規(guī)定的最小壁厚，以防澆不到或冷隔缺陷

（3）鑄件的內(nèi)壁散熱慢故應(yīng)比外壁薄些，以防縮孔及裂紋的產(chǎn)生（4）鑄件的壁厚應(yīng)盡可能均勻，以防厚壁處金屬聚集，產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷。

13.鑄件壁的聯(lián)接有什么特點？為什么？

（1）鑄件壁間轉(zhuǎn)角處一般應(yīng)具有結(jié)構(gòu)圓角，因為直角連接處的內(nèi)側(cè)較易產(chǎn)生縮孔、縮松和應(yīng)力集中。通常使轉(zhuǎn)角處內(nèi)接圓直徑小于相鄰壁厚的1.5倍

（2）為減小熱節(jié)和內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)避免鑄件壁間銳角連接，而改用先直角接頭后再轉(zhuǎn)角的結(jié)構(gòu)。當接頭間壁厚差別很大時，為減少應(yīng)力集中，應(yīng)采用逐步過渡方法，防止壁厚的突變。

14.塑性變形對金屬的組織和性能有什么影響？

（1）金屬在常溫下經(jīng)過塑形變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化：晶粒沿最大變形的方向伸長；晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；晶粒間產(chǎn)生碎晶。

（2）金屬的力學性能隨其內(nèi)部組織的改變而發(fā)生明顯變化。變形程度增加時，金屬的強度及硬度升高，而塑形和韌性下降。在冷變形時，隨著變形程度的增加，金屬產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，即金屬材料的所有強度指標（彈性極限、比例極限、屈服點和強度極限）和硬度都有所提高，但塑形和韌性有所下降。

15.什么叫金屬的可鍛性？常用什么來衡量？影響金屬可鍛性的因素有哪些？（1）金屬的可鍛性是材料在鍛造過程中經(jīng)受塑性變形而不開裂的能力。

（2）可鍛性的優(yōu)劣常用金屬的塑性和變形抗力來綜合衡量。塑形越好，變形抗力越小，則金屬的可鍛性越好；反之則越差。

（3）金屬的可鍛性取決于金屬的本質(zhì)和加工條件。金屬的本質(zhì)受化學成分和組織的影響。加工條件受變形溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)力狀態(tài)的影響。

16.鍛造過程中，碳鋼的鍛造溫度范圍是如何確定的？若確定不當，會產(chǎn)生什么問題？

鍛造溫度范圍是鍛件由始鍛溫度到終鍛溫度的溫度區(qū)間。始鍛溫度是開始鍛造時坯料的溫度，終鍛溫度是坯料經(jīng)過鍛造成形，在停鍛時的瞬時溫度。碳鋼的鍛造溫度范圍的確定是以合金狀態(tài)圖為依據(jù)的。始鍛溫度比AE線低200℃左右，終鍛溫度為800℃左右。若確定不當，始鍛溫度過低，金屬可鍛性急劇變差，使加工難于進行，強行鍛造，將導致加工硬化、鍛坯破裂報廢。

17.自由鍛的工序分為哪幾類？基本工序主要有哪些？

（1）自由鍛工序可分為基本工序、輔助工序和精整工序三大類。（2）基本工序主要有：鐓粗、拔長、沖孔、扭轉(zhuǎn)、錯移、切割

18.模鍛模膛與制坯模膛各有什么作用？模鍛模膛又分為哪兩種？他們的作用和不同點分別是什么？（1）模鍛模膛：由于金屬在此種模膛中發(fā)生整體變形，故作用在鍛模上的抗力較大。制坯模膛：為了制作形狀復雜的模鍛件，使坯料形狀基本接近模鍛件形狀，使金屬能合理分布和很好地充滿模鍛模膛，預先在制坯模膛內(nèi)制坯。

（2）模鍛模膛分為終鍛模膛和預鍛模膛兩種。終鍛模膛是模鍛時最后成形用模膛，模膛四周的飛邊槽，可增加阻力，使金屬更好地充滿模膛，容納多余的金屬。在不能直接獲得沖孔的部位留有連皮。預鍛模膛是使鍛坯最終成形前獲得接近終鍛形狀的模膛，可改善終鍛時金屬的流動條件。可減少對終鍛模膛的磨損，延長模鍛的使用壽命。兩者的主要區(qū)別是，預鍛模膛的圓角和斜度較大，沒有飛邊槽。

19.繪制模鍛鍛件圖時應(yīng)考慮哪些內(nèi)容？確定鍛件分模面的原則是什么？

（1）繪制模鍛鍛件圖時應(yīng)考慮余塊、機械加工量、鍛造公差、分模面、模鍛斜度、模鍛圓角半徑、連皮厚度等。

（2）選定分模面的原則是：a.應(yīng)保證模鍛件能從模膛中取出，一般情況，分模面應(yīng)選在模鍛件的最大截面處；b.應(yīng)使上、下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，便于調(diào)整鍛模位置；c.分模面應(yīng)選在能使模膛深度最淺的位置上；d.選定的分模面應(yīng)使零件上所增加的余塊最少；e.分模面最好是一個平面。

20.沖壓生產(chǎn)的基本工序有哪兩類？落料和沖孔時什么是成品，什么是廢料？凸凹模間隙對沖裁過程有何影響？怎樣確定沖裁模刃口的尺寸？（1）沖壓生產(chǎn)的基本工序有分離工序和變形工序兩大類。

（2）利用沖裁取得的一定外形的制件或坯料是落料的成品，將材料以封閉的輪廓分離開來，獲得的帶孔的制件是沖孔的成品。沖孔中的沖落部分為廢料。（3）凹凸模間隙影響沖裁件的斷面質(zhì)量、模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。間隙過大，造成沖裁件邊緣粗糙，卸料力和推件力??；間隙過小，造成上下裂紋不能很好重合，摩擦力大，模具壽命降低。

（4）為保證沖裁件的尺寸要求，并提高磨具的使用壽命，落料時凹模刃口的尺寸應(yīng)靠近落料件公差范圍內(nèi)的最小尺寸；沖孔時，選取凸模刃口的尺寸靠近孔的公差范圍內(nèi)的最大尺寸。

21.拉深過程中常產(chǎn)生什么缺陷？原因是什么？彎曲時經(jīng)常會發(fā)生什么現(xiàn)象？如何預防？

（1）拉伸過程中的常見缺陷：拉穿和起皺。拉穿是由于a.凹凸模的兩個圓角半徑過小，易將板料拉穿；b.凹凸模的間隙過小，摩擦力增大，易拉穿工件和擦傷工件表面，且降低模具壽命；c.拉伸系數(shù)越小，拉伸件直徑越小，變形程度越大，坯料被拉入凹模越困難，易產(chǎn)生拉穿廢品；d.潤滑不夠，表面磨損和摩擦力過大。

起皺現(xiàn)象與坯料的厚度和拉伸系數(shù)有關(guān)，相對厚度越小或拉伸系數(shù)越小，越容易起皺，間隙過大，也容易使拉伸件起皺。

（2）彎曲時容易發(fā)生金屬破裂。板料越厚，內(nèi)彎曲半徑越小，拉應(yīng)力越大，越容易彎裂。為防止彎裂，最小彎曲半徑應(yīng)為rmin=(0.25~1)δ(δ為金屬板料的厚度)。材料塑性好，則彎曲半徑可小些。彎曲時還應(yīng)盡可能使彎曲線與板料纖維垂直。

22.什么叫焊接？直流電弧焊中正接和反接的特點是什么？（1）焊接是通過加熱或加壓（或兩者并用），使工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的一種連接方式。

（2）正接是將工件接到電源的正極，焊條（或電極）接到負極；反接是將工件接到電源的負極，焊條（或電極）接到正極。正接時工件溫度相對高一些。

23.焊接熱影響區(qū)分為幾部分，各具有何組織、性能特點？

焊接熱影響區(qū)可分為熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)等。

（1）熔合區(qū)：熔化的金屬凝固成鑄態(tài)組織，為熔化金屬因加熱溫度過高成為過熱粗晶。在低碳焊接接頭中，熔合區(qū)強度、塑形和韌性下降，此處接頭斷面變化，應(yīng)力集中。熔合區(qū)很大程度上決定焊接接頭的性能。

（2）過熱區(qū)：奧氏體晶粒粗大，形成過熱組織。塑性韌性降低，對于易淬火硬化鋼材，此區(qū)脆性更大。

（3）正火區(qū)：加熱金屬發(fā)生重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉膴W氏體晶粒。冷卻后得到均勻而細小的鐵素體和珠光體組織，力學性能優(yōu)于母材。

（4）部分相變區(qū)：珠光體和鐵素體發(fā)生重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變成細小的奧氏體晶粒。部分鐵素體不發(fā)生相變，但其晶粒有長大趨勢。冷卻后晶粒大小不均，因而力學性能比正火區(qū)稍差。

24.如何防止焊接時的變形？ 當對焊件的變形有較高限定時，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用對稱結(jié)構(gòu)或大剛度結(jié)構(gòu)、焊縫對稱分布結(jié)構(gòu)都可減小或不出現(xiàn)焊接變形。施焊中，采用反變形措施或剛性夾持方法，都可減小焊件的變形。正確選擇焊接參數(shù)和焊接次序，對減小焊接變形也很重要。對于焊后變形小但已超過允許值的焊件，可采用機械矯正法或火焰加熱矯正法加以消除。

25.普通電焊條是由什么組成？各具有什么作用？選用電焊條的原則是什么？（1）普通電焊條是由焊芯和藥皮（涂料）兩部分組成。焊芯起導電和填充焊縫金屬的作用，藥皮則用于保證焊接順利進行并使焊縫具有一定的化學成分和力學性能。

（2）焊條通常是根據(jù)工件化學成分、力學性能、抗裂性、耐腐蝕性以及高溫性能等要求，選用相應(yīng)的焊條種類。a.低碳鋼和低合金鋼構(gòu)件，一般要求焊縫金屬與母材等強度；b.同一強度等級的酸性焊條或堿性焊條的選定，應(yīng)依據(jù)焊接件的結(jié)構(gòu)形狀、鋼板厚度、載荷性質(zhì)和鋼材的抗裂性能而定。通常對要求塑性好、沖擊韌度搞、抗裂能力強或低溫性能好的結(jié)構(gòu)。選用堿性焊條。如果構(gòu)件受力不復雜、母材質(zhì)量較好，應(yīng)選用較經(jīng)濟的酸性焊條；c.低碳鋼與低合金鋼焊接，可按異種鋼接頭中強度較低的鋼材來選用相應(yīng)的焊條；d.鑄鋼件含碳量較高，厚度較大，形狀復雜，容易產(chǎn)生焊接裂紋，應(yīng)選用堿性焊條，并采取適當?shù)墓に嚧胧ㄈ缂訜幔┻M行焊接；e.不銹鋼和耐熱鋼性能特殊，應(yīng)選用相應(yīng)的專用焊條，以保證焊縫的主要化學成分和性能與母材相同。

26.什么叫金屬的焊接性？如何衡量鋼材的焊接性？

（1）金屬材料的焊接性是指在限定的施工條件下，焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預定服役要求的能力。即金屬材料在一定焊接工藝條件下，表現(xiàn)出來的焊接難易程度。（2）可用碳當量法來衡量被焊鋼材的焊接性。

當w(c)當量<0.4%~0.6%時，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，焊接性良好。當w(c)當量=0.4%~0.6%時，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，焊接能力相對較差。當w(c)當量>0.6%時，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強，焊接性不好。

27.各種材料的焊接特點。（1）低碳鋼：含碳量≤0.25%，塑形好，一般沒有淬硬傾向，對焊接過程不敏感，焊接性好。不需采取特殊的工藝措施，焊后也不需進行熱處理。厚度大于50mm的低碳鋼結(jié)構(gòu)，焊后應(yīng)進行消除內(nèi)應(yīng)力退火，低溫環(huán)境下，應(yīng)進行焊前預熱。可以用各種焊接方法進行焊接，應(yīng)用最廣泛的是焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊和電阻焊等。

（2）中、高碳鋼：含碳量為0.25%~0.6%，隨著含碳量的增加，淬硬傾向越加明顯，焊接性逐漸變差。中碳鋼熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋，焊縫金屬產(chǎn)生熱裂紋傾向較大，焊前必須進行預熱，多采用焊條電弧焊，焊后進行相應(yīng)熱處理。高碳鋼的焊接特點與中碳鋼基本相似，但焊接性更差，預熱溫度更高，工藝措施更嚴格，高碳鋼焊接一般只限于利用焊條電弧焊進行修補工作。

（3）可焊接低合金結(jié)構(gòu)鋼：熱影響區(qū)的淬硬傾向增加，產(chǎn)生馬氏體組織，硬度增高、塑形和韌性下降。鋼材強度級別越高，焊接接頭的冷裂紋傾向越大。熱裂紋傾向不大。對于強度級別高的低合金碳鋼，焊前一般均需預熱，焊后還應(yīng)進行熱處理。（4）鑄鐵：熔合區(qū)易產(chǎn)生白口在組織，易產(chǎn)生裂紋，氣孔，由于鑄鐵流動性好，一般只進行平焊，采用氣焊、焊條電弧焊進行焊補。（5）銅和銅合金：焊前工件需預熱，選用較大電流或火焰，焊接過程中易開裂?？捎脷寤『浮夂?、碳弧焊、釬焊等

（6）鋁和鋁合金：氧化鋁密度較大，易使焊縫形成夾縫缺陷；鋁的導熱系數(shù)較大，要使用大功率或能量集中的熱源；鋁的膨脹系數(shù)也較大，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，可能導致裂紋；在熔池凝固中易產(chǎn)生氣孔；常需采用墊板進行焊接。常用方法有氬弧焊、氣焊、點焊、縫焊和釬焊。

第四篇：金屬功能材料復習題

1.是金屬功能材料，分類。

答：（1）能量與信息的顯示、轉(zhuǎn)換、傳輸、儲存等方面，具有獨特功能的一類材料，這些特殊功能是以它們所具有優(yōu)良的電學、磁學、光學、熱學、聲學等物理性能為基礎(chǔ)的；（2）主要包托：貯氫合金、梯度功能材料、磁性材料、金屬薄膜材料、環(huán)境材料、納米金屬材料、非晶態(tài)金屬材料、信息材料、超導材料和智能金屬材料等。

2.是超導體，超導體的種類，簡述YBCO的制備原理。

（1）在一定低溫情況下導體的電阻為0的導體叫做超導體，按照人們的認識分為兩種, 一種是簡單的超導體, 利用BCS理論可以描述.另一種是高溫超導體, 研究發(fā)現(xiàn)與能帶的p-波有關(guān), 又稱p-波超導體.（2）2．1燒結(jié)法

選用氧化物或碳酸鹽為原材料，首先將各種原材料要純、細，配料時嚴格按照YBa2Cu3O7(簡稱123相)配比，然后研磨使得原料均勻混合，將材料預合成單

一均勻的123相合成料，再次將粉末研磨3～4小時，通過壓制將樣品壓制成緊密結(jié)構(gòu)，最后將有壓制好的樣品放入瓷坩堝中，并放入爐內(nèi)燒結(jié)。燒結(jié)工藝是制備YBCO超導陶瓷的最關(guān)鍵步驟，由于YBa2Cu3O7較難燒結(jié)，在高溫下不一致熔融，O呈現(xiàn)分解熔融，當溫度升高到1000C左右時，有部分液相產(chǎn)生。一般為了提高

難燒結(jié)物質(zhì)的燒結(jié)性，往往加入少量的燒結(jié)助劑，但這種方式，會使得超導陶瓷的特性變差，所以有必要改善粉末體的特性和選擇適當?shù)臒Y(jié)制度。實際燒結(jié)時要得到純粹的Y123相是不容易的，即存在組成的不均勻性。在這種情況下，為得到異相析出盡量少的Y123燒結(jié)體，有效的方法之一是降低燒結(jié)溫度[3]。另外燒結(jié)條件下的氧分，升降溫制度也是非常重要的方面。研究結(jié)果表明，為得到具有良好超導性的燒結(jié)體，必須在適當?shù)难鯄悍謿夥障聫母邷鼐徛鋮s，在500～600OC保溫且維持該氧氣氛。

2.2共沉淀法

利用以硝酸釔、硝酸鋇和硝酸銅為反應(yīng)原料溶于水中，而后加入草酸作為沉淀劑，獲得相應(yīng)的草酸鹽共沉淀產(chǎn)物，經(jīng)過濾分離后，將沉淀物在800～900OC加熱分解和固態(tài)反應(yīng)可得到組成均勻的YBa2Cu3O7多晶體粉體。在粉末預燒結(jié)過

程中,在850OC燒結(jié)，即能完成123相轉(zhuǎn)變，在915OC能得到雜相含量非常少123的單相粉。采用共沉淀法獲得的粉末具有含雜質(zhì)少、顆粒細、組成均勻、無第二相分布的YBCO塊狀多晶的優(yōu)點，共沉淀粉燒結(jié)樣品晶粒邊界附近約有2～5nm厚的富銅、貧氧和貧釔層，這一非化學計量層和樣品中的疏孔、裂紋等構(gòu)成了樣品的弱連接區(qū) ,并導致低臨界電流密度[4]。但是共沉淀法存在的問題是投入料的組成與共沉淀物的組成間有偏離，而偏離相的組成較大時，最后的成分中可能出現(xiàn)不同的相，這些相將直接影響YBCO材料的特性。

2.3熔融法

[5]1987貝爾實驗室采用熔融冷卻工藝得到了塊體超導陶瓷材料（YBa2Cu3O7），其臨界電流密度已達到7800A/cm2(77K,0T)，甚至77K,1T時，臨界電流密度仍大于1000 A/cm2，這被認為是由于無弱連接且晶界極其潔凈的緣故。

熔融法實驗方法是首先在紅外、X光分析基礎(chǔ)上制備高品質(zhì)的Y123的超導體粉和Y2BaCuO4(Y211)粉體，摻與10%的Wt Ag2O以及不同比例的Y211相粉末后，OO在880C燒結(jié)24h,再壓塊成形，經(jīng)920C X 24h+970OC X 24h燒結(jié)后，富40%mol的Y211的樣品，體密度達到5.4g/cm3左右；最后在具有一定溫度梯度的管式爐

中，進行熔融慢冷生長，慢冷速度為1 OC/h，樣品兩側(cè)的溫度為1.5 OC/cm，這樣

就可以獲得YBCO超導材料。此方法中Y123以籽晶（Sm123）為中心向四周生長

出較大尺寸的晶粒，這樣一來，不僅能控制晶粒生長方向，而且還能減小大角度

晶界的產(chǎn)生[6]。由于這類晶體的尺寸較大，在退場時凍結(jié)磁通能力很強，對永久

磁體可產(chǎn)生較大的吸引力，主要用于磁懸浮力中。

2.4定向凝固法

目前制備 YBCO塊材的熔化工藝雖然有多種, 但其實質(zhì)都是在高溫下21

1固相與富鋇銅的液相通過包晶反應(yīng)定向凝固成片層排列的YBCO。利用定向凝固

技術(shù)制備 YBCO可使材料顯微結(jié)構(gòu)按擇優(yōu)生長方向規(guī)整排列, 獲得定向組織[7]。

采用固相反應(yīng)法，首先將Y2O3,BaCO3和CuO三種粉末按原子比 1：2：3的比例混合、研磨，在瑪瑙研缽中研磨10h左右，然后在熱處理爐中900OC下燒結(jié)

20h，再研磨、燒結(jié),直到得到純 Y123相。Y211粉末的制備與 Y 123粉末的制

備原理相同。將所制備的 Y123和 Y 211粉末按一定比例混合研磨后裝入模具中,在一定壓力下將其壓制成 2mmX2mmX12mm的棒材, 并在熱處理爐中900OC下熱處

理 12h,得到定向凝固需要的棒狀預制體。定向凝固試驗在自制的氧化物定向生

長裝置上進行，爐體加熱方式為立式雙區(qū)加熱利用定向凝固技術(shù)獲得的YBCO超

導棒材具有高度取向排列片層組織、顆粒細小等特點。

3記憶合金的特性，應(yīng)用領(lǐng)域。

記憶合金是一種原子排列很有規(guī)則、體積變?yōu)樾∮?.5%的馬氏體相變合金。這種合金在外

力作用下會產(chǎn)生變形，當把外力去掉，在一定的溫度條件下，能恢復原來的形狀。由于它具

有百萬次以上的恢復功能，因此叫做“記憶合金”。當然它不可能像人類大腦思維記憶，更準

確地說應(yīng)該稱之為“記憶形狀的合金”。此外，記憶合金還具有無磁性、耐磨耐蝕、無毒性的優(yōu)點，因此應(yīng)用十分廣泛。科學家們現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾十種不同記憶功能的合金，比如鈦－

鎳合金，金－鎘合金，銅－鋅合金等。

（1）利用單程形狀記憶效應(yīng)的單向形狀恢復。如管接頭、天線、套環(huán)等。

（2）外因性雙向記憶恢復。即利用單程形狀記憶效應(yīng)并借助外力隨溫度升降做反復動作，如熱敏元件、機器人、接線柱等。

（3）內(nèi)因性雙向記憶恢復。即利用雙程記憶效應(yīng)隨溫度升降做反復動作，如熱機、熱敏元

件等。但這類應(yīng)用記憶衰減快、可靠性差，不常用。

（4）超彈性的應(yīng)用。如彈簧、接線柱、眼鏡架等。

4.的制備方法。

答：制備金屬薄膜的方法大體可分為兩大類：化學方法和物理方法。化學方法包括：化學氣

相沉積法、液相生成法、氧化法、擴散法、電鍍法等。物理方法包括：真空熱蒸發(fā)法、直流

濺射、磁控濺射法、射頻濺射、脈沖激光沉積、分子束外延生長法等薄膜的制備方法。

5.鋼提高耐腐蝕性和韌性的方法是什么？

1、讓含碳量減少，提高鉻鎳合金的含量。Cr：顯著提高強度、硬度和耐磨性，但同時

降低塑性和韌性。提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性。使A3和A1溫度升高，GS線向左上方

移動。鉻為中強碳化物形成元素。1降低C的含量

一般情況下，鋼的強度隨著碳含量的增加而上升，因此，高強鋼的含碳量較高。但是，碳的增加首先影響的是鋼板的焊接性，這對于船板制造是極為重要的。其次，含碳量越低，鋼板的沖擊韌性就越好，但是碳含量降低到一定程度后，轉(zhuǎn)爐終點氧含量必然會大幅度升高，導致鋼中的夾雜物增多，從而又會降低鋼的低溫沖擊韌性。固降低碳含量也有下限規(guī)定，應(yīng)

該不低于0.09％。中國船級社規(guī)定(GB／T712—2OO0)，各級別船板的含碳量都有上限，鋼材級別A、B、D、E的含碳量分別小于0.21％、021％、0.21％和0.18％；高強度結(jié)構(gòu)

鋼的含碳量不高于0.16％，各生產(chǎn)廠家的內(nèi)控指標還要低一些。

2鋼水的純凈化與均勻化

純凈化手段也是均勻化的根本保證，如果鋼水的成分不能保證均勻，將直接影響合金

元素的分布，進而在鋼板的軋制過程中出現(xiàn)偏析，嚴重時出現(xiàn)帶狀組織，導致缺陷的產(chǎn)生。

鋼的組織均勻化和純凈化后，鋼中的夾雜物必然減少，彌散分布的氧化物、氮化物等如果呈

球形，大大降低對基體的割裂作用。通過向鋼中加入稀土元素，改善夾雜物的形貌和分布。

3兩階段軋制過程中鋼板組織的細化

粗軋和精軋是組織的細化的關(guān)鍵工序，直接它和隨后的控制冷卻一起，直接決定了船

板的最終力學性能。簡言之，就是在粗軋階段，盡量使每道次變形都能夠超過臨界變形量，保證奧氏體組織的充分再結(jié)晶，從而反復細化高溫奧氏體；在精軋階段，由于處于未再結(jié)晶

區(qū)，不必強調(diào)每道次的壓下量，累積的變形量同樣可以達到目的，一般而言，道次壓下量不

低于12％，特別是最后三道次，每道次壓下量應(yīng)大于l5％。

提高船板的強度不是很難，而配以相當高的韌性，即保持低溫下良好的沖擊韌性和抗

冷彎性能，才復合高級船板鋼的要求。組織細化方法是目前既提高強度，又不降低韌性的唯

一手段，鋼水的純凈化和均勻化，嚴格的成分控制，最終都是為組織細化服務(wù)的。釔鋇銅氧的超導原理；

答案：傳統(tǒng)超導理論（BCS理論）

1957年美國人巴丁、庫柏和施瑞弗在電子和聲子相互作用的基礎(chǔ)上建立了低溫超

導的微觀理論（即BCS理論），解釋了超導電性的起源，闡明了超導的本質(zhì)。所

謂BCS理論，是解釋常規(guī)超導體的超導電性的微觀理論。該理論以其發(fā)明者巴丁

（J.Bardeen）、庫珀（L.V.Cooper）施里弗（J.R.Schrieffer）的名字首字母命

名。BCS是典型的弱耦合理論，把超導現(xiàn)象看做一種宏觀量子效應(yīng)，認為電子間如果存在電子與晶格相互作用產(chǎn)

生的吸引力大于電子間的庫倫排斥力而使電子間呈現(xiàn)一種凈的吸收作用，那么它

們就能夠形成一個束縛態(tài)，這種束縛態(tài)時兩個電子組成電子對偶，稱之為庫珀對，庫柏對對超導電流的形成起決定性作用。在BCS理論提出的同時，尼科萊?勃格

留波夫（Nikolai Bogoliubov）也獨立的提出了超導電性的量子力學解釋持不同

見解的大概分為費米液體派和非費米液體派，前面所探討過的BCS理論是在費米

液體正常態(tài)的框架上建立起來的機制。

電聲子機制：該機制認為，在超導體內(nèi)兩電子間由于交換聲子而產(chǎn)生了吸引作用，當這種吸引作用大于電子本身的庫倫排斥作用時，兩電子就形成電子對引起超導

電性。

同位素效應(yīng)對探索超導機制有特殊意義。高溫銅氧化物超導體的同位素效應(yīng)指數(shù)

遠小于0.5，這使得許多人提出了非電聲超導機制或混合超導機制。

激子機制：所謂激子，是指由于一直電子系統(tǒng)的極化所導致的能量激發(fā)。勒特耳認為超導體內(nèi)的凈吸引力是使兩電子間交換激子而產(chǎn)生吸引作用而不是之前所說的利用交換聲子使兩電子產(chǎn)生吸引。如果這種激子機制能產(chǎn)生兩電子間的凈吸引力，那么將可以預期出現(xiàn)超導態(tài)。盡管理論上做了很多設(shè)想，但迄今為止還沒有試驗事實能夠肯定激子超導機制。

美國的P.M.Anderson是反對用費米液體描寫高溫超導體的代表之一，他提出了共價鍵態(tài)理論來說明高溫超導機制。

共振價鍵理論（RVB態(tài)）

這一理論是基于高溫氧化物的低維性、反鐵磁的鄰近性和載流子密度低等特點提出的。該理論認為電荷與自旋自由度分離，這與費米液體的基本點不同，在相鄰原子上，自旋相反的兩軌道電子形成共價鍵，而這些共價鍵可以在兩個以上的位置之間共振。

“共振價鍵理論”（RVB）是一種由實空間定域配對轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰靠臻g的非局域配對機制。共振價鍵理論中，無電子型的準粒子，而電子的強關(guān)聯(lián)是導致系統(tǒng)電荷和自旋自由度相分離的原因，從而有空穴子和自旋子兩種元激發(fā)。

雙成分理論【2】：我國著名物理學家章立源提出的雙成分理論認為，巡游載流子形成的庫珀對與近局域?qū)Ρ舜讼嗷ハ喔勺饔脧亩T導增進了超導態(tài)中的有效配對位勢，從而形成高溫超導。

其他理論

其他超導理論如Nesting模型、反鐵磁費米液體模型、自旋口袋（spin bag）模型、任意子模型等等理論也是著名的超導理論但如前所說，這些眾說紛紜的理論都能在一定程度上說明一些超導現(xiàn)象，但也沒能給人足夠的證據(jù)其適用于釔鋇銅氧高溫超導機理，可見，目前已存在的理論要么是在傳統(tǒng)的BCS理論的框架上進行擴展，要么另辟蹊徑發(fā)展一種全新理論。但至今仍未見一種能夠解釋高溫超導如釔鋇銅氧足以令人信服的理論，看來釔鋇銅氧的高溫超導機理的探索還需要進一步發(fā)展。

通過什么方法實現(xiàn)結(jié)構(gòu)材料鋼的金屬功能性？利用表面工程，例如焊接，熱噴涂，等離子噴涂，化學噴涂，激光熔覆等技術(shù)在金屬表面覆蓋上耐磨 耐腐蝕層。利用顆粒，纖維，等二次增強相提高金屬結(jié)構(gòu)材料的力學性能。利用納米晶，細晶，位錯強化等技術(shù)結(jié)束提高金屬結(jié)構(gòu)材料的斷裂韌性，和耐疲勞斷裂能力。將金屬制備成金屬泡沫材料，金屬泡沫材料是一種物理功能與結(jié)構(gòu)一體化的新型工程材料。

第五篇：《金屬塑性成形原理》復習題

《金屬塑性成形原理》復習題 1.什么是金屬的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特點？ 塑性----在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力；

塑性變形---當作用在物體上的外力取消后，物體的變形不能完全恢復而產(chǎn)生的殘余變形；

塑性成形----金屬材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并獲得一定力學性能 的加工方法，也稱塑性加工或壓力加工；

塑性成形的特點：①組織、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生產(chǎn)效率高 2.試述塑性成形的一般分類。

Ⅰ.按成型特點可分為塊料成形(也稱體積成形)和板料成型兩大類 1）塊料成型是在塑性成形過程中靠體積轉(zhuǎn)移和分配來實現(xiàn)的?？煞譃橐淮纬尚秃投渭庸?。

一次加工：

①軋制----是將金屬坯料通過兩個旋轉(zhuǎn)軋輥間的特定空間使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得一定截面形狀材料的塑性成形方法。分縱軋、橫軋、斜軋；

用于生產(chǎn)型材、板材和管材。

②擠壓----是在大截面坯料的后端施加一定的壓力，將金屬坯料通過一定形狀和尺寸的?？资蛊洚a(chǎn)生塑性變形，以獲得符合?？捉孛嫘螤畹男〗孛媾髁匣蛄慵乃苄猿尚畏椒ā７终龜D壓、反擠壓和復合擠壓；

適于(低塑性的)型材、管材和零件。

③拉拔----是在金屬坯料的前端施加一定的拉力，將金屬坯料通過一定形狀、尺寸的?？资蛊洚a(chǎn)生塑性變形，以獲得與?？仔螤?、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生產(chǎn)棒材、管材和線材。

二次加工：

①自由鍛----是在鍛錘或水壓機上，利用簡單的工具將金屬錠料或坯料鍛成所需的形 狀和尺寸的加工方法。精度低，生產(chǎn)率不高，用于單件小批量或大鍛件。

②模鍛----是將金屬坯料放在與成平形狀、尺寸相同的模腔中使其產(chǎn)生塑性變形，從 而獲得與模腔形狀、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分開式模鍛和閉式模鍛。

2）板料成型一般稱為沖壓。分為分離工序和成形工序。

分離工序：用于使沖壓件與板料沿一定的輪廓線相互分離，如沖裁、剪切等工序；

成型工序：用來使坯料在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，成為具有要求形狀和尺寸的零件，如彎曲、拉深等工序。

Ⅱ.按成型時工件的溫度可分為熱成形、冷成形和溫成形。

3.試分析多晶體塑性變形的特點。

1）各晶粒變形的不同時性。不同時性是由多晶體的各個晶粒位向不同引起的。

2）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性。晶粒之間的連續(xù)性決定，還要求每個晶粒進行多系滑移；

每個晶粒至少要求有?5個獨立的滑移系啟動才能保證。

3）晶粒與晶粒之間和晶粒內(nèi)部與晶界附近區(qū)域之間的變形的不均勻性。

Add：

4）滑移的傳遞，必須激發(fā)相鄰晶粒的位錯源。

5）多晶體的變形抗力比單晶體大，變形更不均勻。

6）塑性變形時，導致一些物理，化學性能的變化。

7）時間性。hcp系的多晶體金屬與單晶體比較，前者具有明顯的晶界阻滯效應(yīng)和極高的加工硬化率，而在立方晶系金屬中，多晶和單晶試樣的應(yīng)力—應(yīng)變曲線就沒有那么大的差別。

4.試分析晶粒大小對金屬塑性和變形抗力的影響。

①晶粒越細，變形抗力越大。晶粒的大小決定位錯塞積群應(yīng)力場到晶內(nèi)位錯源的距離，而這個距離又影響位錯的數(shù)目n。晶粒越大，這個距離就越大，位錯開動的時間就越長，n也就越大。n越大，應(yīng)力場就越強，滑移就越容易從一個晶粒轉(zhuǎn)移到另一個晶粒。

②晶粒越細小，金屬的塑性就越好。

a．一定體積，晶粒越細，晶粒數(shù)目越多，塑性變形時位向有利的晶粒也越多，變形能較均勻的分散到各個晶粒上；

b．從每個晶粒的應(yīng)力分布來看，細晶粒是晶界的影響區(qū)域相對加大，使得晶粒心部的應(yīng)變與晶界處的應(yīng)變差異減小。這種不均勻性減小了，內(nèi)應(yīng)力的分布較均勻，因而金屬斷裂前能承受的塑性變形量就更大。

5.什么叫加工硬化？產(chǎn)生加工硬化的原因是什么？加工硬化對塑性加工生產(chǎn)有何利弊？ 加工硬化----隨著金屬變形程度的增加，其強度、硬度增加，而塑性、韌性降低的現(xiàn)象。加工硬化的成因與位錯的交互作用有關(guān)。隨著塑性變形的進行，位錯密度不斷增加，位錯反應(yīng)和相互交割加劇，結(jié)果產(chǎn)生固定割階、位錯纏結(jié)等障礙，以致形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，使位錯難以越過這些障礙而被限制在一定范圍內(nèi)運動。這樣，要是金屬繼續(xù)變形，就需要不斷增加外力，才能克服位錯間強大的交互作用力。

加工硬化對塑性加工生產(chǎn)的利弊：

有利的一面：可作為一種強化金屬的手段，一些不能用熱處理方法強化的金屬材料，可應(yīng)用加工硬化的方法來強化，以提高金屬的承載能力。如大型發(fā)電機上的護環(huán)零件(多用高錳奧氏體無磁鋼鍛制)。

不利的一面：①由于加工硬化后，金屬的屈服強度提高，要求進行塑性加工的設(shè)備能力增加；

②由于塑性的下降，使得金屬繼續(xù)塑性變形困難，所以不得不增加中間退火工藝，從而降低了生產(chǎn)率，提高了生產(chǎn)成本。

6.什么是動態(tài)回復？為什么說動態(tài)回復是熱塑性變形的主要軟化機制？ 動態(tài)回復是在熱塑性變形過程中發(fā)生的回復(自發(fā)地向自由能低的方向轉(zhuǎn)變的過程)。

動態(tài)回復是熱塑性變形的主要軟化機制，是因為：

①動態(tài)回復是高層錯能金屬熱變形過程中唯一的軟化機制。動態(tài)回復是主要是通過位錯的攀移、交滑移等實現(xiàn)的。對于層錯能高的金屬，變形時擴展位錯的寬度窄，集束容易，位錯的交滑移和攀移容易進行，位錯容易在滑移面間轉(zhuǎn)移，而使異號位錯相互抵消，結(jié)果使位錯密度下降，畸變能降低，不足以達到動態(tài)結(jié)晶所需的能量水平。因為這類金屬在熱塑性變形過程中，即使變形程度很大，變形溫度遠高于靜態(tài)再結(jié)晶溫度，也只發(fā)生動態(tài)回復，而不發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。

②在低層錯能的金屬熱變形過程中，動態(tài)回復雖然不充分，但也隨時在進行，畸變能也隨時在釋放，因而只有當變形程度遠遠高于靜態(tài)回復所需要的臨界變形程度時，畸變能差才能積累到再結(jié)晶所需的水平，動態(tài)再結(jié)晶才能啟動，否則也只能發(fā)生動態(tài)回復。

Add：動態(tài)再結(jié)晶容易發(fā)生在層錯能較低的金屬，且當熱加工變形量很大時。這是因為層錯能低，其擴展位錯寬度就大，集束成特征位錯困難，不易進行位錯的交滑移和攀移；

而已知動態(tài)回復主要是通過位錯的交滑移和攀移來完成的，這就意味著這類材料動態(tài)回復的速率和程度都很低(應(yīng)該說不足)，材料中的一些局部區(qū)域會積累足夠高的位錯密度差(畸變能差)，且由于動態(tài)回復的不充分，所形成的胞狀亞組織的尺寸小、邊界不規(guī)整，胞壁還有較多的位錯纏結(jié)，這種不完整的亞組織正好有利于再結(jié)晶形核，所有這些都有利于動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生。需要更大的變形量上面已經(jīng)提到了。

7.什么是動態(tài)再結(jié)晶？影響動態(tài)再結(jié)晶的主要因素有哪些？動態(tài)再結(jié)晶是在熱塑性變形過程中發(fā)生的再結(jié)晶。動態(tài)再結(jié)晶和靜態(tài)再結(jié)晶基本一樣，也會是通過形核與長大來完成，其機理也是大角度晶界(或亞晶界)想高位錯密度區(qū)域的遷移。

動態(tài)再結(jié)晶的能力除了與金屬的層錯能高低(層錯能越低，熱加工變形量很大時，容易出現(xiàn)動態(tài)再結(jié)晶)有關(guān)外，還與晶界的遷移難易有關(guān)。金屬越存，發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的能力越強。當溶質(zhì)原子固溶于金屬基體中時，會嚴重阻礙晶界的遷移、從而減慢動態(tài)再結(jié)晶的德速率。彌散的第二相粒子能阻礙晶界的移動，所以會遏制動態(tài)再結(jié)晶的進行。

9.鋼錠經(jīng)過熱加工變形后其組織和性能發(fā)生了什么變化？(參見?P27-31)①改善晶粒組織②鍛合內(nèi)部缺陷③破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布④形成纖維組織⑤改善偏析 10.冷變形金屬和熱變形金屬的纖維組織有何不同？ 冷變形中的纖維組織：軋制變形時，原來等軸的晶粒沿延伸方向伸長。若變形程度很大，則晶粒呈現(xiàn)為一片纖維狀的條紋，稱為纖維組織。當金屬中有夾雜或第二相是，則它們會沿變形方向拉成細帶狀(對塑性雜質(zhì)而言)或粉碎成鏈狀(對脆性雜質(zhì)而言)，這時在光學顯微鏡下會很難分辨出晶粒和雜質(zhì)。在熱塑性變形過程中，隨著變形程度的增大，鋼錠內(nèi)部粗大的樹枝狀晶逐漸沿主變形方向伸長，與此同時，晶間富集的雜質(zhì)和非金屬夾雜物的走向也逐漸與主變形方向一致，其中脆性夾雜物(如氧化物，氮化物和部分硅酸鹽等)被破碎呈鏈狀分布；

而蘇醒夾雜物(如硫化物和多數(shù)硅酸鹽等)則被拉長呈條狀、線狀或薄片狀。于是在磨面腐蝕的試樣上便可以看到順主變形方向上一條條斷斷續(xù)續(xù)的細線，稱為“流線?”，具有流線的組織就稱為“纖維組織”。在熱塑性加工中，由于再結(jié)晶的結(jié)果，被拉長的晶粒變成細小的等軸晶，而纖維組織卻被很穩(wěn)定的保留下來直至室溫。所以與冷變形時由于晶粒被拉長而形成的纖維組織是不同的。

12.什么是細晶超塑性？什么是相變超塑性？ ①細晶超塑性它是在一定的恒溫下，在應(yīng)變速率和晶粒度都滿足要求的條件下所呈現(xiàn)的超塑性。具體地說，材料的晶粒必須超細化和等軸化，并在在成形期間保持穩(wěn)定。

②相變超塑性要求具有相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。在一定的外力作用下，使金屬或合金在相變溫度附近反復加熱和冷卻，經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù)后，就可以獲得很大的伸長率。相變超塑性的主要控制因素是溫度幅度和溫度循環(huán)率。

15.什么是塑性？什么是塑性指標？為什么說塑性指標只具有相對意義? 塑性是指金屬在外力作用下，能穩(wěn)定地發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力，它是金屬的一種重要的加工性能。

塑性指標，是為了衡量金屬材料塑性的好壞而采用的某些試驗測得的數(shù)量上的指標。

常用的試驗方法有拉伸試驗、壓縮試驗和扭轉(zhuǎn)試驗。

由于各種試驗方法都是相對于其特定的受力狀態(tài)和變形條件的，由此所測定的塑性指標(或成形性能指標)，僅具有相對的和比較的意義。它們說明，在某種受力狀況和變形條件下，哪種金屬的塑性高，哪種金屬的塑性低；

或者對于同一種金屬，在那種變形條件下塑性高，而在哪種變形條件下塑性低。

16.舉例說明雜質(zhì)元素和合金元素對鋼的塑性的影響。(P41-44)①碳：固溶于鐵時形成鐵素體和奧氏體，具有良好的塑性。多余的碳與鐵形成滲碳體(Fe?3C),大大降低塑性；

②磷：一般來說，磷是鋼中的有害雜質(zhì)，它在鐵中有相當大的溶解度，使鋼的強度、硬度提高，而塑性、韌性降低，在冷變形時影響更為嚴重，此稱為冷脆性。

③硫：形成共晶體時熔點降得很低(例如?FeS的熔點為?1190℃，而?Fe-FeS的熔點為?985℃)。這些硫化物和共晶體，通常分布在晶界上，會引起熱脆性。

④氮：當其質(zhì)量分數(shù)較小(0.002%~0.015%)時，對鋼的塑性無明顯的影響；

但隨著氮化物的質(zhì)量分數(shù)的增加，鋼的塑性降降低，導致鋼變脆。如氮在α鐵中的溶解度在高溫和低溫時相 差很大，當含氮量較高的鋼從高溫快速冷卻到低溫時，α鐵被過飽和，隨后在室溫或稍高溫度下，氮逐漸以?Fe?4N形式析出，使鋼的塑性、韌性大為降低，這種現(xiàn)象稱為時效脆性。

若在?300℃左右加工時，則會出現(xiàn)所謂“蘭脆”現(xiàn)象。

⑤氫：氫脆和白點。

⑥氧：形成氧化物，還會和其他夾雜物(如?FeS)易熔共晶體(FeS-FeO，熔點為910℃)分布于晶界處，造成鋼的熱脆性。

合金元素的影響：①形成固溶體；

②形成硬而脆的碳化物；

…… 17.試分析單相與多相組織、細晶與粗晶組織、鍛造組織與鑄造組織對金屬塑性的影響。

①相組成的影響：單相組織(純金屬或固溶體)比多相組織塑性好。多相組織由于各相性能不同，變形難易程度不同，導致變形和內(nèi)應(yīng)力的不均勻分布，因而塑性降低。如碳鋼在高溫時為奧氏體單相組織，故塑性好，而在?800℃左右時，轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體和鐵素體兩相組織，塑性就明顯下降。另外多相組織中的脆性相也會使其塑性大為降低。

②晶粒度的影響：晶粒越細小，金屬的塑性也越好。因為在一定的體積內(nèi)，細晶粒金屬的晶粒數(shù)目比粗晶粒金屬的多，因而塑性變形時位向有利的晶粒也較多，變形能較均勻地分散到各個晶粒上；

又從每個晶粒的應(yīng)力分布來看，細晶粒時晶界的影響局域相對加大，使得晶粒心部的應(yīng)變與晶界處的應(yīng)變差異減小。由于細晶粒金屬的變形不均勻性較小，由此引起的應(yīng)力集中必然也較小，內(nèi)應(yīng)力分布較均勻，因而金屬在斷裂前可承受的塑性變形量就越大。

③鍛造組織要比鑄造組織的塑性好。鑄造組織由于具有粗大的柱狀晶和偏析、夾雜、氣泡、疏松等缺陷，故使金屬塑性降低。而通過適當?shù)腻懺旌螅瑫蛩榇执蟮闹鶢罹Я＋@得細晶組織，使得金屬的塑性提高。

18.變形溫度對金屬塑性的影響的基本規(guī)律是什么？ 就大多數(shù)金屬而言，其總體趨勢是：隨著溫度的升高，塑性增加，但是這種增加并不是簡單的線性上升；

在加熱過程中的某些溫度區(qū)間，往往由于相態(tài)或晶粒邊界狀態(tài)的變化而出現(xiàn)脆性區(qū)，使金屬的塑性降低。在一般情況下，溫度由絕對零度上升到熔點時，可能出現(xiàn)幾個脆性區(qū)，包括低溫的、中溫的和高溫的脆性區(qū)。下圖是以碳鋼為例：區(qū)域Ⅰ，塑性極低—可能是由與原子熱振動能力極低所致，也可能與晶界組成物脆化有關(guān)；

區(qū)域Ⅱ，稱為藍脆區(qū)(斷口呈藍色)，一般認為是氮化物、氧化物以沉淀形式在晶界、滑移面上析出 所致，類似于時效硬化。區(qū)域Ⅲ，這和珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，形成鐵素體和奧氏體兩相共存有關(guān)，也可能還與晶界上出現(xiàn)FeS-FeO低熔共晶有關(guān)，為熱脆區(qū)。

19.什么是溫度效應(yīng)？冷變形和熱變形時變形速度對塑性的影響有何不同？ 溫度效應(yīng)：由于塑性變形過程中產(chǎn)生的熱量使變形體溫度升高的現(xiàn)象。(熱效應(yīng)：塑性變形時金屬所吸收的能量，絕大部分都轉(zhuǎn)化成熱能的現(xiàn)象)一般來說，冷變形時，隨著應(yīng)變速率的增加，開始時塑性略有下降，以后由于溫度效應(yīng)的增強，塑性會有較大的回升；

而熱變形時，隨著應(yīng)變速率的增加，開始時塑性通常會有較顯著的降低，以后由于溫度效應(yīng)的增強，而使塑性有所回升，但若此時溫度效應(yīng)過大，已知實際變形溫度有塑性區(qū)進入高溫脆區(qū)，則金屬的塑性又急速下降。

2.敘述下列術(shù)語的定義或含義：

①張量：由若干個當坐標系改變時滿足轉(zhuǎn)換關(guān)系的分量所組成的集合稱為張量；

②應(yīng)力張量：表示點應(yīng)力狀態(tài)的九個分量構(gòu)成一個二階張量，稱為應(yīng)力張量；

.ζη?η.x?xy?xz ③應(yīng)力張量不變量：已知一點的應(yīng)力狀態(tài) ④主應(yīng)力：在某一斜微分面上的全應(yīng)力S和正應(yīng)力ζ重合，而切應(yīng)力η=0，這種切應(yīng)力為?零的微分面稱為主平面，主平面上的正應(yīng)力叫做主應(yīng)力；

⑤主切應(yīng)力：切應(yīng)力達到極值的平面稱為主切應(yīng)力平面，其面上作用的切應(yīng)力稱為主切應(yīng)力 ⑥最大切應(yīng)力：三個主切應(yīng)力中絕對值最大的一個，也就是一點所有方位切面上切應(yīng)力最大的，叫做最大切應(yīng)力ηmax ⑦主應(yīng)力簡圖：只用主應(yīng)力的個數(shù)及符號來描述一點應(yīng)力狀態(tài)的簡圖稱為主應(yīng)力圖：

⑧八面體應(yīng)力：在主軸坐標系空間八個象限中的等傾微分面構(gòu)成一個正八面體，正八面體的每個平面稱為八面體平面，八面體平面上的應(yīng)力稱為八面體應(yīng)力；

⑨等效應(yīng)力：取八面體切應(yīng)力絕對值的3倍所得之參量稱為等效應(yīng)力 ⑩平面應(yīng)力狀態(tài)：變形體內(nèi)與某方向垂直的平面上無應(yīng)力存在，并所有應(yīng)力分量與該方向軸無關(guān)，則這種應(yīng)力狀態(tài)即為平面應(yīng)力狀。實例：薄壁扭轉(zhuǎn)、薄壁容器承受內(nèi)壓、板料成型的一些工序等，由于厚度方向應(yīng)力相對很小而可以忽略，一般作平面應(yīng)力狀態(tài)來處理 11)平面應(yīng)變狀態(tài)：如果物體內(nèi)所有質(zhì)點在同一坐標平面內(nèi)發(fā)生變形，而在該平面的法線方向沒有變形，這種變形稱為平面變形，對應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)為平面應(yīng)變狀態(tài)。實例：軋制板、帶材，平面變形擠壓和拉拔等。

12)軸對稱應(yīng)力狀態(tài)：當旋轉(zhuǎn)體承受的外力為對稱于旋轉(zhuǎn)軸的分布力而且沒有軸向力時，則物體內(nèi)的質(zhì)點就處于軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。實例：圓柱體平砧均勻鐓粗、錐孔模均勻擠壓和拉拔(有徑向正應(yīng)力等于周向正應(yīng)力)。

3.張量有哪些基本性質(zhì)？ ①存在張量不變量②張量可以疊加和分解③張量可分對稱張量和非對稱張量④二階對稱張量存在三個主軸和三個主值 4.試說明應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量的物理意義。

應(yīng)力偏張量只能產(chǎn)生形狀變化，而不能使物體產(chǎn)生體積變化，材料的塑性變形是由應(yīng)力偏張量引起的；

應(yīng)力球張量不能使物體產(chǎn)生形狀變化(塑性變形)，而只能使物體產(chǎn)生體積變化。

12.敘述下列術(shù)語的定義或含義 1)位移：變形體內(nèi)任一點變形前后的直線距離稱為位移；

2)位移分量：位移是一個矢量，在坐標系中，一點的位移矢量在三個坐標軸上的投影稱為改點的位移分量，一般用?u、v、w或角標符號ui?來表示；

3)相對線應(yīng)變：單位長度上的線變形，只考慮最終變形；

4)工程切應(yīng)變：將單位長度上的偏移量或兩棱邊所夾直角的變化量稱為相對切應(yīng)變，也稱工程切應(yīng)變，即δrt?=?tanθxy?=θxy?=αyx?+αxy(直角∠CPA減小時，θxy取正號，增大時取負號)；

5)切應(yīng)變：定義γ?yx?=γ?xy=?1θyx?為切應(yīng)變；

6)對數(shù)應(yīng)變：塑性變形過程中，在應(yīng)變主軸方向保持不變的情況下應(yīng)變增量的總和，記為它反映了物體變形的實際情況，故稱為自然應(yīng)變或?qū)?shù)應(yīng)變；

7)主應(yīng)變：過變形體內(nèi)一點存在有三個相互垂直的應(yīng)變方向(稱為應(yīng)變主軸)，該方向上線元沒有切應(yīng)變，只有線應(yīng)變，稱為主應(yīng)變，用ε1、ε2、ε3?表示。對于各向同性材料，可以認?為小應(yīng)變主方向與應(yīng)力方向重合；

8)主切應(yīng)變：在與應(yīng)變主方向成±?45°角的方向上存在三對各自相互垂直的線元，它們的切?應(yīng)變有極值，稱為主切應(yīng)變；

9)最大切應(yīng)變：三對主切應(yīng)變中，絕對值最大的成為最大切應(yīng)變；

10)應(yīng)變張量不變量：

11)主應(yīng)變簡圖：用主應(yīng)變的個數(shù)和符號來表示應(yīng)變狀態(tài)的簡圖；

12)八面體應(yīng)變：如以三個應(yīng)變主軸為坐標系的主應(yīng)變空間中，同樣可作出正八面體，八面體平面的法線方向線元的應(yīng)變稱為八面體應(yīng)變 13)應(yīng)變增量：產(chǎn)生位移增量后，變形體內(nèi)質(zhì)點就有相應(yīng)無限小的應(yīng)變增量，用dεij?來表示；

14)應(yīng)變速率：單位時間內(nèi)的應(yīng)變稱為應(yīng)變速率，俗稱變形速度，用ε&?表示，其單位為?s-1；

15)位移速度：

14.試說明應(yīng)變偏張量和應(yīng)變球張量的物理意義。應(yīng)變偏張量εij?/----表示變形單元體形狀的變化；

應(yīng)變球張量δijεm----表示變單元體體積的變化；

塑性變形時，根據(jù)體積不變假設(shè)，即εm?=?0，故此時應(yīng)變偏張量即為應(yīng)變張量 15.塑性變形時應(yīng)變張量和應(yīng)變偏張量有何關(guān)系？其原因何在？塑性變形時應(yīng)變偏張量就是應(yīng)變張量，這是根據(jù)體積不變假設(shè)得到的，即εm?=?0，應(yīng)變球張量不存在了。

16.用主應(yīng)變簡圖表示塑性變形的類型有哪些？ 三個主應(yīng)變中絕對值最大的主應(yīng)變，反映了該工序變形的特征，稱為特征應(yīng)變。如用主應(yīng)變簡圖來表示應(yīng)變狀態(tài)，根據(jù)體積不變條件和特征應(yīng)變，則塑性變形只能有三種變形類型 ①壓縮類變形，特征應(yīng)變?yōu)樨搼?yīng)變(即ε1＜0)另兩個應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變，ε2?+ε3?=.ε1?；

②剪切類變形(平面變形)，一個應(yīng)變?yōu)榱?，其他兩個應(yīng)變大小相等，方向相反，ε2?=0，ε1 =.ε3?；

③伸長類變形，特征應(yīng)變?yōu)檎龖?yīng)變，另兩個應(yīng)變?yōu)樨搼?yīng)變，ε1?=.ε2.ε3。

17.對數(shù)應(yīng)變有何特點？它與相對線應(yīng)變有何關(guān)系？ 對數(shù)應(yīng)變能真實地反映變形的積累過程，所以也稱真實應(yīng)變，簡稱真應(yīng)變。它具有如下 特點：

①對數(shù)應(yīng)變有可加性，而相對應(yīng)變?yōu)椴豢杉討?yīng)變；

②對數(shù)應(yīng)變?yōu)榭杀葢?yīng)變，相對應(yīng)變?yōu)椴豢杀葢?yīng)變；

③相對應(yīng)變不能表示變形的實際情況，而且變形程度愈大，誤差也愈大。

對數(shù)應(yīng)變可以看做是由相對線應(yīng)變?nèi)?shù)得到的。

21.敘述下列術(shù)語的定義或含義：

Ⅰ屈服準則：在一定的變形條件(變形溫度、變形速度等)下，只有當各應(yīng)力分量之間符合一定關(guān)系時，質(zhì)點才開始進入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系稱為屈服準則，也稱塑性條件，它是描述受力物體中不同應(yīng)力狀態(tài)下的質(zhì)點進入塑性狀態(tài)并使塑性變形繼續(xù)進行所必須遵守的力學條件；

Ⅱ屈服表面：屈服準則的數(shù)學表達式在主應(yīng)力空間中的幾何圖形是一個封閉的空間曲面稱為屈服表面。假如描述應(yīng)力狀態(tài)的點在屈表面上，此點開始屈服。對各向同性的理想塑性材料，則屈服表面是連續(xù)的，屈服表面不隨塑性流動而變化。

Ⅲ屈服軌跡：兩向應(yīng)力狀態(tài)下屈服準則的表達式在主應(yīng)力坐標平面上的集合圖形是封閉的曲線，稱為屈服軌跡，也即屈服表面與主應(yīng)力坐標平面的交線。

22.常用的屈服準則有哪兩個？如何表述？分別寫出其數(shù)學表達式。

常用的兩個屈服準則是?Tresca屈服準則和?Mises屈服準則，數(shù)學表達式分別為max?min Tresca屈服準則：ηmax?=ζ.ζ?=?C2?式中，ζmax、ζ?min----帶數(shù)值最大、最小的主應(yīng)力；

C----與變形條件下的材料性質(zhì)有關(guān)而與應(yīng)力狀態(tài)無關(guān)的常數(shù)，它可通過單向均勻拉伸試驗求的。

Tresca屈服準則可以表述為：在一定的變形條件下，當受力體內(nèi)的一點的最大切應(yīng)力ηmax?達到某一值時，該點就進入塑性狀體。

Mises屈服準則：ζ=?1(ζ1.ζ?2)2?+(ζ?2.ζ3)2?+(ζ3.ζ1)2?=ζs2?=?1 ζ)()()()2(s2zx2yz2xy2xz2zy2yx6ζηηηζζζζζ=+++.+.+.所以?Mises屈服準則可以表述為：在一定的變形條件下，當受力體內(nèi)一點的等效應(yīng)力?ζ達到某一定值時，該點就進入塑性狀態(tài)。

23.兩個屈服準則有何差別？在什么狀態(tài)下兩個屈服準則相同？什么狀態(tài)下差別最大？ Ⅰ共同點：

①屈服準則的表達式都和坐標的選擇無關(guān)，等式左邊都是不變量的函數(shù)；

②三個主應(yīng)力可以任意置換而不影響屈服，同時，認為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的作用是一樣的；

③各表達式都和應(yīng)力球張量無關(guān)。

不同點：①Tresca屈服準則沒有考慮中間應(yīng)力的影響，三個主應(yīng)力的大小順序不知道時，使用不方便；

而?Mises屈服準則則考慮了中間應(yīng)力的影響，使用方便。

Ⅱ兩個屈服準則相同的情況在屈服軌跡上兩個屈服準則相交的點表示此時兩個屈服準則相同，有六個點，四個單向應(yīng)力狀態(tài)，兩個軸對稱應(yīng)力狀態(tài)。

Ⅲ兩個屈服準則差別最大的情況:在屈服軌跡上連個屈服準則對應(yīng)距離最遠的點所對應(yīng)的情況，此時二者相差最大，也是六個點，四個平面應(yīng)力狀態(tài)(也可是平面應(yīng)變狀態(tài))，兩個純切應(yīng)力狀態(tài)，相差為?15.5%。

28.敘述下列術(shù)語的定義或含義：

1)增量理論：又稱流動理論，是描述材料處于塑性狀態(tài)時，應(yīng)力與應(yīng)變增量或應(yīng)變速率之間關(guān)系的理論，它是針對加載過程中的每一瞬間的應(yīng)力狀態(tài)所確定的該瞬間的應(yīng)變增量，這樣就撇開了加載歷史的影響；

2)全量理論：在一定條件下直接確定全量應(yīng)變的理論，也叫形變理論，它是要建立塑性變形全量應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系。

3)比例加載：外載荷的各分量按比例增加，即單調(diào)遞增，中途不卸載的加載方式，滿足Ti?=CT?i?0?；

4)標稱應(yīng)力：也稱名義應(yīng)力或條件應(yīng)力，是在拉伸機上拉伸力與原始橫斷面積的比值；

5)真實應(yīng)力：也就是瞬時的流動應(yīng)力，用單向均勻拉伸(或壓縮)是各加載瞬間的載荷?P與該瞬間試樣的橫截面積A之比來表示；

6)拉伸塑性失穩(wěn)：拉伸過程中發(fā)生縮頸的現(xiàn)象 7)硬化材料:考慮在塑性變形過程中因形狀變化而會發(fā)生加工硬化的材料；

8)理想彈塑性材料：在塑性變形時，需考慮塑性變形之前的彈性變形，而不考慮硬化的材料，也即材料進入塑性狀態(tài)后，應(yīng)力不在增加可連續(xù)產(chǎn)生塑性變形；

9)理性剛塑性材料：在研究塑性變形時，既不考慮彈性變形，又不考慮變形過程中的加工硬化的材料；

10)彈塑性硬化材料：在塑性變形時，既需要考慮塑性變形前的彈性變形，又要考慮加工硬化的材料；

11)剛塑性硬化材料：在研究塑性變形時，不考慮塑性變形前的彈性變形，但需要考慮變形過程中的加工硬化的材料。

29.塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系有何特點？為什么說塑性變形時應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系與加載歷史有關(guān)？ 在塑性變形時，應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點：

①應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系時非線性的，因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合；

②塑性變形時可以認為體積不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比?υ=0.5；

③對于應(yīng)變硬化材料，卸載后在重新加載時的屈服應(yīng)力就是卸載時的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高；

④塑性變形時不可逆的，與應(yīng)變歷史有關(guān)，即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系不在保持單值關(guān)系。塑性變形應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系與加載歷史有關(guān)，可以通過單向拉伸時的應(yīng)力應(yīng)變曲線和不同加載路線的盈利與應(yīng)變圖來說明?P120 30.全量理論使用在什么場合？為什么？ 全量理論適用在簡單加載的條件下，因為在簡單加載下才有應(yīng)力主軸的方向固定不變，也就是應(yīng)變增量的主軸是和應(yīng)力主軸是重合的，這種條件下對勞斯方程積分得到全量應(yīng)變和應(yīng)力之間的關(guān)系，就是全量理論。

31.在一般情況下對應(yīng)變增量積分是否等于全量應(yīng)變？為什么？在什么情況下這種積分才能成立？ 一般情況下是對應(yīng)變增量積分是不等于全量應(yīng)變的，因為一般情況下塑性變形時全量應(yīng)變主軸與與應(yīng)力主軸不一定重合。在滿足簡單加載的的條件下，這種積分才成立。一般情況下很難做到比例加載，但滿足幾個條件可實現(xiàn)比例加載?？蓞⒖吹谌碌谖骞?jié)中全量理論的部分內(nèi)容。

1.對塑性成形件進行質(zhì)量分析有何重要意義？ 對塑性成形件進行質(zhì)量分析，是檢驗成形件的質(zhì)量的一種手段，能夠?qū)Τ尚渭鞒鲚^為全面的評估，指明成形件能否使用和在使用過程中應(yīng)該注意的問題，可有效防止不必要的安全事故和經(jīng)濟損失。

2.試述對塑性成形件進行質(zhì)量分析的一般過程即分析方法。

一般過程：調(diào)查原始情況→弄清質(zhì)量問題→試驗研究分析→提出解決措施；

分析方法：低倍組織試驗、金相試驗及金屬變形金屬變形流動分析試驗。

3.試分別從力學和組織方面分析塑性成形件中產(chǎn)生裂紋的原因。

①力學分析：能否產(chǎn)生裂紋，與應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變積累、應(yīng)變速率及溫度等很多因素有關(guān)。其中應(yīng)力狀態(tài)主要反映力學的條件。

物體在外力的作用下，其內(nèi)部各點處于一定的應(yīng)力狀態(tài)，在不同的方位將作用有不同的正應(yīng)力及切應(yīng)力。材料斷裂(產(chǎn)生裂紋)形式一般有兩種：一是切斷，斷裂面是平行于最大切應(yīng)力或最大切應(yīng)變方向；

另一種是正斷，斷裂面垂直于最大正應(yīng)力或正應(yīng)變方向。塑性成形過程中，材料內(nèi)部的應(yīng)力除了由外力引起外，還有由于變形不均勻而引起的附加應(yīng)力。由于溫度不均而引起的溫度應(yīng)力和因組織轉(zhuǎn)變不同時進行而產(chǎn)生的組織應(yīng)力。這些應(yīng)力超過極限值時都會使材料發(fā)生破壞(產(chǎn)生裂紋)。

1)由外力直接引起的裂紋；

2)由附加應(yīng)力及殘余應(yīng)力引起的裂紋；

3)由溫度應(yīng)力(熱應(yīng)力)及組織應(yīng)力引起的裂紋。

②組織分析：塑性成形中的裂紋一般發(fā)生在組織不均勻或帶有某些缺陷的材料中，同時，金屬的晶界往往是缺陷比較集中的地方，因此，塑性成形件中的裂紋一般產(chǎn)生于晶界或相界處。

1)材料中由冶金和組織缺陷處應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋；

2)第二相及夾雜物本身的強度低和塑性低而產(chǎn)生裂紋：a晶界為低熔點物質(zhì)；

b晶界存在脆性的第二相或非金屬夾雜物；

c第二相為強度低于基體的韌性相；

3)第二相及非金屬夾雜與基體之間的力學性能和理化性能上有差異而產(chǎn)生裂紋。

4.防止產(chǎn)生裂紋的原則措施是什么？ 1)增加靜水壓力；

2)選擇和控制合適的變形溫度和變形速度；

3)采用中間退火，以便消除變形過程中產(chǎn)生的硬化、變形不均勻、殘余應(yīng)力等；

4)提高原材料的質(zhì)量。

5.什么是鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度和鋼的奧氏體實際晶粒度？ 鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度是將鋼加熱到?930℃，保溫一段時間(一般?3—8h)，冷卻后在室溫下放大?100倍觀察到的晶粒大小。鋼的本事晶粒度一般反映鋼的冶金質(zhì)量，它表征鋼的工藝特性；

鋼的奧氏體實際晶粒度是指鋼加熱到某一溫度下獲得奧氏體晶粒大小。奧氏體實際晶粒度則影響零件的使用性能。

6.晶粒大小對材料的力學性能有何影響？ 一般情況下，晶粒細化可以提高金屬材料的屈服強度、疲勞強度、塑性和沖擊韌度，降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。

7.影響晶粒大小的主要因素有哪些？這些因素是如何影響晶粒大小的？ 對于熱加工過程來說，變形溫度、變形程度和機械阻礙物是影響形核速度和長大速度的三個基本參數(shù)。下面討論這三個基本參數(shù)對晶粒大小的影響。

1)加熱溫度(包括塑性變形前的加熱溫度和固溶處理時的加熱溫度)溫度對原子的擴散能力有重要影響。隨著溫度的升高，原子(特別是晶界原子)的移動、擴散能力不斷增強，晶粒之間并吞速度加劇，晶粒的這種長大可以在很短的時間內(nèi)完成。所以晶粒隨溫度升高而長大是一種必然現(xiàn)象。

2)變形程度：熱變形的晶粒大小與變形程度之間的關(guān)系和?5-17相似。

第一個大晶粒區(qū)，叫臨界變形區(qū)。臨界變形區(qū)是屬于一種小變形量范圍。因為其變形量小，金屬內(nèi)部只是局部地區(qū)受到變形。在再結(jié)晶時，這些受到變形的局部地區(qū)會產(chǎn)生再結(jié)晶核心，由于產(chǎn)生的核心數(shù)目不多，這些為數(shù)不多的核心將不斷長大直到它們互相接觸，結(jié)果獲得了粗大晶粒。當變形量大于臨界變形程度時，金屬內(nèi)部均產(chǎn)生了較大的塑性變形，由于具有了較高的畸變能，因而再結(jié)晶能同時形成較多的再結(jié)晶核心，這些核心稍微長大就相互解除了，所以再結(jié)晶后獲得了細晶粒。當變形量足夠大時，出現(xiàn)了第二個大晶粒區(qū)。該區(qū)的粗大晶粒與臨界變形時所產(chǎn)生的大晶粒不同。一般認為，該區(qū)是在變形時先形成變形織構(gòu)，經(jīng)再結(jié)晶后形成了織構(gòu)大晶粒所致。可能的原因還可能是：

①由于變形程度大(90%以上)，內(nèi)部產(chǎn)生很大的熱效應(yīng)，引起鍛件實際變形溫度大幅度升高；

②由于變形程度大，使那些沿晶界分布的雜質(zhì)破碎并分散，造成變形的晶粒與晶粒之間局部地區(qū)直接接觸(與織構(gòu)的區(qū)別在于這時相互接觸的晶粒位向差可以是比較大的)，從而促使形成大晶粒。

3)機械阻礙物:機械阻礙物的存在形式分兩類：一類是鋼在冶煉凝固時從液相直接析出的，顆粒比較大，成偏析或統(tǒng)計分布；

另一類是鋼凝固后，在繼續(xù)冷卻過程中從奧氏體晶粒內(nèi)析出的，顆粒十分細小，分布在晶界上。后一類比前一類的阻礙作用大得多。機械阻礙物的作用主要表現(xiàn)在對晶界的釘扎作用上。一旦機械阻礙物溶入晶內(nèi)時，晶界上就不存在機械阻礙作用了，晶粒便可立即長大到與所處溫度對應(yīng)的晶粒大小。對晶粒的影響，除以上三個基本因素外，還有變形速度、原始晶粒度和化學成分等。

8.細化晶粒的主要途徑有哪些？ ①在原材料冶煉時加入一些合金元素(如鉭、鈮、鋯、鉬、鎢、釩、鈦等)及最終采用鋁、鈦等作脫氧劑。它們的細化作用主要在于：當液態(tài)金屬凝固時，那些高熔點化合物起彌散的結(jié)晶核心作用，從而保證獲得極細晶粒。此外這些化合物同時又都起到機械阻礙的作用，是已形成的細晶粒不易長大。

②采用適當?shù)淖冃纬潭群妥冃螠囟?。塑性變形時應(yīng)恰當控制最高變形溫度(既要考慮加熱溫度，也要考慮到熱效應(yīng)引起的升溫)，以免發(fā)生聚集再結(jié)晶。如果變形量較小時，應(yīng)適當降低變形溫度。

③采用鍛后正火(或退火)等相變重結(jié)晶的方法。必要時利用奧氏體再結(jié)晶規(guī)律進行高溫正火來細化晶粒。

11.什么是塑性失穩(wěn)？拉伸失穩(wěn)與壓縮失穩(wěn)有什么本質(zhì)區(qū)別？ 塑性失穩(wěn)：在塑性加工中，當材料所受載荷達到某一臨界值后，即使載荷下降，塑性變形還會繼續(xù)，這種現(xiàn)象稱為塑性失穩(wěn)。壓縮失穩(wěn)的主要影響因素是剛度參數(shù)，它在塑性成形中主要表現(xiàn)為坯料的彎曲和起皺，在彈性和塑性變形范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生；

拉伸失穩(wěn)的主要影響因素是強度參數(shù)，它主要表現(xiàn)為明顯的非均勻伸長變形，在坯料上產(chǎn)生局部變薄或變細的現(xiàn)象，其進一步發(fā)展是坯料的拉斷和破裂，它只產(chǎn)生于塑性變形范圍內(nèi)。

13.桿件的塑性壓縮失穩(wěn)與板料的塑性壓縮失穩(wěn)其表現(xiàn)形式有何不同？ 桿件的壓縮失穩(wěn)表現(xiàn)為彎曲；

板料的壓縮失穩(wěn)表現(xiàn)為起皺 14.塑性壓縮失穩(wěn)的臨界壓應(yīng)力與那些因素有關(guān)？(P180-184)15.在板料拉深中，引起法蘭變形區(qū)起皺的原因是什么？在生產(chǎn)實踐中，如何防止法蘭變形區(qū)的起皺？ 原因：壓縮力引起的失穩(wěn)起皺。成形過程中變形區(qū)坯料的徑向拉應(yīng)力ζ1和切向壓應(yīng)力ζ3?的平面應(yīng)力狀態(tài)下變形，當切向壓應(yīng)力ζ3?達到失穩(wěn)臨界值時，坯料將產(chǎn)生失穩(wěn)起皺。

防止方法：加設(shè)壓邊圈 一、填空題 1.衡量金屬或合金的塑性變形能力的數(shù)量指標有 伸長率 和 斷面收縮率。

2.所謂金屬的再結(jié)晶是指 冷變形金屬加熱到更高的溫度后，在原來變形的金屬中會重新形成新的無畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織 的過程。

3.金屬熱塑性變形機理主要有：

晶內(nèi)滑移、晶內(nèi)孿生、晶界滑移 和 擴散蠕變 等。

4.請將以下應(yīng)力張量分解為應(yīng)力球張量和應(yīng)力偏張量 ＝ ＋ 5.對應(yīng)變張量，請寫出其八面體線變 與八面體切應(yīng)變 的表達式。

＝ ；

＝。

6.1864 年法國工程師屈雷斯加（H.Tresca）根據(jù)庫倫在土力學中研究成果，并從他自已所做的金屬擠壓試驗，提出材料的屈服與最大切應(yīng)力有關(guān)，如果采用數(shù)學的方式，屈雷斯加屈服條件可表述為。

7.金屬塑性成形過程中影響摩擦系數(shù)的因素有很多，歸結(jié)起來主要有 金屬的種類和化學成分、工具的表面狀態(tài)、接觸面上的單位壓力、變形溫度、變形速度 等幾方面的因素。

8.變形體處于塑性平面應(yīng)變狀態(tài)時，在塑性流動平面上滑移線上任一點的切線方向即為該點的最大切應(yīng)力方向。對于理想剛塑性材料處于平面應(yīng)變狀態(tài)下，塑性區(qū)內(nèi)各點的應(yīng)力狀態(tài)不同其實質(zhì)只是平均應(yīng)力 不同，而各點處的 最大切應(yīng)力 為材料常數(shù)。

9.在眾多的靜可容應(yīng)力場和動可容速度場中，必然有一個應(yīng)力場和與之對應(yīng)的速度場，它們滿足全部的靜可容和動可容條件，此唯一的應(yīng)力場和速度場，稱之為 真實 應(yīng)力場和 真實 速度場，由此導出的載荷，即為 真實 載荷，它是唯一的。

10.設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點的位移采用如下的線性多項式來表示：

，則單元內(nèi)任一點外的應(yīng)變可表示為 ＝。

11、金屬塑性成形有如下特點：

、、、。

12、按照成形的特點，一般將塑性成形分為 和 兩大類，按照成形時工件的溫度還可以分為、和 三類。

13、金屬的超塑性分為 和 兩大類。

14、晶內(nèi)變形的主要方式和單晶體一樣分為 和。

其中 變形是主要的，而 變形是次要的，一般僅起調(diào)節(jié)作用。

15、冷變形金屬加熱到更高的溫度后，在原來變形的金屬中會重新形成新的無畸變的等軸晶，直至完全取代金屬的冷變形組織，這個過程稱為金屬的。

16、常用的摩擦條件及其數(shù)學表達式。

17、研究塑性力學時，通常采用的基本假設(shè)有、、、體積力為零、初應(yīng)力為零、。

19.塑性是指：

在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力。

20.金屬單晶體變形的兩種主要方式有：

滑移 和 孿生。

21．影響金屬塑性的主要因素有：

化學成分、組織、變形溫度、變形速度、應(yīng)力狀態(tài)。

22.等效應(yīng)力表達式： 。

23.一點的代數(shù)值最大的 __ 主應(yīng)力 __ 的指向稱為 第一主方向，由 第一主方向順時針轉(zhuǎn) 所得滑移線即為 線。

24.平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力 σ z =。

25．塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分別是：

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。

26．對數(shù)應(yīng)變的特點是具有真實性、可靠性和可加。

27．就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢是，隨著溫度的升高，塑性　提高。

28．鋼冷擠壓前，需要對坯料表面進行磷化皂化　潤滑處理。

29．為了提高潤滑劑的潤滑、耐磨、防腐等性能常在潤滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱叫添加劑。

30．材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過 １００％ 的現(xiàn)象叫超塑性。

31．韌性金屬材料屈服時，密塞斯（Mises）準則較符合實際的。

32．硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生熱脆。

33．塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做理想塑性材料。

34．應(yīng)力狀態(tài)中的壓　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

35．平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力sｍ　等于　中間主應(yīng)力s２。

36．鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

37．材料經(jīng)過連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實應(yīng)變?yōu)閑１＝０.1，第二次的真實應(yīng)變?yōu)閑２＝０.25，則總的真實應(yīng)變e＝0.35。

38．塑性指標的常用測量方法 拉伸試驗法與壓縮試驗法。

39．彈性變形機理 原子間距的變化；

塑性變形機理 位錯運動為主。

二、下列各小題均有多個答案，選擇最適合的一個填于橫線上 1．塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

2．塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做　A。

Ａ、理想塑性材料；

Ｂ、理想彈性材料；

Ｃ、硬化材料；

3． 用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問題的方法稱為　B。

Ａ、解析法；

Ｂ、主應(yīng)力法；

Ｃ、滑移線法；

4． 韌性金屬材料屈服時，A準則較符合實際的。

Ａ、密席斯；

Ｂ、屈雷斯加；

Ｃ密席斯與屈雷斯加；

5．由于屈服原則的限制，物體在塑性變形時，總是要導致最大的 A 散逸，這叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；

Ｂ、力；

Ｃ、應(yīng)變；

6． 硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生　A。

Ａ、熱脆性；

Ｂ、冷脆性；

Ｃ、蘭脆性；

7． 應(yīng)力狀態(tài)中的B　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

Ａ、拉應(yīng)力；

Ｂ、壓應(yīng)力；

Ｃ、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；

8．平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力sｍB中間主應(yīng)力s２。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

9． 鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 B。

Ａ、提高；

Ｂ、降低；

Ｃ、沒有變化；

10．多晶體經(jīng)過塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長的現(xiàn)象稱為　A。

Ａ、纖維組織；

Ｂ、變形織構(gòu)；

Ｃ、流線；

三、判斷題 1．按密塞斯屈服準則所得到的最大摩擦系數(shù)μ=0.5。

（×）2．塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。

（×）3．靜水壓力的增加，對提高材料的塑性沒有影響。（×）4．在塑料變形時要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。

（×）5．塑性變形體內(nèi)各點的最大剪應(yīng)力的軌跡線叫滑移線。（√）6．塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。

（√）7．塑性就是柔軟性。

（×）8．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（×）9．合金鋼中的白點現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（×）10．結(jié)構(gòu)超塑性的力學特性為，對于超塑性金屬m =0.02-0.2。

（×）11．影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

（√）12．屈雷斯加準則與密席斯準則在平面應(yīng)變上，兩個準則是一致的。

（×）13．變形速度對摩擦系數(shù)沒有影響。

（×）14．靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。（√）15．碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。（×）16．如果已知位移分量，則按幾何方程求得的應(yīng)變分量自然滿足協(xié)調(diào)方程；

若是按其它方法求得的應(yīng)變分量，也自然滿足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗其是否滿足連續(xù)性條件。

（×）17．在塑料變形時金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼（×）四、簡答題 1.純剪切應(yīng)力狀態(tài)有何特點？ 答：純剪切應(yīng)力狀態(tài)下物體只發(fā)生形狀變化而不發(fā)生體積變化。

純剪應(yīng)力狀態(tài)下單元體應(yīng)力偏量的主方向與單元體應(yīng)力張量的主方向一致，平均應(yīng)力。

其第一應(yīng)力不變量也為零。

3.塑性變形時應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的特點？ 答：在塑性變形時，應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系有如下特點：

(1)應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系是非線性的，因此，全量應(yīng)變主軸與應(yīng)力主軸不一定重合。

(2)塑性變形時，可以認為體積不變，即應(yīng)變球張量為零，泊松比。

(3)對于應(yīng)變硬化材料，卸載后再重新加載時的屈服應(yīng)力就是報載時的屈服應(yīng)力，比初始屈服應(yīng)力要高。

(4)塑性變形是不可逆的，與應(yīng)變歷史有關(guān)，即應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系不再保持單值關(guān)系。

1．試簡述提高金屬塑性的主要途徑。

答：可通過以下幾個途徑來提高金屬塑性：

(1)提高材料的成分和組織的均勻性；

(2)合理選擇變形溫度和變形速度；

(3)選擇三向受壓較強的變形方式；

(4)減少變形的不均勻性。

2．請簡述應(yīng)變速率對金屬塑性的影響機理。

答：應(yīng)變速度通過以下幾種方式對塑性發(fā)生影響：

(1)增加應(yīng)變速率會使金屬的真實應(yīng)力升高，這是由于塑性變形的過程比較復雜，需要有一定的時間來進行。

(2)增加應(yīng)變速率，由于沒有足夠的時間進行回復或再結(jié)晶，因而軟化過程不充分而使金屬的塑性降低。

(3)增加應(yīng)變速率，會使溫度效應(yīng)增大和金屬的溫度升高，這有利于金屬塑性的提高。

綜上所述，應(yīng)變速率的增加，既有使金屬塑性降低的一面，又有使金屬塑性增加的一面，這兩方面因素綜合作用的結(jié)果，最終決定了金屬塑性的變化。

3．請簡述彈性變形時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的特點。

答：彈性變形時應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系有如下特點：

(1)應(yīng)力與應(yīng)變完全成線性關(guān)系，即應(yīng)力主軸與全量應(yīng)變主軸重合。

(2)彈性變形是可逆的，與應(yīng)變歷史（加載過程）無關(guān)，即某瞬時的物體形狀、尺寸只與該瞬時的外載有關(guān)，而與瞬時之前各瞬間的載荷情況無關(guān)。

(3)彈性變形時，應(yīng)力球張量使物體產(chǎn)生體積的變化，泊松比。

三、計算題 1．對于直角坐標系 Oxyz 內(nèi)，已知受力物體內(nèi)一點的應(yīng)力張量為，應(yīng)力單位為 Mpa，(1)畫出該點的應(yīng)力單元體；

(2)求出該點的應(yīng)力張量不變量、主應(yīng)力及主方向、最大切應(yīng)力、八面體應(yīng)力、應(yīng)力偏張量及應(yīng)力球張量。

解：

(1)該點的應(yīng)力單元體如下圖所示(2)應(yīng)力張量不變量如下 故得應(yīng)力狀態(tài)方程為 解之得該應(yīng)力狀態(tài)的三個主應(yīng)力為（Mpa）設(shè)主方向為，則主應(yīng)力與主方向滿足如下方程 即，解之則得，解之則得，解之則得 最大剪應(yīng)力為：

八面體正應(yīng)力為：

Mpa 八面體切應(yīng)力為：

應(yīng)力偏張量為：，應(yīng)力球張量為：

2．已知金屬變形體內(nèi)一點的應(yīng)力張量為 Mpa，求：

(1)計算方向余弦為 l=1/2，m=1/2，n= 的斜截面上的正應(yīng)力大小。

(2)應(yīng)力偏張量和應(yīng)力球張量；

(3)主應(yīng)力和最大剪應(yīng)力；

解：

(1)可首先求出方向余弦為（l,m,n）的斜截面上的應(yīng)力（）進一步可求得斜截面上的正應(yīng)力 ：

(2)該應(yīng)力張量的靜水應(yīng)力 為 其應(yīng)力偏張量 應(yīng)力球張量(3)在主應(yīng)力面上可達到如下應(yīng)力平衡 其中 欲使上述方程有解，則 即 解之則得應(yīng)力張量的三個主應(yīng)力：

對應(yīng)地，可得最大剪應(yīng)力。

3．若變形體屈服時的應(yīng)力狀態(tài)為：-30 0 0 15 0 23 ′ ÷ ÷ ÷ ? ? ? ? ? è ? × × × = ij s MPa 試分別按Mises和Tresca塑性條件計算該材料的屈服應(yīng)力及值，并分析差異大小。

解：，Tresca準則：

MPa 而＝＝1 Mises準則：

MPa 而＝＝1.07 或者：，4．某理想塑性材料，其屈服應(yīng)力為100(單位：10MPa)，某點的應(yīng)力狀態(tài)為：

MPa 將其各應(yīng)力分量畫在如圖所示的應(yīng)力單元圖中，并判斷該點處于什么狀態(tài)（彈性/塑性）？ 答：＝－300MPa ＝230MPa ＝150MPa ＝－30 MPa ====0 根據(jù)應(yīng)力張量第一、第二、第三不變量公式：

＝++-＝＋＋ ＝ 將、、、、、、、、代入上式得：

＝8，＝804，＝－10080(單位：10MPa)將、、代入－－б－＝0，令>>解得：

=24 =14 =－30(單位：10MPa)根據(jù)Mises屈服準則：

等效應(yīng)力 ＝ ＝49.76(單位：10MPa)(單位：10MPa)因此,該點處于彈性狀態(tài)。

一、填空題 1.設(shè)平面三角形單元內(nèi)部任意點的位移采用如下的線性多項式來表示：

，則單元內(nèi)任一點外的應(yīng)變可表示為 ＝。

2.塑性是指：

在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力。

3.金屬單晶體變形的兩種主要方式有：

滑移 和 孿生。

4.等效應(yīng)力表達式：。

5.一點的代數(shù)值最大的 __ 主應(yīng)力 __ 的指向稱為 第一主方向，由 第一主方向順時針轉(zhuǎn) 所得滑移線即為 線。

6.平面變形問題中與變形平面垂直方向的應(yīng)力 σ z =。

7．塑性成形中的三種摩擦狀態(tài)分別是：

干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦。

8．對數(shù)應(yīng)變的特點是具有真實性、可靠性和可加性。

9．就大多數(shù)金屬而言，其總的趨勢是，隨著溫度的升高，塑性　提高。

10．鋼冷擠壓前，需要對坯料表面進行磷化皂化　潤滑處理。

11．為了提高潤滑劑的潤滑、耐磨、防腐等性能常在潤滑油中加入的少量活性物質(zhì)的總稱叫添加劑。

12．材料在一定的條件下，其拉伸變形的延伸率超過 １００％ 的現(xiàn)象叫超塑性。

13．韌性金屬材料屈服時，密席斯（Mises）準則較符合實際的。

14．硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生熱脆。

15．塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做理想塑性材料。

16．應(yīng)力狀態(tài)中的壓　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

17．平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力sm 　等于　中間主應(yīng)力s2。

18．鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 降低。

19．材料經(jīng)過連續(xù)兩次拉伸變形，第一次的真實應(yīng)變?yōu)閑1＝０.1，第二次的真實應(yīng)變?yōu)閑2＝０.25，則總的真實應(yīng)變e＝0.35。

20．塑性指標的常用測量方法 拉伸試驗法與壓縮試驗法。

21．彈性變形機理 原子間距的變化；

塑性變形機理 位錯運動為主。

二、下列各小題均有多個答案，選擇最適合的一個填于橫線上 1．塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響A工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

2．塑性變形時不產(chǎn)生硬化的材料叫做　A。

Ａ、理想塑性材料；

Ｂ、理想彈性材料；

Ｃ、硬化材料；

3． 用近似平衡微分方程和近似塑性條件求解塑性成形問題的方法稱為　B。

Ａ、解析法；

Ｂ、主應(yīng)力法；

Ｃ、滑移線法；

4． 韌性金屬材料屈服時，A準則較符合實際的。

Ａ、密席斯；

Ｂ、屈雷斯加；

Ｃ密席斯與屈雷斯加；

5．由于屈服原則的限制，物體在塑性變形時，總是要導致最大的 A 散逸，這叫最大散逸功原理。

Ａ、能量；

Ｂ、力；

Ｃ、應(yīng)變；

6． 硫元素的存在使得碳鋼易于產(chǎn)生　A。

Ａ、熱脆性；

Ｂ、冷脆性；

Ｃ、蘭脆性；

7． 應(yīng)力狀態(tài)中的B　應(yīng)力，能充分發(fā)揮材料的塑性。

Ａ、拉應(yīng)力；

Ｂ、壓應(yīng)力；

Ｃ、拉應(yīng)力與壓應(yīng)力；

8．平面應(yīng)變時，其平均正應(yīng)力sｍB中間主應(yīng)力s２。

Ａ、大于；

Ｂ、等于；

Ｃ、小于；

9． 鋼材中磷使鋼的強度、硬度提高，塑性、韌性 B。

Ａ、提高；

Ｂ、降低；

Ｃ、沒有變化；

10．多晶體經(jīng)過塑性變形后各晶粒沿變形方向顯著伸長的現(xiàn)象稱為　A。

Ａ、纖維組織；

Ｂ、變形織構(gòu)；

Ｃ、流線；

三、判斷題 1．按密席斯屈服準則所得到的最大摩擦系數(shù)μ=0.5。

（×）2．塑性變形時，工具表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響小于工件表面的粗糙度對摩擦系數(shù)的影響。

（×）3．靜水壓力的增加，對提高材料的塑性沒有影響。（×）4．在塑料變形時要產(chǎn)生硬化的材料叫理想剛塑性材料。

（×）5．塑性變形體內(nèi)各點的最大剪應(yīng)力的軌跡線叫滑移線。（√）6．塑性是材料所具有的一種本質(zhì)屬性。

（√）7．塑性就是柔軟性。

（×）8．合金元素使鋼的塑性增加，變形拉力下降。

（×）9．合金鋼中的白點現(xiàn)象是由于夾雜引起的。

（×）10．結(jié)構(gòu)超塑性的力學特性為，對于超塑性金屬m =0.02-0.2。

（×）11．影響超塑性的主要因素是變形速度、變形溫度和組織結(jié)構(gòu)。

（√）12．屈雷斯加準則與密席斯準則在平面應(yīng)變上，兩個準則是一致的。

（×）13．變形速度對摩擦系數(shù)沒有影響。

（×）14．靜水壓力的增加，有助于提高材料的塑性。（√）15．碳鋼中冷脆性的產(chǎn)生主要是由于硫元素的存在所致。（×）16．如果已知位移分量，則按幾何方程求得的應(yīng)變分量自然滿足協(xié)調(diào)方程；

若是按其它方法求得的應(yīng)變分量，也自然滿足協(xié)調(diào)方程，則不必校驗其是否滿足連續(xù)性條件。

（×）17．在塑料變形時金屬材料塑性好，變形抗力就低，例如：不銹鋼（×）四、名詞解釋 1．上限法的基本原理是什么？ 答：按運動學許可速度場來確定變形載荷的近似解，這一變形載荷它總是大于真實載荷，即高估的近似值，故稱上限解。

2．在結(jié)構(gòu)超塑性的力學特性中，m值的物理意義是什么？ 答：為應(yīng)變速率敏感性系數(shù)，是表示超塑性特征的一個極重要的指標，當m值越大，塑性越好。

3．何謂冷變形、熱變形和溫變形？ 答：冷變形：在再結(jié)晶溫度以下（通常是指室溫）的變形。

熱變形：在再結(jié)晶溫度以上的變形。

溫變形：在再結(jié)晶溫度以下，高于室溫的變形。

4．何謂最小阻力定律？ 答：變形過程中，物體質(zhì)點將向著阻力最小的方向移動，即做最少的功，走最短的路。

5．何謂超塑性？ 答：延伸率超過100%的現(xiàn)象叫做超塑性。

五、簡答題 1．請簡述有限元法的思想。

答：有限元法的基本思想是：

(1)把變形體看成是有限數(shù)目單元體的集合，單元之間只在指定節(jié)點處鉸接，再無任何關(guān)連，通過這些節(jié)點傳遞單元之間的相互作用。如此離散的變形體，即為實際變形體的計算模型；

(2)分片近似，即對每一個單元選擇一個由相關(guān)節(jié)點量確定的函數(shù)來近似描述其場變量（如速度或位移）并依據(jù)一定的原理建立各物理量之間的關(guān)系式；

(3)將各個單元所建立的關(guān)系式加以集成，得到一個與有限個節(jié)點相關(guān)的總體方程。

解此總體方程，即可求得有限個節(jié)點的未知量（一般為速度或位移），進而求 得整個問題的近似解，如應(yīng)力應(yīng)變、應(yīng)變速率等。

所以有限元法的實質(zhì)，就是將具有無限個自由度的連續(xù)體，簡化成只有有限個自由度的單元集合體，并用一個較簡單問題的解去逼近復雜問題的解。

2.Levy-Mises 理論的基本假設(shè)是什么？ 答：

Levy-Mises 理論是建立在以下四個假設(shè)基礎(chǔ)上的：

(1)材料是剛塑性材料，即彈性應(yīng)變增量為零，塑性應(yīng)變增量就是總的應(yīng)變增量；

(2)材料符合 Mises 屈服準則，即 ；

(3)每一加載瞬時，應(yīng)力主軸與應(yīng)變增量主軸重合；

(4)塑性變形時體積不變，即，所以應(yīng)變增量張量就是應(yīng)變增量偏張量，即 3．在塑性加工中潤滑的目的是什么？影響摩擦系數(shù)的主要因素有哪些？ 答：（1）潤滑的目的是:減少工模具磨損；

延長工具使用壽命；

提高制品質(zhì)量；

降低金屬變形時的能耗。

（2）影響摩擦系數(shù)的主要因素：

答：1）金屬種類和化學成分；

2）工具材料及其表面狀態(tài)；

3）接觸面上的單位壓力；

4）變形溫度；

5）變形速度；

6）潤滑劑 4．簡述在塑性加工中影響金屬材料變形抗力的主要因素有哪些？ 答：（1）材料（化學成分、組織結(jié)構(gòu)）；

（2）變形程度；

（3）變形溫度；

（4）變形速度；

（5）應(yīng)力狀態(tài)；

（6）接觸界面（接觸摩擦）5．為什么說在速度間斷面上只有切向速度間斷，而法向速度必須連續(xù)？ 答：現(xiàn)設(shè)變形體被速度間斷面SD分成①和②兩個區(qū)域；

在微段dSD上的速度間斷情況如下圖所示。

根據(jù)塑性變形體積不變條件，以及變形體在變形時保持連續(xù)形，不發(fā)生重疊和開裂可知，垂直于dSD上的速度分量必須相等，即，而切向速度分量可以不等，造成①、②區(qū)的相對滑動。其速度間斷值為 6．何謂屈服準則？常用屈服準則有哪兩種？試比較它們的同異點？ 答：（1）屈服準則：只有當各應(yīng)力分量之間符合一定的關(guān)系時，質(zhì)點才進入塑性狀態(tài)，這種關(guān)系就叫屈服準則。

（2）常用屈服準則：密席斯屈服準則與屈雷斯加屈服準則。

（3）同異點：在有兩個主應(yīng)力相等的應(yīng)力狀態(tài)下，兩者是一致的。對于塑性金屬材料，密席斯準則更接近于實驗數(shù)據(jù)。在平面應(yīng)變狀態(tài)時，兩個準則的差別最大為15.5% 7.簡述塑性成形中對潤滑劑的要求。

答：（1）潤滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤滑狀態(tài)；

（2）潤滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時，潤滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；

（3）潤滑劑有冷卻模具的作用；

（4）潤滑劑不應(yīng)對金屬和模具有腐蝕作用；

（5）潤滑劑應(yīng)對人體無毒，不污染環(huán)境；

（6）潤滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價格便宜等。

8．簡述金屬塑性加工的主要優(yōu)點? 答：（1）結(jié)構(gòu)致密，組織改善，性能提高。

（2）材料利用率高，流線分布合理。

（3）精度高，可以實現(xiàn)少無切削的要求。

（4）生產(chǎn)效率高。

六、計算題 1．圓板坯拉深為圓筒件如圖1所示。

假設(shè)板厚為t , 圓板坯為理想剛塑性材料，材料的真實應(yīng)力為S，不計接觸面上的摩擦 ,且忽略凹?？谔幍膹澢?yīng) , 試用主應(yīng)力法證明圖示瞬間的拉深力為：

（a）拉深示意圖（b）單元體 圖1 板料的拉深 答：在工件的凸緣部分取一扇形基元體，如圖所示。沿負的徑向的靜力平衡方程為：

展開并略去高階微量，可得：

由于是拉應(yīng)力，是壓應(yīng)力，故，得近似塑性條件為：

聯(lián)解得：

式中的 2．如圖2所示，設(shè)有一半無限體，側(cè)面作用有均布壓應(yīng)力，試用主應(yīng)力法求單位流動壓力p。

圖2 解：

取半無限體的半剖面，對圖中基元板塊（設(shè)其長為 l）列平衡方程：

（1）其中，設(shè)，為摩擦因子，為材料屈服時的最大切應(yīng)力值，、均取絕對值。

由(1)式得：

（2）采用絕對值表達的簡化屈服方程如下：

（3）從而（4）將（2）（3）（4）式聯(lián)立求解，得：

（5）在邊界上，由（3）式，知，代入（5）式得：

最后得：

（6）從而，單位流動壓力：

（7）3．圖3所示的圓柱體鐓粗，其半徑為re，高度為h，圓柱體受軸向壓應(yīng)力sZ，而鐓粗變形接觸表面上的摩擦力t＝０.２Ｓ（Ｓ為流動應(yīng)力），sze為鍛件外端（r=re）處的垂直應(yīng)力。

（1）證明接觸表面上的正應(yīng)力為：

（2）并畫出接觸表面上的正應(yīng)力分布；

（3）求接觸表面上的單位流動壓力ｐ，（4）假如re＝100MM，Ｈ＝150MM,Ｓ=500MPa，求開始變形時的總變形抗力Ｐ為多少噸？ 解：

（1）證明 該問題為平行砧板間的軸對稱鐓粗。設(shè)對基元板塊列平衡方程得：

因為，并略去二次無窮小項，則上式化簡成：

假定為均勻鐓粗變形，故：

圖3 最后得：

該式與精確平衡方程經(jīng)簡化后所得的近似平衡方程完全相同。

按密席斯屈服準則所寫的近似塑性條件為：

聯(lián)解后得：

當時，最后得：

（3）接觸表面上的單位流動壓力為：

=544MP（4）總變形抗力: =1708T 4．圖4所示的一平?jīng)_頭在外力作用下壓入兩邊為斜面的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計，其接觸面上的單位壓力為q，自由表面AH、BE與X軸的夾角為，求：

（1）證明接觸面上的單位應(yīng)力q=K（2++2）；

（2）假定沖頭的寬度為2b，求單位厚度的變形抗力P；

圖4 解：

（1）證明 1）在AH邊界上有：

故，屈服準則：

得：

2）在AO邊界上：

根據(jù)變形情況：

按屈服準則：

沿族的一條滑移（OA1A2A3A4）為常數(shù)（2）單位厚度的變形抗力：

5．圖5所示的一尖角為2j的沖頭在外力作用下插入具有相同角度的缺口的剛塑性體中，接觸表面上的摩擦力忽略不計，其接觸面上的單位壓力為p，自由表面ABC與X軸的夾角為d，求：

（1）證明接觸面上的單位應(yīng)力p=2K（1+j+d）；

（2）假定沖頭的寬度為2b，求變形抗力P。

圖5 答：

（1）證明 1）在AC邊界上：

2）在AO邊界上：

3）根據(jù)變形情況：

4）按屈服準則：

5）沿族的一條滑移（OFEB）為常數(shù)（2）設(shè)AO的長度為L，則變形抗力為：

6．模壁光滑平面正擠壓的剛性塊變形模型如圖6所示，試計算其單位擠壓力的上限解 P，設(shè)材料的最大切應(yīng)力為常數(shù)K。

圖6 解：首先，可根據(jù)動可容條件建立變形區(qū)的速端圖，如圖7所示：

圖7 設(shè)沖頭的下移速度為。由圖7可求得各速度間斷值如下：

;;由于沖頭表面及模壁表面光滑，故變形體的上限功率僅為各速度間隔面上消耗的剪切功率，如下式所示：

又沖頭的功率可表示為：

故得：

7．一理想剛塑性體在平砧頭間鐓粗到某一瞬間，條料的截面尺寸為 2a × 2a，長度為 L，較 2a 足夠大，可以認為是平面變形。變形區(qū)由 A、B、C、D 四個剛性小塊組成（如圖8所示），此瞬間平砧頭速度為 ú i =1（下砧板認為靜止不動）。試畫出速端圖并用上限法求此條料的單位變形力 p。

圖8 解：根據(jù)滑移線理論，可認為變形區(qū)由對角線分成的四個剛性三角形組成。剛性塊 B、D 為死區(qū)，隨壓頭以速度 u 相向運動；

剛性塊 A、C 相對于 B、D有相對運動（速度間斷），其數(shù)值、方向可由速端圖（如圖9所示）完全確定。

圖9 u * oA = u * oB = u * oC = u * oD =u/sin θ = 根據(jù)能量守恒：

2P · 1 ＝ K（u * oA ＋ u * oB ＋ u * oC ＋ u * oD）又 ＝ ＝ ＝ ＝ a 所以單位流動壓力：P = ＝ 2K