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
2322212
232222212)(n m l n m l σσσσσστ++-++=
、2
3222
1n m l
σσσσ++=、2
232222212
n
m l S
σσσ++=
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τ max 表示。如设 σ 1>σ 2>σ 3，则 τ max =± (σ 1-σ 3)/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 στττστττσσ⎥⎥
⎥
⎦⎤
⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎦⎤⎢
⎢⎢⎣⎡---=m m m m zz yz xz zy m yy xy zx yx m xx σσσσστττσστττσσ000000
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
10
0000
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:)
(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）：
222
2
222
()
T T T T
T
t c x y z
λ
α
ρ
∂∂∂∂
=++=∆
∂∂∂∂
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
P5熔融指数：是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值 P10聚合物在加工过程中的总形变：普弹形变、推迟形变、粘性形变 P16非牛顿流体定义：把流动行为不服从牛顿流动定律的流动称为非牛顿型流动，具有这种流动行为的液体称为非牛顿液体。 P20假塑性液体流动区域： 第一流动区：牛顿型流动区；第二流动区：非牛顿型流动；第三流动区：牛顿型流动区 P38收敛流动定义：聚合物在具有截面尺寸逐渐变小的锥形管或其它形状管道中的收敛流动。 P47拖曳流动定义：在粘滞性很大的聚合物液体能随管道的运动部分移动，所以称这种流动为拖曳流动。 P55影响入口效应和离模膨胀效应的因素：聚合物的性质，液体中的应力，应变速率的大小，液体的温度以及管道的几何形状 P56狭缝口模厚度方向的膨胀比和水平方向的膨胀比关系：狭缝口模厚度方向的膨胀比均比水平方向的膨胀比要大，并厚度方向的膨胀比为水平方向的膨胀比的平方倍。 P59挤出金属线缆包覆物的口模收敛角，均小于10°，常在4°左右。 P79影响聚合物取向的因素： 温度和应力：温度升高，聚合物年度降低，在不变应力下高弹形变和粘性（塑性）形变都增大，但高弹有限，粘性（塑性）则发展快，有利于聚合物取向；温度升高，聚合物大分子热运动家居，松弛时间缩短，由于聚合物的取向和解取向都是松弛过程，因此温度升高回事解取向过程很快发展，所以温度对聚合物取向和解取向有着相互矛盾的作用。 热拉伸情况下，拉应力可减小，拉伸比可增大，拉伸速度也较高。冷拉伸，在Tg~Tm间惊醒拉伸，取向度大。聚合物处于等温拉伸过程能获得性能稳定的取向材料。要进一步提高取向需要延拉伸过程形成一定温度梯度。 拉伸比：拉伸材料的取向度随拉伸比而增大。 聚合物结构对低分子物的影响：一般结构简单、柔性大、分子量较低的聚合物链段活动能力强，粘流活化能低，容易变形和取向。 P82取向对聚合物性能的影响：沿应力作用方向的分子链大大提高了取向方向的力学强度；但垂直于取向的力学强度则应承受应力的十分之间的次价键而显著降低。拉伸取向分解京剧和无延拉伸方向的拉伸强度，断裂伸长率，和冲击强度均随取向度提高而提高。 取向度提高，材料的玻璃化转变温度上升，取向聚合物的回缩或热收缩率与取向度成正比。P85加工过程中各种因素对降解的影响： 聚合物结构的影响： 温度的影响： 氧的影响： 应力的影响： 水分的影响： P94影响聚合物大分子交联的因素： 温度、硬化时间、反应物官能度、应力。 P100增塑剂定义：增塑剂通常是对热和化学试剂都很稳定的一类有机化合物；一般是在一定范围内能与聚合物相溶而又不易挥发的液体；少数是熔点较低的固体。 P102耐低温增塑剂：葵二酸二辛酯、已二酸二辛酯；耐热性增塑剂：季戊四醇 P106润滑剂定义：为改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的粘附，提高制品表面光洁度等，而加到塑料中的一类添加剂称为润滑剂。 P115初混物的塑炼主要控制条件：温度、时间、剪切力
晶界粘性流动：晶界处原子处于激活状态，以致能脱离晶粒表面而向邻近的晶粒跳跃，导致原有晶粒失去固定的形状和尺寸，晶粒间出现相对流动。 融化潜热：在熔点温度的固态变为同温度的液态时，金属吸收大量的热量。 影响液态金属粘度的主要因素：化学成分、温度↑、夹杂物。粘度↑ 表面张力:表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。 液态金属的充型能力: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，即液态金属充填铸型的能力 影响因素：1.影响金属与铸件之间热交换条件，从而改变金属液流动时间，2.影响金属液在铸型中的水力学条件，改变金属液的流速。 ①金属性质方面的因素（流动性内因）②铸型性质方面的因素 3.浇注条件方面因素④铸件结构方面的因素 液态金属的流动性：是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。 温差和浓度差是引起自然对流的驱动力 为什么在共晶成分时能保持恒温反应：因为铸件在凝固中会释放出大量的潜热，铸件凝固其实是铸件内部过热热量和潜热不断向外扩散的过程。 铸件凝固方式及影响因素： 1.层状凝固方式：易补缩，组织致密，性能好。 2.体积凝固：不易补缩，易产生缩孔、缩松、夹杂、开裂性能差 3.中间状凝固方式 因素：1.合金的化学成分2.铸件断面上的温度梯度 均质形核：在没有任何外来界面的均匀熔体中的形核过程 异质形核：在不均匀的熔体中依靠外来杂质或形壁界面提供的衬底进行形核的过程（一般是此种） 热过冷：金属凝固时所需的过冷度，若完全由热扩散控制 铸件宏观组织： 1.表面细晶粒区：紧靠铸型的激冷组织，由无规则的细小等轴晶组成（较大的过冷度） 2.柱状晶区：垂直于型腔壁且彼此平行的柱状晶粒组成（单向热流）影响：择优生长的细长晶体，有明显的方向性，纵向性能好、横向性能差，一般不希望出现 3.内部等轴晶区：各向同性的等轴晶组成，尺寸比较粗大。影响：性能比较均匀，没有方向性，各向同性，需要的组织，再细化更好 宏观组织的控制： 1.加入强生核剂：直接作为外加晶核的生核剂；加入生核剂促进晶核生成 2.控制浇注工艺和增大铸件冷却速度：采用较低的浇注温度;采用合适的浇注工艺；改善铸型结构 3.动态下细化等轴晶：震动、搅拌 孕育衰退：大多数生核剂的有效性均与在液态金属中存在的时间有关，随着时间的延长，生核效果减弱或消失。 气孔的类型及特征：按来源不同分, 1.析出性气孔：液态金属凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及逾出而产生的气孔。（团球状，在局部） 2.侵入性气孔：砂型或砂芯在液态金属高温作用下产生的气体侵入金属内部形成的气孔（梨状，表面光滑，在表层） 3.反应性气孔：液态金属内部与铸型之间产生反应而产生的气孔。 （蜂窝状，铸件皮下1-3mm）气孔形成机理： 1.析出性气孔：结晶前沿，特别是枝晶间气体溶质富集区气体含量将超过其饱和含量，被枝晶封闭的液相内则具有更大的过饱和析出压力，而液固界面处气体翻含量最高，且存在其他溶质偏析和非金属夹杂物，当枝晶产生凝固收缩时，该处极易析出气泡，难以排出形成气孔。 2.侵入性气孔：将金属液注入铸型时，在高温的作用下，砂芯和砂型将产生大量气泡，随着温度的升高气泡增多，气泡压力也不断增大，达到一个临界值时，侵入液态金属，来不及逾出。 3.反应性气孔： 气孔的防止： 1.析出性气孔：（1）消除气体来源（2）金属熔炼时温度勿过高（3）对液态金属进行除气处理（4）阻止液态金属内气体的析出 2.侵入性气孔：（1）控制气体来源（2）控制透气性和紧实性（3）提高砂芯、砂型排气能力（4）适当提高浇注温度（5）提高金属的熔炼质量 3.反应性气孔：（1）采用烘干等（2）控制氧化性元素的含量（3）适当提高浇注温度 夹杂物：按形成时间分 1.一次夹杂物：金属熔炼中产生的，偏晶析出、聚合长大。排出：加溶剂、过lu法 2.二次夹杂物：充型和凝固中形成，固液界面溶质元素富集的非金属夹杂物 3.二次氧化物：在浇注和充型过程中，表面氧化物卷入液态金属形成。 收缩的三个阶段： 1.液态收缩： 2.凝固收缩： 3.固态收缩： 1和2是产生缩孔和缩松的主要原因，3是铸件产生尺寸变化、应力、变形、裂纹的基本原因 缩孔：内外两种。形成机理：原因：液态收缩+凝固收缩>固态收缩.条件：顺序凝固 缩松：宏观和微观。形成机理：原因：液态收缩+凝固收缩>固态收缩.条件：同时凝固 缩孔、缩松对铸件的影响：减少铸件受力面积，尖角处产生应力集中，力学性能下降 影响缩孔、缩松的因素及防止措施： 1.影响大小的因素：金属的性质；铸型条件;浇注条件；铸件尺寸；补缩压力 2.影响灰铸铁和球墨铸铁缩孔、缩松的因素：铸铁成分；铸型刚度（铸型刚度大，缩前膨胀小，缩孔容积小。金属型→水泥型→砂型→干型→湿型）
第一章：液态金属的结构与性质 1雷诺数Re：当Re>2300时为紊流，Re<2300时为层流。Re=Du/v=Duρ/η，D为直径，u 为流动速度，v为运动粘度=动力粘度η/密度ρ。层流比紊流消耗能量大。 2表面张力：表面张力是表面上平行于切线方向且各方向大小相同等的张力。 润湿角：接触角为锐角时为润湿，钝角时为不润湿。 3压力差：当表面具有一定的曲度时，表面张力将使表面的两侧产生压力差，该压力差值的大小与曲率半径成反比，曲率半径越小，表面张力的作用越显著。 4充型能力：充型过程中，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，即液态金属充型能力。 5长程无序、近程有序：液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性，表现出长程无序特征；而相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停游荡着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围内的近程有序。 拓扑短程序：Sn Ge Ga Si等固态具有共价键的单组元液体，原子间的共价键并未完全消失，存在着与固体结构中对应的四面体局域拓扑有序结构。 化学短程序：Li-Pb Cs-Au Mg-Bi Mg-Zn Mg-Sn Cu-Ti Cu-Sn Al-Mg Al-Fe等固态具有金属间化合物的二元熔体中均有化学短程序的存在。 6实际液态金属结构：实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇空穴所组成，同时也含有各种固态液态和气态杂质或化合物，而且还表现出能量结构及浓度三种起伏特征，其结构相对复杂。能量起伏：液态金属中处于热运动的原子的能量有高有低，同一原子的能量也在随时间不停的变化，时高时低，这种现象成为能量起伏。结构起伏：由于能量起伏，液体中大量不停游动的局域有序原子团簇时聚时散，此起彼伏而存在结构起伏。浓度起伏：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，这一现象成为浓度起伏。 7表面张力形成的原因：表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所致。由于液体或固体表面原子受内部的作用力较大，而朝着气体的方向受力较小，这种受力不均引起表面原子的势能比内部原子的势能高，因此物体倾向于减小其表面积而产生表面张力。两相质点间结合力越大，界面能越小，界面张力就越小；两相间结合力小，界面张力就小。 8表面张力的影响因素：①原子间结合力越大，张力越小②表面张力与原子体积成反比，与价电子数成正比③张力通常随温度升高而下降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⑤大凡自由电子数多的溶质元素，系统的表面张力增加⑥S O Te Se及N元素明显降低铁液的表面张力。 第二章：凝固温度场 1平方根定律：τ=ξ2/K2，即金属凝固时间与凝固层厚度的平方成正比。其中ξ=V1/A1，ξ为凝固层厚度，V1为凝固层体积，A1为铸件与铸型间接触面积，K为凝固系数。当凝固结束时，ξ为大平板厚度的一半。 2模数法：= τR/K，R为铸件的折算厚度=体积/表面积，称为模数。 3铸件动态凝固曲线：液相边界和固相边界之间的横向距离直观的得出铸件内各部位的开始凝固时刻与凝固结束时刻，该时间段称为铸件的局部凝固时间；也可根据纵向距离得出凝固过程中的任一时刻铸件断面上已凝固固相区、固液两相区和尚未凝固的液相区的宽度。 4铸件凝固方式分类：根据固液相区的宽度可分为逐层凝固方式与体积凝固方式（或糊状凝固方式），固液相区很窄时为逐层凝固方式，反之为糊状凝固方式，固液相区宽度介于两者之间的称为中间凝固方式。 5铸件凝固方式的影响因素：①合金凝固温度区间的影响②温度梯度的影响：温度梯度较大时固液相区较窄（逐层凝固方式）；温度梯度较平坦时，固液相区明显加宽（体积凝固方式） 6凝固速度的影响：凝固过程中，固／液界面向前推移时，存在某一临界速度，当实际凝固速度大于临界速度时，颗粒被固／液界
第一章 4．如何理解实际液态金属结构及其三种“起伏”特征？ 答：理想纯金属是不存在的，即使非常纯的实际金属中总存在着大量杂质原子。实际金属和合金的液体由大量时聚时散、此起彼伏游动着的原子团簇、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。 能量起伏是指：液态金属中处于热运动的原子能量有高有低，同一原子的能量也在随时间 不停地变化，时高时低的现象。 结构起伏是指：液态金属中大量不停“游动”着的原子团簇不断地分化组合，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，此起彼伏，不断发生着这样的涨落过程，似乎原子团簇本身在“游动”一样，团簇的尺寸及其内部原子数量都随时间和空间发生着改变的现象。 浓度起伏是指：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。 6． 总结温度、原子间距（或体积） 、合金元素或微量元素对液体粘度 η 高低的影响。 答：η 与温度 T 的关系受两方面（正比的线性及负的指数关系）所共同制约，但总的趋势随温度 T 而下降。 粘度随原子间距δ增大而降低，与 δ3成反比。 合金组元或微量元素对合金液粘度的影响比较复杂。许多研究者曾尝试描述二元合金液的粘度规律，其中 M-H （Moelwyn-Hughes ）模型为： ???? ??-+=RT H X X m 21)(2211ηηη 式中η1、η2、X 1、X 2 分别为纯溶剂和溶质的粘度及各自在溶液中的mole 分数，R 为气体常数，H m 为两组元的混合热按 M-H 模型，如果混合热Hm 为负值，合金元素的增加会使合金液的粘度上升。根据热力学原理，Hm 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。M-H 模型得到了一些实验结果的验证。 当溶质与溶剂在固态形成金属间化合物，由于合金液中存在异类原子间较强的化学结合键，合金液的粘度将会明显高于纯溶剂金属液的粘度。 当合金液中存在表面及界面活性微量元素时，由于冷却过程中微量元素抑制原子集团的聚集长大，将阻碍金属液粘度的上升。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。 9． 表面张力与界面张力有何异同点？界面张力与界面两侧（两相）质点间结合力的大小有何关系？ 答：界面张力与界面自由能的关系相当于表面张力与表面自由能的关系，即界面张力与界面自由能的大小
焊接部分： 1、焊接熔池特征 1）熔池体积小，冷却速度大；2）焊接熔池的液态金属处于过热的状态； 3）焊接熔池中的液态金属始终处于运动状态 2、凝固线速度ds/dt=dx/dtcosθR=Vcosθ 在焊缝边缘处，因θ=90°，所以R→0；在焊缝中心处，因θ=0°，所以R→v 熔池中液态金属的凝固线速度可以通过柱状晶成长速度式凝固时间来反映。柱状晶的成长速度即为柱状晶前沿推进的线速度。 3、焊缝各部位结晶形态的变化 1）在焊缝边界即焊接熔池开始结晶处，由于熔合线上的温度梯度G大，结晶速度R小，成分过冷很难形成，故多以平面形态生长。2）随着晶粒逐渐远离边界向焊缝中心生长时，温度梯度G逐渐变小，结晶速度R逐渐加快，溶质的质量分数增高。成分过冷区也逐渐增大。柱状晶内的亚结构依次向胞状晶、胞状树枝晶、树枝状晶发展。3）晶体生长到焊缝中心时，温度梯度G最小，结晶速度R最大，溶质的质量分数最高，成分过冷区大，最终可能生成等轴晶。 4、焊接热影响区的组织转变特点 1）焊接热循环特点：（1）焊接HAZ加热温度高；（2）加热速度快；（3）高温保留时间短；（4）局部受热（5）自然条件下的连续冷却 2）焊接加热过程中奥氏体化特点：加热速度↑→AC1↑，AC3↑ 焊接HAZ加热温度高，这不但促进奥氏体化，高温下奥氏体晶粒迅速长大，HAZ奥氏体粗大，冷却后为粗大的奥氏体转变产物。 3）焊接冷却过程中的组织转变特点 5、HAZ组织分布 1）低碳钢及不易淬火的低合金钢：分为四个区（1）熔合区（2）过热区（3）相变重结晶区（正火区）（4）不完全重结晶区 （1）熔合区：焊缝于母材相邻的部位，又称半熔化区，化学成分和组织性能有很大的不均匀性，此区是产生裂纹，脆性破坏的发源地。 （2）过热区：温度范围1100℃到固相线以下，组织粗大，焊接刚度较大的结构时常在过热粗晶区产生脆化或裂纹。 （3）相变重结晶区（正火区）：焊接时母材金属被加热到AC3~1000℃将发生重结合，然后空气中冷却后得到细小的珠光体和铁素体。 （4）不完全重结晶区：焊接处于AC1~AC3内的热影响区就是属于不完全重结晶区。因为部分组织发生相变重结晶，成为经历细小的铁素体和珠光体。而另一部分未能融入奥氏体中的铁素体，成为粗大的铁素体。组织不均匀，性能不均匀。淬硬倾向较小的钢种，低碳钢过热区主要是魏氏组织，其他组织基本相同。 2）易淬火钢：（1）焊前正火或退火态：HAZ：完全淬火区+不完全淬火区 （2）焊前调质态：HAZ：完全淬火区+不完全淬火区+回火区 6、连接成型冶金反应特点 1）药皮反应区：加热温度较低，不超过药皮的熔化温度，反应部位在焊条前端的套筒附近。2）熔滴反应区：温度高；熔滴比表面积大 3）熔池反应区：比熔滴相比，熔池的平均温度低，比表面积小，化学反应强烈程度小；反应物的相对浓度小 7、氢的控制 1）限制氢的来源：（1）限制焊接材料中的水含量（2）清除焊丝和焊件表面的杂质
第一章 润湿性是指存在两种互不相溶液体,液体首先润湿固相表面的能力,即一种液体在一种固体表面铺展的能力或倾向性 黏度:液体内摩擦阻力大小的标志,黏度的物理意义可以视为:作用于液体表面的应力与垂直于该平面方向上的速度梯度的比例系数。|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。 黏度的意义:黏度影响金属液的流动性进而影响铸件轮廓的清晰程度。影响钢铁材料的脱硫,脱磷,扩散脱氧。熔渣及金属液粘度降低对合金元素的过渡是有利的。影响铸件内部缩孔或缩松、热裂的形成倾向。影响精炼效果,夹杂、气孔的形成。 表面张力的实质: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。表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均所致。 表面张力影响因素: 1）原子间结合力越大,表面内能越大,表面自由能越大,表面张力也就越大。2）表面张力与温度的关系:随T↑而下降,因为原子间距随温度升高而增大。3）表面张力与原子体积成反比,与价电子数的平方成正比。 4）合金元素及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。表面张力在材料成型过程中的意义: 1）表面张力引起压力差 当表面具有一定曲度时,表面张力将使表面的两侧产生压力差,该压力差值的大小与曲率半径成反比,曲率半径越小,表面张力的作用越显著。润湿角越小,成为润湿性好。接触角为锐角时为润湿,接触角为钝角时为不润湿。 2）表面张力对凝固裂纹的影响 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,液膜将两侧的晶体紧紧的吸附在一起,液膜厚度越小,其吸附力量就越大。液膜的表面张力越大,液膜越薄,则液膜的拉断临界应力越大,裂纹越难以形成。 第二章 液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力,同时又受外界条件如铸型性质,浇铸注条件,铸造结构等因素的影响,是各因素的综合反应。 影响充型能力的因素:金属性质、铸形性质、浇注条件、铸件结构。 1）金属性质:1改善合金的化学成分2结晶潜热要大3比热,密度,导热系数大2）铸型性质:1降低铸型的蓄热系数2预热铸型。 3）浇注条件:1提高浇注温度2增大充型压力3设计浇注系统结构。 4）铸件结构:1铸件折算厚度越大,充型能力越好2垂直壁比水平壁更容易充填3降低铸件结构越复杂程度。 第三章 铸件凝固方式:逐层凝固（固液两相区很窄时）,体积凝固（固液两相区很宽）,中间凝固（介于两者之间）。 铸件凝固方式对缺陷的影响: 对凝固液相的补缩能力影响很大,从而影响最终铸件的致密性和热裂纹的产生概率。（两相区窄的补缩能力强） 铸件凝固方式的影响因素: 1合金凝固温度区间的影响:随碳质量分数的增加,碳钢的结晶温度区间增大,铸件端面固液两相区的宽度增加,其中对于在砂型中凝固,低碳钢逐层凝固方式,中碳钢中间凝固方式,高碳钢体积凝固方式。 2凝固时铸件的温度梯度:当温度梯度较大时,固液两相区较窄,逐层凝固方式；当温度梯度较为平坦,固液两相区明显增加,体积凝固方式。 第四章 4.2.1液固相变驱动力 相变驱动力:新相与母相的体积自由能之差ΔGv.过冷度越大,相变驱动力越大。过冷分五种类型:1动力学过冷2曲率过冷3压力过冷 4热过冷:界面前沿液相实际温度低于平衡温度 5成分过冷:合金元素或杂质元素在凝固过程中成分再分配 第六章 1.二元共晶组织分类 （1）第一类共晶:粗糙-粗糙界面两相组成的共晶,规则层片状,或一相为棒状或纤维状。初生相树枝状长大（规则共晶）。 （2）第二类共晶:粗糙-光滑界面。小平面相领先突出,共生生长,（非规则共晶）（3）第三类共晶:光滑-光滑界面,非金属-非金属,所得到的组织为两相的不规则混合物（非规则共晶） 2.层片状共晶组织形核过程:1）彼此依附,交替长大2）层片状共晶搭桥生长 3.最小过冷度准则:对于规则共晶,共晶生长最可能发生在过冷度最小值处。 4.共晶的三种情况 （1）共晶成分冷速过快,不一定得到100%共晶组织,可能亚共晶或过共晶（2）非共晶成分可能获得100%共晶组织 （3）非共晶成分合金在一定冷速下,出现两相相对独立的离异共晶 5.共生生长:共晶生长过程中,两相彼此交替相邻且具有共同的生长界面,通过界面前方液相中溶质的横向耦合扩散,互相不断地为相邻的另一相提供生长所需组元,彼此协同向前生长。 6.离异生长:共晶两相没有共同生长界面,各自以不同速度独立生长。 （1）晶间偏析形:一相大量析出,另一相未开始结晶 产生原因（1）晶间偏析（2）另一相形核困难 （2）晕圈型:第二相环绕领先相表面生长（球墨铸铁） 产生原因:两相在形核能力和生长速度上差别较大
材料成型原理章节复习资料 第一章 结构起伏：原子团与空穴的变化现象； 三种起伏现象：温度起伏、结构起伏、成分起伏；这三种起伏现象影响液态金属的凝固的过程，从而对产品的质量产生重要的影响。 粘度：液态金属由于原子间作用力大为削弱，且其中存在大量的空穴，其活动性比固态金属要大得多，呈液体的性质。 表面张力：使单独出现在大气中的一小部分液体趋向球状的力。 表面张力的实质：液体或固体同空气或真空接触的界面叫表面。表面具有特殊的性质，由此产生一些表面特有的现象-----表面现象。 流变铸造：金属或合金在凝固温度区间给以强烈的搅拌，使晶体的生长形态发生变化，有本来是静止状态的树枝晶转变梅花状或接近于球形的晶粒。 第二章 流动性：液态金属本身的流动能力； 影响：流动性对于排除液体金属中的气体和杂质，凝固过程的补缩、防止开裂，获得优质的液态成形产品有着重要的影响。 液态金属凝固过程中的液体流动主要包括自然对流和强迫对流。 自然对流：由密度差和凝固收缩引起的流动。 强迫对流：由液体受到各种方式的驱动力而产生的流动。 传热的三种基本方式：传导传热、对流换热、辐射换热。 第三章 液态金属凝固的驱动力：液态金属凝固的驱动力是由过冷度提供的，过冷度越大，凝固驱动力也就越大。过冷度为零时，驱动力则无。所以金属不能在无过冷度的情况下凝固。 热力学能障：由被迫处于高自由能过度状态下的界面原子所产生。 动力学能障：由金属原子穿越界面过程所引起。 均质形核：在没有任何外来界面的均匀熔体中的形核过程。 异质形核：在不均匀的熔体中依靠外来杂质提供的衬底进行形核的过程。 异质核心基底形态与核心容积的关系： 按晶核原子数：凸面上形成的晶核原子数最多，平面上次之，凹面上最少。 按促进异质形核能力：凹界面基底的形核能力最强，平界面基底次之，凸界面基底最弱。影响异质形核速率的因素：过冷度、界面、液态金属的过热及持续时间的影响。 晶体宏观长大方式：当温度梯度为正时，晶体平面方式长大；当温度梯度为负时，晶体以树枝晶方式生长。 粗糙界面：界面固相一侧的点阵位置只有50%左右被固相原子所占据，这些原子散乱地随机分布在界面上，形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。 平整界面：界面固相一侧的点阵位置几乎被固相原子所占据，只留下少数空穴； 晶体生长机理：连续生长机理、晶体的二维生长、晶体缺陷处生长 晶体缺陷处生长：螺旋位错生长、旋转孪晶生长、反射孪晶生长 第四章 溶质再分配：从形核开始到凝固结束，在整个过程中固液两相内部将不断进行着溶质元素的重新分布过程。 平衡凝固：理想状态下的凝固过程。 界面平衡：在固液界面处合金成分符合平衡相图。
润湿角是衡量界面张力的标志。 1.1纯金属和实际合金的液态结构有何不同？举例说明 纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。原子集团的空穴或裂纹内分 布着排列无规则的游离的原子 这样的结构处于瞬息万变的状态 液体内部存在着能量起伏。 2 实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体 也就是说 实际的液态合金除了存在能量起伏外 还存在 结构起伏。 充型能力中浇注条件方面的影响因素：1、浇注温度 2、充型压头 3、浇注系统的结构 2.1液态合金的流动性和充型能力有何异同？如何提高液态金属的充型能力？ （1）纯金属的液态结构是由原子集团、游离原子、空穴或裂纹组成。原子集团的空穴或裂纹内分布着排列无规则的游离的原子，这样的结构处于瞬息万变的状态，液体内部存在着能量起伏。（2）实际的液态合金是由各种成分的原子集团、游离原子、空穴、裂纹、杂质气泡组成的鱼目混珠的“混浊”液体，也就是说，实际的液态合金除了存在能量起伏外，还存在结构起伏。 系统吉布斯自由能G=H-TS H为焓、T为热力学温度、S为熵。结构越混乱G越高。G L 液相G s固相当T
注塑成型的五个基本原理 注塑成型是一种常用的塑料制造工艺，它通过将熔化的塑料材料注入模具中并进行冷却，将塑料制成所需的形状。注塑成型的基本原理包括模具预热、塑料熔化、注射、冷却和脱模。下面将分别详细介绍这五个基本原理。 第一个基本原理是模具预热。注塑成型过程中，模具需要预先加热，目的是使塑料在注射进入模具之前能够快速冷却并固化。模具的预热温度通常根据塑料的种类和注塑工艺进行调整，一般在100-150摄氏度之间。预热过程可以减少注塑成型的时间，并且能够提高成品的质量。 第二个基本原理是塑料熔化。在注塑成型过程中，塑料颗粒通过加热和搅拌而熔化。熔化的塑料进入机筒中被加热到熔化温度，然后通过螺杆的旋转和机筒内壁的摩擦力使其熔化。在塑料熔化的过程中需要控制好温度和时间，以确保塑料完全熔化，并且具有适当的流动性。 第三个基本原理是注射。熔化的塑料经过一定的压力送入模具中。注塑机利用螺杆的旋转运动将熔融的塑料从注射缸中推送到模具的射出孔中。注射过程中，需要控制好注射速度和压力，以确保塑料充满整个模具腔内，并且不会产生缺陷。 第四个基本原理是冷却。注射完成后，模具中的塑料开始冷却固化。冷却速度和均匀性对成品的质量有着很大的影响。通常情况下，注塑成型会通过控制模具的温度和冷却介质的流速来调整冷却速度。在冷却过程中，塑料的收缩会导致一些
变形和应力，因此需要考虑模具设计和材料的选择，以减少该问题的发生。 第五个基本原理是脱模。当塑料冷却固化后，成品可以从模具中脱模。脱模过程需要注意脱模力的大小，以免损坏模具和成品。通常情况下，采用机械力或气压来帮助脱模。此外，还可以采用模具设计中的脱模斜面或脱模销来辅助脱模。 总结起来，注塑成型的五个基本原理分别是模具预热、塑料熔化、注射、冷却和脱模。这些原理是注塑成型过程中的关键环节，它们的合理控制和操作将直接影响到成品的质量。在实际生产中，需要根据具体的材料和产品要求进行调整和优化。通过合理运用这些原理，注塑成型可以高效、精确地制造出各种形状的塑料制品。
第一章重点总结 第一节了解即可，没有出过题。 第二节 1.纯金属的液态结构（11页第三段） 2.实际金属的液态结构（11页第四段第五行，从“因此，实际液态金属-----”到段末） 3.名词解释温度起伏，结构起伏，能量起伏（11页三、四段中） 4.13页第一段“X射线衍射-----” 第三节 5.影响液态金属粘度的因素（14页） （1）化学成分，难熔化合物的液体粘度较高，熔点低的共晶成分合金粘度低 （2）温度，液体金属的粘度随温度的升高而降低。 （3）非金属夹杂物，非金属夹杂物使液态金属粘度增加 6.粘度在材料成形过程中的意义 1）对液态金属净化的影响（2）对液态合金流动阻力的影响（3）对凝固过程中对流的影响 7.名词解释，表面张力（15页最下面一句“总之，一小部分---”） 8.表面张力产生的原因，（16页第一段） 9.影响表面张力的因素（见2005年A卷二大题1小题） 第四节 10.流变铸造及特点（21页第一段“即使固相体积分数达到---”至最后，及21页最后一段，22页第一段）11.半固态金属表观粘度的影响因素（21页2 3 4段） 第二章重点总结 1铸造概念（22页第一段第一句） 第一节 2.液态金属充型能力和流动性有何本质区别（见2006年A卷第2题） 3.两种金属停止流动机理
（1）纯金属和窄结晶温度范围合金的停止流动机理（22页最后一段） （2）款结晶温度范围合金停止流动机理（23页第二三段） 4.影响充型能力的因素及促进措施 （1）金属性质方面的因素 1.合金成分 2.结晶潜热 3.金属比热容4液态金属粘度5表面张力（2）铸型性质方面的因素1铸型蓄热系数，蓄热系数越大，铸型的激冷能力就越强2.铸造温度 （3）浇注条件方面因素1.浇注温度2充型压头3浇注系统结构 （4）铸件结构方面因素1折算厚度2铸件复杂程度 （每点后最好总结一句话） 第二节 5.金属凝固过程中的流动（第二节1、2段） 第三节 6.了解存在三种传热；对流传热，传导传热，辐射传热即可 第四节 7.了解存在三种计算凝固时间的方法1理论计算法2平方根定律3折算厚度法即可 第三章重点 第一节1为什么过冷是液态合金结晶的驱动力（见2006年A卷第1题） 2. 何为热力学能障和动力学能障？凝固过程中是如何克服这两个能障的？（见2005年D卷第3题） 第二节 3.形核条件(40页第一段) 4.名词解释，匀质形核，非匀质形核（41页最上部）5，2007年B卷第1题6.记住公式3-17 7.2006年A卷第3题 第三节8.晶体宏观长大方式 晶体宏观长大方式取决于界面前方液体中的温度分布，即温度梯度（1）平面方式长大 固-液界面前方液体中的温宿梯度大于0，液相温度高于界面温度，称为正温度梯度分布。
? 液态成型基础 ? 液态金属的结构和性质 晶体的结构和性能主要决定于：组成晶体的原子结构和他们之间的相互作用力与热运动。 液态金属的主要特征：进程有序，远程无序。原子排列的几个原子间距的小范围内，与其固态原子的排列方式基本一致，呈现出一定的有规律排列；而距离远的原子排列就不同于固态了，表现为无序状态。 理论模型：钢球模型，晶体缺陷模型（能量起伏和结构起伏）。 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。表现为各个原子间能量的不同和各个原子集团间尺寸的不同。 结构起伏：液态金属中存在由大量不停游动着得原子集团组成，集团内为某种有序结构，处于集团外的原子则处于散乱的无序状态，并且这些原子集团不断的分化组合，时而长大时而减小，时而产生，时而消失，此起彼伏。 浓度起伏：游动集团之间存在着成分不均匀性。表现为各个原子集团之间成分的不同。 实际金属和合金的液体在微观上是由成分和结构不同的游动原子集团、空穴和许多固态、气态或液态杂质或化合物组成，而且还表现出能量起伏、结构起伏及浓度起伏等三种起伏特征。 粘滞性（黏度）的本质：质点间结合力的大小。 影响黏度的因素：温度，熔点，杂质。 黏度对液态形成过程的影响：a 对液态金属留态的影响b 对液态金属净化的影响 表面张力是表面上存在的一个平行于表面且各向大小相等的张力。 本质：表面张力是由于物质在表面上的质点受力不均匀而产生的。 影响界面张力的因素：熔点↑，温度↓，溶质（降低的称为表面活性物质，增加的称为非表面活性物质）。 表面张力引起的附加压力：液面凸起（不润湿）为正，液面下凹为负。 ? 液态金属的充型能力及其影响因素 充型能力：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。 液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力（流动性）同时又受外界条件，如铸型性质，浇注条件，铸件结构等的影响。 流动性：铸造性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。 影响充型能力的因素及提高的措施 a 金属性质方面因素 ? 合金的化学成分 （2）结晶潜热（3）金属的热物理性能（4）黏度（5）表面张力 措施：（1）正确选择合金成分（2）合理的熔炼工艺 b 铸型性质方面的因素 ? 铸型的蓄热系数（2）铸型的温度（3）铸型中的气体(少) c 浇注条件方面的因素 ? 浇注温度（高）（2）充型压头（增加金属液静压头）（3）浇浇注系统的结构（复杂越差） d 铸件结构方面因素 折算厚度（大）和复杂程度（简单） ? 金属凝固过程中的传热 研究铸件温度场得方法：实测法，数学解析法，数值模拟法。 不同界面热阻条件下的温度场： a 铸件在绝热铸型中凝固：在整个传热过程中，铸件断面的温度分布是均匀地，铸型内表面温度接近铸件温度。绝热铸型本身的热物理性质是决定整个系统传热过程的主要因素。 b 金属-铸型界面热阻为主的金属型中凝固：凝固金属和铸型中的温度梯度忽略不计，认为温度分布是均匀的。传热过程取决于涂料层得热物理性质。 c 厚壁金属型中的凝固：厚壁金属型中凝固金属和铸型的热阻不可忽略，因为存在明显温度梯度。金属-铸型界面热阻客忽略，铸型内表面和铸件表面温度相同。传热过程取决于铸件和铸型的热物理性质。 d 水冷金属型中凝固：凝固金属表面温度等于铸型温度，凝固传热的主要热阻是凝固金属的热阻，铸件中有较大的温度梯度。 铸件温度场的影响：金属性质（热扩散率大温度均匀化能力大温度梯度小温度分布曲线平坦），铸型性质，浇注条件及铸件结构。 凝固区域：固相区、凝固区、液相区。 凝固区域两部分：液相占优势的液固部分，固相占优势的固液部分。边界：倾出边界。 固液部分：分为两带，两带边界叫补缩边界。 铸件的凝固方式：逐层凝固方式（结晶温度范围很小或断面温度梯度很大），体积凝固方式（结晶温度范围很宽或断面温度场比较平坦），中间凝固方式（结晶温度范围较窄或铸件断面温度梯度较大）。取决于凝固区域宽度。 凝固方式对铸件质量的影响：铸件的致密性和健全性。 合金分为窄结晶温度范围合金（产生分散性缩松倾向小补缩性良好），宽...（容易发展成为树枝发达的粗大等轴晶组织容易形成缩孔缩松），中等...。 铸件断面凝固区域的宽度（铸件的凝固方式）是由合金的结晶温度范围和温度梯度两个量决定。 铸件的凝固时间是指液态金属充满型腔后至凝固完毕所需要的时间，单位时间凝固层增长的厚度称之为凝固速度。 ? 液体金属的流动 凝固过程中液态流动主要包括自然对流，强迫对流及亚传输过程中引起的流动。对结晶组织，溶质分配，偏析，夹杂物的聚合等都有影响。 自然对流 a 浮力流（最普遍）：液态金属在铸型中冷却和凝固过程中，由于各处温度不同造成热膨胀差异，以及液体各处成分不均匀等原因引起的密度不同而产生浮力，是重力场中产生对流的驱动力。运动黏度越大，对流强度越小。 b 枝晶间中液体的流动：枝晶间中液相密度不均匀产生的浮力流及凝固收缩引起的补缩液流是凝固过程中两相区内液体流动的主要形式。 强迫对流：在凝固过程中可以外在激励使液相产生的流动。 途径：a 浇注过程的初始动量b 电磁场搅拌驱动液体的流动c 液相的机械搅拌d 凝固过程中的铸型振动e 外加电场引起的溶质的电传输，导致液体流动f 液相中气体的上浮引起的对流g 液相旋转 ? 液态金属的结晶 ? 液态金属结晶过程的热力学条件 一次结晶：液态金属转变成晶体的过程。决定了铸件凝固后的结晶组织，并对随后冷却过程中的相变、过饱和相的析出及热处理过程产生极大的影响。 液态金属的结晶过程是从形核开始的，然后晶核发生生长而使得系统逐步由液态转变为固态。 在存在相变驱动力的前提下，液态金属还需要通过起伏作用来克服两种性质不同的能量障碍，一种是热力学能障（如界面自由能），由界面原子所形成，能直接影响体系自由能的大小；另一种是动力学能障（如激活自由能），由金属原子穿越界面过程所引起，其大小与相变驱动力无关，而决定与界面的结构和性质。前者对形核过程有重要影响，后者则在晶体的生长过程中起了关键作用。 ? 液态金属的形核过程 形核：亚稳定的液态金属通过起伏作用在某些微观区域内形成稳定的晶态小质点的过程。形核的首要条件是体系必须处于亚冷态，即存在一定过冷度，以提供相变驱动力，其次需要克服热力学能障形成稳定存在的晶核并保证其进一步生长。 均质形核：是在没有任何外来界面的均匀熔体中的形核过程，也称自发形核。 只有大于临界半径的晶胚才能作为晶核稳定存在，此时的晶胚称为临界晶胚。 对于均质形核过程，临界晶核由过冷熔体中的相起伏提供，而临界形核功由能量起伏提供。 非均质形核：在不均匀的熔体中依靠外来杂质或型壁界面提供的衬底进行形核的过程，也称异质形核或非自发形核。 r 非与r 均表达式相同，但球冠状晶核所含有的原子数比同曲率半径的球状晶核要少得多。因此球冠状临界晶核更容易在小的过冷下形成。f （θ）越小，非均质形核的过冷度就越小。 不同界面形状对非均质形核的影响： 促进非均质生核能力的因素不仅仅是润湿角，还包括曲面的形状。当润湿角相同时，凸面衬底上形成的晶核原子数最多，平面次之，凹面上最少。凹界面衬底，平界面衬底，凸界面衬底的生核能力依次减弱。对凸界面衬底而言，其促进非均质生核能力随界面曲率的增大而减小，对于凹界面，则随界面曲率的增大而增大。在特殊情况下，高熔点衬底孔穴里可能仍残存有负临界曲率半径的结晶相，这时△T<0。因此该相可以在平衡熔点温度以上稳定存在。液态金属冷却时，这些结晶相在极小的过冷度下就能直接生长，故称为预在晶核。 动力形核：液态金属在外界动力学因素的激励下也可能在更小的过冷度下导致形核。（如压力的激励导致金属熔点的激烈上升） ? 晶体的生长 晶体生长：是液相中原子不断向晶体表面堆砌的过程，即固液界面不断地像液相中推移的过程。驱动力是体积自由能差值△GV ，大小取决于界面温度和合金成分。 晶体的生长主要受界面生长动力学过程，传热过程，传质过程三方面的影响。 动力学过冷度（△Tk=T0-Ti ）：晶体生长所必需的过冷度。 晶体生长要克服热力学能障，其大小取决于固-液界面固相一侧所具有的台阶数量，还要克服动力学能障（△GA ），其大小取决于固、液两相结构以及液相原子向固相原子过度的具体形式。因此，界面生长的动力学规律，即生长速度与过冷度之间的关系与界面的微观结构以及晶体的生长机理密切相关。 固-液界面的微观结构： 粗糙界面（非小面界面）：界面固相一侧的点阵位置有一半左右为固相原子所占据。这些原子散乱地随机分布在界面上，形成一个坑坑洼洼，凹凸不平的界面层。 平整界面（小面界面）：固-液界面固相一侧表面的点阵位置几乎全部为固相原子所占据，只留下少数空位或台阶，从而形成一个整体上平整光滑的界面结构。 界面的平衡结构应是界面自由能最低的结构。 固-液微观界面结构的判据：Jackson 因子α。 界面生长方式和生长速度： a 连续生长机理——粗糙界面的生长：由于界面处始终存在50%左右随机分布的空位置，这些空位置构成了晶体生长所需的台阶，从而使得液相原子能够连续、无序而等效的往上堆砌。进入台阶的原子由于受到较多固相近邻原子的作用，因此比较稳定，不易脱落或弹回，于是界面便连续、均匀地垂直生长。 特点：AF →1，因此几乎不存在热力学能障；由于界面的多层结构和过度性质，动力学能障也较小。因此生长过程易为较小的动力学过冷度所驱动，并能得到较高的生长速度。 过冷度大小是由界面附近的温度条件和成分条件决定。 由于这种生长机理的界面原子迁移速度较高，故晶体的生长速度最后将由传热过程或传质过程决定。 b 二维形核生长机理——完整平整界面的生长：首先通 过在平整界面上形成二维晶核而产生台阶，然后通过原子在台阶上的堆砌而使生长层沿界面铺开，当长满一层后，界面就前进一个晶面间距。这是又必须借助于二维形核产生新的台阶，新一层才能开始生长……所以这种生长是不连续的。台阶沿界面的运动是这种生长机理的基本特征。由于二维形核的热力学能障较高，同时由于界面的突变性质，起动力学能障也比较大，需要较大的动力学过冷来驱动吗，生长速度也比连续生长低。 该生长机理的动力学过冷度存在一个临界值，低于它时生长速度R2几乎为零，超过它，R2迅速增大。 c 从缺陷处生长机理——非完整界面的生长：由于位错和孪晶等原因，不断为界面提供生长台阶，从而加速生长过程。 晶体的生长方向和生长表面：与界面的性质有关。粗糙界面是一种各向同性的非晶体学晶面，在相同的过冷度下，界面各处生长速度相等，晶体的生长方向与热流方向相平行。平整界面具有很强的晶体学特性，由于不同晶面族上原子密度和晶面间距的不同，故液相原子向上堆砌的能力也各不相同。因此，在相同过冷度下，各族
材料成型及其热处理 一、引言 材料成型及其热处理是现代材料工艺中非常重要的一个环节。材料成型是指将原材料经过一系列的加工工艺，经过一定形状和尺寸的加工成形。而热处理是指通过控制材料的温度、时间和冷却速度等参数，来改善材料的组织结构和性能。本文将从材料成型的基本原理、成型工艺、热处理的基本原理及热处理工艺等方面进行阐述。 二、材料成型的基本原理 材料成型的基本原理是通过施加外力使材料发生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工件。在材料成型的过程中，材料必须经历加热、塑性变形和冷却等阶段。材料成型的方式主要包括锻造、压铸、冷挤压、热挤压等。不同的成型方式对最终工件的性能有很大的影响，因此在选择成型方式时需要根据材料的类型、形状和用途进行权衡。 三、材料成型的工艺 1. 锻造 锻造是一种将金属材料置于模具中，然后施加压力，使其发生塑性变形而获得所需形状和尺寸的工艺。锻造可以分为冷锻、热锻和温锻等多种方式，可以根据材料的性质和形状来选择不同的锻造方式。锻造工艺可以提高材料的密度和强度，同时也能改善其组织结构，提高其耐磨性和抗疲劳性。 2. 压铸 压铸是一种将金属液态或半固态材料通过高压射入模具，然后在特定的压力和温度下冷却凝固，获得所需形状和尺寸的工艺。压铸工艺可以制造各种复杂形状的铸件，同时还能保持较高的表面光洁度和尺寸精度。 3. 冷挤压 冷挤压是一种将金属坯料置于挤压机中，并在常温下施加高压，使其发生塑性变形而获得所需形状和尺寸的工艺。冷挤压工艺可以制造高精度、高强度的金属零部件，同时还能提高材料的耐磨性和疲劳寿命。 4. 热挤压 热挤压是一种将金属坯料置于加热的挤压机中，然后施加一定的压力使其发生塑性变形而获得所需形状和尺寸的工艺。热挤压工艺可以降低材料的变形阻力，提高成形精度和表面质量，同时还能改善材料的组织结构和性能。