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2011年吉林大学专业课复试真题（回忆版）《材料成型原理及工艺》1.铸件常见的凝固方式？影响铸件质量的因素有哪些？画出一般铸锭凝固组织示意图，如何消除柱状晶获得等轴晶？答:（1）逐层凝固方式:纯金属、共晶合金或结晶温度范围很小的合金，铸件断面温度梯度很大，导致铸件凝固区很小或没有。体积凝固方式:合金结晶温度范围大或铸件断面温度梯度小，铸件凝固范围很大。中间凝固方式:铸件凝固范围介于逐层凝固方式和体积凝固方式之间。（2）a.合金的化学成分。纯金属和共晶合金，凝固温度区间（液相线和固相线温度差）为零，为逐层凝固方式；当合金凝固温度区间很大时，凝固范围宽，为体积凝固方式。b.铸件断面温度梯度。温度梯度小，易产生体积凝固方式。（3）（a）向熔体加入强生核剂——孕育处理控制金属和合金铸态组织的重要方法之一是控制形核。生产中主要采用孕育处理的方法，强化非均质形核。（b）控制浇注条件1、采用较低的浇注温度试验及生产实践表明，降低浇注温度是减小柱状晶、获得细等轴晶的有效措施之一。低温浇注的作用：（1）有利于游离晶及自由表面的晶粒雨更多地残存下来，减少被重新熔化的数量；（2）过热度小——易产生较多的游离晶粒。但浇注温度不能过低，否则流动性降低——产生浇不足、冷隔、夹杂等。最好通过试验确定合适的浇注温度。2、采用合适的浇注工艺等轴晶来源于激冷游离晶，游离晶与液态金属流动密切相关。凡是能够增加液流对型壁的冲刷和促进液态金属内部产生对流的浇注工艺均能扩大并细化等轴晶区。2.产生铸造应力的原因，减小或消除的方法？答：1)产生原因：1.铸件在冷却过程中各部分冷却速度不同造成在同一时刻各部分的收缩量不同，在铸件内彼此相互制约的结果便产生热应力2.具有固态相变的合金，铸件各部分在冷却过程中由于散热和冷却条件不同，它们到达固态相变的温度的时间也不同，各部分相变程度也不同产生相变应力3.铸件在收缩过程中，因受到铸型、砂芯浇注系统和冒口等的机械阻碍而产生机械阻力应力。2)减小方法：（一）合理的结构设计1、铸件的壁厚差要尽量减小；2、厚薄壁连接处要圆滑过渡。3、铸件厚壁处砂层要减薄（加大冷速），或放置冷铁；4、合理设计浇冒口，尽量使铸件各部分温度均匀。（二）选择合理的工艺及采用必要的措施1、浇注铸件时，在满足使用要求的前提下，应选择弹性模量和收缩系数小的材料；2、提高铸型的预热温度有利于减小铸件各部分的温差；3、采用较细的面砂和涂料，可减小铸件表面的摩擦阻力；4、控制铸型和型芯的紧实度、加木屑、焦炭等可提高铸型及型芯的退让性；5、控制铸件在型内的冷却时间，不能打箱过早，但为了减小铸型和型芯的阻力，也不能打箱过迟。(三)残余应力的消除1．热处理法——最常用的方法将工件加热到塑性状态的温度，并在此温度下保温一段时间，利用蠕变产生新的塑性变形，使应力消除。再缓慢冷却，使厚、薄部位的温度均匀，而不重新出现应力。加热温度和保温时间，需根据材料的性质、工件的结构以及冷却条件而定。2．自然时效法将有残余应力的铸件放置在露天场地，经数月乃至半年时间以上，应力慢慢自然消失。特点：长时间受不断变化温度作用，晶格畸变恢复，铸件变形，应力消除。费用低，但时间太长，效率低，近代很少采用。3．共振法将铸件在共振条件下振动10-15min，以达到消除铸件中残余应力的目的。该法与热处理法相比，设备费用低，花费的时间少，易于操作，而且无氧化皮，不受工件大小尺寸的限制，也不会由于热处理规范不当而产生新的内应力或裂纹。3.快速凝固组织性能变化？组织结构特征？答：快速凝固合金具有极高的凝固速度，因而使合金在凝固中形成的微观组织产生了许多变化，主要包括：1显著扩大合金的固溶极限共晶成分的合金通过快速凝固甚至可形成单相的固溶体组织2超细的晶粒度快速凝固合金具有比常规合金低几个数量级的晶粒尺寸，一般小于0.1—1微米。这是在很大的过冷度下达到很高形核率的结果3少偏析或无偏析在快速凝固的合金中，如果冷却速度不够快，局部区域也会出现胞状晶或树枝晶。但这些胞状晶或树枝晶与常规格合金相比已大大细化，因此表现出的显微偏析也很小。如果凝固速率超过了界面上溶质原子的扩散速率，即进入完全的无偏析、无扩散凝固，可获得完全不存在任何偏析的合金。4形成亚稳相这些亚稳相的晶体结构可能与平衡相图上相邻的某一中间相的结构极为相似，因此可看作是在快速冷却和达到打过冷的条件下，中间相的亚稳浓度范围扩大的结果。另一方面，也有可能形成某些在平衡相图上完全不出现的亚稳相。5高的点缺陷密度在快速凝固过程中，液态金属内的缺陷会较多的保存在固态金属中。4与普通砂型铸造相比，实型铸造的特点，工艺设计原则有何不同？答：造型方便、材料来源广、成型工艺简单、成本低。5.二氧化碳焊为什么选择H08Mn2SiA这种牌号的焊丝？答：结构钢实芯焊丝【H——焊接用实芯焊丝；08——C0.08%；Mn2—Mn2%；Si——Si《1%——优质】。用于CO2气体保护焊，适宜于焊接低碳钢或屈服强度小于500MPa的低合金钢。原因：在CO2气体保护焊的焊接实施中，为了防止气孔，减少飞溅，保证焊接质量，就必须采用含有Si、Mn等元素的焊丝以达到脱氧的目的。该焊丝具有较好的工艺性能和机械性能。6.TIG与MIG区别？（钨极氩弧焊与熔化极氩弧焊的区别）TIG焊特点：（1）适于有色（活泼）金属焊接（2）焊接质量高（3）抗气孔能力弱(4)适合于薄件焊接(6mm)（5）采用特殊的非接触引弧方式。应用：（1）飞机、原子能、化工等特殊材料焊接（2）薄件焊接熔化极氩弧焊（MIG）：同TIG一样以氩气作为保护气体，以金属丝作为电极并熔化作为填充金属。（1）特点：除具有氩气保护的特点外，还具有下列特点：1）适合中、厚板焊接——使用熔化极，电流密度大；2）采用直流反接——充分利用阴极清理作用。7.脉冲电源有何特点及应用?1）适合于焊接薄件（可达0.1mm）小电流稳定性问题——电流小于10~20A存在飘弧现象（一般TIG焊焊接板厚不大于5mm）2）适合空间焊接。可调参数多，可有效控制能量输入，容易控制熔池。3）适合热敏感性材料焊接。脉冲焊可实现较低能量输入下的焊接。8.手工焊药皮的作用？（1）造气：如有机物、碳酸盐（2）造渣：如大理石、钛铁矿（3）脱氧：如锰铁、硅铁（4）合金化：如锰铁、硅铁（5）稳弧：如碳酸钾（6）粘结：如水玻璃（7）成型：如白泥等。9.塑性变形的三个基本原则分别是什么，并简略说明含义？1）变形体是连续的，不存在任何孔隙。应力、应变、位移等物理量也是连续的，并可用坐标的连续函数来表示。2）变形体是均质的和各向同性的。3）在变形的任何瞬间，力的作用是平衡的。4）在一般情况下，体积力忽略的影响。5）在变形的任何瞬间，体积不变。10.什么是平面应力、平面应变？及工艺特点？答：平面应力：物体内所有质点在某一方向垂直的平面上都没有应力。平面应变：只在平面内有应变，与该面垂直方向的应变可忽略。11.影响金属塑性及变形抗力的因素有哪些？答：(一)影响金属塑性的主要因素金属的塑性不是固定不变的，它受金属的内在因素（晶格类型、化学成分、组织状态等）和外部条件（变形温度、应变速率、变形的力学状态等）的影响。因此通过创造合适的内、外部条件，就有可能改善金属的塑性行为。1.化学成分及组织的影响（1）化学成分的影响它对金属塑性的影响是很复杂的。工业用的金属除基本元素之外大都含有一定的杂质，有时为了改善金属的使用性能也往往人为地加入一些合金元素。它们对金属的塑性均有影响。（2）组织结构的影响一般情况下，单相组织（纯金属或固溶体）比多相组织的塑性好，固溶体比化合物的塑性好。而多相组织的塑性又与各相的特性、晶粒的大小、形状、分布等有关。2.变形温度对塑性的影响就大多数金属和合金而言，总的趋势是：随着温度的升高，塑性增加。但在升温过程中的某些温度区间，塑性会降低，出现脆性区。如碳钢随着温度的升高，塑性增加，但是大约在200～250°C、800～900℃、超过1250℃三个温度范围内，出现塑性下降，分别称为蓝脆区、热脆区和高温脆区。3.变形速度对塑性的影响变形速度对塑性有两个不同方面的影响，谁大谁小，要视具体情况而定。1）随变形速度的增大，要驱使更多的位错同时，使金属的真实流动应力提高，进而使断裂提早，所以使金属的塑性降低。另外，在热变形条件下，变形速度大时，可能没有足够的时间发生回复和再结晶，使塑性降低。2）随着变形速度的增大，温度效应显著，会提高金属的塑性。4.应力状态对塑性的影响主应力状态中的压应力个数越多，数值越大，金属的塑性越好；反之拉应力个数越多，数值越大，其塑性越低。原因是：压应力阻止或减小晶间变形；有利于抑制或消除晶体中由于塑性变形引起的各种微观破坏；能抵消由于不均匀变形所引起的附加应力。(二)影响金属变形抗力的主要因素（1）、化学成分及组织的影响；（2）、变形温度；（3）、变形速度；（4）、应力状态；