二O O六招收硕士研究生入学考试试题

姓名： 报考学科、专业： 准考证号码： 密封线内不要写题 华中科技大学

考试科目：材料成形原理 适用专业：材料加工工程、数字化材料成形 (除画图题外，所有答案都必须写在答题纸上，写在试 题上及草稿纸上无效，考完后试题随答题纸交回)

注意：本试卷分A、B、C、D四部分，其中A卷为必作题卷，B、C、D卷为选作题卷(任选其中一卷)，各卷满分为75分，总分150分。

例如：A卷(75分)＋B卷(75分)＝150分；或：A卷(75分)＋C卷(75分)＝150分 或：A卷(75分)＋D卷(75分)＝150分。

A卷(75分) 简述题

1. (5分) 为什么过冷度是液态合金结晶的驱动力？ 2. (5分) 液态合金的流动性和充型能力有何本质区别？ 3. (5分) 什么样的界面才能成为异质形核的衬底？ 4. (5分) 何谓析出性气孔，有何特征？ 5. (5分) 生产中如何防止密度偏析的形成？

6. (10分) 简述产生焊接应力与变形的原因及消除或减少残余应力与变形的方法。 7. (9分) 简述低碳钢焊接时氧与金属作用的特点及其对焊接质量的影响。

8. (6分) 下图是不同焊接顺序时焊缝横向收缩引起的横向应力分布。试写出各图的焊接方向或顺序。(注：图在2页)

9. (6分) 何谓塑性加工？它有何优点？

10. (7分) 简述塑性变形的基本力学方程有哪几种？其作用如何？

11. (6分) 试写出摩擦应力计算的两种常用公式，并说明在塑性加工中的应用条件。 12. (6分) 写出两种屈服准则的数学表达式，并说明其物理意义。

试卷 编号：416 共 3 页 第 1 页

(A卷第8题图)

B卷(75分) 焊 接

(15分) 堆焊时，设母材含Mn量为1%，熔敷金属含Mn量为15%，熔合比为0.5，要求焊缝金属含Mn量不小于13%。问：什么是熔合比？应堆焊多少层才能满足焊缝中Mn含量的要求(写出计算步骤)？ (25分) 试述氢致裂纹的特点、形成机理及防止措施。

(20分) 试述焊接低碳调质钢时，热影响区组织分布及性能变化的特点。

(15分) 根据熔渣的成分和性能，焊接时的熔渣有哪几种类型？试述熔渣的主要作用。 C卷(75分) 金属塑性成形力学

(18分) 设有一高为H的圆柱体，先均匀拉深到2H，再均匀压缩为H，设在变形过程中体积不变，试分别求出这二个阶段的对数应变、等效对数应变及最终的对数应变、等效对数应变。

(18分) 一薄壁管，内径Ф80mm，壁厚4mm，承受内压p，材料的屈服应力为200 MPa, 假定管壁上的径向应力。试用Mises屈服准则分别求出下列情况下管子屈服时的p：a) 管子两端自由；b) 两端封闭。 (18分) 已知刚塑性变形体中的某质点处的平面应力张量为 MPa，应变分量，试求应变增量张量及塑性功增量密度。

试卷编号：416 共 3 页 第 2 页 试卷编号：416 共 3 页 第 3 页 4. (21分) 如下图，将一板厚为t、直径为D0的圆板坯拉深成内径为d0的圆筒件。假设（1）板料为理想刚塑性体，其屈服应力为Y；（2）成形过程板厚不变，且忽略凹模入口处的弯曲效应和模具间隙；（3）压边力为Q，考虑接触面上的摩擦, 摩擦系数为μ，作用于压边面上的摩擦力与凸缘外缘部的径向应力σr的作用等效。试用主应力法求拉深高度为h时刻的拉深力。 D卷(75分) 液态金属凝固学

(20分) 液态合金凝固时的热过冷和成分过冷有何区别？成分过冷对单相合金晶体生长方式有何影响？ (25分) 某二元合金相图如下图所示，合金液成分为C0 = 40%，置于长瓷舟中并从左端开始凝固，温度梯度大到足以使固液界面保持平面生长。假设固相无扩散，液相均匀混合，试求： 平衡分配系数k0。

凝固10%时，固液界面的和。 凝固完毕，共晶体所占比例。

画出凝固后的试棒中溶质B的浓度沿试棒长度的分布曲线，并注明各特征成分及其位置。

3. (20分) 铸件典型宏观组织是由哪几部分构成的，它们的特征和形成机理如何？ 4. (10分) 试分析缩孔、缩松形成条件及形成原因的异同。

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二OO六年招收硕士研究生入学考试试题答案

华中科技大学

考试科目：材料成形原理 适用专业：材料加工工程、数字化材料成形 A卷 简述题

1. 为什么过冷度是液态合金结晶的驱动力？

结晶过程的发生必须是液相的自由能高于固相的自由能，液相金属与固相金属自由能之差即为结晶的驱动力，要获得结晶过程所必需的驱动力，一定要使实际结晶的温度低于理论结晶温度，即要有一定的过冷度，才能满足热力学条件。

2. 液态合金的流动性和充型能力有何本质区别？

液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮毂清晰的铸件的能力，称为液态金属的充型能力。液态金属的充型能力首先取决于金属本身的流动能力，同时又受到外界条件，如铸型的性质、浇注条件、铸件结构等因素的影响，是各种因素的综合反映。

液态金属本身的流动能力，称为流动性。由液态金属的成分、温度、杂质含量等决定的，而与外界条件无关。因此，流动性也可认为是确定条件下的充型能力。

3. 什么样的界面才能成为异质形核的衬底？

界面两侧夹杂和晶核的原子排列方式相似，原子间距相近，或在一定范围内成比例，就可能实现界面的共格对应。当点阵的失配度δ≤5%，为完全共格，形核能力强；5%≤δ≤25%为部分共格，夹杂物衬底有一定的形核能力；δ＞25%为不共格，夹杂物衬底无形核能力。

4. 何谓析出性气孔，有何特征？

析出性气孔——金属液在冷却及凝固过程中，因气体溶解度下降，析出的气体来不及从液面排除而产生的气孔；这类气孔在铸件断面上大面积分布，靠近冒口、热节等温度较高的区域，其分布较密集，形状呈团球形，裂纹多角形，断续裂纹状或混合型。

5. 生产中如何防止密度偏析的形成？ 防止或减轻密度偏析的方法有以下几种：

(1) 增加铸件的冷却速度、使初生相来不及上浮或下沉。

(2) 加入第三种合金元素，形成熔点较高的、密度与液相接近的树枝状化合物，使其首先结晶并形成树枝状骨架，阻止偏折相的沉浮。

(3) 尽量降低合金的浇注温度和浇注速度。

6. 简述产生焊接应力与变形的原因及消除或减少残余应力与变形的方法。

温度改变导致“热胀冷缩”，非均匀的温度变化（如局部的加热、冷却）导致金属内部的不均匀“热胀冷缩”从而产生应力。工件冷却后保留在工件内部的内应力称为残余应力。局部的固态相变也能产生内应力。

减小或消除应力方法：结构设计、工艺措施、热处理、机械振动、机械加载等。 变形：残余应力的存在必然导致原工件形状的少量改变，也称为残余变形。 有整体变形、局部变形。