1、1. 材料加工中的傅里叶定律、Fick 定律、牛顿粘性定律（应该是“动 量 /热 量 /质 量 传 输 原 理 ”课 程 或 者 “材料热力学” 课 程 中 的 内容 ） ；2. 与金属凝固有关的内容，如常见凝固缺陷及其防止措施；3. 常见材料成型方法及其特点，如快速成型、定向凝固、快速凝固、半固态铸造等；4. 与材料塑性加工有关的内容，如碳钢拉伸过程的应力-应变曲线，及拉伸过程中的一些现象、原理。1.傅立叶定律：在导热现象中，单位时间内通过单位截面的热量，正比例于垂直于该界面方向上的温度变化率，而热量传递的方向则与温度升高的方向相反。Fick 定律：第一定律，在稳态扩散过程中，单位时间内通过
2、垂直于扩散方向的单位截面积的扩散物质流量与该截面处的浓度梯度成正比，数学表达式为；第二定律，在非稳态扩散过程中，在距离 x 处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值，数学表达式为。牛顿粘性定律： 流 体 在 流 动 过 程 中 流 体 层 间 所 产 生 的 剪 应 力 与 法 向 速 度 梯度 成 正 比 ， 与 压 力 无 关 。2.常见凝固缺陷及其防止措施a.偏析的防止措施：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，防止偏析相的沉浮；3 尽量降低合金的浇注温度和浇
3、注速度。b.析出性气孔的防止措施：1 减少金属液的吸气量，采取烘干、除湿等措施，防止炉料、空气、铸型、浇包等方面的气体进入金属液；2 对金属液进行除气处理，常用方法有：浮游去气，向金属液中吹入不溶于金属的气体；氧化去气，对能溶解氧的金属液，可先吹氧去氢，再脱氧；3 阻止金属液中气体析出，提高铸件冷却速度，如金属型铸造等方法，提高铸件凝固的外压，如密封加压等方法；4 型（芯）砂处理，减少砂型（芯）在浇注时的发气量，使浇注时产生的气体容易从砂型（芯）中排除，例如多扎排气孔，使用薄壁或空心和中间填焦炭快的砂芯等方法。c.皮下气孔的防止措施：1 采取烘干、除湿等措施，防止和减少气体进去金属液；2 严格
4、控制合金中氧化性较强元素的含量；3 砂型（芯）要严格控制水分；4 适当提高浇注温度，能够降低凝固速度，有利于气体排除；5 工艺方案设计中尽量保证金属平稳进入铸型内，减少金属液的氧化。d.缩松和缩孔的防止措施：1 顺序凝固和同时凝固原则；2 合理的确定浇注位置和浇注工艺；3 冒口、冷铁、补贴的综合应用，扩大有效补缩距离；4 加压补缩，提高补缩效果；5 悬浮浇注，细化结晶组织。e.热裂的防止措施：1 合金成分、熔炼工艺方面，在不影响铸件使用性能的前提下选择热裂倾向小的合金，减少合金中的有害杂质，改善合金的脱氧工艺；2铸型方面，改善砂型和砂芯的溃散性，采用涂料使型腔表面光滑以减小铸件和铸型之间的摩擦
5、阻力；3 浇注条件方面，减少浇冒口系统对铸件收缩的机械阻碍，减少铸件各部分温差，用冷铁消除热节的有害作用；4 铸件结构方面，两壁相交处应做成圆角，避免两壁十字交叉，设防裂筋。f.变形、冷裂的防止措施：1 设防裂筋、防变形筋；2 采用反变形措施；3 提高铸型刚度，加大压铁重量；4 合理控制打箱时间。g.初生夹杂物的防止措施：1 加熔剂，在液体表面覆盖一层能吸收上浮夹杂物的熔剂；2 过滤法。h.二次氧化夹杂物的防止措施：1 正确选择合金成分；2 严格控制氧含量，严格控制水分；3 加入煤粉等碳质材料或采用涂料，形成还原性气氛；4 合理浇注工艺及浇冒口系统；5 金属液冲型要平稳。3.常见材料成型方法及
6、特点a. 快 速 成 型 是 将 一 个 实 体 的 复 杂 的 三 维 加 工 离 散 成 一 系 列 层 片 的 加 工 ， 大大 降 低 了 加 工 难 度 ， 特 点 有 ： 1 制 造 原 型 所 用 的 材 料 不 限 ， 各 种 金 属 和 非 金属 材 料 均 可 使 用 ； 2 原 型 的 复 制 性 、 互 换 性 高 ； 3 制 造 工 艺 与 制 造 原 型 的 几何 形 状 无 关 ， 在 加 工 复 杂 曲 面 时 更 显 优 越 ； 4 加 工 周 期 短 ， 成 本 低 ， 成 本 与产 品 复 杂 程 度 无 关 ， 一 般 制 造 费 用 降 低 50%，
7、加 工 周 期 节 约 70%以 上 ； 5 高度 技 术 集 成 ， 可 实 现 了 设 计 制 造 一 体 化 ；b.定 向 凝 固 是 在 熔模铸造型 壳 中 建 立 特 定 方 向 的 温 度 梯 度 ， 使 熔 融 合 金 沿 着与 热 流 相 反 的 方 向 按 照 要 求 的 结 晶 取 向 凝 固 的 一 种 铸 造 工 艺 ， 特 点 有 ： 1采 用 定 向 凝 固 技 术 可 获 得 生 长 方 向 与 主 应 力 方 向 一 致 的 单 向 生 长 的 柱 状 晶 体 ；2 定 向 凝 固 由 于 消 除 了 横 向 晶 界 ， 从 而 提 高 了 材 料 抗 高 温
8、蠕 变 和 疲 劳 的 能 力 ；3 定 向 凝 固 铸 件 的 组 织 分 为 柱 状 、 单 晶 、 定 向 共 晶 三 种 。c.快 速 凝 固 是 合 金 在 极 高 的 冷 却 速 度 （ 大 于 104K/s） 或 过 冷 度 （ 高 达 几 十至 几 百 K） 条 件 下 ， 以 极 快 的 凝 固 速 率 （ 常 大 于 10cm/s， 甚 至 高 达100m/s） 从 液 态 转 变 为 固 态 的 过 程 。 特 点 有 ： 1 快 速 凝 固 获 得 的 晶 态 合 金的 组 织 及 结 构 主 要 发 生 的 变 化 为 ： 扩 大 了 固 溶 极 限 ， 无 偏 析
9、或 少 偏 析 的 微 晶组 织 ， 形 成 新 的 亚 稳 相 以 及 高 的 点 缺 陷 密 度 等 ； 2 特 有 的 组 织 结 构 特 征 赋 予快 速 凝 固 合 金 的 优 异 性 能 ， 如 高 强 度 及 高 韧 性 、 高 耐 蚀 性 、 高 抗 蠕 变 能 力 ，快 速 凝 固 还 可 使 不 锈 钢 具 有 良 好 的 抗 辐 射 性 能 及 在 高 浓 度 氦 气 氛 中 不 易 膨 胀的 特 性 ； 3 快 速 凝 固 还 可 获 得 性 能 优 良 的 非 晶 态 合 金 。d.半 固 态 铸 造 是 金 属 液 态 向 固 态 凝 固 的 时 候 进 行 搅 拌
10、 ， 打 碎 已 经 生 成 的 枝 状晶 粒 而 保 留 分 散 的 颗 粒 状 组 织 形 态 ， 获 得 的 产 品 尺 寸 精 度 高 、 内 在 性 能 好 ，特 点 有 ： 1 铸 件 的 凝 固 收 缩 减 小 ， 铸 件 尺 寸 精 度 高 、 外 观 质 量 好 ， 减 少 了 机械 加 工 量 ， 甚 至 可 以 得 到 无 机 械 加 工 余 量 铸 件 ； 2 消 除 了 常 规 铸 件 中 的 柱 状晶 和 粗 大 树 枝 晶 ， 铸 件 组 织 细 小 、 致 密 ， 分 布 均 匀 ， 不 存 在 宏 观 偏 析 ； 3金 属 充 型 平 稳 、 无 湍 流 、
11、无 飞 溅 ， 而 且 充 型 温 度 低 ， 延 长 模 具 寿 命 ； 4 简化 铸 造 工 序 ， 降 低 能 耗 ， 改 善 劳 动 条 件 ， 由 于 凝 固 速 度 快 ， 生 产 率 高 ； 5提 高 铸 件 力 学 性 能 。4.碳钢拉伸应力应变曲线图 为 低 碳 钢 拉 伸 的 应 力 应 变 曲 线 ， 其 拉 伸 过 程 大 致 可 分 为 四 个 阶 段 ：（ 1） 弹 性 阶 段 OA： 这 一 阶 段 试 样 的 变 形 完 全 是 弹 性 的 ， 全 部 卸 除 荷 载 后 ，试 样 将 恢 复 其 原 长 。 （ 2） 屈 服 阶 段 AC： 试 样 的 伸 长
12、 量 急 剧 地 增 加 ， 而 应力 值 却 在 很 小 范 围 内 波 动 。 若 试 样 经 过 抛 光 ， 则 在 试 样 表 面 将 看 到 大 约 与 轴线 成 45方 向 的 条 纹 ， 称 为 滑 移 线 。 （ 3） 强 化 阶 段 CD： 试 样 经 过 屈 服 阶段 后 ， 若 要 使 其 继 续 伸 长 ， 由 于 材 料 在 塑 性 变 形 过 程 中 不 断 强 化 ， 故 试 样 中抗 力 不 断 增 长 。 （ 4） 颈 缩 阶 段 和 断 裂 DE： 试 样 伸 长 到 一 定 程 度 后 ， 应 力值 反 而 逐 渐 降 低 。 此 时 可 以 看 到 试 样 某 一 段 内 横 截 面 面 积 显 著 地 收 缩 ， 出 现“颈 缩 ”的 现 象 ， 一 直 到 试 样 被 拉 断 ， 断 口 呈 杯 锥 状 。
