2026 年华南理工大学考研真题样题（816 金属塑性成型理论）

一、名词解释（每题 4 分，共 20 分）

1. 塑性
   • 答案：塑性是指金属材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力，是金属塑性成形工艺得以实现的核心性能基础。
   • 解析：塑性并非固定不变的属性，受化学成分、组织结构、变形温度、应变速率和应力状态等多重因素影响。例如低碳钢在常温下具有良好塑性，而铸铁塑性极差，这一差异直接决定了两者的加工方式选择。在考研命题中，常结合具体工艺考查塑性的影响因素及调控方法。
2. 加工硬化
   • 答案：加工硬化又称应变硬化，是指金属在塑性变形过程中，随着变形程度增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性逐渐降低的现象。
   • 解析：其微观本质是变形过程中位错密度增加，位错间相互作用（如交割、缠结）导致运动阻力增大。加工硬化在冷加工中具有双重意义，既是强化材料的重要手段，也会增加后续加工难度，需通过中间退火消除。这一知识点在简答题和论述题中均高频出现。
3. 屈服准则
   • 答案：屈服准则是描述金属材料从弹性状态向塑性状态过渡的力学条件，用于判断复杂应力状态下材料是否发生塑性变形，常用的有屈雷斯加屈服准则和米塞斯屈服准则。
   • 解析：屈雷斯加准则基于最大剪应力理论，表达式为最大剪应力达到临界值；米塞斯准则基于形状改变比能理论，表达式为等效应力达到定值。两者在平面应力状态下有特定关系，是塑性成形力学分析的核心工具，计算题中常需结合准则进行应力分析。
4. 锻造比
   • 答案：锻造比是衡量锻件变形程度的指标，通常指坯料变形前与变形后截面积之比，也可用长度比表示。
   • 解析：锻造比直接影响锻件的组织结构和力学性能，合理的锻造比能打碎铸造组织、细化晶粒、改善力学性能。不同材料和锻件对锻造比的要求不同，例如结构钢锻件的锻造比一般不小于 1.5-2.0。该知识点常与锻造工艺设计结合考查。
5. 超塑性
   • 答案：超塑性是指金属材料在特定条件（低温、低速、细晶）下表现出的极高塑性状态，延伸率可超过 100% 甚至 1000%，且几乎无加工硬化现象。
   • 解析：超塑性主要分为细晶超塑性和相变超塑性，其中细晶超塑性需满足细晶（晶粒直径＜10μm）、等温变形和低速拉伸三个条件。钛合金、铝合金等材料的超塑性成形在航空航天领域应用广泛，是近年来的研究热点，易出现在论述题中。

二、判断题（每题 2 分，共 10 分，正确打√，错误打 ×）

1. 金属的塑性越好，其变形抗力一定越小。（×）
   • 解析：塑性与变形抗力是两个独立的性能指标，无必然负相关关系。例如淬火态高碳钢塑性差且变形抗力大，而超塑性状态下的钛合金塑性极高但变形抗力并不低。变形抗力主要取决于材料成分、组织结构和变形条件，需结合具体情况分析。
2. 米塞斯屈服准则与屈雷斯加屈服准则在单向应力状态下的表达式相同。（√）
   • 解析：在单向拉伸或压缩状态下，两者的计算结果一致，均表现为轴向应力达到材料的屈服极限。但在复杂应力状态下（如纯剪切），两者的结果存在差异，米塞斯准则更符合多数金属材料的实际屈服行为。
3. 热加工是指在室温以上进行的金属塑性成形加工。（×）
   • 解析：热加工与冷加工的划分标准是再结晶温度而非室温。热加工是在再结晶温度以上进行的加工，加工过程中产生的加工硬化会被再结晶消除；冷加工则在再结晶温度以下进行，加工硬化现象显著。例如铅在室温下的加工属于热加工，因其再结晶温度低于室温。
4. 板料拉深过程中，压边圈的主要作用是防止工件出现拉裂缺陷。（×）
   • 解析：压边圈的核心作用是防止板料凸缘部分因切向压应力作用而失稳起皱，而拉裂缺陷主要通过合理确定拉深系数、改善润滑等措施防止。起皱和拉裂是拉深工艺的两大典型缺陷，其成因和防控措施是考研重点考查内容。
5. 晶粒细化既能提高金属的强度，又能改善其塑性。（√）
   • 解析：根据霍尔 - 佩奇公式，晶粒细化可通过增加晶界数量提高强度；同时，细小晶粒提供了更多的滑移系和位错运动空间，有助于改善塑性和韧性。晶粒细化是唯一能同时提升强度和塑性的强化方式，在材料改性和工艺优化中应用广泛。

三、简答题（每题 10 分，共 50 分）

1. 简述影响金属塑性的主要因素及其作用规律。
   • 答案：影响金属塑性的因素主要包括内部因素和外部因素：
     1. 化学成分：纯金属塑性优于合金，合金中杂质元素（如硫、磷）会降低塑性，形成低熔点共晶物；合金元素含量增加通常使塑性下降。
     2. 组织结构：细晶组织塑性优于粗晶组织，等轴晶塑性优于柱状晶；铸造组织因存在偏析、疏松等缺陷，塑性低于变形组织。
     3. 变形温度：随温度升高，原子活动能力增强，位错运动阻力减小，塑性提高，但过高温度会导致晶粒粗大或过烧，反而降低塑性。
     4. 应变速率：低速变形时，塑性较好，因原子有足够时间进行扩散协调；高速变形时，塑性下降，因加工硬化来不及消除且易产生绝热升温。
     5. 应力状态：三向压应力状态塑性最好，可抑制裂纹产生和扩展；拉应力成分越多，塑性越差，易导致材料开裂。
   • 解析：该知识点是金属塑性成形理论的核心基础，几乎每年必考。答题需按内部、外部因素分类，明确各因素的作用机制和规律，可结合具体工艺实例（如热锻 vs 冷冲）辅助说明。在考研答案中，结构清晰、逻辑连贯的解析更易获得高分。
2. 说明加工硬化的产生原因及对塑性成形工艺的影响。
   • 答案：
     （1）产生原因：加工硬化的微观本质是金属塑性变形过程中位错密度不断增加，位错之间发生交割、缠结，形成复杂的位错组态，导致位错运动阻力增大，从而使材料强度升高、塑性下降。
     （2）对工艺的影响：
     1. 有利影响：可作为强化材料的手段，通过冷加工（如冷轧、冷拉）提高产品的强度和硬度；在多道次冷加工中，可利用加工硬化控制坯料变形均匀性。
     2. 不利影响：增加后续加工难度，使变形抗力升高，需更大吨位设备；限制单次变形程度，需增加中间退火工序消除硬化，提高生产成本；过度硬化可能导致材料开裂，降低成品率。
   • 解析：加工硬化是冷塑性成形中的关键现象，答题需兼顾机理与实际影响。需注意区分有利和不利影响，体现对知识点的全面理解。考研中常结合具体工艺（如冷拉钢丝、冷轧钢板）考查该知识点的应用。
3. 简述板料冲裁件断面的组成特征及影响断面质量的因素。
   • 答案：
     （1）断面组成特征：冲裁件断面从外到内依次为塌角、光面、毛面和毛刺四个区域。塌角是冲裁开始时刃口附近材料被拉入模具间隙形成的圆角区域；光面是刃口切入材料后塑性剪切变形形成的光亮垂直面，质量最佳；毛面是材料塑性变形至极限后裂纹扩展形成的粗糙斜面；毛刺是裂纹产生和扩展不同步形成的微小凸起。
     （2）影响因素：
     1. 模具间隙：间隙合理时，上下裂纹重合，光面宽、毛刺小；间隙过大或过小均会导致裂纹不重合，增加毛面宽度和毛刺高度。
     2. 材料性能：塑性好的材料光面区域更宽，脆性材料毛面区域更大。
     3. 模具刃口状态：刃口锋利时切断效果好，光面占比高；刃口磨损后易产生大毛刺。
     4. 冲裁速度：速度过高易产生振动，影响断面质量，低速冲裁断面更平整。
   • 解析：冲裁是板料冲压的基本工序，断面质量分析是工艺设计的核心。答题需先明确断面四个区域的特征及形成过程，再从模具、材料、工艺参数三方面说明影响因素。该知识点在考查时可能结合模具设计实例，需掌握间隙值的合理选择方法。
4. 比较热加工与冷加工的主要区别及各自的工艺特点。
   • 答案：热加工与冷加工的核心区别是加工温度是否高于材料的再结晶温度，具体差异如下表所示（转化为文本描述）：
     1. 加工温度：热加工在再结晶温度以上进行，如钢的热锻温度为 800-1250℃；冷加工在再结晶温度以下进行，如钢的冷冲裁在室温下进行。
     2. 组织变化：热加工过程中，加工硬化被再结晶消除，可细化晶粒、改善铸造组织；冷加工会产生加工硬化，晶粒被拉长形成纤维组织。
     3. 性能变化：热加工后材料强度、硬度适中，塑性良好；冷加工后材料强度、硬度提高，塑性下降。
     4. 尺寸精度：热加工因存在热胀冷缩，尺寸精度较低（IT12-IT14）；冷加工尺寸精度高（IT7-IT10），表面粗糙度小。
     5. 变形抗力：热加工变形抗力小，可实现大变形量；冷加工变形抗力大，单次变形量受限。
     6. 适用场景：热加工适用于毛坯制造（如锻件、轧材）；冷加工适用于精密零件成形（如冷冲压件、冷拉钢丝）。
   • 解析：热加工与冷加工的对比是高频考点，答题需围绕温度基准展开，从组织、性能、精度等维度系统比较。考研中常要求结合具体零件选择加工方式，需掌握两者的适用范围和工艺限制。
5. 什么是变形织构？简述其对金属成形性能和零件使用性能的影响。
   • 答案：
     （1）变形织构：金属在塑性变形过程中，晶粒会沿受力方向发生转动，使原本随机取向的晶粒趋向于特定的晶体学取向，形成具有择优取向的组织，称为变形织构。
     （2）对成形性能的影响：变形织构会导致材料产生各向异性，降低成形性能。例如钢板存在织构时，在拉深过程中会出现 “制耳” 现象，即法兰边缘出现不均匀凸起，影响零件尺寸精度；板材的塑性在不同方向差异显著，易导致局部过度变形或开裂。
     （3）对使用性能的影响：织构的影响具有双面性。在负面方面，各向异性会降低零件的整体性能均匀性，如承受复杂载荷时易产生局部失效；在正面方面，可利用织构强化特定方向性能，如变压器硅钢片通过织构控制，显著提高磁导率。
   • 解析：变形织构是塑性变形的重要微观现象，答题需明确定义、形成过程及双重影响。需注意区分对成形性能和使用性能的不同作用，体现辩证分析能力。该知识点在材料科学与工程专业的考研中出现频率较高，常与板材成形工艺结合考查。

四、综合论述题（20 分）

• 答案：锻造件的质量和性能主要取决于材料选择、工艺参数控制、模具设计等多方面因素，基于塑性成形原理的工艺优化可从以下几方面展开：
  1. 合理选择原材料与预处理：根据锻件性能要求选择塑性良好的材料，如结构钢优先选用镇静钢以减少气体含量；锻造前进行球化退火，降低变形抗力、提高塑性；对坯料进行表面清理，去除氧化皮和缺陷，避免缺陷延伸。
  2. 优化加热工艺参数：严格控制加热温度在再结晶温度以上且低于过烧温度，例如碳钢加热温度控制在 Ac3+30-50℃，确保塑性良好且晶粒不粗大；采用分段加热方式，减少温度梯度和热应力；控制加热速度，避免厚壁坯料因内外温差产生裂纹。
  3. 科学设计锻造变形工艺：确定合理的锻造比（一般结构钢≥2.0，轴承钢≥3.0），保证充分打碎铸造组织；采用 “预锻 + 终锻” 复合工艺，预锻分配金属体积、减少终锻变形量，终锻保证尺寸精度；控制变形速度，热锻时避免速度过高导致绝热升温，冷锻时通过润滑降低变形抗力。
  4. 优化模具与润滑系统：设计合理的模具型槽，保证金属流动均匀，减少应力集中；控制模具间隙，避免锻件出现毛刺和尺寸偏差；采用石墨基润滑剂，减少金属与模具间的摩擦，降低变形抗力，改善表面质量。
  5. 严格控制后续处理工艺：锻造后采用等温退火或正火处理，消除残余应力、细化晶粒；对重要锻件进行调质处理，获得优良的强韧性配合；进行无损检测（如超声波检测），剔除内部裂纹、疏松等缺陷。
• 解析：该论述题综合考查塑性成形原理的应用能力，需将基础理论与工艺实践结合。答题应构建 “原材料 - 加热 - 变形 - 模具 - 后续处理” 的完整逻辑链，每个环节均需体现原理对工艺的指导作用。考研中此类题目评分注重逻辑严密性、知识点全面性和实际应用价值，结合具体材料（如钛合金锻件）举例可提升答案质量。

五、真题备考指南

（一）真题答案特色

（二）真题获取渠道

（三）备考建议

1. 基础阶段（3-6 月）：以《金属塑性成形原理》（机械工业出版社，俞汉清）为核心教材，结合真题考点梳理知识框架，重点掌握屈服准则、塑性影响因素等核心概念。
2. 强化阶段（7-10 月）：系统练习历年真题，利用高分答案详解修正答题思路，总结高频考点（如加工硬化、板料成形缺陷）和题型规律，建立错题本。
3. 冲刺阶段（11-12 月）：进行模拟考试训练，严格控制答题时间，针对真题中的论述题进行专项突破，提升综合应用能力。