材料成型工艺学上复习资料
20132354整理第一章：金属液态成型概述
1.金属液态成型工艺特点？举例说明这些特点。
优点：
⑴适应性强：铸造方法不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制。重量：小到几克，大到数百吨；
尺度：壁厚从0.5mm到1m左右；长度：从几毫米到十几米；材质：铸造适用于各种合金，如常用的铁碳合金、铜合金、镁合金、铝合金等。
⑵尺寸精度：一般情况下，铸件比锻件，焊接件的尺寸精度高，更接近于零件的尺寸，
可节约大量的金属材料和加工工时。
⑶成本低：铸件重量在一般机械装备总重量中占比高，而成本占总成本的低。
不足：
①废品率较高，由于液态金属成型工艺过程涉及的工序较多，每道工序过程难以精确控制；
②存在结构缺陷，液态金属成形件一般组织疏松，晶粒粗大，铸件内部有时出现缩孔、缩松、裂纹、
偏析等缺陷，导致铸件的某些力学性能降低；
③生产环境差，劳动强度高，对周围环境污染严重。
第二章：金属液态成形工艺原理
1.液态金属充型过程有哪些水力学特点？
①多相黏性流动。液态金属中存在夹杂物（固相）和气体（气相），金属由固态转变成液态，金属
键被部分破坏，原子之间仍然保持一定的结合力，因此液态金属在流动过程中有内摩擦阻力，
呈现粘性流动的水利学特点。
②不稳定流动。充型过程中液态金属的流速、流态在不断变化，即存在流路截面变化，流路方向
变化，流路温度变化。
③紊流流动。在浇注系统中，即使 D 很小（如取 0.4 cm），在保证充型的最低流速下，其雷诺
数也大于Re临。所以：金属液在浇注系统中的流动为紊流流动。又由于浇注系统流路回转，
使紊流程度加重。
④（非封闭流动）在“多孔管”流动。浇注系统及铸型的型腔都具有一定的透气性，充型过程中
金属液体就像在“多孔管”中流动
2.液态金属充型过程水力学计算的重要性和主要依据是什么？
重要性：保证液态金属充型过程中内浇道截面具有一定的流速，使金属液能充满型腔，是合理设计浇注系统的依据。（浇注系统的设计过程就是水力学计算的过程）
主要依据：伯努利方程（能量守恒方程），奥赞公式。
3.奥赞公式的意义和成立条件
公式为F内=
m
ρμt√2gH
均
其中F内——内浇道的截面积；
m——充填铸型所需金属液的质量；
ρ——金属液密度；
μ——流量系数；
t——填充时间；
H
均——充型过程平均静压头；
意义：是浇注系统计算的基本公式，反应了以上几个变量之间的关系，为合理设计浇注系统提供了依据。
成立条件：A. 浇注系统为充满流动：封闭式浇注系统；对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。
B. 浇口杯液面保持不变。
C. 型腔内压力与外界相同，即砂型透气性要好，有排气孔
4.什么是液态金属充型能力,它与液态金属的流动性有什么区别与联系?
液态金属的充型能力：液态金属充满铸型的型腔,获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力。
区别与联系：①流动性是合金及金属的流动能力，是决定液态金属充型能力的内因，起主导作用，即流动性是充型能力的量度；
②液态金属的充型能力不仅受流动性的影响，铸型性质、浇注条件、铸型（件）结构等
都会影响金属液的充型能力。
如何测量流动性：以螺旋形流动性试样的长度来衡量。
5.说明液态金属充型过程停止流动机理是什么？
①对于纯金属，共晶合金或结晶温度范围很窄的合金，流动过程中间卡住。它们的结晶特点是在一定的温度点开始凝固，当具有一定的过热度的液态金属在管道中流动时，靠近管壁的液态金属首先达到凝固温度并开始在管壁上凝固，一般是以柱状晶从管壁向里推进，而中心的过热液态金属可以继续向前流动，而且能够全部或部分地熔化正在生长的柱状晶，当流动的液态金属的过热度散失殆尽，柱状晶一直生长到中心，液态金属因流动前端的后部被堵塞而停止流动。
②宽结晶温度范围合金，流动过程前端阻塞。结晶特点是在一定的温度范围内开始凝固。具有一定过热度的液态金属在管道中流动，不断接触管壁的液态金属前端首先达到凝固温度，并开始有部分的固相以枝晶析出。此时液态金属中虽然有部分固相，但还可以继续向前流动，但流动阻力越来越大，流动速度逐渐减慢。当液态金属前端区域的固相析出量在15-20%左右时，在流动的前端被堵塞而停止流动。（所以用结晶温度较宽的合金铸造时，应适当提高浇注温度，对液态金属进行净化处理，改善铸型条件，才能获得表面质量好的铸件）
（所以结论是：纯金属、共晶合金的流动时间相对较长，流动性好，充型能力强；结晶温度范围较宽的合金流动时间相对较短，流动性差，充型能力弱。）
影响停止流动/充型能力的因素: 合金本身性能、铸型条件、浇注工艺。
（提高充型能力的）措施：①合金方面：选择共晶或结晶温度范围窄的合金，提高液态金属的纯净度。
②铸型方面：刷保温涂料。
③浇注工艺：适当提高浇注温度，调整浇注位置，提高浇注压头。
6.金属凝固动态曲线意义是什么？
定义：根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线，在位置与时间的坐标图上绘制成的凝固体典型温度的连线图称为凝固动态曲线。
如何获得：在凝固体断面间隔一定距离放置热电偶，由仪器直接记录T—t曲线，将其投影到位置—时间图中，将不同位置、不同时间达到同一温度的各点连接起来，即得凝固动态曲线。
意义：①根据凝固动态曲线，可以推断凝固体断面不同时刻的凝固状态和凝固区的宽窄（范围），由凝固区的宽窄可判断断面的凝固方式，不同的凝固方式对铸件组织状态和缺陷产生有直接影响。
②由凝固动态曲线，可以确定某一位置。在某一时刻处于哪个相区（L相区，L-S相区，S 相区），从而合理制定浇注工艺。
课后附题：金属液态成形方法中，哪种方法生产的铸件尺寸精度高？哪种方法生产的铸件产量最大？
答：压力铸造（有色金属）和熔模铸造（钢）尺寸精度最高；
砂型成形生产的铸件产量最大。
7．金属凝固方式有哪几种，影响金属凝固动态曲线的因素是什么？
由结晶过程的固液两相区的尺度范围来决定，有
①逐层凝固方式。②体积凝固方式。③中间凝固方式。
影响金属凝固动态曲线的因素：
①金属本身的凝固特点。凝固温度范围（液相线和固相线之间的温度差），这是金属或合金的成分决定的。
②外界条件。凝固体断面的温度分布及随时间的变化情况。这由合金的热物理性能、铸型（或结晶器）的
热物理性能及其冷却强度、凝固体尺寸和结构所决定。
对铸件凝固质量的影响：
①逐层凝固方式：流动性能好，易获得健全的凝固体，液体补缩性好，凝固体组织致密，形成集中缩孔倾
向大（可用冒口消除），热裂倾向小。气孔倾向小，应力大，宏观偏析严重。
②体积凝固方式：流动性能不好，不易获得健全的凝固体，液体补缩性不好，凝固体组织不致密，集中缩
孔倾向小，热裂倾向大，气孔倾向大，应力小，宏观偏析不严重。
③中间凝固方式：介于两者之间。
第三章：金属液态砂型成形工艺
1. 砂型铸造时，铸件铸型界面存在哪些作用，这些作用对铸件质量（表面、内部、尺寸）
的影响？
①热作用——传热、传质。在金属和砂型间有热交换、水分和气体迁移、砂型膨胀。铸件容易产生夹砂结疤缺陷。
②机械作用——冲击、冲刷、静压力。如果砂型表层强度不够，金属液将冲坏型壁，使铸件产生表面缺陷；如果砂型整体强度不够，型壁在金属液静压力作用下发生移动，铸件产生尺寸误差缺陷（胀箱、肥大）。
③化学和物理化学作用——造型材料本身、造型材料与液态金属发生化学和物理化学反应。造型材料自身的分解和化学反应，可改变界面气氛和压力，铸件产生气孔缺陷；
金属液与造型材料起化学和物化反应，使铸件产生粘砂、表面成分改变、气孔等缺陷。
2. 湿砂型在浇注金属时会发生何种现象，这些现象对砂型有何影响，对铸件质量有何影响？
答：水分迁移、砂型膨胀、产生气体、化学反应。
影响：
①水分迁移：在液态金属热作用下，界面处的水分向铸型内部迁移，使砂型形成干砂区、水分饱和凝聚区、水分未饱和凝聚区、正常区4个区域，其中干砂区含水几乎为0，但强度很高；水分饱和凝聚区含水量很多，但强度很低：当水分饱和凝聚区抗压强度低时，会使干砂区向砂型内部移动形成铸件的胀砂缺陷；当水分饱和凝聚区抗拉强度低时，干砂区易脱离进入金属液中，形成夹砂结疤。
②砂型膨胀：在液态金属热作用下，砂型内外温度不同，形成了温度梯度，同时使砂型各处的热膨胀量不同，干砂区温度最高，热膨胀量最大，但由于铸件与砂箱阻碍作用，使砂型内部产生热应力，砂型表面会翘起或凸起，使铸件产生鼠尾、夹砂结疤、毛翅等膨胀类缺陷。
③产生气体：（侵入性气体，造型材料自身分解或反应生成的气体；反应性气体，造型材料与金属液发生反应生成的气体）。浇筑时产生的气体会改变铸件砂型表面的气氛，影响铸件凝固过程和铸件质量。如氧化性气氛利于金属液向砂型中渗透，易产生粘砂缺陷，铸件表面易脱碳，而还原性气氛可防止化学粘砂，浇注时产生的大量气体还可使铸件产生气孔缺陷
④化学反应：对于砂型，金属氧化物与原砂、粘土反应生成硅酸铁降低型砂中有效粘土、原砂的含量，使型砂耐火度和强度降低；对于铸件，化学反应改变了其成分，同时发生化学粘砂，降低其表面质量，增大清理难度，不利于机械加工。
3.三砂两孔缺陷的特点，形成机理，影响因素，防止措施。
●夹砂：
特点：型壁表面呈带状凸起后砂层破裂，但未折断
形成机理：浇筑过程中，砂型表面被加热，里外层产生温度差，产生水分迁移现象，形成了干砂区和凝聚区，由于各层的膨胀量不同，干砂区和水分饱和凝聚区将产生相对滑移的趋势，当M区的抗拉强度较低时，干砂区就会凸起导致分层，严重时砂层破裂金属液进入层间孔隙而形成夹砂缺陷 影响因素：干砂区的热应力越小，水分饱和凝聚区的抗拉强度越大，越容易产生
防止措施：
①造型材料方面：
1.使用粒度分散的原砂，并控制起SiO2的含量
2.使用Na/Ca基膨润土做粘结剂可以提高热湿拉强度
3.加附加物，如煤粉，渣油
4.控制型砂含水量，降低含泥量
②工艺方面：
1.缩短浇注时间，尽快充型
2.合理设计浇注系统和浇注位置，大平面避免平浇
3.排气通畅
4.紧实均匀，不宜过大
●粘砂：（机械/化学粘砂）
特点：砂粒或含砂物质粘附在铸件表面难以清除
形成机理：机械粘砂：根据毛细理论，将型砂表面砂粒间的微孔看成是直径细小的毛细管，金属液渗入微孔中便形成机械粘砂。
化学粘砂：金属氧化物渗入砂型微孔中并与砂粒起反应
影响因素：
①机械粘砂：
1.金属液凝固时间：浇注温度越高，铸件热节越大，则金属对砂型的热作用时间越长
2.砂型特点，孔尺寸大，激冷能力越弱，蓄热量越小，发气量越小
3.界面特性：金属液的表面张力及其与砂型的润湿性影响到粘砂的产生，金属液润湿砂型，则P临
降低，金属易于渗入，这是表面张力越大，渗入越深
4.金属液静压力：砂型某部位的金属液静压力与铸件高度和浇注位置有关，金属液静压力大的部位
容易产生粘砂
②化学粘砂：氧化气氛和热作用
防止措施：
①机械粘砂：
1.缩小砂型孔隙：使用细沙或刷涂料
2.缩短金属液对砂型的热作用时间：适当降低浇注温度，使用激冷材料
3.加附加物改善界面润湿条件
4.调整液态金属的静压力
②化学粘砂：
1.控制氧化层，加入附加物产生还原性气氛，降低浇注温度，加入氧化铁粉等氧化剂
2.控制烧结层，加入附加物不被润湿，使用非石英砂非石英质涂料
●胀砂：
特点：砂型膨胀导致铸件尺寸变大
形成机理：砂型受热膨胀，在金属液浇注凝固后，铸件依照胀的箱凝固，造成铸件尺寸变大，严重时铸件报废（当水分饱和凝聚区的抗压强度较低时会使干砂区向砂型内移动，形成胀砂缺陷） 影响因素：原砂、型砂含水量
防止措施：
1选用热膨胀系数小的镁砂或锆砂
2增加砂型的排气能力
3适当降低砂型的含水量
4紧实均匀，紧实度不宜过大
●气孔
特点：浇注时产生的大量气体未来得及排出
侵入性气孔
特点：1 数量少，体积大
2 孔壁光滑，表面氧化
3 梨形、椭圆形
形成机理：在铸件/砂型界面处，P气 > P静+ P阻+ P腔时，气体就会侵入到金属液中形成气泡，随着金属液的凝固，来不及上浮的气泡就形成气孔
影响因素：1砂型的发气性、透气性
2液态金属的性质：表面张力，润湿性等
3浇注条件
防止措施：1 控制砂型的发气性减少发气物质，减低发气温度
2 增加砂型的透气性，扎气眼，设置排气道等
3 降低浇注温度
●沙孔
特点：在铸件表面或内部充塞着型砂
形成机理：1 散落砂，未清理干净或合箱搬运中出现掉砂
2 冲砂金属液的冲击或者冲刷使砂型脱落，这些砂块在金属液凝固前未
浮到冒口或积砂孔内，就会产生砂眼
影响因素：落砂、冲砂
防止措施：
1 提高型砂的表面强度刷涂料，改进型砂配方
2 合理设置浇注系统和冒口，采用缓流，底注式浇注系统，设置排渣冒口
3 严格执行操作规程，清理落砂
4.湿砂型的型砂要求具备哪些工艺性能，这些性能对铸件质量有什么影响？
工艺性能：
四个基本性能：湿态强度、透气性、流动性、可塑性与韧性；
一个综合性能：干湿程度。（另外还有抗夹砂结疤能力，抗粘砂能力。）
对铸件质量影响：
①湿态强度：如果型砂的湿态强度过低，可能造成砂型的破损，甚至塌箱，浇注时型砂表面可能被金属液
冲坏、型壁移动，使铸件产生砂眼、胀箱和跑火缺陷；如果型砂的湿态强度太高，则型砂的退让性差，易产生裂纹，溃散性也差，使铸件落砂困难，增加了清理工作量。
②透气性：如果砂型透气性差，会使铸件产生气孔、浇不足等缺陷，严重的会出现呛火；如果型砂透气性
太好，型砂微孔的尺寸较大，铸件易产生表面粗糙和粘砂缺陷。
③流动性：流动性好的型砂可形成紧实度均匀、轮廓清晰、表面光洁的型腔，造型效率高。
④可塑性与韧性：可塑性好的型砂，造型、起模、修型方便，铸件表面质量好。韧性好的型砂起模性好，
型砂不易损坏，型腔轮廓清晰造型效率高。
⑤干湿程度：干湿程度过湿，铸件易产生夹砂结疤、气孔、胀砂和浇不足等缺陷；干湿程度过干，则易产
生冲砂和砂眼缺陷；所以要有一个适宜的干湿程度。
5.什么叫型砂的最适宜水分，用紧实率判断型砂干湿程度有何优点，如何测定紧实率？
答：将紧实率控制在最适宜干湿程度下的型砂水分称为最适宜水分。
优点：
①紧实率对型砂的干湿程度敏感，能够真实反映型砂水分的变化，型砂水分增加，紧实率也
增大。
②紧实率可以反映型砂成分，型砂中泥分增加则紧实率下降。
③可以反映混砂效果，混砂均匀度增加则紧实率也增加。
④紧实率易于测试，将测试装置安装在混砂机上，实时调整水分加入量，实现型砂性能的在
线控制。
测定：紧实率是指型砂被紧实前后的体积变化率
紧实率=型砂被紧实的体积
型砂紧实前体积
×100%
紧实率是在三锤制样机上或SYY液压制样机上进行测定，按下式计算：
紧实率=
紧实距离?
试样筒高度H
×100%
由于标准筒高度H=100mm，所以紧实率=h%
6.原砂有哪些性能，对型砂性能有何影响？
性能主要包括：含泥量、颗粒组成、颗粒形貌、矿物组成和需酸量。
对铸件质量的影响：
①含泥量：直径小于0.022mm的颗粒所占质量份额。含泥量增多，透气性下降，易产生气孔缺陷；其他条件相同时，含泥量增多，抗压强度提高；若泥分中不含黏土矿物，含泥量增多，型砂变脆，起模性变差。
②颗粒组成：包括两个概念：砂粒粗细程度和砂粒粗细分布的集中程度，砂粒越集中，热膨胀大，易产生膨胀类缺陷。
③颗粒形貌：对湿砂型而言,通常选用圆形砂,有利于粘结剂更有规则和均匀的分布,使砂粒间能形成较好的粘结膜,另一方面,圆形砂流动性好,易紧实,可得到较高湿态强度和适宜的透气性.
④矿物组成:石英砂的矿物成分主要是石英,，二氧化硅含量越高，型砂的耐火度越高。
⑤需酸量：需酸值是原砂中含有的与酸反应的物质表征，需酸值高，会影响树脂砂的硬化性能和终强度。
7.粘土的矿物成分，粘土矿物晶体结构的基本结构单位，膨润土的结构特点和性能。
成分：各类粘土矿物主要是含水铝酸盐mAl2O3·nSiO2·xH2O
高岭石：Al2O3·2SiO2·2H2O蒙脱石：Al2O3·4SiO2·H2O·nH2O
基本结构单元：硅氧四面体、铝氧八面体。普通粘土（高岭石）：1:1型两层结构的粘土矿物，由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成；膨润土（蒙脱石）：2:1型三层结构的粘土矿物，由两层硅氧四面体，中间夹着一层铝氧八面体组成。
膨润土吸水膨胀性大、加热体积变化大、粘结性大。纳基膨润土和钙基膨润土能提高型砂韧性和抗夹砂结疤能力，钙基膨润土还可以使型砂易混碾、流动性好、溃散性好。
8.湿砂型的型砂含有哪些成分，回用砂中为什么要加入新砂、黏土和煤粉？
●成分：有效黏土、有效煤粉、有害成分、泥分。
●对型砂性能、铸件质量影响：
①有效黏土：有效黏土含量过高，型砂流动性下降，砂型紧实不均匀；有效黏土含量不足，砂型强度降低，铸件易产生冲砂、夹砂结疤缺陷。
②有效煤粉：有效煤粉含量主要影响粘砂、夹砂结疤的防止效果，含量太少时效果不明显。
③有害成分：包括失效黏土、煤粉残焦和灰分等。有害成分降低型砂强度、透气性，造成砂粒鲕化，导致型砂耐火度下降，粘砂倾向增大；但同时砂型可塑性增加，夹砂结疤倾向减小。
④泥分：含泥量高，型砂的透气性和耐火性下降；含水量增加，将增加铸件产生气孔和粘砂缺陷的倾向。含泥量低，表面型砂中的有效黏土和有效煤粉量少，型砂的强度下降，增加铸件产生夹砂结疤和砂眼缺陷的倾向。
●砂型经过浇注，型腔的表面层受到金属液的强烈热作用，型砂成分将发生变化，如黏土和煤粉的烧损、
泥分的增加等。所以回用砂中要补加一定量的新砂、黏土和煤粉，以保证型砂性能不变，也就是要控制型砂的成分。另外，补加一定量新砂可以防止砂粒过度鲕化。
9.酸催化剂树脂自硬砂有何特点，使用何种树脂和催化剂，如何控制自硬砂的硬化速度和硬化强度？（此
题要求记下硬化曲线，并能自己理解
说出来）
●特点：
①型（芯）砂常温固化，无需加热，节省能源，
可使用塑料模、木模；
②型（芯）砂强度高，溃散性好；
③即可造型，又能制芯；
④铸件尺寸精度高，表面质量好；
⑤对原砂质量要求高，树脂、固化剂价格高；
⑥旧砂可再生回用，利于降低成本；
⑦型砂性能对环境（温度、湿度）敏感；
⑧特别适合单件小批中大铸件的生产。
●树脂：呋喃树脂、热固性酚醛树脂。（根据呋喃树脂的多少，分为无氮呋喃树脂、低氮呋喃树脂、中氮
呋喃树脂和高氮呋喃树脂。）
●催化剂：硫酸乙酯、苯磺酸、对甲苯磺酸、磷酸等显性催化剂。（合理选择催化剂，催化剂的酸性越强，
树脂砂的硬化反应越快，终强度越低。）
●从以下方面控制自硬砂的硬化速度和硬化强度
(1) 原砂的性能:原砂需干、净、圆、需酸值低，可以在保证硬化速度的前提下，有较高的硬化强度。
(2) 树脂和催化剂:树脂含N量不同，其高温性能也不同，树脂的黏度不同会影响硬化过程，
催化剂的酸性越强，化硬化反应越快，但终强度也越低，催化剂加入量不足，硬化慢，强度低;
过高又会使树脂膜焦化，强度明显下降。
(3)环境的温度和湿度:温度高硬化反应快，强度不高;湿度高，反应慢。
(4)根据硬化特性曲线，希望可使用时间较长，起模时间要短，t3/t5越大越好。
所以要合理选择原砂,加入适量树脂和适合的催化剂及用量，在环境温度和湿度适宜时尽量缩减混砂时间，从而控制硬化速度和硬化强度。
10.说明夹砂结疤产生的机理及主要防止措施。
产生机理:浇注过程中，砂型表面被金属液烘烤加热(主要是热辐射)，使砂型产生温度差，产生水分迁移现象，形成了干砂区和水分饱和凝聚区。由于砂型里外层温度不同而使各层的膨胀量不同，当干砂区膨胀受阻时就形成较大的热压应力。在这种情况下，干砂区和水分饱和凝聚区将产生相对滑移的趋势，当水分饱和凝聚区的抗拉强度较低时，干砂区就会凸起导致分层，严重时砂层破裂，金属液进入层间空隙形成夹砂缺陷，如果金属液将凸起的砂层冲断，在砂层折断部位就形成结疤缺陷。
●主要防止措施:①造型材料方面:
(l)使用粒度分散的原砂，并控制起S i O2的含量;
(2)使用Na/Ca基膨润土做粘结剂可以提高热湿拉强度:
(3)加附加物，如煤粉，渣油;
(4)控制型砂含水量，降低含泥量。
②工艺方面:
(1)缩短浇注时间，尽快充型:
(2)合理设计浇注系统和浇注位置，大平面避免平浇
(3)排气通畅;
(4)紧实均匀，不宜过大。
11.侵入性气孔的形成条件是什么？防止侵入性气孔产生的措施有哪些？
●形成条件：在铸件/砂型界面处，P气 > P静+ P阻+ P腔，气体就会侵入到金属液中形成气泡，随
着金属液的凝固，来不及上浮的气泡就会形成气泡。
●防止措施：1.控制砂型的发气性，如减少造型材料中的发气物质，使用发气速度慢、发气温度高的
造型材料。
2.增加砂型的透气性，如扎气眼，设置排气道，使用透气性好的背砂等.
3.降低浇注温度。
P
气
——铸件/砂型截面处气泡（气核）的压力；
P
静——界面处气泡（气核）位置的液态金属静压力，P
静
=g?ρ;
P
阻——气泡（气核）进入液态金属中的阻力，P阻=2σ
r
, σ为液态金属表面张力，r为气泡（气核）半径
P
腔
——型腔中金属液面压力，当型腔与外界相通时为大气压
12.什么叫机械粘砂、化学粘砂？形成机理和影响因素是什么？
①机械粘砂:金属渗入砂型微孔中，将砂粒钩联下来。
●形成机理:根据毛细理论，将型砂表面砂粒间的微孔看成是直径细小的毛细管，金属液
渗入微孔中便形成机械粘砂。
●渗入条件:P
金>P
临
=P
气
?P
腔
?2σcosθ
r
●影响因素
1)金属液凝固时间。浇注温度越高，铸件热节越大,则金属对砂型的热作用时间越长
2)砂型特点。孔尺寸大，激冷能力越弱.蓄热量越小，发气量越小
3)界面特性。金属液的表面张力及其与砂型的润湿性影响到粘砂的产生.金属液润湿砂型，则P临降
低，金属易于渗入，这时表面张力越大，渗入越深。
4)金属液静压力。砂型某部分的金属液静压力与铸件高度和浇注位置有关，金属液静压力大的部位容
易产生粘砂。
②化学粘砂:金属氧化物渗入砂型微孔中并与砂粒起反应
●形成机理:化学粘砂的形成包括两部分：1.粘砂层的形成；2.粘砂层与铸件的结合。
高温氧化生成的氧化铁构成粘砂层中的金属氧化层，硅酸铁等低熔点化合物构成了粘砂层中的烧结层。粘砂层的结合部位有两处：铸件与氧化层，氧化层与烧结层。
●影响因素：氧化气氛和热作用。
第四章：金属液态成型特种工艺
1.连铸坯的凝固过程有何特点？电磁搅拌技术对连铸坯质量有什么主要影响？
特点：
①钢液表面有保护渣，主要通过结晶器散热；
②结晶器上部有渣膜（润滑膜）保护，不与钢液直接接触。结晶器下部已凝固成壳，中间有气隙；
③钢坯内部有很深的液心；
④铸坯断面多为向心柱状晶。
结晶器采用电磁搅拌：促进钢水的运动，加速结晶器内外传热，消除了初生坯壳局部生长不均匀的现象，并促进夹杂物上浮，防止裂纹、凹陷等缺陷的产生，对连铸坯的表面及皮下质量有着良好的作用。而且还可以提高铸坯等轴晶率和减轻铸坯的中心偏析
二冷段采用电磁搅拌：凝固界面前沿钢水运动快，这种强烈的运动冲刷使枝晶的生长受到抑制，因此由于冷却不均匀形成的枝晶快速生长搭桥现象消除了，“小铸锭”现象也随之消除，内部缩孔缩松偏析也就不存在了凝固末端电磁搅拌：可以改善大方坯中心区域的V形偏析和中心缩松。
总之，在电磁搅拌作用下，无论是结晶器内，二冷区及二冷末端，都起了促进铸坯内钢液流动的作用，因此加强了铸坯的热交换，使传热和传质发生了很大变化，使凝固的最终组织的得到了改善。
2.连铸坯的主要缺陷有哪几种类型？影响连铸坯表面和内部质量的因素是什么？有何防止措施？
①表面缺陷。包括裂纹、气孔、夹渣、震痕、凹陷和成分偏析；
②内部缺陷。包括裂纹、气孔、夹渣、中心缩孔和中心缩松、成分偏析。
表面：（表面缺陷主要考虑结晶器内）结晶器的传热性、结晶器的振动、保护渣等状态，结晶器的倒锥度、钢水在结晶器内形成初凝固壳的状态是决定铸坯表面质量的关键；
内部：（内部缺陷主要考虑结晶器外）特别是二冷段的工序，如强烈的水冷作用，弯曲、矫直或辊子压力的作用
措施：（结晶器、保护渣、电磁搅拌连铸工艺（浇钢温度、拉坯速度、二冷强度和均匀性））
A.提高表面质量：
①控制结晶器的传热，使初凝固壳均匀；②控制结晶器的振动，采用小幅高频振动；
③使用性能好的保护渣；④优化结晶器结构；
⑤采用电磁搅拌；⑥采用软接触电磁连铸。
B.提高内部质量：
①控制二冷段的传热，使铸坯均匀凝固，提高等轴晶率；
②降低浇钢的过热度；
③使用性能好的保护渣，防止钢水二次氧化和污染；
④控制拉速，保证连铸机正常运行；
⑤电磁搅拌（二冷段和末端区）。
3.金属型铸造有何优越性，为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造？
优点：
①铸件机械性能比砂型铸件高，抗蚀性能和硬度亦显著提高。这是由于铸件在凝固时冷却速度快，铸件表层结晶组织致密；
②铸件的精度和表面粗糙度等级比砂型铸件高，质量和尺寸稳定；
③铸件的工艺出品率高，一般可节约金属液15～3%。；
④节省造型材料，减轻环境污染，改善劳动条件；
⑤生产效率高，容易实现机械化和自动化；
⑥金属型铸造的工序简单，使铸件产生铸造缺陷的因素减少。
缺点：
①金属型制造复杂，成本高；
②金属型不透气，激冷能力强，容易产生铸件浇不足、铸铁件白口等缺陷；
③金属型无退让性，阻碍铸件收缩；
④工艺过程需要严格控制。金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度、铸件在铸型中的凝固时间及使用的涂料等，对铸件质量的影响非常敏感；
⑤金属型铸造生产的铸件结构、重量、尺寸等受到限制。存在充型能力和模具寿命问题。
4.为什么用金属型生产铸铁件时常出现白口组织，该如何预防？（提高充型能力的问题）
答：金属型激冷能力强，金属液冷却速度过快。以碳化物形式析出,而不是石墨,故形成白口。
预防：①降低冷却速度。刷涂料和保温材料、提高铸型温度；
②适当提高浇注温度、提高浇注压力；
③提高金属液纯净度。
5.说明快速成形技术的基本原理。快速成形技术融合了哪些现代技术和学科？
原理：三维模型，二维分解；二维造型，三维组合。
对于一个新的概念设计或是产品原型，任何三维零件都可看成是许多二维平面沿某一坐标方向叠加而成，因此可先将CAD系统内三维实体模型离散成一系列平面几何信息，再采用粘接、熔结、聚合作用或化学反应等手段（二维造型），逐层有选择地固化液体材料（三维组合），从而快速地制作出所要求形状的零部件。
快速成型技术建立在CAD/CAM技术，激光技术，数控技术和材料科学基础上，融合了计算机、数控、激光和新材料技术。
6.了解FDM(熔化沉积)，SLA(立体印刷)，SLS(选择性激光烧结)，3DP（三维打印）等快速成型方法的基本过程。（聚合一起的能源是什么？材料是什么？）
●FDM（溶化沉积）：利用石蜡、尼龙、ABS塑料、、低熔点合金等成型材料。首先由CAD进行三维实体设
计，计算机进行二维切片，专用喷头将丝状成形材料熔化，根据平面切片的几何信息，控制喷头的运动轨迹，挤出熔化材料沉积成实体薄层，材料快速凝固和凝结，由下而上逐层堆积成型
●SLA（立体印刷）：基于液态光敏树脂的光聚合原理工作，升降台从上向下依次定位，X-Y激光扫描仪根
据每层的几何信息进行逐层扫描，液态树脂固化，紧紧粘在前一层固化树脂上，层层扫描结束后，三维零件制作完成
●SLS（选择性激光烧结）：与SLA生产过程相似，只是SLS是用二氧化碳类红外激光对已预热（未预热
的）金属粉末或塑料粉末逐层扫描加热，使其达到烧结温度，最后烧结出整个零件
●3DP（三维打印，又称粉末材料选择性黏结）:材料粉末（陶瓷粉末、金属粉末）不是通过烧结连接，而
是通过喷头用粘结剂将零件截面“打印”在粉末上面
补充：
1.金属液态成形的新技术
①快速成形技术②精确成形技术
③半固态铸造、喷铸技术、复合材料铸造及复合铸造④液态成形工装模具CAD/CAM一体化
⑤液态成形过程宏观模拟及工艺优化⑥铸件组织微观模拟及性能寿命预测
⑦液态成形过程数据库和专家系统⑧铸件电子商务
⑨绿色铸造
2.金属液态成形工艺技术发展趋势
①加强铸造基础理论研究
②发展铸造新工艺及新设备
③在稳定提高铸件质量、精度和粗糙度的前提下发展专业化生产
④积极实现铸造生产过程的机械化、自动化
⑤减少公害，节约能源，降低成本
3.净终成形工艺
铸造生产应该在优质、高精度前提下，实现高产、低耗、无害、价廉，使铸造技术成为可与其他成形工艺相竞争的少余量、无余量成形工艺
4.用壳型砂（覆膜砂）制芯的优点及适用条件
优点：强度高、透气性好、尺寸精度高、表面轮廓清晰、便于长期保存
适用条件：适合制作复杂砂芯。
5.用热芯盒树脂砂制芯的优点及适用条件：
优点：
①设备简单，硬化快，生产效率高；
②砂芯常温强度高，尺寸精度高；
③砂芯溃散性好；
适用条件：
厚度小于 50 mm的成批大量生产的砂芯。
6.在浇注的过程中发生化学反应，会产生界面气体（氧化性气体，还原性气体，中性气体），界面气体对质量有什么影响？
答：界面气氛会影响粘砂。
界面气氛影响着金属与砂型的界面作用。如氧化性气体利于金属液向砂型中渗透，易产生粘砂缺陷，铸件表面容易脱碳；而还原性气体对防止粘砂有利。
《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 、判断题（每题分，共分，正确的画“O ”，错误的打“X ”） 、选择题（每空1分，共38分） 三、填空（每空0.5分，共26分） 1.( 化学成分) ( 浇注条件) ( 铸型性质) 2.( 浇注温度) 3.( 复杂) ( 广) 4.( 大) 5.( 补缩) ( 控制凝固顺序)6.( 球铁) ( 2 17% ) 7.( 缺口敏感性) ( 工艺)8.( 冷却速度) ( 化学成分) 9.( 低) 10.( 稀土镁合金)11.( 非加工)12.( 起模斜度) ( 没有) 13.( 非铁) ( 简单)14.( 再结晶)15.( 变形抗力) 16.( 再结晶) ( 纤维组织)17.( 敷料) ( 锻件公差) 18.( 飞边槽)19.( 工艺万能性)20.( 三) ( 二） 21.( -二二) ( 三)22.( 再结晶退火)23.( 三） 24.( -二二)25.( 拉) ( 压)26.( 化学成分) ( 脱P、S、O )27.( 作为电极) ( 填充金属)28.( 碱性) 29.( 成本) ( 清理)30.( 润湿能力)31.( 形成熔池) （达到咼塑性状态) ( 使钎料熔化)32.( 低氢型药皮) ( 直流专用)
Ct 230 图5 四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） ? 2J0 环O' 4 “ei吋 纯 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺序选择自由锻基本工序（6 分）。 O O 2 令 i 1 q―1 孔U 400 圈6 3、请修改图7?图10的焊接结构，并写出修改原因。 自由锻基本工序： 拔长、局部镦粗、拔长 图7手弧焊钢板焊接结构（2 分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2 分） 修改原因：避免焊缝交叉修改原因：避免应力集中（平滑过 度）
材料成型工艺 （Material Molding Process） 课程代码：（07310060） 学分：6 学时：90（其中：讲课学时78：实验学时：12） 先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础 适用专业与培养计划：材料成型及控制工程专业2012年修订版培养计划 教材：《金属材料液态成型工艺》、贾志宏主编、化学工业出版社、第一版； 《金属材料焊接工艺》、雷玉成主编、化学工业出版社、第一版； 《冲压工艺与模具设计》、姜奎华主编、机械工业出版社、第一版开课学院：材料科学与工程学院 课程网站：（选填） 一、课程性质与教学目标 （一）课程性质与任务（需说明课程对人才培养方面的贡献） 《材料成型工艺》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一。该课程主要任务是学习液态成型、塑性成型及焊接成型的工艺原理、方法、特点、质量影响因素及其规律、质量控制、适用范围等。学习过程中侧重于实际经验、工程技术及其理论知识的综合应用。通过系统学习，在掌握成型工艺过程基本规律及其物理本质的基础上，学生能够根据不同的零件需求，灵活选择和全面分析成型工艺、完成合理的工艺设计；同时，针对成型过程中出现的质量问题进行科学分析，找到解决措施，消除和减少工件质量缺陷； 本课程以数学、物理、化学、物理化学、力学、金属学与热处理、材料成型原理等作为理论基础，主要应用物理冶金、化学冶金、成形力学理论，系统阐述金属材料成型工艺过程的相关现象及其影响因素、规律、形成机制；同时，还汇总了大量的工程技术经验和实用技术。 通过本课程的学习，可以为材料成型工艺课程设计、金属综合性实验、毕业设计等后续课程学习奠定必要的基础知识。 （二）课程目标（需包括知识、能力与素质方面的内容，可以分项写，也可以合并写） 1. 掌握铸造成型、冲压成型和焊接成型工艺过程所涉及的主要物理原理； 2. 掌握各种成型方法的工艺特点及应用范围，能够根据实际产品需要选择高效、优质低成本的成型工艺方法；
《材料成形工艺基础》自学指导书 一、课程名称：材料成形工艺基础 二、自学学时：50课时 三、教材名称：《材料成形工艺基础》柳秉毅编 四、参考资料：材料成形技术基础陶冶主编机械工业出版社 五、课程简介：《材料成形工艺基础》是材料成型及控制工程专业的主干课程之一，其任务是阐明液态成型、塑性成型和焊接形成等成型技术在内的内在基本规律和物质本质，揭示材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷产生的机理。 六、考核方式：闭卷考试 七、自学内容指导： 绪论第1章金属材料的力学性能 一、本章内容概述： 绪论：1.材料成形工艺的发展历史2.材料成形加工在国民经济中的地位 3.材料成形工艺基础课程的内容 4.本课程的学习要求与学习方法。 第一章：1）铸造成形基本原理；2）塑性成形基本原理； 3）焊接成形基本原理 二、自学学时安排：8学时 三、知识点： 1.合金的铸造性能 2.合金的收缩性； 3.铸件的缩孔和缩松 2合金的充型能力是指液态合金充满铸型型腔，获得尺；3影响合金的充型能力的因素1）合金的流动性2）浇；4合金的收缩概念液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固；5铸造内应力分热应力和机械应力；6顺序凝固，是使铸件按递增的温度梯度方向从一个部；7顺序凝固可以有效地防止缩孔和宏观缩松，主要适用；8缩孔和缩松的防止方法：顺序凝固 四、难点：
1）强度、刚度、弹性及塑性 2）硬度、冲击韧性、断裂韧度、疲劳。 五、课后思考题与习题：P40 1.1 区分以下名词的含义: 逐层凝固与顺序凝固糊状凝固与同时凝固 液态收缩与凝固收缩缩孔与缩松 答：逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的，铸件凝固时其凝固区宽度接近于零，随着温度的下降，液相区不断减小，固相区不断增大而向中心推进，直至到达铸件中心。顺序凝固：是指在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 糊状凝固：如果合金的结晶温度范围很宽，或者铸件断面上温度梯度较小，则在凝固的某段时间内，其固相和液相并存的凝固区会贯穿铸件的整个断面。 同时凝固：是指采取一定的工艺措施，尽量减小铸件各部分之间的温度差，使铸件的各部分几乎同时进行凝固。 液态收缩：从浇注温度冷却至凝固开始温度(液相线温度)期间发生的收缩。凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度(固相线温度)期间发生的收缩。 铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积缩减，如果未能获得补充(称为补缩)，则会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 1.3拟生产一批小型铸铁件，力学性能要求不高，但壁厚较薄，试分析如何提高合金液的充型能力。 答：1）尽可量提高浇注温度。由于壁厚较薄，铸铁可取1450左右2）增大充型压力（即增大推动力）。3）选用蓄热能力强的材料作铸型。4）提高铸型温度。5）选用发气量小而排气能力强的铸型。 1.4冒口补缩的原理是什么? 冷铁是否可以补缩? 冷铁的作用与冒口有何不同? 答：在铸件厚壁处和热节部位（即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位）设置冒
1.以硬质PVC为例说明管材挤出成型加工工艺及其特点以及影响因素（10分） 答：挤出工艺：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。（3分） 特点：①口模横截面积不能大于挤出机料筒横截面积的40％。②挤出机头有直通式和偏移式两类，后者只用于内径尺寸要求精确的产品，很少采用。③定径套内径略大于管材外径；机头上调节螺钉可调节管材同心度；牵引速度可调节管材尺寸；（4分）④PVC，粘度大，流动性差，热稳定性差；生成热多，结合缝不易愈合，管材易定型。（3分）。 影响因素：温度、螺杆转速及冷却、牵引速度、压缩空气 2.简述挤出成型原理并讨论提高加料段固体输送速率的措施。 原理：粉（粒）料，加入挤出机经①加热、塑化成熔体，再经机头口模②流动成型成连续体，最后经冷却装置③冷却定型成制品。（4分）。措施：提高螺杆转速，提高料筒内表面摩擦系数fb，降低螺杆外表面摩擦系数fs（4分）。 3.简述管材挤出的工艺过程及管材挤出的定径方法。 答：管材挤出的基本工艺是：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。（3分）（4分) 管材的内外径应分别等于管芯的外径和口模的内径。管材挤出的定径方法分为定内径和定外径两种。（2分) 外径定型是使挤出的管子的外壁与定径套的内壁相接触而起定型作用的，为此，可用向管内通入压缩空气的内压法或在管子外壁抽真空法来实现外径定型。（2分) 内径定型法是将定径套装于挤出的塑料管内，即使挤出管子的内壁与定径套的外壁相接触， 在定径套内通以冷水对管子冷却定径。（2分) 4.挤出时，渐变螺杆和突变螺杆具有不同的加工特点。已知：PVC软化点75~165℃；尼龙的熔融温度范 围则较窄，约10℃，它们应分别选用何种螺杆进行加工？简要说明理由。（12分） 答： PVC应选用渐变螺杆而尼龙应选择突变螺杆进行加工。（4分）因为PVC是无定形塑料，无固定的熔点，软化温度范围较宽，其熔融过程是逐渐进行的，所以选择熔融段较长的渐变螺杆；PA是结晶性塑料，有固定的熔点，熔融温度范围较窄，温度达到熔点后，熔融较快，应选择熔化区较短的突变螺杆。（3分） 5.根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热量的来源主要有两个，一是物料与物料之间，物料与螺杆、 机筒之间的剪切、摩擦产生的热量，另一个是料筒提供的热量。 6.根据最简流动方程，熔体在螺杆计量段的流动有正流、逆流、横流和漏流四种 7.试分析螺杆挤出机生产中产生物料架桥现象的原因。 答：（1）原料配方中有黏度较大的助剂造成物料结块导致无法下料。 （2）下料段设定的温度过高，引起物料熔化，螺杆无法推进物料，造成物料架桥。 （3）喂料系统发生故障，无法正常工作，造成物料架桥。 8.请问为什么挤出机要在料斗座处加冷却装置？ 答：为避免加料斗出现“架桥”现象而影响加料及固体输送效率。 9.机筒加热和冷却的目的是什么？ 答：加热促进物料塑化；冷却为防物料过热。 10.什么叫螺杆的长径比？螺杆长径比的增加对物料的加工有何好处？ 答：螺杆有效工作长度与直径之比。n一定时，L/D增加，物料在螺杆中运行时间延长，有利于物料塑化与混合，使升温过程变缓；可使均化段长度增加，可减少逆流和漏流，有利提高生产能力。 11.挤出成型是在什么温度之间进行的？物料在什么温度范围容易挤出？挤出温度由什么决定？ 答：在黏流温度Tf与分解Td之间挤出成型；范围越宽越易挤出成型。具体温度应根据原料的配方、挤出机头结构、螺杆转速来定。
1．什么是锻造？锻造与其他成形方法相比最显著的特点在哪里？ 答：锻造是利用金属的塑性，使坯料在工具（模具）的冲击或压力作用下，成为具有一定形状，尺寸和组织性能的工件的加工方法。（1）综合力学性能好（2）节约材料（3）生产效率高锻造比是锻件在锻造成形时，变形程度的一种表示方法。 2．什么叫计算毛坯？其特点和作用 答：等截面的原毛坯不能保证金属充满非等截面的模膛，因此需要毛坯体积重新分布，得到一种中间坯料，使它沿轴线每一截面面积等于相应部位锻件截面积与飞边截面积之和，这样的中间坯料即为计算毛坯 计算毛坯法？ （2）计算毛坯法的步骤 1）作最能反映锻件截面变化的锻件图的一个视图，沿该视图的轴线，选取若干具有代表性的截面，如：最大、最小、首尾和过渡（拐点）截面等。 2）作各截面的截面图。计算毛坯各截面的截面积： A计锻飞锻+2ηA飞 式中：A计——计算毛坯截面积（2），如A计1、A计2、… A锻——锻件截面积（2），如A锻1、A锻2、… A飞——飞边截面积(2)；
；0.3~0.5η——飞边充填系数，简单形状锻件取 复杂形状锻件取0.5~0.8. 3）在锻件图下作轴线平行的相对应的计算毛坯截面图： 式中：h计——截面图中各截面的高度（），如h计1、h计2、… M——缩尺比，通常取20~50 2 以计算毛坯截面图的轴线作横坐标，h计为纵坐标，将计算出的各截面h计绘制在坐标图上，并连接各点成光滑曲线。 计算毛坯截面图的每一处高度代表了计算毛坯的截面积，截面图曲线下的整个面积就是计算毛坯的体积。 V计计 式中：V计——计算毛坯体积（2）； S计——计算毛坯截面图曲线下的面积（2）。 4）作计算毛坯直径图 计算毛坯任一截面的直径： 式中：d计——计算毛坯各截面的直径，如d计1、d计2、… 方截面毛坯： 式中：B计——方截面计算毛坯边长（）。 以计算毛坯长度为横坐标，以d计为纵坐标，在截面图的下方，绘制计算毛坯直径图。 5）计算平均截面积和平均直径 平均截面积： 式中：L计——计算毛坯长度（）；
材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案 第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝则和定向凝则？ 答：①同时凝则：将浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？目的是什 么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。 第三章 ⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？ 答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。
材料成型工艺 Material Forming Technology 课程编号：07310060 学分： 6 学时：90 （其中：讲课学时：78 实验学时：12 上机学时：0）先修课程：材料成型原理、金属学及热处理、机械设计基础 适用专业：材料成型及控制工程 教材：《金属材料液态成型工艺》贾志宏编化学工业出版社 2008年2月第1版 《金属材料焊接工艺》雷玉成主编化学工业出版社，2006年8月第1版 《冲压工艺与模具设计》牟林、胡建华主编.北京大学出版社 2010年3月第2版 开课学院：材料科学与工程学院 一、课程的性质与任务： 本课程是材料成型与控制工程专业的一门主要专业基础课。本课程的任务是掌握金属液态成型工艺的方法、金属板料成形技术、焊接电弧及焊接方法等三大部分知识。 通过本课程的学习，了解常见的液态成型、板料成形、焊接工艺方法。为学习有关专业课程、从事生产技术工作和管理工作打好热加工工艺知识基础；了解热加工的新工艺、新技术、新方法和发展趋势。 二、课程的基本内容及要求 第一篇液态成型工艺 绪论 1 基本内容 金属液态成型工艺发展历史，液态成型工艺流程。 2 教学要求 了解铸造产业的发展概况；了解铸造生产的基本流程和工艺种类。 3 重难点 液态成型工艺的基本类型、流程及发展趋势。 第一章零件结构的铸造工艺性分析 1 基本内容 (1) 常用铸造方法的选择； (2) 砂型铸造零件结构的工艺性分析； (3) 特种铸造零件结构的工艺性分析。
2 教学要求 （1）了解各种铸造方法的特点；熟悉铸造方法选用的依据； （2）掌握砂型铸造零件结构的工艺性分析方法； （3）熟悉特种铸造零件结构的工艺性分析方法。 3 重难点 铸造工艺性分析的方法和思路。 第二章砂型铸造工艺方案的确定 1 基本内容 （1）工艺设计内容及流程； （2）砂型铸造工艺方案确定的基本原理； 2 教学要求 （1）熟悉铸造工艺设计的依据、内容及流程； （2）掌握砂型铸造工艺方案制定的原理及方法。 3 重难点 （1）生产纲领、生产条件对工艺方案制定的影响； （2）分型面及浇注位置的确定。 第三章浇注系统设计 1 基本内容 (1) 浇注系统概述； (2) 液态金属在浇注系统各组元内的流动规律； (3) 浇注系统设计原理及设计方法； 2 教学要求 (1) 了解浇注系统对液态成型过程的影响； (2) 熟悉浇注系统的分类及特点； (3) 掌握液态金属在浇注系统各组元内的流动规律； (3) 理解浇注位置选择的原则； (4) 理解浇注系统设计的原理，掌握浇注系统设计方法； (5) 理解铸铁、铸钢、非铁合金浇注系统的特点； 3 重难点 阻流截面的计算原理及公式。 第四章冒口及其设计
1.铸件在冷却过程中，若其固态收缩受到阻碍，铸件内部即将产生内应力。按内应力的产生原因，可分为应力和应力两种。 2.常用的特种铸造方法 有：、、、、和 等。 3.压力加工是使金属在外力作用下产生而获得毛 坯或零件的方法。 4.常用的焊接方法有、和 三大类。 5.影响充型能力的重要因素有、和 等。 6.压力加工的基本生产方式 有、、、、和等。 7.热应力的分布规律是：厚壁受应力，薄壁受 应力。 8.提高金属变形的温度，是改善金属可锻性的有效措施。但温度过高，必将产生、、和严重氧化等缺陷。所以应该严格 控制锻造温度。 9.板料分离工序中，使坯料按封闭的轮廓分离的工序称为； 使板料沿不封闭的轮廓分离的工序称为。 10.拉深件常见的缺陷是和。 11.板料冲压的基本工序分为和。前者指冲裁工序，后者包括、、和。 12.为防止弯裂，弯曲时应尽可能使弯曲造成的拉应力与坯料的纤维 方向。 13.拉深系数越，表明拉深时材料的变形程度越大。 14.将平板毛坯变成开口空心零件的工序称为。 15.熔焊时，焊接接头是由、、和 组成。其中和是焊接接头中最薄弱区域。 16.常用的塑性成形方法 有：、、、、 等。 16.电阻焊是利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热，将焊件局 部加热到塑性或融化状态，然后在压力作用下形成焊接接头的焊接方法。电阻焊分为焊、焊和焊三种型式。
其中适合于无气密性要求的焊件；适合于焊接有气密性要求的焊件；只适合于搭接接头；只适合于对接接头。 1.灰口铸铁的流动性好于铸钢。（） 2.为了实现顺序凝固，可在铸件上某些厚大部位增设冷铁，对铸件进行补缩。（） 3. 热应力使铸件的厚壁受拉伸，薄壁受压缩。（） 4.缩孔是液态合金在冷凝过程中，其收缩所缩减的容积得不到补足，在铸件内部形成的孔洞。（） 5.熔模铸造时，由于铸型没有分型面，故可生产出形状复杂的铸件。（） 6.为便于造型时起出模型，铸件上应设计有结构斜度即拔模斜度。（） 7.合金的液态收缩是铸件产生裂纹、变形的主要原因。（） 8.在板料多次拉深时，拉深系数的取值应一次比一次小，即 m1>m2>m3…>mn。（） 9.金属冷变形后，其强度、硬度、塑性、韧性均比变形前大为提高。（） 10.提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施。因此，在保证金属不熔化的前提下，金属的始锻温度越高越好。（）11.锻造只能改变金属坯料的形状而不能改变金属的力学性能。 （） 12.由于低合金结构钢的合金含量不高，均具有较好的可焊性，故焊前无需预热。（） 13.钢中的碳是对可焊性影响最大的因素，随着含碳量的增加，可焊性变好。（） 14.用交流弧焊机焊接时，焊件接正极，焊条接负极的正接法常用于
材料成型工艺复习资料 1.材料成型技术可分为：凝固（或称液态）成型技术（铸造）、塑性成型技术（锻压）、焊接（连接）成型技术、粉末冶金成型技术、非金属成型技术等。 2.铸造是将熔融金属浇注、压摄或吸入铸型腔中，待其凝固够而获得一定形状和性能的铸件工艺方法。 3.液态金属的凝固方式：逐层凝固；糊状凝固；中间凝固。 4.铸造合金从浇注到室温经历的收缩阶段：液态收缩；凝固收缩；固态收缩。 5.影响收缩的因素;化学成分、浇注温度、铸件结构与铸型条件等。 6.铸铁的熔炼设备：冲天炉、电弧炉、工频炉等，其中冲天炉应用最广。 7.机器造型按照砂型紧压方式的不同分为：振击压实造型、微振压实造型、高压造型、气冲造型、射压造型和抛砂造型。 8.常用的特种铸造方法有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造等。 9.熔模铸造是指用易熔材料(蜡)制成模样，然后在其表面涂挂若干层耐火材料，待其硬化干燥后，将模样 熔去后面而制成形壳，再经焙烧、浇注而获得铸件的一种方法。 10.浇注位置的选择应考虑：1，重要加工面或主要工作面应出于铸型的底面或侧面。2，铸件上的大平面 结构或薄壁结构应朝下或成侧立状态。3，对于容易产生缩孔的铸件，应使厚的部分放在上部或侧面。 4，应尽量减少芯子的数量，便于芯子安放、固定、检查和排气。5，便于起模，使造型工艺简化。6，应尽量使铸件的全部或大部置于同一沙箱中，或使主要加工面与加工的基准面处于同一砂型中，以避免产生错箱、披缝和毛刺，降低铸件精度，增加清理工作量。 11.金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性变形能力，在外力的作用下使金属材料产生预期的塑性变 形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。 12.模锻是在模锻设备上利用高强度锻模使金属坯料在模膛内受压产生变形而获得所需形状、尺寸以及内 部质量的锻件的成型工艺。 13.拉拔是将金属坯料拉过拔模的模孔而变形得到的成型工艺。 14.挤压是将金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的成型工艺。 15.轧制是将金属坯料在两个回转轧锟之间受压变形那个人形成各种产品的成型工艺。 16.金属的塑性成形性能在工程上常用金属的锻造性表示，锻造性能的好坏，常用金属的塑性和变形抗力 两个指标来衡量。 17.模锻模膛按作用分为：模锻模膛（预锻模膛、终锻模膛），制坯模膛（拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、 切断模膛）。 18.板料冲压的坯料厚度一般不大于4cm，通常在常温（低于板料的再结晶温度）下冲压，称为冷冲压。 19.板料冲压的特点：1.冲压件的尺寸公差由模具保证，可获得尺寸精确、表面光洁、形式复杂的冲压件。 2.冲压件由薄板加工，材料经过塑性变形产生冷变形强化，具有质量轻、强度高和刚性好的优点。 3. 冲压生产操作简单、生产效率高、易于实现机械化和自动化。 20.冲裁变形过程：1。弹性变形过程2.塑性变形阶段3.剪裂分离阶段 21.拉深过程中的主要缺陷是起皱和拉裂。 22.常用的冷冲压模按工序组合可分为简单冲模、连续冲模和复合冲模。 23.超塑性成形指金属或合金在低的变形速率、一定的变形温度和均匀的细晶粒度条件下，其相对伸长率 A超过100%以上的变形。 24.高速高能的成形方法：1.爆炸成形2.电液成形3.电磁成形。 25.锤上模锻的结构设计：1.应有一个合理的分没面2.合理设计加工表面和加工表面3.外形应力求简单、 平直、对称（为了使金属易于充满模膛，减少工序，零件的外形应力求简单、平直、对称。避免零件截面差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等不良结构）4. 尽量避免深孔或多孔结构。 26.焊接热影响区：1.过热区2.正火区3.部分相变区4.再结晶区(P112)
第一章铸造 1.铸造：将液态金属在重力或外力作用下充填到型腔中，待其凝固冷却后，获得所需形状和尺寸的毛坯或零件的方法。 2.充型：溶化合金填充铸型的过程。 3.充型能力：液态合金充满型腔，形成轮廓清晰、形状和尺寸符合要求的优质铸件的能力。 4.充型能力的影响因素： 金属液本身的流动能力（合金流动性） 浇注条件：浇注温度、充型压力 铸型条件：铸型蓄热能力、铸型温度、铸型中的气体、铸件结构 流动性是熔融金属的流动能力，是液态金属固有的属性。 5.影响合金流动性的因素： （1）合金种类：与合金的熔点、导热率、合金液的粘度等物理性能有关。 （2）化学成份：纯金属和共晶成分的合金流动性最好； （3）杂质与含气量：杂质增加粘度，流动性下降；含气量少，流动性好。 6.金属的凝固方式： ①逐层凝固方式 ②体积凝固方式或称“糊状凝固方式”。 ③中间凝固方式 7.收缩：液态合金在凝固和冷却过程中，体积和尺寸减小的现象称为合金的收缩。 收缩能使铸件产生缩孔、缩松、裂纹、变形和内应力等缺陷。 8.合金的收缩可分为三个阶段：液态收缩、凝固收缩和固态收缩。 液态收缩和凝固收缩，通常以体积收缩率表示。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松缺陷的基本原因。 合金的固态收缩，通常用线收缩率来表示。固态收缩是铸件产生内应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因。 9.影响收缩的因素 （１）化学成分：碳素钢随含碳量增加，凝固收缩增加，而固态收缩略减。 （２）浇注温度：浇注温度愈高，过热度愈大，合金的液态收缩增加。 （３）铸件结构：铸型中的铸件冷却时，因形状和尺寸不同，各部分的冷却速度不同，结果对铸件收缩产生阻碍。 （4）铸型和型芯对铸件的收缩也产生机械阻力 10.缩孔及缩松：铸件凝固结束后常常在某些部位出现孔洞，按照孔洞的大小和分布可分为缩孔和缩松。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 缩孔的形成：主要出现在金属在恒温或很窄温度范围内结晶，铸件壁呈逐层凝固方式的条件下。 缩松的形成：主要出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件壁中，是被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。 合金的液态收缩和凝固收缩越大，浇注温度越高，铸件的壁越厚，缩孔的容积就越大。 缩松大多分布在铸件中心轴线处、热节处、冒口根部、内浇口附近或缩孔下方。
（ . . , [ ' 《材料成形技术基础》考试样题答题页 （本卷共10页） 三、填空（每空分，共26分）
1.( ) ( ) ( ) 2.( ) 3.( ) ( ) 4.( ) 5.( ) < ( )6.( ) ( )7.( ) ( )8.( ) ( )9.( ) 10.( )11.( )12.( ) ( ) 13.( ) ( )14.( )15.( ) 16.( ) ( )17.( ) ( ) 18.( )19.( )20.( ) ( ) 21.( ) ( )22.( )23.( ) 24.( )25.( ) ( )26.( ) — ( )27.( ) ( )28.( ) 29.( ) ( )30.( )31.( ) ( ) ( )32.( ) ( ) 四、综合题（20分） 1、绘制图5的铸造工艺图（6分） 修 2、绘制图6的自由锻件图，并按顺 序选择自由锻基本工序。（6分） ·
自由锻基本工序： 3、请修改图7--图10的焊接结构，并写出修改原因。 、 图7手弧焊钢板焊接结构（2分）图8手弧焊不同厚度钢板结构（2分） 修改原因：焊缝集中修改原因：不便于操作 ~ 图9钢管与圆钢的电阻对焊（2分）图10管子的钎焊（2分） 修改原因：修改原因： 《材料成形技术基础》考试样题 （本卷共10页） 注：答案一律写在答题页中规定位置上，写在其它处无效。 一、判断题（16分，每空分。正确的画“O”，错误的画“×”） 1．( 结晶温度范围大的合金比结晶温度范围小的合2．过热度相同时，
金流动性好。这是因为在结晶时，结晶温度范围大的合金中，尚未结晶的液态合金还有一定的流动能力。F 3．采用顺序凝固原则，可以防止铸件产生缩孔缺陷，但它也增加了造型的复杂程度，并耗费许多合金液体，同时增大了铸件产生变形、裂纹的倾向。T 4．HT100、HT150、HT200均为普通灰口铸铁，随着牌号的提高，C、Si含量增多，以减少片状石墨的数量，增加珠光体的数量。 5．缩孔和缩松都是铸件的缺陷，在生产中消除缩孔要比消除缩松容易。T 6．铸件铸造后产生弯曲变形，其原因是铸件的壁厚不均匀，铸件在整个收缩过程中，铸件各部分冷却速度不一致，收缩不一致，形成较大的热应力所至。T 7．影响铸件凝固方式的主要因素是合金的化学成分和铸件的冷却速度。F 8．制定铸造工艺图时，铸件的重要表面应朝下或侧立，同时加工余量应大于其它表面。T 9．铸造应力包括热应力和机械应力，铸造应力使铸件厚壁或
一．铸造成型 1.1收缩：铸造合金在液态、凝固态和固态的冷却过程中，由于温度降低而引起的体积减小的现象，称为收缩。 缩松缩孔：铸件在冷却和凝固过程中，由于合金的液态和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的部分出现空洞。容积大而集中孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。 影响缩孔和缩松的因素及防止措施： 因素：浇筑温度，合金的结晶范围，铸型的冷却能力越大 防止措施：用顺序凝固方法 1.1.5铸造应力怎么产生的： 铸件凝固后在冷却过程中，由于温度下降将继续收缩。有些合金还会发生固态相变而引起收缩或膨胀，这导致铸件的体积和长度发生变化，若这种变化受到阻碍，就会在铸件内产生应力，称为铸造应力。 1.2砂型铸造 剖面示意图：上型下型，明冒口，出气冒口，浇口杯，型砂，砂箱，直浇道，横浇道，暗冒口，内浇口，型腔，型芯，分型面。 工艺流程！ 1.3金属型铸造 金属型铸造又称硬模铸造，它是将金属液浇入金属型中，以获得金属铸件的一种工艺方法。（永久型铸造） 1.4熔模铸造：熔模铸造又称失蜡铸造，通常是在蜡模表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模熔去而制成型壳，再经过焙烧，然后进行浇注，而获得铸件的一种方法。熔模铸造工艺（重点） 1.5压力铸造：在高压作用下，使得液态或半液态金属以较高的速度充填压铸模型腔，并在压力下成形和凝固。 1.6铸造工艺设计 1.6.2铸件结构的工艺性。 1.铸造结构形式：结构外形应方便起模，尽可能减少和简化分型面，铸件的内腔应尽量不用或少用型芯。 2.合理的铸件壁厚：铸件壁厚过小，易产生浇不到、冷隔等缺陷；壁厚过大，易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。壁厚应均匀。 3.铸件壁的链接：连接处或者转角处应有结构圆角。，厚壁与薄壁间的链接要逐步过渡。 4.铸件应尽量避免有过大的平面 1.6.4型芯设计的作用是形成铸件的内腔、孔洞、形状复杂阻碍取模部分的外形以及铸型中有特殊要求的部分。 1.6.5浇注系统设计：浇口杯，直浇道，横浇道，内浇道。 金属型的浇筑位置一般分为三种：顶注式、底注式和侧注式。 基本要求： 1.防止浇不足缺陷 2．液态金属平稳地流入型腔 3.能把混入合金液中的熔渣挡在浇筑系统中 4能够合理地控制和调节铸件各部分的温度分布，减少或消除缩松缩孔 5.结构简单，体积小
材料成型工艺基础部分0 绪论 金属材料：metal material (MR) 高分子材料：high-molecular material 陶瓷材料：ceramic material 复合材料：composition material 成形工艺：formation technology 1 铸造 铸造工艺：casting technique 铸件：foundry goods （casting） 机器零件：machine part 毛坯：blank 力学性能：mechanical property 砂型铸造：sand casting process 型砂：foundry sand 1.1 铸件成形理论基础 合金：alloy 铸造性能：casting property 工艺性能：processing property 收缩性：constringency 偏析性：aliquation 氧化性：oxidizability
吸气性：inspiratory 铸件结构：casting structure 使用性能：service performance 浇不足：misrun 冷隔：cold shut 夹渣：cinder inclusion 粘砂：sand fusion 缺陷：flaw, defect, falling 流动性：flowing power 铸型：cast (foundry mold) 蓄热系数：thermal storage capacity 浇注：pouring 凝固：freezing 收缩性：constringency 逐层凝固：layer-by-layer freezing 糊状凝固：mushy freezing 结晶：crystal 缩孔：shrinkage void 缩松：shrinkage porosity 顺序凝固：progressive solidification 冷铁：iron chill 补缩：feeding
材料成型加工与工艺学-习题解答(9-10- 11)
第八章注射成型 2.塑料挤出机螺杆与移动螺杆式注射机的螺杆在结构特点和各自的成型作用上有何异同? (p278)注射螺杆与挤出螺杆在结构上有何区别: (a)注射螺杆长径比较小，约在10~15之间。 (b)注射螺杆压缩比较小，约在2~5之间。 (c) 注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较深，以提高生产率。为了提高塑化量，加料段较长，约为螺杆长度的一半。 (d)注射螺杆的头部呈尖头形，与喷嘴能有很好的吻合，以防止物料残存在料筒端部而引起降解。 (p221)挤出机螺杆成型作用是对物料的输送、传热塑化塑料及混合均化物料。 移动螺杆式注射机的螺杆成型作用是对塑料输送、压实、塑化及传递注射压力。是间歇式操作过程，它对塑料的塑化能力、操作时的压力稳定以及操作连续性等要求没有挤出螺杆严格。 3.请从加热效率出发，分析柱塞是注射机上必须使用分流梭的原因? (p278)分流梭的作用是将料筒内流经该处的物料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程。既加快了热传导，也有利于减少或避免塑料过热而引起热分解现象。同时塑料熔体分流后，在分流梭与料筒间隙中流速增加，剪切速度增大，从而产生较大的摩擦热，料温升高，黏度下降，使塑料进一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射机的生产量及制品质量。
6.试分析注射成型中物料温度和注射压力之间的关系，并绘制成型区域示意图。 (p298) 料温高时注射压力减小；反之，所需的注射压力加大。 8.试述晶态聚合物注射成型时温度(包括料温和模温)对其结晶性能和力学性能的影响。 (p297)结晶性塑料注射入模具后，将发生向转变，冷却速率将影响塑料的结晶速率。缓冷，即模温高，结晶速率大，有利结晶，能提高制品的密度和结晶度，制品成型收缩性较大，刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和充及强度下降。反过来，骤冷所得制品的结晶度下降，韧性较好。但在骤冷的时不利大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。中速冷塑料的结晶和曲性较适中，是用得最多的条件。实际生产中用何种冷却速度，还应按具体的塑料性质和制品的使用性能要求来决定。例如对于结晶速率较小的PET塑料，要求提高其结晶度就应选用较高的模温。
问答题 1、吊车大钩可用铸造、锻造、切割加工等方法制造，哪一种方法制得的吊钩承载能力大？为什么？ 2、什么是合金的流动性及充形能力，决定充形能力的主要因数是什么？ 3、铸造应力产生的主要原因是什么？有何危害？消除铸造应力的方法有哪些？ 4．试讨论什么是合金的流动性及充形能力？ 5. 分别写出砂形铸造,熔模铸造的工艺流程图并分析各自的应用范围. 6.液态金属的凝固特点有那些，其和铸件的结构之间有何相联关系？ 7.什么是合金的流动性及充形能力，提高充形能力的因素有那些？ 8.熔模铸造、压力铸造与砂形铸造比较各有何特点？他们各有何应用局限性？ 9.金属材料固态塑性成形和金属材料液态成形方法相比有何特点，二者各有何适用范围？ 10. 缩孔与缩松对铸件质量有何影响？为何缩孔比缩松较容易防止？ 11. 什么是定向凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？上述两种凝固原则各适用于哪种场合？ 12. 手工造型、机器造型各有哪些优缺点？适用条件是什么？ 13.从铁-渗碳体相图分析，什么合金成分具有较好的流动性?为什么? 14. 铸件的缩孔和缩松是怎么形成的？可采用什么措施防止? 15. 什么是顺序凝固方式和同时凝固方式?各适用于什么金属？其铸件结构有何特点? 16. 何谓冒口，其主要作用是什么？何谓激冷物，其主要作用是什么？ 17. 何谓铸造？它有何特点？ 18. 既然提高浇注温度可提高液态合金的充型能力，但为什么又要防止浇注温度过高？ 19．金属材料的固态塑性成形为何不象液态成形那样有广泛的适应性？ 20..冷变形和热变形各有何特点？它们的应用范围如何？ 21. 提高金属材料可锻性最常用且行之有效的办法是什么？为何选择？ 22. 金属板料塑性成形过程中是否会出现加工硬化现象？为什么？ 23. 纤维组织是怎样形成的？它的存在有何利弊？ 24．许多重要的工件为什么要在锻造过程中安排有镦粗工序？ 25. 模锻时，如何合理确定分模面的位置？ 26. 模锻与自由锻有何区别？
材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。 答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝固原则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴ .试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白
口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否 相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好？普通灰铸铁常用的热处理方法有哪 些？其目的是什么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。
1.金属液态成型工艺特点： 1适应性强。铸造方法不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制，又可铸造各种合金2尺寸精度高。节约金属材料和机械加工工时 3成本低。4废旧金属可以再生利用。5存在结构缺陷。铸件一般组织 疏松，晶粒粗大，铸件内部有时会出现缩孔、缩松、裂纹和偏析等缺陷，导致力学性能降低6废品率高。工序多，每道工序难以精确控制 7对周围环境污染严重，生产环境差，劳动环境差、强度高 2.液态金属充型过程有哪些水力学特点？ 1多相黏性流动。钢水中含有夹杂物和气体2不稳定流动。充型 过程中物理场（温度、断面积、流速）在不断变化3紊流流动。 Re>>Re临，流路方向变化，紊流流动4在“多孔管”中流动。浇注系 统和铸型的型腔有透气性，像“多孔管”，液体在“多孔管”中流动 5.奥赞公式的意义和成立条件 是浇注系统水力学计算的基本公式，为合理设计浇注系统提供了 依据成立条件：1浇注系统内充满流动2浇口杯液面保持不变3透气 性好，4需满足伯努利（能量）方程 6.液态金属充型能力，它与液态金属流动性有什么区别和联系？ 充型能力：液态金属充满型腔，获得完整形状、轮廓清晰的铸件 的能力 流动性：即合金金属的流动能力，是决定液态金属充型能力的内因，起主导作用，即流动性是充型能力的量度。而充型能力还受外界 条件的影响，铸型性质、浇注条件、铸型（件）结构也可以影响金属 液的充型能力 7.液态金属充型过程停止流动机理是？ 1对纯金属、共晶合金、窄结晶间隔的合金，靠近管壁的液态金 属首先凝固，一般以柱状晶组织向管壁内推进，而中心的过热金属可 以继续向前流动，而且可以全部或部分熔化正在生长的柱状晶，当液 态金属的过热度散尽，柱状晶生长到中心，中间卡死，液态金属停止 流动 2对于有一定结晶温度范围的合金，他们在一定的范围内结晶， 不断接触管壁的液态金属前端首先到达凝固温度，并有部分枝晶析出。随着枝晶的增多，流动的阻力越来越大，流速越来越慢，到某一程度后，前端阻塞，液态金属停止流动。 影响因素：合金本身性能，铸型条件，浇铸工艺 8.金属凝固动态曲线的意义是什么？ 把不同时间，不同位置到达同一温度点连接起来，就得到凝固动 态曲线 凝固动态曲线可以明确凝固区间，确定凝固过程中典型温度点 （液固相温度）可以知道在某一时间某个断面所处的凝固状态（L、SL、S），从而合理制定铸造工艺。 逐层凝固：流动性好，易于获得健全的凝固体。液体补缩性好， 凝固的的组织致密，形成集中缩孔的倾向大，热裂倾向小，气孔倾向小，应力大，宏观偏析严重 体积凝固：中间凝固：