铸造理论

铸造工艺基础知识及理论目录一、基础概念 (2)1.1 铸造的定义与意义 (3)1.2 铸造工艺的种类与应用 (4)二、铸造材料 (6)三、铸造设备 (7)3.1 熔炼设备 (9)3.2 锻造设备 (10)3.3 后处理设备 (11)四、铸造工艺过程 (12)五、铸造工艺设计 (13)5.1 工艺方案的确定 (15)5.2 工艺参数的选择 (16)5.3 工艺文件的编制 (18)六、铸造质量与控制 (20)6.1 铸造缺陷的产生原因及防止措施 (22)6.2 铸造质量检测方法与标准 (23)七、铸造生产与环境 (24)7.1 铸造生产的环保要求 (26)7.2 环保设备的应用与管理 (27)八、现代铸造技术的发展趋势 (28)8.1 快速凝固与近净形铸造技术 (30)8.2 数字化与智能化铸造技术 (31)8.3 生物铸造与绿色铸造技术 (33)一、基础概念铸造工艺是指将熔炼好的液态金属浇入铸型，待其凝固后获得所需形状和性能的金属制品的过程。

它是制造业中非常重要的工艺之一，广泛应用于汽车、航空、建筑、电子等领域。

铸造工艺的基础知识主要包括液态金属的性质、铸型（即模具）的设计与制造、浇注系统、凝固过程以及后处理等。

这些知识是理解和掌握铸造工艺的基本前提。

液态金属的性质：液态金属在铸造过程中的流动性、填充能力、冷却速度等对其最终的产品质量有着决定性的影响。

了解液态金属的成分、温度、粘度等基本性质对于铸造工艺的设计和实践都是非常重要的。

铸型的设计与制造：铸型是形成金属制品形状和内部结构的重要工具。

铸型的设计需要考虑到金属液的流动性和凝固特性，以及制品的精度和表面质量要求。

铸型的制造也需要选用合适的材料，并经过精密加工才能达到设计要求。

浇注系统：浇注系统是连接铸型和液态金属的通道，包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道等部分。

合理的浇注系统设计可以确保金属液均匀地注入铸型，并有利于热量和气体的排出，从而提高制品的质量和生产效率。

铸造工高级理论试题及答案铸造工艺作为制造业中的重要组成部分，对于提高产品质量、降低生产成本具有重要意义。

为了检验铸造工的专业理论水平，以下是一套铸造工高级理论试题及答案，旨在帮助铸造工更好地掌握和应用铸造理论知识。

一、单项选择题1. 铸造合金的流动性主要取决于以下哪个因素？A. 合金种类B. 超声波C. 浇注温度D. 铸型材料答案：C2. 下列哪项不是铸造缺陷？A. 气孔B. 缩孔C. 夹杂D. 焊接答案：D3. 铸造过程中，型砂的水分含量对铸件质量有何影响？A. 无影响B. 影响铸件表面粗糙度C. 影响铸件尺寸精度D. 影响铸件的内部结构答案：C4. 金属型铸造与砂型铸造相比，其主要优点是什么？A. 成本低B. 精度高C. 易于大规模生产D. 材料利用率高答案：B5. 压力铸造与重力铸造的主要区别在于？A. 铸件材料B. 铸型材料C. 浇注方式D. 冷却速度答案：C二、判断题1. 铸造过程中，提高浇注温度可以提高铸件的表面质量。

（对/错）答案：对2. 所有铸造合金都可以通过改变成分来提高其流动性。

（对/错）答案：错3. 铸造缺陷的产生与铸造工艺无关，完全取决于材料本身。

（对/错）答案：错4. 金属型铸造适用于大批量生产。

（对/错）答案：对5. 铸造过程中，型砂的紧实度越高，铸件的尺寸精度越高。

（对/错）答案：错三、简答题1. 简述铸造工艺中“缩孔”和“缩松”的区别。

答案：缩孔是指铸件在凝固过程中，由于收缩而在铸件内部或表面形成的孔洞，通常呈现为宏观可见的圆形或椭圆形空洞。

而缩松则是铸件内部的微小孔洞，通常不可见，是由于铸件最后凝固部分的收缩未能得到充分的金属液补充而形成。

缩松通常通过超声检测或射线检测来发现。

2. 论述影响铸件冷却速度的因素。

答案：铸件的冷却速度受多种因素影响，主要包括：- 铸件材料：不同材料的热传导性能不同，影响冷却速度。

- 铸件壁厚：壁厚越大，热量传递到外部的难度越高，冷却速度越慢。

铸造工理论知识复习题（填空题）1.薄壁件的砂芯较大或_________，如何保证_________是一个技术上难点。

2.型砂震击紧实的紧实度与震击_________和震击_________等因素有关。

3.根据金属线收缩受到的阻碍的原因不同,铸造应力可分为热应力__________________和__________________。

4. 铁碳合金凝固顺序有_________凝固和_________凝固两个类型。

5. 在铸腔表面刷涂料的主要作用是_________、__________________。

6.冲天炉按照炉衬材料的化学特性不同,分为_________冲天炉和_________冲天炉。

7.金属模的尺寸除考虑零件的尺寸外，还要考虑________________、________________。

（选择题）1.加工余量( )会使电力的消耗和工具的磨损增加。

A.过小 B.过大2.( )铸造具有较大的灵活性和适应性，是目前应用最广的一种造型方法。

A.金属型B.壳型C.砂型D.熔模3.以下不属于铸件的清理内容是( )。

A.表面粘砂 B.浇冒口 C 毛刺 D.模样4.下面列出的不属于工装的是( )。

A.浇冒口模 B.定位销套 C.样板 D.刮板5.一圆筒类铸件高200,外径105,内径100,它的模数是( )cm。

A．4.76 B．5 C．4.5 D．0.1226．封闭式浇注系统各组元截面的比例关系为( )。

A S直≥S横≥S 内B S直≤S横≥S 内C S直≤S横≤S 内7.壳芯的厚度一般为( )。

A．5--12mm B．7--10mm C．砂芯直径的十分之一8.板形铸钢件和壁厚均匀的薄壁铸钢件，单纯增加冒口直径和高度，对于形成或增大冒口的补缩通道扩张角( )。

A．不显著 B．无影响 C．有明显作用9.铸件清理后发现有裂纹应( )后，再切割冒口。

A．热处理 B．补焊 C．充分预热10.在型腔表面刷一层石墨涂料，可提高耐火性，从而防止铸件产生( )。

第一讲铸造工艺理论基础测验题1. 液态合金在冷凝过程中，有可能产生缩孔。

缩孔往往产生在铸件最后凝固的部位2. 冒口的主要作用是补缩3. 为防止铸件中产生热应力，正确的工艺措施是同时凝固4 .预防热应力的基本途径是铸件各部位的温度差尽量减少5. 铸件热裂纹的形状特征是缝内有氧化色5. 铸造性能属于工艺性能6. 影响合金流动性的因素很多，但以的影响最为显着化学成分6. 铸件产生冷隔的原因是：。

浇注温度太低6. 为防止铸件上产生缩孔，正确的工艺措施为。

顺序凝固6. 降低铸件凝固时的温度梯度，可以使铸件凝固区域减小增加铸件结晶时的凝固区域，有利于防止铸件产生缩松为了消除铸件中的机械应力，可在铸造后对铸件采用时效处理去应力退火是消除机械应力最有效的工艺措施7. 拟生产一批小铸铁件，力学性能要求不高，但要求越薄越好。

在下列措施中哪些是有用的提高铁水的浇注温度提高铸型的退让性以便在浇铸时使铸型中的气体尽快排出选用含碳量为%的共析钢。

选用金属铸型以提高铸型的强度。

8. 图示铸件，在冷却到室温后，可能产生左右两端向上，中部向下的弯曲变形在上半部分内部产生纵向残余拉应力产生左右两端向下，中部向上的弯曲变形在下半部分内部形成纵向残余拉应力产生比较大的扭转变形9. 铸造时，提高液态合金的浇注温度将使铸件产生缩孔的倾向增加19. HT200的流动性好于ZG175-5709 凝固温度范围大的合金，铸造时铸件中容易产生缩松。

9. 当铸型温度等其他条件相同时，含碳%的铸铁比含碳%的铸铁更容易补缩。

10. 为了使铸件实现同时凝固，可在铸件上某些厚大部位增设冷铁，对铸件进行补缩211. 顺序凝固”是防止铸件的应力、变形和缩孔等缺陷有效的工艺措施12. 合金的流动性愈好，充型能力愈强，愈有利于得到薄而复杂的铸件13. 纯金属具有较好流动性13.提高浇注温度和充型压力，有助于使合金实现顺序凝固，从而提高合金的充型能力13. 当铸件壁厚相差较大时，铸件产生缩孔可能性也将增大。

有色金属熔炼和铸造一． 基本原理1．熔炼和铸造的定义：熔炼的含义:就是将各种胚锭通过加温重熔的方法,实现由固态向液态转变的同时,进行合金化的过程.在熔炼的过程中,将实现净化除杂的目的.铸造的含义:将符合铸锭要求的金属熔体通过转注工具浇入到具有一定形状的铸模 中，使熔体在重力场或外力场的作用下充满模腔,冷却并凝固成型的工艺过程.它不仅要实现外部定型,而且还要实现对内部的微观组织结构的调控.二． 铝及其合金的熔炼1．熔炼的传热过程铝的熔点虽然很低（660℃），但由于熔化潜热（395.56kJ/kg）、固态热容（1.1386kJ/kg. ℃）和液态热容（1.046kJ/kg. ℃）都较高，而铝的黑度是铜铁的1/4，所以铝熔炼耗能大，很难实现理想的热效率。

热的传递方式有三种，传导、对流和辐射。

要提高金属的受热量，一方面提高炉温，这对炉体和熔体都不利，另一方面铝的黑度小，故提高辐射传热也是有限的，因此只能着眼于增大对流的传热系数（αc）,它与气流速度的关系：αc=5.3+3.6v[kJ/(m2 h.℃)] V<5m/s时αc=647+v0.78 [kJ/(m2 h.℃)] V>5m/s时可见提高燃烧的气流速度是有效的。

2．合金元素的溶解和蒸发熔炼温度下（700℃）几种元素在铝中的扩散系数为（cm2/s）：Ti：0.66，Mo：1.38（760℃），Co：0.79，Ni：1.44，Si：14.4，通常情况下，与铝形成易熔共晶的元素，一般较易熔解，与铝形成包晶转变的，特别是熔点相差大的元素较难于溶解。

在相同溶解条件下，一般蒸气压高的元素容易挥发，可把常用的铝合金分为两组：Cu、Cr、Fe、Ni、Ti、Si、V、Zr等元素的蒸气压比铝的小，蒸发慢，Mn、Li、Mg、Zn、Na、Cd等元素蒸气压比铝的大，容易蒸发，在熔炼过程中损失较大。

3．熔炼的吸气过程铝—氧反应金属以熔融态或半熔融态暴露于炉气中并与之相互作用时间越长，往往造成金属大量吸气，氧化和形成其它非金属夹杂，其反应分为：吸附、界面反应和熔解（扩散）。

1、绪论1.2 铸造涂料的发展及现状铸造涂料理论（1）抗粘砂机理，包括烧结剥离理论、光亮碳理论等。

（2）为防止涂料开裂、剥落，指明涂料的涂层与砂型（芯）的急热膨胀量应基本近似。

（3）宾汉模型和卡森模型。

涂料性能的检测波美读书为波美比重计；粘度为粘度杯；密度采用巴罗德泥浆天平（Baroid mud balance）涂料品种（1）水基快干涂料：涂层界面上的厚度一般为0.1～1㎜，渗入深度为2.5～4㎜。

这种涂料所采用的粘结剂主要为水溶性有机和（或）无机粘结剂。

（2）转移涂料：称为K-Y法。

这种涂料能精确复制出模样或芯盒内腔的形状。

可明显提高铸件尺寸精度。

（3）静电粉末涂料：是利用电晕放电原理是粉末涂料在喷枪头部的电晕放电区捕捉到一定电荷而带电，在电场力和风力作用下喷向砂型表面。

耐火粉料如鋯英粉、石英粉等颗粒表面包覆一层树脂粘结剂（例如热塑性酚醛树脂和六亚甲基四胺）膜。

（4）具有冶金效用基料如含碲、锡、铬、铝、硅、钴等。

1.3 铸造涂料涂敷工艺评论刷涂法（Brushing和Swabbing）浸涂法（Dipping）喷涂法（Spraying）(1)压缩空气系统的压强通常是500～600kPa。

（2）气流携带的液滴速度很高，撞击型面后回弹者颇多，影响涂料的表面质量。

（3）铸造涂料多为硬的磨料，喷涂用的喷枪不能承受其摩擦作用，喷嘴很易磨损。

（4）铸型中的深腔部分易产生压强，形成屏蔽效应而至喷涂困难。

.1 高压空气喷涂法常用的喷枪有两种类型：吸力型喷枪和压力型喷枪。

.2低压热空气喷涂大量低压空气（压力0.035～0.07MPa），低压空气由可携式涡轮机产生，靠摩生热使空气升温至高于室温20℃以上。

由于喷枪枪口直径大，故适用于密度大的鋯英粉涂料。

.3低压喷涂该搅拌器靠气动马达驱动，用于近距离（300～380㎜）、大流量喷涂。

.4高压无空气喷涂这种工艺是用液体压力喷出涂料。

将涂料贮存在高压容器中，通过喷枪上的特殊喷嘴，涂料分散成小滴。

铸造技师理论考试试题汇总铸造技师理论考试试题一、推断题（对画√，错画×）1、金属的流淌性是熔融金属固有的特性。

（√）2、金属的流淌性仅与金属的化学成分、温度、杂质含量及物理性质有关。

（√）3、铸铁中提高流淌性的元素为Mn、Cr；落低流淌性的元素有P、Si、Cu、Ni等。

（×）4、稀土镁有脱硫、去气和排除杂质净化铁液的作用，所以在任何事情下球墨铸铁比灰铸铁的流淌性要好（×）5、铸钢的浇注温度高，所以铸钢的流淌性比灰铸铁要好。

（×）6、固态收缩时期是铸件产生应力和变形的全然缘故。

（√）7、当合金从t液冷却到t固所产生的体收缩称为凝固体收缩，其收缩只与状态改变有关。

（×）8、当合金从t固冷却到t室所产生的收缩，称为固态收缩，其收缩表现为铸件的各个方向上线尺寸的缩小，因此固态收缩普通采纳线收缩率表示。

（√） 9、合金的固态收缩率（εV固）与线收缩率（εL）之间有着一定的关系，即3εV固≈εL。

（×）10、在浇注温度和铸型工艺因素等条件正常的事情下，铸型的形状越复杂，壁厚越薄，则对液态金属的流淌阻力越大，流淌系数μ值越小。

（√）11、铸型对液态金属流淌的妨碍，要紧是：铸型的型腔特点、铸型的导热能力、铸型中的气体及铸型温度等。

（√）12、铸件的模数M越大，充型能力就越差。

（×）13、按内浇道在铸件上的位置可分为中柱式、顶注式、底注式、分层注入式和阶梯式等。

（×）14、铸件的凝固方式普通分为三种类型，即逐层凝固方式、体积凝固方式和中间凝固方式。

（√）15、凝固区域宽度能够依照凝固动态曲线上的“液相边界”与“固相边界”之间的横向距离直截了当举行推断。

（×）16、在实际生产中，铸件的收缩受到外界阻力的妨碍，对同一合金而言，受阻收缩率大于自由收缩率。

（×）17、铸造应力按期产生的缘故分为三种：热应力、相变应力和收缩应力。

第一章能量起伏：金属晶体结构中每个原子的振动能量不是均等的，一些原子的能量超过原子的平均能量，有些原子的能量则远小于平均能量，这种能量的不均匀性称为“能量起伏”近程有序排列：金属液体则由许多原子集团所组成，在原子集团内保持固体的排列特征，而在原子集团之间的结合处则受到很大破坏。

这种仅在原子集团内的有序排列称为近程有序排列。

浓度起伏：不同原子间结合力存在差别，在金属液原子团簇之间存在着成分差异。

这种成分的不均匀性称为浓度起伏。

实际金属的液态结构实际金属中总存在大量杂质和溶质原子，所以其液态除了存在能量起伏和结构起伏以外，还存在浓度起伏。

实际液态金属在微观上是由存在能量起伏、结构起伏和成分起伏的游动原子集团、空穴和许多固态、气态或液态的化合物组成的混浊液体；从化学键上看，除了基体金属与其合金元素组成的金属键之外，还存在其他多种类型的化学键。

影响表面张力的因素1）熔点：高熔点的物质，其原子间结合力大，其表面张力也大。

2）温度：大多数金属和合金，温度升高，表面张力降低。

3）溶质：向系统中加入削弱原子间结合力的组元，会使表面内能和表面张力降低。

第二章液态金属的充型能力一、水力学特点1、液态金属在砂型流动时具有的特性：①粘性液体流动②多相流动③不稳定流动④紊流流动⑤在‘多孔管’中流动2、什么是液态金属充填铸型能力答：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的能力。

3、影响液态金属充型能力的因素：①取决于金属本身的流动性②受外界影响（铸型性质、杂质含量、）4、充型能力不好的缺陷：浇不足、冷隔5、用浇注“流动性试样”方法衡量流动性、试样类型有：螺旋形、球形、真空试样。

四、液态金属充型能力的计算l=v τ gH v 2μ=五、影响充型能力的因素和措施因素：金属性质方面：（①密度②比热③导热系数④结晶潜热⑤动力粘度）铸型性质方面：（①铸型蓄热系数②铸型密度③铸型比热④铸型温度⑤铸型发气性和透气性）浇注条件方面：（①浇注温度②液态金属静压头③外力场）铸件结构方面：（①铸件的折算率 ②压头损失）凝固过程中释放的潜热越多，则凝固进行的越缓慢，流动性就越好措施：金属性质：（①正确选择合金成分②合理的熔炼工艺）铸型性质：（①选择蓄热系数低的铸型材料②预热铸型③适当降低型砂中的含水量和发气 ④量提高砂型的透气性）浇注方面：（①合理提高提高浇注温度②增加金属液静压头③选择恰当的浇注系统结构）铸件结构：（选择适当的浇注位置）第三章 铸件的凝固一：凝固动态曲线（书本76页）二：铸件的凝固方式（书本77-78页）：1、逐层凝固方式2、体积凝固方式3、中间凝固方式铸件的凝固方式取决于凝固区域的宽度。

1. 液态金属的结构和性质1、加热时原子距离的变化如图1—2所示，试问原子间的平衡距离R0与温度有何关系? R0、R1、R2…..的概念？答：温度的变化，只改变原子的间距，并不改变原子间的平衡位置，即R0不变。

而R0,R1,R2….是温度升高时，原子振动的中心位置。

因为温度升高，振幅加大但曲线（W-R）是不对称的，所以振幅中心发生变化。

2、图1-1纵坐标表示作用力，金属原子的运动可以看成是一种振动，其振动在图中如何表示的？物质受热后为什么会膨胀？答：振幅在图中的表示：如图1-2中数条的平行线。

加热时，能量增加，原子间距增加，金属内部空穴增加，即产生膨胀。

3、图1-1中的Q是熔化潜热吗？在熔化温度下，金属吸收热量而金属温度不变，熔化潜热的本质是什么？答：Q不是熔化潜热。

在熔化温度下金属吸收热量①体积膨胀做功②增加系统内能（电阻，粘性都发生突变）原子排列发生紊乱。

在熔点附近，原子间距为R1,能量很高，但是引力大，需要向平衡位置运动，当吸收足够能量----熔化潜热时，使原子间距>R1,引力减小，结合键破坏，进入熔化状态，熔化潜热使晶粒瓦解，液体原子具有更高的能量而金属的温度并不升高。

（使晶粒瓦解，并不是所有结合键全部破坏）4、通过哪些现象和实验说明金属熔化并不是原子间的结合力全部被破坏？答：（1）体积变化：固态—气态：体积无限膨胀。

固态到液态，体积仅增加3~5%，原子间距仅增加1~1.5%。

（2）熵值变化：△Sm/△S 仅为0.13~0.54% （3）熔化潜热：原子结合键只破坏了百分之几（4）X 线衍射分析：液态金属原子分布曲线波动于平衡密度曲线上下第一峰位置和固态衍射线极为相近，其配位数也相近，第二峰值亦近似。

距离再大，则与固态衍射线远了，液态金属中原子的排列在几个原子间距的范围内，与其固态的排列方式基本一致。

5、纯金属和实际金属在结构上有何异同？试分析铸铁的液态结构。

答：纯金属的液态结构：接近熔点的液态金属是由和原子晶体显微晶体和“空穴”组成。