复习题解答

材料成型基础复习思考题第一部分铸造P8：1．合金流动性不足，易产生那些缺陷？影响合金流动性的因素有哪几个方面？（1）合金流动性不足：①充型能力差→易产生冷隔、浇不足缺陷；②液态停留时间短，粘度大，不利于非金属夹杂物和气体上浮及凝固时补缩→气孔、夹渣、缩孔和缩松缺陷。

（2）影响合金流动性的因素：①合金的种类：通过试验测定，不同合金的种类，浇铸出不同的螺旋线长度，其中灰铸铁的流动性最好，铸钢的流动性最差。

（铸型为砂型）②化学成分的影响：就同种合金而言，化学成分不同，其流动性不同，这取决于它凝固结晶时的特点。

由合金状态图可知，合金的化学成分不同，他们的熔点及结晶温度范围不同，其流动性不同。

从流动性考虑，宜选用共晶成分或窄结晶温度范围的合金作为铸造合金。

纯金属和共晶成分的合金结晶的特点是在恒温下进行结晶的，从表层开始逐层向中心凝固，属逐层凝固方式。

2．进行铸件设计时如何考虑合金的流动性？在实际生产中常用什么措施防止浇不足和冷隔缺陷？4．什么是顺序凝固和同时凝固原则？各需采取什么措施才能实现？哪些合金常采用顺序凝固原则？（1）顺序凝固原则—采取适当的工艺措施（铸件厚壁处设冒口，远离冒口处设冷铁等—温度梯度），保证铸件各部分按照远离冒口或浇口的部分最先凝固，然后向冒口方向逐步凝固，最后才是冒口本身凝固的顺序进行。

如图1—5所示，凝固顺序为Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→冒口。

顺序凝固（定向凝固）示意图同时凝固原则—采取适当的工艺措施（如浇注系统设在薄壁处、厚壁处安放冷铁等），保证铸件结构上各部分同时凝固，铸件各部分之间几乎没有温度差，如图所示。

同时凝固示意图（2）顺序凝固原则—厚壁处设置冒口；内浇道应从铸件厚壁处引入，尽可能靠近冒口或由冒口引入；远离冒口处放冷铁；用高的浇注温度缓慢浇注。

同时凝固原则—薄壁处设浇注系统，厚壁安放冷铁。

（3）顺序凝固原则—适用于收缩大或壁厚较大、易产生缩孔的合金铸件，如铸钢、高强度灰铸铁和可锻铸铁。

6．合金收缩由哪三个阶段组成？会产生哪些缺陷？（1）①液态收缩；②凝固收缩；③固态收缩。

（2）液态收缩和凝固收缩→缩孔、缩松；固态收缩→铸件产生铸造应力、变形及裂纹，影响铸件尺寸精度。

8．铸件的气孔有哪几种？（1）侵入气孔；（2）析出气孔；（3）反应气孔。

9．析出气孔产生的原因？防止措施有哪些？（1）在熔炼过程中，使合金过分氧化和溶解过多气体，则容易使铸件产生析出气孔，并分布在铸件各个断面上。

特征：分布面积大，尺寸较小（mm 1<）。

（2）控制炉料质量、熔炼操作和浇注工艺。

如炉料不含水、氧化物和油污；熔炼时加覆盖剂，尽量缩短熔炼时间；保证工具干燥；避免剧烈搅拌；合理设计浇注系统等。

10．合金的铸造性能与铸件质量有何关系？P7P30：1．金属型铸造有何特点？为什么不能广泛代替砂型铸造？（1）①实现了一型多铸，简化铸造工序，便于实现机械化生产；②铸件精度高、表面质量好。

精度可达IT12—IT14(CT7—CT9)，表面粗糙度值Ra12.5—6.3，减少了切削加工余量；③金属型导热快，铸件冷却快，晶粒细、力学性能较高。

如铝合金铸件抗拉强度提高25%，抗蚀性和硬度也显著提高；④金属型制造成本高、周期长，不适合单件小批生产；⑤金属型因无透气性、无退让性和冷却速度大（导热快）：铸件的形状不易过于复杂；壁厚不宜过薄（铸铁件mm 15>），以防浇不足；用于铸钢等高熔点合金时，铸型寿命低；灰铸铁易产生白口（壁厚mm 15>、控制C 、Si 含量、退火处理）。

（2）金属型成本高；高熔点合金，金属型寿命低；铸件结构不能太复杂，特别是内腔结构不能过于复杂，保证型芯取出方便。

主要用于有色合金铸件的大批量生产中。

3．如何解决金属型的透气性和退让性问题？金属型无透气性—型腔上部开排气孔，分型面处设排气槽。

金属型无退让性—控制铸件出型时间。

保证浇注后在保证铸件高温强度足够的前提下，应尽早取出铸件（金属型无退让性，防止裂纹或金属型芯拔出困难）。

铸铁件出型温度为780～950℃，开型时间为10～60s 。

P554．什么叫铸件的浇注位置和分型面？选用原则是什么？（1）浇注位置—浇注时铸件的（主要表面）所处的状态和空间位置。

分型面—铸型组元间的结合面（铸型间或砂箱间相互接触的表面）。

（2）浇注位置的确定原则（三下一上）P37。

（a）铸件的重要加工面应朝下或放在侧面。

如图4—16、4—17所示。

铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织不如下面致密。

（b）尽可能使铸件的大平面朝下或倾斜浇注，以免形成夹砂和夹渣、气孔等缺陷。

如图4—18所示。

（c）铸件的薄壁部分应放在下部、侧面和倾斜位置—利于液态金属充满铸型，防止浇不足和冷隔等缺陷。

对于平板、圆盘类铸件大平面应朝下。

如图4—19所示。

（d）对壁厚不均匀，合金收缩率大，容易形成缩孔、缩松的铸件（如铸钢和硅黄铜铸件），应将铸件的厚大部分置于上放或侧面—便于安放冒口，有利于实现定向凝固，防止产生缩孔、缩松。

如图4—20所示。

（e）便于砂芯的安放、稳固和排气。

应尽量减少砂芯数目，保证砂芯安放稳固。

避免使用吊芯、悬臂芯。

如图4—11所示。

分型面的确定原则 P38。

（a）便于起模，简化造型工艺。

①尽量减少分型面数目，最好只有一个分型面：要使分型面数目少，一个分型面，便于两箱造型，易于实现自动化、机械化；如图4—26所示。

②分型面应尽量采用平直面（或规则曲面），避免曲面：便于采用整模造型，容易保证精度；如图4—24所示。

③尽量减少砂芯数目，避免不必要的活块和砂芯。

方便造型。

④砂芯最好位于下型，便于下芯、合型和检验。

（b）应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面在同一砂箱内，应尽可能放在下型箱，以保证铸件精度。

如图4—23所示。

（c）为了起模方便，分型面一般选在铸件最大截面上。

模样在一个砂型内不要过高，要充分利用上下箱的高度。

这样有利于填砂、起模、下型和合型。

如图4—22、4—28所示。

（d）落砂清理方便，机械加工工作量少。

6．铸件外形、内腔结构设计各应注意哪些要求？为什么？（1）铸件外形应便于起模。

铸件外形在满足使用要求的前提下，往往可在一定范围内变动。

（a）分型面尽量平直。

简化操作，减少清理工作量，避免挖砂造型。

（b）尽量避免外部侧凹—外部侧凹，↑分型面数量或外部型芯，有时需要活块造型→造型工艺复杂，出现错箱，↓铸件尺寸精度。

（c）凸台、筋条设计应便于起模，避免不必要的型芯和活块。

（2）铸件型腔（内腔）设计应使砂芯数量少，并有利于砂芯固定和排气：（a）尽量不用或少用砂芯。

铸件内腔应尽量简单。

（b）应便于砂芯固定、排气、清理。

（2）简化造型，降低成本，保证毛坯质量。

※8．为什么要规定最小壁厚？不同铸造合金要求一样么？在设计凸台时应注意什么？（1）满足铸件的最小壁厚要求，避免浇不足、冷隔等缺陷（壁厚过小，易产生浇不足、冷隔等缺陷）。

铸件的壁厚不宜过厚，否则会引起晶粒粗大，易产生缩孔、缩松等缺陷。

每种合金有一个最小壁厚和临界壁厚要求，超过了临界壁厚，铸件的承载能力不再按壁厚增加而成比例增加，铸件的临界壁厚可以按最小壁厚的三倍计算。

设计铸件结构时，应合理选择铸件的截面形状（如丁字形、工字形、槽形、箱形结构）。

（2）不一样，因为不同合金铸造性能不同。

※（3）凸台（筋条）设计应便于起模，避免不必要的型芯和活块—简化造型；有凸台（筋条）处不要过厚—以免产生缩孔、缩松缺陷。

※9．零件、铸件、模样三者在尺寸、形状上有何区别？模样：是用木材、金属或其它材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。

—包含铸造合金（有时还要考虑模样材料）的收缩量—在零件图基础考虑加工余量、余块；拔模斜度、合金的收缩量等因素。

铸件：是毛坯，与模样形状相同，比模样小一个合金收缩量。

零件：去掉加工余量。

※10．图4—50所示的铸件结构有何缺点？如何改进？凸台设计方便起模—（a）、（b）、（c）；分型面应平直—避免挖砂造型，（d）。

避免厚大部分，防止缩孔、缩松缺陷—中空结构或工字截面开式结构，（e）。

11．图4—51所示的铸件有哪几种分型方案？各有何优缺点？（a）13．图4—53（b）活块造型—两箱造型；整模造型。

※14．图4—54（a）、（b）※—作业（a）中空结构，需使用悬臂芯，用型心撑固定（↓排气性，有气密要求的件不允许）→开式工型截面形状，避免使用悬臂芯（↑排气性）。

（b）筋条设计，需采用活快造型→改变筋条方向为水平和垂直方向，采用分模两箱造型，避免活快造型。

20．冒口和冷铁有何作用？简述其设置原则？（1）：①主要作用是补偿液态收缩，兼有排气和集渣作用。

②在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。

冒口的尺寸应保证冒口比铸件被补缩部位凝固得晚，并有足够的金属液供给。

（2）：冷铁：由金属材料制成的激冷物（铸铁、铸钢、铜）。

作用：对铸件进行激冷，即加速某一部分的冷却速度。

一般设在铸件厚壁处，加速该部分冷却速度。

根据冷铁对铸件的激冷程度和安放位置的不同，分为：内冷铁：在浇注后被高温合金液包围而熔合在一起，最后留在铸件中，其激冷作用优于外冷铁。

有气密要求部位不宜使用。

外冷铁：和铸件的外表面接触而起激冷作用，清理时和型砂一起清出，可重复使用。

补充思考题：1．为什么共晶成分合金流动性最好？2．铸造热应力产生的原因是什么？预防措施有哪些？（结构设计、同时凝固）3．铸造机械应力（收缩应力）产生的原因是什么？预防措施有哪些？4．何谓缩孔、缩松？如何防止缩孔、缩松？（顺序凝固）5．简述热应力的形成过程？6．拔模斜度（起模斜度）、结构斜度？第二部分锻压P731．金属塑性变形是如何实现的？为什么有些金属塑性好，有些塑性差？如何提高金属塑性（加热）？2．补充—什么是冷变形和热变形？变形后金属组织和性能各发生怎样变化？※7．什么是加工硬化现象？回复和再结晶的含义及作用是什么？（1）加工硬化：在常温下金属随变形程度的增加，其强度和硬度提高，而塑性和韧性下降的现象，称为加工硬化．如用手反复弯曲铁丝时，会发现越弯越硬，最后在弯曲处因硬脆而断裂．（2）含义：回复（或软化）—把产生加工硬化的金属加热到)()3.0~25.0(K T T 熔回=，原子获得热能，热运动加剧，使原子得以回复正常排列，消除晶格扭曲，使加工硬化得到部分消除。

即强度、硬度略有下降，塑性和韧性略有提高．这种现象称为回复或软化。

再结晶—当加热温度继续升高，熔再T T 4.0=，塑性变形后金属被拉长的晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒，这一过程称为再结晶。

此时加工硬化现象全部消除。

变形后金属无加工硬化现象，只有再结晶组织，提高了金属的力学性能。

（3）作用：加热回T －部分消除加工硬化；加热再T －加工硬化全部消除，只有再结晶组织，提高了金属的力学性能。