金属工艺学复习题(大题)-山东理工

金属工艺学第1页共24页浇注温度过高、过低常出现哪些铸造缺陷？说明解决办法。（1）浇注温度过高：易产生氧化、气孔、缩孔、晶粒粗大等缺陷。（2）浇注温度过低：易产生冷隔、浇不足等缺陷。解决办法：高温出炉，低温浇注。1、既然提高浇注温度可以提高液态金属的充型能力，但为何要防止浇注温度过高？P34浇注温度过高时，一方面铸件易产生缩孔、缩松、气孔，铸件粘砂严重；另一方面铸件的冷却速度下降，导致晶粒粗大，使铸件机械性能下降。2.合金的流动性与充型能力有何关系？为什么共晶成分的金属流动性比较好？合金的流动性好，则充型能力就高。共晶成分合金的是恒温结晶，结晶是从表层向中心逐层凝固，凝固层表面较光滑，对尚未凝固的金属的流动阻力小，故流动性好；共晶成分时，熔点低，因而流动性好。3、简述铸造生产中改善合金充型能力的主要措施。（1）适当提高浇注温度。（2）保证适当的充型压力。（3）使用蓄热能力弱的造型材料。如砂型。（4）预热铸型。（5）使铸型具有良好的透气性。4、简述缩孔产生的原因及防止措施。凝固温度区间小的合金充满型腔后，由于逐层凝固，铸件表层迅速凝固成一硬壳层，而内部液体温度较高。随温度下降，凝固层加厚，内部剩余液体由于液态收缩和补充凝固层的凝固收缩，体积减小，液面下降，铸件内部产生空隙，形成缩孔。措施：（1）使铸件实现“定向凝固”，按放冒口。（2）合理使用冷铁。5、简述缩松产生的原因及防止措施。出现在呈糊状凝固方式的合金中或断面较大的铸件中，被树枝状晶体分隔开的液体区难以得到补缩所致。措施：（1）、尽量选用凝固区域小的合金或共晶合金。（2）、增大铸件的冷却速度，使铸件以逐层凝固方式进行凝固。（3）、加大结晶压力。金属工艺学第2页共24页6.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？缩孔和缩松使铸件的有效承载面积减少，且在孔洞部位易产生应力集中，使铸件力学性能下降；缩孔和缩松使铸件的气密性、物理性能和化学性能下降。缩孔可以采用顺序凝固通过安放冒口，将缩孔转移到冒口之中，最后将冒口切除，就可以获得致密的铸件。而铸件产生缩松时，由于发达的树枝晶布满了整个截面而使冒口的补缩通道受阻，因此即使采用顺序凝固安放冒口也很无法消除。7.什么是定向凝固原则？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？定向凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，使铸件上远离冒口的部位先凝固然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。同时凝固，就是采取必要的工艺措施，使铸件各部分冷却速度尽量一致。实现定向凝固的措施是：设置冒口；合理使用冷铁。它广泛应用于收缩大或壁厚差较大的易产生缩孔的铸件，如铸钢、高强度铸铁和可锻铸铁等。实现同时凝固的措施是：将浇口开在铸件的薄壁处，在厚壁处可放置冷铁以加快其冷却速度。它应用于收缩较小的合金(如碳硅质量分数高的灰铸铁)和结晶温度范围宽，倾向于糊状凝固的合金(如锡青铜)，同时也适用于气密性要求不高的铸件和壁厚均匀的薄壁8.铸造应力有哪几种？形成的原因是什么？铸造应力有热应力和机械应力两种。热应力是铸件在凝固和冷却过程中，由于铸件的壁厚不均匀、各部分冷却速度不同，以至在同一时期内铸件各部分收缩不一致而引起的。机械应力是铸件在冷却过程中因固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的应力。9、铸件热应力分布规律是什么？如何防止铸件变形？铸件薄壁处受压应力，厚壁处受拉应力。（1）减小铸造应力。合理设计铸件的结构，铸件尽量形状简单、对称、壁厚均匀。采用同时凝固的工艺。铸件时效处理。（2）反变形法。金属工艺学第3页共24页10.试从铸造性能、机械性能、使用性能等方面分析形状复杂的车床床身采用普通灰口铸铁的原因。普通灰口铸铁铸造性能好，流动性好，适宜铸造形状复杂的铸件。车床床身使用时只承受压应力，不承受冲击，普通灰口铸铁可以满足要求。普通灰口铸铁具有较好的减震性、耐磨性，缺口敏感性小，切削加工性好。11、简述影响石墨化的主要因素。（1）化学成分：碳形成石墨，又促进石墨化。Si强烈促进石墨化，S阻碍石墨化，P、Mn影响不显著。（2）冷却速度：缓冷时，石墨可顺利析出。反之，则易产生白口。12.何谓铸件的浇注位置？其选择原则是什么？浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的空间位置。原则：（1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面。（2）铸件大平面应朝下。（3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部或垂直、倾斜位置。4）易缩孔件，应将截面较厚的部分置于上部或侧面，便于安放冒口。13.何为铸型的分型面？其选择原则是什么？分型面是指铸型组元之间的结合面。应使造型工艺简化。应尽量使铸件的全部或大部置于同一砂箱中，以保证的铸件精度。应尽量使型腔和主要芯处于下型，以便于造型、下芯、合箱及检验铸件的壁厚。14.普通压铸件能否热处理？为什么？普通压铸件不能热处理由于充型速度快，型腔中的气体难以排出，压铸件易产生皮下气孔。若铸件进行热处理，则气孔中气体产生热膨胀压力，可能使铸件表面起泡或变形。15.为什么用金属型生产灰铸铁件常出现白口组织？生产中如何预防和消除白口组织？金属型浇注铸铁件出现白口组织的原因是金属型导热能力强，铸件冷却速度快。预防：铸件壁厚不宜过薄（一般应大于15mm）；金属型应保持合理的工作温度（预热铸型）；采用碳、硅的质量分数高的铁水（两者之和不小于6%）；对铁液进行孕育处理。消除：利用出型时铸件的自身余热及时进行退火。金属工艺学第4页共24页18.为什么要规定铸件的最小壁厚？灰铸铁件的壁厚过大或局部过薄会出现哪些问题？铸件壁太薄，金属液注入铸型时冷却过快，很容易产生冷隔、浇不足、变形和裂纹等缺陷。为此，对铸件的最小壁厚必须有一个限制。灰铸铁件壁厚过大，容易引起石墨粗大，使铸件的力学性能下降；还会造成金属的浪费。灰铸铁件的壁厚局部过薄，除产生冷隔、浇不足、变形和裂纹等缺陷外，还会形成白口组织。19、铸件壁间转角处为何要设计结构圆角？直角连接处形成金属积聚，而内侧散热条件差，较易产生缩松和缩孔；在载荷作用下，直角处的内侧易产生应力集中；直角连接时，因结晶的方向性，在转角的分角线上形成整齐的分界面，分界面上集中了许多杂质，使转角处成为铸件的薄弱环节。圆角连接可美化铸件外形，避免划伤人体；内圆角可防止金属液流将型腔尖角冲毁。1.分析图示轨道铸件热应力的分布，并用虚线表示出铸件的变形方向。工艺上如何解决？轨道上部较下部厚，上部冷却速度慢，而下部冷却速度快。因此，上部产生拉应力，下部产生压应力。变形方向如图。反变形法5.如图一底座铸铁零件，有两种浇注位置和分型面方案，请你选择一最佳方案，并说明理由。方案(Ⅱ)最佳.。理由：方案(Ⅰ)是分模造型，上下铸件易错边，铸件尺寸精度差。方案(Ⅱ)是整模造型,铸件尺寸精度高。内腔无需砂芯成型，它是靠上、下型自带砂芯来成形。金属工艺学第5页共24页6.下图为支架零件简图。材料HT200，单件小批量生产。（1）选择铸型种类（2）按模型分类应采用何种造型方法？（3）在图中标出分型面、浇注位置、加工余量(1)砂型铸造，(2)整模造型（3）分型面、浇注位置、加工余量：见图9.如图，支架两种结构设计。（1）从铸件结构工艺性方面分析，何种结构较合理？简要说明理由。（2）在你认为合理的结构图中标出铸造分型面和浇注位置。(1）（b）结构较为合理。因为它可省去悬臂砂芯。（2）见图。分型面。浇注位置(说明：浇注位置上下可对调）金属工艺学第6页共24页`12.如图所示铸件结构是否合理？如不合理，请改正并说明理由。铸件上部太厚，易形成缩孔，壁厚不均匀易造成热应力。可减小上部壁厚，同时设加强筋。无结构圆角，拐弯处易应力、开裂。设圆角。3.某厂铸造一个Φ1500mm的铸铁顶盖，有图示两个设计方案，分析哪个方案的结构工艺性好，简述理由。(a)图合理(b)图结构为大的水平面，不利于金属液体的充填，易造成浇不足、冷隔等缺陷；不利于金属夹杂物和气体的排除，易造成气孔、夹渣缺陷；大平面型腔的上表面，因受高温金属液的长时间烘烤，易开裂使铸件产生夹砂结疤缺陷。7.图示铸件的两种结构设计，应选择哪一种较为合理？为什么？零件一：(b)合理。它的分型面是一平面，可减少造型工作量，降低模板制造费用。零件二:(a)合理。凸台便于起模，而a图所示的凸台需用活块或增加外部芯子才能起模。金属工艺学第7页共24页8.改正下列砂型铸造件结构的不合理之处。并说明理由（a）图：铸件外形应力求简单，尽量不用活块和型芯。图a上凸台妨碍起模，需采用活块或型芯或三箱造型。将外凸改为内凸，有利于外形起模，且不影响内腔成形。(b)图：凸台结构应便于起模。图示的凸台需用活块或增加外部芯子才能起模。将凸台延长到分型面，省去了活块或芯。9.改正下列砂型铸造件结构的不合理之处。并说明理由(a)图：减少铸件分型面的数量，可以降低造型工时，减少错箱、偏芯等缺陷，提高铸件的尺寸精度。(b)图：设计时应尽量分散和减少热节，避免多条筋互相交叉，防止产生热应力和缩孔与缩松。金属工艺学第8页共24页10.改正下列砂型铸造件结构的不合理之处。并说明理由(a)图：凸台结构应便于起模。图示的凸台需用活块或增加外部芯子才能起模。将凸台延长到分型面，省去了活块或芯。(b)图：铸件壁不宜过厚，否则易引起晶粒粗大，还会出现缩孔、缩松、偏析等缺陷，使铸件的力学性能下降；过厚的铸件壁，还会造成金属的浪费。金属工艺学第9页共24页3、解释铸锭锻造后力学性能提高的原因。由于塑性变形及再结晶，改变了粗大、不均匀的铸态组织，获得细化了的再结晶组织；将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属更加致密。4、简述化学成分和金相组织对金属可锻性的影响。纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性好；钢中有形成碳化物的元素时，可锻性显著下降。纯金属及固溶体的可锻性好，碳化物的可锻性差；铸态铸状组织和粗晶结构的可锻性不如晶粒细小而均匀的组织。1.什么是金属的可锻性？可锻性以什么来衡量？简要叙述影响可锻性的因素。金属的锻造性是衡量材料经受压力加工时的难易程度的一种工艺性能。锻造性的好坏，常用金属的塑性和变形抗力两个指标来衡量。塑性高，变形抗力低，则锻造性好；反之，则锻造性差。金属的锻造性取决于金属的本质和变形条件。2.简述变形速度对塑性和变形抗力的影响。一方面随着变形速度增大，金属的冷变形强化趋于严重，在热加工时来不及再结晶，以消除材料在变形时产生的形变强化，使金属在变形过程中产生的形变强化现象逐渐积累，塑性变形能力下降。另一方面，金属在变形过程中会将变形时的动能转变为热能，当变形速度很大时，热能来不及散发，使变形金属的温度升高，有利于提高金属的塑性，金属塑性变形能力也相应提高。因此变形速度有一临界值。当变形速度小于临界值时，随变形速度的增加，塑性降低，变形抗力增加；当变形速度大于临界值时，随变形速度的增加，，塑性增加，变形抗力降低。3.简述应力状态对塑性和变形抗力的影响。在三向应力状态下，压应力的数目越多、数值越大，金属的塑性越高；拉应力的数目越多、数值越大，则金属的塑性越差。因为，拉应力易使滑移面分离，在材料内部的缺陷处产生应力集中而破坏，压应力状态则与之相反。但同号应力状态之下的变形抗力的大于异号应力状态之下的变形力。4.冷塑性变形后，金属内部组织和性能发生了什么变化？组织变化：晶粒沿变形方向伸长。晶格扭曲。晶界产生碎晶。（2）性能变化：强度、硬度升高，塑性、韧性下降。即加工硬化。5.金属在锻造前为何要加热？加热温度为什么不能过高因为加热使原子运动能力增强，很容易进行滑移，因而塑性提高，变形抗力降低，可锻造性明显改善。加热温度过高，会产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至坯料报废。金属工艺学第10页共24页6.金属锻造时始锻温度和终锻温度过高或过低各有何缺点？始锻温度过高会出现出现过热、过烧现象；始锻温度过低，加热次数多，生产率低。终锻温度过低，再结晶无法进行，冷变形强化现象无法消除，变形抗力大，塑性降低，甚至在锻件上产生裂纹及损坏设备、工具；终锻温度过高，坯料变形后晶粒长大，形成粗大组织，使锻件力学性能下降