材料加工成型专业课真题

1.铸造生产的实质是什么？具有哪些优、缺点？适用范围如何？优点：投资小，技术过程灵活，生产周期短缺点：铸造成型过程受多种因素影响，很难精确控制，制件存在各种缺陷，机械性能较低，质量不够稳定，劳动条件较差。适用范围：铸造是金属最重要的成型工艺，而且在塑料、瓷料等方面获得应用。可成型不同形状、尺寸、质量的制件，特别是特大尺寸和特大质量的制件。2.简述通常铸造结晶组织的宏观形态及其特征，并讨论铸造结晶组织的控制措施。宏观形态及特征：铸锭三区紧靠模壁表面的细晶区：强烈过冷条件下，形成细小、等轴晶粒；垂直模壁表面生长的柱状晶区：小的成分过冷区，形成一级主轴发达的柱状晶。铸锭中部的等轴晶区：中心的成分过冷液体，形成等轴晶体。控制措施：影响晶粒大小的因素：等轴晶的大小和柱状晶的粗细冷却速度、变质处理、加热温度、液体金属的振动影响晶区分布的因素：柱状晶区和等轴晶区的分布冷却强度、液体金属的过热、外来夹杂或变质剂3.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？浇注温度过高，铸件凝固过程的体积收缩大，金属液的吸气量增多，氧化严重，容易产生缩孔、缩松、粘砂、气孔、粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，应选择相对较低的浇注温度。4.试分析铸造成形时铸造应力的形成过程。铸件凝固以后，在随后的冷却过程中，有些合金可能发生固态相变，产生体积的收缩或膨胀。如果这些变化受到铸型等外力或铸件结构本身的约束，就会在铸件内部产生应力，即铸造应力。铸造应力按其产生原因不同又可分为：热应力、形变应力、机械阻碍应力。5.简述砂型铸造的基本工艺过程。（1）造型：用型砂及模样等工艺设备制造铸型。通常分为手工造型和机器造型。造芯、涂料、开设浇注系统、合型。（2）熔炼与浇注熔炼：使金属由固态转变为熔融状态。浇注：将熔融金属从浇包注入铸型。（3）落砂与清理落砂：用手工或机械使铸件与型砂、砂箱分开。清理：落砂后在铸件上清理表面粘砂、型砂、表面金属等。6.什么是熔模铸造？试述其工艺过程。与砂型铸造相比有何特点？熔模铸造即失蜡铸造，即先制造蜡模，涂敷一定厚度的耐火材料，固化后将蜡模熔化去除制成型壳，高温焙烧后进行浇筑获得铸件。工艺过程：制造蜡模、结壳、熔化蜡模、焙烧型壳、浇注、脱壳和清理。特点：铸件精度高，表面质量好可制造形状复杂铸件生产批量不受限制工序复杂，生产周期长，生产成本高铸件一般不宜太大7.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？优越性：1、尺寸精度高，表面质量好，机械加工余量小；2、金属型导热性好，冷却速度快，铸件的晶粒较细，力学性能好；3、一型多铸，劳动生产率高。节省造型材料，环境污染小，劳动条件好。制约：金属型制造成本高，不宜生产大型、形状复杂、薄壁铸件。受金属型材料熔点限制，熔点高的合金不宜用金属型铸造。而且铸铁件易产生白口组织。8.普通压铸件是否能够进行热处理，为什么？压铸件不能进行热处理。因为压铸充型速度快，型腔中的气体难以排出，压铸件皮下易产生气孔，因此，当压铸件进行热处理或在高温下工作时，气孔中的空气产生热膨胀，可使铸件开裂。9.什么是离心铸造？它在圆筒件铸造中有哪些优越性？离心铸造，是指将熔融金属浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成型的一种铸造方法。优点：因为金属液在离心力作用下充型和凝固，铸件的凝固从外向内进行，不仅易于补缩，而且使气体，夹渣聚集在内表面便于消除。所以铸件组织致密，无缩孔、缩松、气孔和夹渣等缺陷，机械性能好。由于离心力的作用，金属液的充型能力好，可以浇注流动性差的合金和壁薄的铸件。生产中空铸件无需浇注系统和芯子，节约金属。10.低压铸造的工作原理与压铸有何不同？低压铸造的压力较低，为20到60Pa，并且是液体金属在压力作用下由下而上充填型腔以形成铸件。低压铸造浇注压力和速度可以调节，充型平稳，对铸型的冲刷力小，避免卷入气体，工件的质量高。且在压力下成型，铸件组织致密。压铸具有高压、高速的特点。压力通常为30到70MPa，充型时间通常为0.01到0.2s。充型速度快，因此压铸件皮下易产生气孔。而且厚壁处来不及补缩，压铸件易产生缩孔和缩松。11．熔炼的基本任务是什么？铸造的基本任务是什么？熔炼的基本任务：把某种配比的金属炉料投入熔炉中，经过加热和熔化得到熔体，再对熔化的熔体进行适当的液态处理，得到合乎要求的合金熔体。所谓合格的合金熔体是指化学成分合格、熔体洁净、温度适当。铸造的基本任务：把熔炼好的金属液体倾注到预制的铸型中，待金属凝固成形后，再从该铸型中取出金属制品即可获得铸件。12．液体金属的结构是什么？与固体有什么差别？液体金属的结构：长程无序——不具备平移、对称性；短程有序——相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团，液体结构表现出局域范围的有序性。与固体的差别：具有明显的流动性质，是液体区别于固体的显著特点。而且液体不能够象固体那样承受剪切应力，但是可完全占据容器的空间并取得容器内腔的形状。吴老师部分整理人：井京、胡凌越课后思考题汇总：注：粗体字是课件里的一些小问题，其他是课后思考题。大作业：（大家好好准备下~）运用所学的材料成形原理与工艺相关知识,设计杯子的成形方案。要求：1、全过程、分工序描述2、阐述每个工序的成形原理3、从技术、经济、可行角度论述该成形工艺的优缺点。连接成型篇1.焊接结合的本质是什么？固态金属之所以能够保持固定的形状，是因为其内部原子之间紧密堆积，原子之间以牢固的金属键相结合。只有当施加足够大的外力破坏原子间的这种结合，才能将固体金属分离开来。同样道理，要使两块分离的金属形成上述结合，就要设法让这两个构件表面的原子彼此接近到金属晶格距离（即大约0.3-0.5nm），形成金属键，这样，按照材料的物理本性，分离的材料就能永久连接在一起——实现冶金结合。2.焊接结构有什么优点？（1）冶金结合和永久性焊接加工可以在同种或异种材料之间实现冶金结合，达到永久性连接效果，连接性能好。（2）成形方式灵活方便，节省金属、重量轻（3）水密性好和气密性好（4）厚度无限制，加工效率高可在较短时间内成形复杂形状的零件、构件；既可以制造大型结构件也可以实现微型零件加工。（5）制造周期短，工艺适应性广可以在厂房内、在野外、甚至可以在深水下、在外层空间实现，所以焊接加工的适应性极广。3.实现金属连接主要有哪些途径？加热、火焰、电弧热、电阻热、电子束、激光束、加压、化学反应和物理效应4.焊接时如何考虑焊接结构的工艺性？焊接结构应尽量选用型材或冲压件设计焊接结构时应尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等成形材料以减少焊缝、简化工艺。合理布置焊缝1）焊缝布置应尽量分散，且不宜过长。焊缝之间的距离应大于板厚的3倍，且不小于100mm。2）焊缝的位置应尽量对称布置，否则会由于焊缝不在中心引起弯曲变形。3）焊缝的布置不得交叉。4）应尽量减少构件或焊接接头部件的应力集中，避免尖角焊缝。5）焊缝应避开最大应力和应力集中的部件。6）焊缝设计应远离加工表面。7）焊缝布置应满足焊接时运条角度的需要。5.钎焊、气焊、电弧焊、电子束焊都属于液态焊，说明这四个工艺过程中的焊接热的来源和影响因素补充：焊接要求：1)足够能量用于熔化或加压2)去除接头处的表面污染3)避免大气污染或其影响4)焊缝冶金控制钎焊：将工件和钎料适当加热（烙铁、火焰、炉子、电阻、高频加热等）。钎料应具有合适的熔化温度，在钎焊温度下具有良好的润湿性，钎料与母材应有扩散效应，钎料应具有均匀的成分，钎焊接头符合产品的技术要求，满足力学性能、物理化学性能、使用性能方面的要求；钎料的经济性要好，应尽量少含或不含稀有金属和贵重金属。还应保证钎焊的生产率要高。钎料应具有加工变形能力，以便于制成各种形状。气焊：利用可燃气体与助燃气体混合燃烧生成的火焰为热源。焊条质量（流动性好杂质少）、火焰温度、火焰性质、火焰能率、气焊操作环境（避风防潮）、焊接速度。电弧焊：利用电弧放电（俗称电弧燃烧）所产生的热量。焊剂成分、焊接电流、焊接速度、电弧电压。电子束焊：利用加速和聚焦的高能电子束流轰击焊件接缝，将动能转化为热能。电子束电流、加速电压、焊接速度、聚焦电流、工作距离。6.点焊、摩擦焊和扩散焊都属于固态焊，说明这三个工艺过程中的焊接热的来源和影响因素。点焊：通过柱状电极施压，使焊件局部电流密度很高，局部熔化形成焊点。易受到电流波动、金属导热性、金属热循环敏感性。摩擦焊：利用焊件表面的相对运动及塑性流动所产生的摩擦热及塑性变形热。工件尺寸形状。扩散焊：与其他热工艺结合。如：高频感应加热、粉末冶金等。温度：温度越高,原子的扩散越快，一般扩散焊接的温度为材料熔点的0.5～0.8倍。压力：扩散焊接压力较小,工件不产生宏观塑性变形，适合焊后不再加工的精密零件。扩散条件：需要足够的扩散时间，扩散类型显著影响连接的性质，表面粗糙度：粗糙度越小，越容易形成紧密接触，有利于扩散，7.讨论在固态焊接过程中最基本的工艺条件：温度和压力所发挥的作用，以及塑性变形和扩散方式在实现材料连接中所起的作用？温度：加热可提高原子活动能力和扩散速度，且利于塑变。固态焊接需要在一定温度下进行。不同固态焊接的热源不同。压力：一般需要压力使工件表面发生一定塑性变形，使接触面密合，原始表面破裂，表面氧化膜破裂，出现干净的新鲜面，即活性面。像扩散焊压力较小且不产生宏观塑性变形，但是比如爆炸焊中炸药引爆后的冲击波压力高达几百万兆帕，使覆板撞向基板，两板接触面产生塑性流动和高速射流，结合面的氧化膜在高速射流作用下喷射出来，同时使工件连接在一起。固态焊接接头大致分为三个阶段：第一阶段，被连接表面在一定压力盒温度的作用下产生屈服和蠕变变形，实现紧密接触，并形成密合界面；第二阶段，原子沿界面及晶界进行扩散，接触面处的空隙消失，界面境界发生迁移，在一些晶粒内留下空隙；第三阶段，原子进行体积扩散，晶粒内残留空隙消失，获得冶金结合、界面无明显缺陷的接头。固态焊接的物理化学过程进行了有效的塑变与扩散从而保证高质量固态焊接。固态焊接避免了熔化焊的铸态组织缺陷和过热损伤，从而使接头区的组织与力学性能更接近于母材。8.简述焊接缺陷分类及特征焊缝形状缺陷：现象：外观质量粗糙，鱼鳞波高低、宽窄发生突变；焊缝与母材非圆滑过渡。焊缝尺寸不合格：现象：焊缝尺寸不符合施工图样或技术要求。气孔：焊后残留在焊缝中的气体形成的孔穴。咬边：焊缝部分没焊满。未融透：焊缝的熔透深度小于板厚。未熔合：熔焊时焊道与母材之间或焊道与焊道之间未能完全熔化结合的部分。弧坑：由于收弧和断弧不当在焊道末端形成的低洼部分。烧穿：焊接过程中熔化金属自坡口背面流出形成穿孔。焊瘤：熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上形成的金属瘤。夹渣与夹杂物：焊后残留在焊缝中的熔渣或非金属杂质。易产生在坡口边缘和每层焊道之间非圆滑过渡的部位，焊道形状突变，存在深沟的部位也易产生夹渣。焊接裂纹：在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。9.简述焊接裂纹的种类及其特征和产生的原因。按产生本质分为：热裂纹（高温裂纹）、再热裂纹（消除应力处理裂纹）、冷裂纹、层状撕裂、应力腐蚀裂纹热裂纹：在焊缝金属凝固结晶的后期，低熔点共晶物被排挤在晶界，形成一种所谓的“液态薄膜”，在焊接拉应力作用下，就可能在这薄弱地带开裂，产生结晶裂纹；近缝区晶界处存在低熔点杂质；近缝区存在晶间液膜(低熔点共晶体)，形成液化裂纹；焊缝金属中存在很多高密度的位错在高温和应力的共同作用下，位错极易运动，在不同平面上运动的刃型位错遇到障碍时可能发生攀移，由原来的水平组合变成后来的垂直组合，即形成“位错壁”就是多边化现象。再热裂纹：再热裂纹的产生是由晶界优先滑动导致微裂(形核)而发生和扩展的。在焊后热处理时，残余应力松弛过程中，粗晶区应力集中部位的晶界滑动变形量超过了该部位的塑性变形能力，就会产生再热裂纹。冷裂纹：延迟裂纹：特点不在焊后立即出现，有一段孕育期产生迟滞现象称延迟裂纹；淬硬脆化裂纹（淬火裂纹）：淬硬倾向大的组织易产生这