材料成型复习思考题(含完整答案版)

第1页共13页《材料成形技术基础》复习思考题第一篇铸造1.何谓液态合金的充型能力？充型能力不足，铸件易产生的主要缺陷有哪些？充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸精确、轮廓清晰铸件的能力。充型能力不足，会产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。提高充型能力的方法：1）选择凝固温度范围小的合金；2）适当提高浇注温度、充型压力；3）合理设计浇注系统结构；4）铸型预热，合理的铸型蓄热系数和铸型发气量；5）合理设计铸件结构。2.影响液态合金充型能力的主要因素有哪些？影响液态合金充型能力的主要因素有：流动性、铸型条件、浇注条件和铸件结构等。3.浇注温度过高或过低，对铸件质量有何影响？浇注温度过低，会产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。浇注温度过高，液态合金的收缩增大，吸气量增加，氧化严重，容易导致产生缩孔、缩松、气孔、粘砂、粗晶等缺陷。可见，浇注温度过高或过低，都会产生气孔。4.如何实现同时凝固？目的是什么？该原则适用于何种形状特征的铸件？铸件薄璧部位设置在浇、冒口附近，而厚璧部位用冷铁加快冷却，使各部位的冷却速度趋于一致，从而实现同时凝固。目的：防止热应力和变形。该原则适用于壁厚均匀的铸件。注意：壁厚均匀，并非要求壁厚完全相同，而是铸件各部位的冷却速度相近。5.试述产生缩孔、缩松的机理。凝固温度范围大的合金，其缩孔倾向大还是缩松倾向大？与铸铁相比较，铸钢的缩孔、缩松倾向如何？产生缩孔、缩松的机理：物理机制是因为液态收缩量＋凝固收缩量＞固态收缩量（或写为：体收缩量＞线收缩量）；工艺原因则是由于补缩不足。凝固温度范围大的合金，其缩松倾向大。与铸铁相比较，铸钢的缩孔、缩松倾向大。6.试述冒口与冷铁的作用。冒口：补缩、排气。冷铁：调整冷却速度。冒口：补缩、排气。冷铁：调整冷却速度。7.一批铸钢棒料（Φ200×Lmm），落砂清理后，立即分别进行如下的切削第2页共13页加工：(1)沿其轴线，在心部钻Φ80mm通孔，加工后棒料长度为L１；(2)将其车为Φ80mm的轴，车削后的长度为L2。试分析L、L1、L2是否相等。答案：L1LL28.试举例分析影响铸铁力学性能的主要因素。提示：基体组织；G的形状和大小。①基体组织为F时，塑性、韧性较好，但强度、硬度较低。基体组织为P时，塑性、韧性较低，但强度、硬度较高。基体组织为F+P时，铸铁力学性能介于以上两种情况之间。②G从片状→团絮状→球状，力学性能逐渐上升。G由大变小，以及G均布时，则力学性能↑。9.试述孕育铸铁的生产原理。与普通HT相比：在力学性能上孕育铸铁有何特点？常用于什么场合？生产原理：改善普通灰铸铁可从两方面考虑，基体由F→P；G由粗大→细小、均布。孕育铸铁的强度较高，力学性能对璧厚的敏感性小，常用于静载下有较高强度的铸件，以及璧厚较大的中、小型铸件。10.试分析：工艺上可采取哪些措施控制石墨化倾向？石墨化倾向对灰口铸铁的组织和力学性能会产生哪些影响？控制碳当量；热处理：G化退火以及正火。石墨化倾向大，石墨较粗大，灰口铸铁的基体组织倾向于形成F，故强度、硬度较低。反之则倾向于形成P，故强度、硬度较高。11.试述铸造中常用的孕育剂、球化剂。球墨铸铁在球化处理后，为何还要进行孕育处理？孕育剂：75硅铁。球化剂：稀土镁合金（RE-Mg）。孕育处理可以促进石墨化倾向，还可使石墨球圆整、细化。12.简述QT的铸造工艺特点。成分接近共晶点，流动性好，但在铸型刚度较小时（也即退让性较好时），铸件容易产生缩孔、缩松等缺陷。生产球铁件，铸型刚度较小时，采用冒口和冷铁，顺序凝固原则/定向凝固原则；铸型刚度很好时，不用冒口和冷铁，同时凝固原则。容易产生夹渣和皮下气孔。ΦΦΦ第3页共13页球铁的出炉温度高于1400℃。13.试从以下几个方面比较球铁和可铁：C、Si含量;生产方法;力学性能;适用范围。可铁：C、Si含量较低，生产时先获得白口，且多采用定向凝固原则（∵无G析出，体收缩大，缩孔、缩松倾向大），再经高温G化退火得到，力学性能较低，适用于受力较小的曲轴、连杆等。球铁：C、Si含量较高，生产时需经球化、孕育处理，力学性能较高，适用于受力较大的曲轴、连杆等。注意：承受冲击、形状复杂的薄璧小件时选择KTH.14.试分析比较普通灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁的化学成分、组织和性能特点。普通灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁的化学成分、组织和性能特点。普通灰铸铁和球墨铸铁的成分均接近共晶成分，而可锻铸铁的碳当量低。它们的基体可以是F，也可以是P，或F+P。普通灰铸铁的强度低；KT和QT的强度较高，且具有一定的塑性和韧性，其中QT的强度最高。15.试从力学性能、铸造工艺性能两个方面比较铸铁和铸钢，并叙述铸钢的应用范围。铸铁铸造工艺性能较好，铸钢力学性能较好。铸钢的应用范围：形状复杂难以用压力加工或切削的方法成形；力学性能要求较高，不能采用铸铁。16.试述铸钢生产的一般特点。铸钢的铸造性能差，易产生浇不足、气孔、缩松、缩孔、裂纹、夹渣和粘砂等缺陷。常采用以下措施：(1)铸型应具备高的耐火度、透气性、合理的紧实度。(2)合理选用凝固原则(一般，定向/顺序凝固；复杂件，复合凝固)。(3)必须热处理。退火适于≥0.35%C或结构特别复杂的铸钢件；正火适于＜0.35%C的铸钢件。17.合理选择浇注位置与合理选择分型面，两者的目的是否相同？选择浇注位置的目的是减少铸造缺陷，保证铸件的质量；选择分型面的目的是便于起模，简化铸造工艺。可见，两者的目的是不同的。18.模样、铸件（毛坯）、零件三者在尺寸、形状、结构上有何区别？模样、型腔、铸件和零件之间的关系名称特征模样型腔铸件零件第4页共13页大小大大小最小尺寸大于铸件一个收缩率与模样基本相同比零件多一个加工余量小于铸件形状包括型芯头、活块、外型芯等形状与铸件凹凸相反包括零件中小孔洞等不铸出的加工部分符合零件尺寸和公差要求凹凸(与零件相比)凸凹凸凸空实(与零件相比)实心空心实心实心19.试述起模斜度与结构斜度的作用和区别。铸造斜度分为结构斜度和拔模斜度两种。它们的作用主要都是便于起模。为了便于从铸型中取出模型，凡垂直于分型面的铸件壁应具有一定的倾斜度；为从芯盒中取出型芯的方便，铸件上相应的部位亦应由一定的倾斜度。区别：结构斜度是在铸件结构设计阶段，在铸件非加工表面设置的；拔模斜度是铸造工艺设计阶段，在制造模型与芯盒时，在铸件加工表面设置的。起模斜度影响因素1．模样材料：金属模↓，木模↑。2．造型方法：机器造型α，较小。3．起模高度：h↑，α↓。（注意，与模锻斜度不同）4．所处位置：内壁，α较大20.在铸造中，什么是叫芯头和芯座？它们的尺寸大小是否相同？芯头是指砂芯的外伸部分，是型芯的定位、支撑和排气结构。芯头如图所示。芯头有垂直和水平芯头两种。芯座是指铸型中专为放置芯头的空腔。芯头和芯座尺寸主要有芯头长度L（高度H）、芯头斜度α、芯头与芯座装配隙s等。尺寸可参照教材。21.人们常在铸件上设置加强肋并且在有孔的部位设置凸台。这样做的目的是什么？加强肋的厚度是否应大于或等于被加强壁的厚度？第5页共13页在铸件上常设置加强肋并且在有孔的部位设置凸台。设置加强肋的目的是：①避免增加铸件壁厚；②保证铸件刚度。设置凸台的目的是减小璧厚，使璧厚尽量均匀。加强肋的厚度应小于被加强壁的厚度。22.试分析铸造应力的产生机理及防治措施。铸造应力主要有热应力和收缩应力（或机械应力）两种。热应力是因为铸件璧厚不均匀，各部分冷却速度不同，导致在同一时期铸件各部分收缩不一致而引起的应力。（内因）防止：同时凝固原则、去应力退火（人工时效）、反变形。收缩应力（或机械应力）是因为合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒口系统的机械阻力而引起的内应力。（外因）防止：提高铸型以及型芯的退让性、去应力退火（人工时效）。23.什么是定向凝固原则？其目的是什么？具有何种形状特征的铸件宜采用定向凝固？设计这类铸件时，应如何使其壁厚分布合理？所谓顺序凝固/定向凝固，是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程。目的：减少缩孔、缩松倾向。通过在铸件不同部位放置冷铁、冒口，可实现顺序凝固/定向凝固。铸件壁厚应合理分布：使铸件向一个方向逐渐均匀增厚。24.试分析：为何铸件的壁厚既不能过大，也不能过薄？影响铸件壁厚的因素有哪些？⑴璧厚既不能过大，也不能过小，因为，过大储热量大V冷↓↓合金液充型能力↓；过小V冷↑↑，灰口铸铁的表位易产生白口组织。⑵影响铸件壁厚的因素：①液态合金的充型能力。铸造工艺上，规定了最小允许壁厚。推荐了“临界壁厚”3最小允许壁厚。②铸件的刚度。增加铸件的刚度不能单靠增加壁厚，常常需要合理地设计铸件的截面形状。如加强肋（肋板的厚度，应小于被加强壁的厚度）。加强肋，又称拉肋，防变形肋（提高刚度嘛）。强，行（形），发啦！除了加强肋外，铸肋还有一类，称为割肋，又称收缩肋，防裂肋，以及激晶粒粗大；G化倾向↑基体中F体↑，P体量↓第6页共13页冷肋。为便于记忆，用“收割机”“割裂”，这两类铸肋，也即加强肋和割肋，它们的厚度都小于铸件的壁厚。注意：热裂是在凝固后期、接近固相线的高温形成的。线收缩，也即固态收缩也是从凝固后期、接近固相线的高温开始的，而不是液态金属完全变为固态才开始的！！！第二篇金属压力加工1.为何承受重载、冲击的齿轮通常均采用锻造的方法制坯？（提示：三化）材料组织细密化、成分均匀化、锻造流线分布合理化。注意：使零件服役时最大切应力与锻造流线方向垂直。2.试述如何利用下列物理现象来提高工件的力学性能：冷变形硬化；回复；再结晶。冷变形硬化：提高强度、硬度和耐磨性，特别是对于塑性好，且不能用热处理强化的金属尤为重要；回复：消除应力，冷卷弹簧的去应力退火（250～300℃）；再结晶：消除冷变形硬化，多次拉深中间的再结晶退火。3.何谓锻造比？压力加工时，为什么要选择合适的锻造比？锻造比：评价锻造过程中金属材料变形程度的参数。Y，恒大于1。Y反映了锻件变形程度与锻件力学性能之间的关系。Y↑，内部孔隙被焊合——组织细密化偏折的碳化物、树枝晶被打碎——成分均匀化。Y↑↑，锻造流线形成——各向异性组织细密化达到极限，力学性能不能进一步↑因此，要选择适当的锻造比。4.如何评价金属材料的锻造性能？试分析加热温度、变形速度和应力性质对钢的锻造性能的影响。锻造性能评价指标：塑性和变形抗力。①温度：开始T℃↑材料的锻造性能↑T℃↑↑两种情况过热——晶粒粗大（纠正方法：正火）过烧——局部可切除，大面积则锻件报废可见，过热和过烧是锻件加热时可能出现的缺陷，但过热可以修复，过烧却不能修复。②变形速度两对矛盾综合作用：内能散失——累积、加工硬化——再结晶变形速度较小时，锻造性能↓；变形速度超过临界值后，锻造性能↑③应力状态（1）对塑性的影响：第7页共13页压应力数目↑塑性↑——阻碍微裂纹产生、扩展拉应力数目↑塑性↓——促使微裂纹扩展（2）对变形抗力的影响压应力数目↑，变形抗力↑拉应力数目↑，变形抗力↓参见补充课件。5试分析金属塑性变形的基本规律及其应用（1）体积不变条件：塑性变形前后体积不变，ε1+ε2+ε3=0应用：计算坯料质量和各种工序间的尺寸。（2）最小阻力定律变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的的方向移动。即做最少的功，走最短的路。应用：让金属按规定方向流动，以获得所需形状和尺寸的锻压件。6.自由锻有何优点？什么情况下应采用自由锻？优点：不用模具，可局部成形。应用：①单件小批。②重型、特大型锻件。7.试分析下列说法是否正确：(a)随着碳含量的增加，钢的始锻温度增高。(b)空气锤的规格是以其所能产生的最大冲击力来确定的，力的单位为kg.f。(c)水压机对锻件的作用力是静压力。(d)过热是锻件加热过程中可能发生的不可挽回的缺陷。随着碳含量的增加，钢的始锻温度↓，终锻温度在800℃左右。空气锤的规格是以其落下部分的质量表示其吨位。（c）正确。过热可用正火消除。8.与蒸汽-空气锤相比，水压机有何优点？与蒸汽-空气锤相比，水压机优点：⑴锻透深度大——细晶粒组织的锻件；⑵静压力——噪声低、震动小。注：锻透深度大是因为变形