材料工程基础考试复习题及答案

材料的液态成形技术1.影响液态金属充型能力的因素有哪些？如何提高充型能力？答：①第一类因素，属于金属性质方面的，主要有金属的密度、比热、导热系数、结晶潜热、动力黏度、表面张力及结晶特点等。②第二类因素属于铸型性质方面的主要有铸型的蓄热系数、密度、比热、导热系数、温度、涂料层和发气性、透气性等。③第三类因素，属于浇注条件方面的，主要有液态金属的浇注温度、静压头，浇注系统中压头的损失及外力场拯力、真空、离心、振动勘的影响等。④第四类因素，属于铸件结构方面的，主要有铸件的折算厚度，及由铸件结构所规定的型腔的复杂程度引起的压头损失。常用提高充型能力的措施针对影响充型能力的因素提出改善充型能力的措施，仍然可以从上述四类因素入手：①合金设计方面，在不影响铸件使用性能的情况下，可根据铸件大小、厚薄和铸型性质等因素，将合金成分调整到共晶成分附近;采取某些工艺措施，使合金晶粒细化，也有利于提高充型能力由于夹杂物影响充型能力，故在熔炼时应使原材料清洁，并采取措施减少液态金属中的气体和非金属夹杂物②铸型方面，对金属铸型、熔模型壳等提高铸型温度，利用涂料增加铸型的热阻，提高铸型的排气能力，减小铸型在金属填充期间的发气速度，均有利于提高充型能力③浇注条件方面，适当提高浇注温度，提高充型压头，简化浇注系统均有利于提高充型能力④铸件结构方面能提供的措施则有限2.铸件的凝固方式有哪些？其主要的影响因素？答：铸件的凝固方式：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固主要影响因素：合金的凝固温度范围和铸件凝固期间固、液相界面前沿的温度梯度。通常，合金的凝固温度范围越小，铸件凝固期间固、液相界面前沿的温度梯度越大，则铸件凝固时越趋于逐层凝固；反之，则越趋于糊状凝固。3.什么是缩松和缩孔？其形成的基本条件和原因是什么？答：金属液在铸型中冷却和凝固时，若液态收缩和凝固收缩所缩减的容积得不到补充，则在铸件的厚大部位及最后凝固部位形成一些孔洞。其中，在铸件中集中分布且尺寸较大的孔洞称为缩孔；分散且尺寸较小的孔洞称为缩松。缩孔：形成的基本条件是金属在恒温或很窄的温度范围内结晶，铸件由表及里逐层凝固。缩孔产生的基本原因是金属的液态收缩和凝固收缩值大于固态收缩值，且得不到补偿。缩孔产生的部位在铸件最后凝固区域。缩松：形成的基本原因也是金属的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。但形成缩松的基本条件是金属的结晶温度范围较宽，呈体积凝固方式(糊状凝固)。4.常见的特种铸造方法有哪些？各有何特点？答：常见的特种铸造方法有金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、连续铸造和消失模铸造等。金属型铸造：a.可以连续重复使用，生产效率高，劳动条件好，但成本高；b.铸件精度高，表面粗糙度较低；c.金属散热性能好，晶粒细化，力学性能好；d.不透气且无退让性，易造成不足或开裂；e.适于生产大批量有色金属铸件。熔模铸造：a.铸件尺寸精度高，表面光洁；b.可铸造形状复杂零件；c.工艺过程复杂，生产周期长，成本高；d.适于铸造小尺寸的各类合金铸件，特别是少切削或无切削精密铸件。压力铸造：a.浇注时间短，易于机械化、自动化作业；b.铸型散热快，晶粒细化，耐磨、耐蚀性好；c.铸件尺寸精度高，表面光洁；d.凝固速度快，排气困难，易形成缩松和缩孔e.模具成本高，铸件尺寸受限；f.适于有色金属薄壁复杂铸件的大批量生产。低压铸造：a.充型压力和速度易于控制，气孔、夹渣较少，组织致密，力学性能好；b.无需冒口设置，金属利用率高；c.适应性强，金属型、砂型和熔模型均可使用；d.铸件尺寸精度高，表面光洁；e.适用于质量要求高的铝、镁等有色金属铸件。离心铸造：a.离心力改善金属的流动性，提高了充型能力，改善了补缩条件，缩孔等缺陷减少；b.简化了中空圆柱形铸件的生产过程；c.成分偏析严重，尺寸难以控制；d.内表面质量较差、内孔不准确、加工余量较大；e.特别适于横截面呈圆柱的铸件生产，如套、环、管、筒、辊和叶轮等，多用于黑色金属及铜合金。连续铸造：a.冷却速度快，组织致密，机械性能好；b.工艺简单，生产效率高；c.适于横截面一定的钢材、铝材和铸铁管等铸件的生产。消失模铸造：a.不分型，不起模，工艺简化，精度提高；b.能制造形状复杂的铸件和工艺品；c.冒口可自由设置，不易产生缩孔、缩松等；d.易产生有害气体，铸件易增碳，表面质量降低；e.适于生产起模困难，形状复杂的铸件，例如汽车发动机进排气歧管、缸体等。5.试述铸件产生变形，开裂的原因及其防止措施。答：变形：若冷却到室温的铸件内部存在有较大的残余应力，此时铸件是不稳定的，如铸造应力超过合金的屈服强度时，则会产生塑性变形，弯曲或扭曲以减小或消除应力。开裂：当铸造应力超过材料的强度极限（或称抗拉强度）时，铸件产生裂纹。热裂纹是铸件在凝固末期或凝固后不久尚处于强度和塑性很低状态下，因铸件固态收缩受阻而引起的裂纹；冷裂纹是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金极限强度而引起的开裂。两者防止措施相同：减小和消除铸造应力：采取安放冒口、冷铁或调整内浇口位置等工艺措施，使铸件各部分温度均匀、同时凝固；提高铸型和芯子退让性；合理设计铸件结构，使壁厚均匀，结构对称等；尽量选用E和αL小的材料；对铸件进行时效热处理可消除应力。6、陶瓷的液态成形方法有哪些？各有何特点？答：1)流延成形特点:设备简单,工艺稳定,可连续操作,生产效率高,可实现高度自动化2)粉浆浇注：以水为溶剂、粘土为粘结剂的成形方法.为得到高质量的注浆坯体,要求浆料:1)流动性好2)稳定性好,不易沉淀和分层3)含水量尽可能少,减少成形和干燥时的收缩,减少坯体的变形和开裂.以及渗透性好、脱模性好、不含气泡等.适用于形状复杂、大型薄壁、精度要求不高的日用和建筑陶瓷制品.3)压模成形：将粉状、片状或颗粒状原料,放在一定温度的模具中闭模加压,使之在模具中熔化，充满整个型腔而成形硬化.缺点:成形周期长,生产效率低,模具成本较高4)注射成形：能生产形状复杂、薄壁的陶瓷制品。7、聚合物的液态成形方法有哪些？各有何特点？答：热塑性塑料：挤出成型，注射成型，压延成型，吹塑成型，热固性：模压成型，传递模成型，层压成型，传递成型，层压成型，注射成型既可用在热固性又可用在热塑。特点：模压成型：周期长，效率低，模具成本高。注射成型：复杂帽品，适合大批量生产，设备及模具费用高，易于自动控制，磨具安装调整麻烦，不需要特别熟练，体力劳动少，成型周期短，效率高，精加工简单。挤出成型：用于大批量生产、连续性制造具有一定截面的制品，操作简单，效率极高，经济。吹塑成型：可制造无接缝整体的空心制品，成型周期短，效率高，压延成型：制造播磨，板材人造革，塑料地板，适于大量生产制造宽幅制品。层压成型：制作大面积板材、管材、棒材，成型时期长，一次可压制数片至数十片。传递成型：原料在转移过程中接收相当一部分能量，缩短成型时间，能确保制品中的金属嵌件位置正确。材料的固态成形技术1.金属为什么容易塑形变形？产生塑形变形的本质？答：单晶体产生塑性变形的原因是原子的滑移错位。多晶体（实际使用的金属大多是多晶体）的塑性变形中，除了各晶粒内部的变形（晶内变形）外，各晶粒之间也存着变形（称为晶间变形）。多晶体的塑性变形是晶内变形和晶间变形的总和。而通常使金属晶体变形所需的切应力都比较小，所以金属易塑形变形。金属塑形变形的本质：金属在外力作用下要经历两个主要变形阶段——弹性变形阶段和塑形变形阶段。当外力不超过弹性极限时，金属只发生弹性变形，外力去除后变形消失；当外力继续加大，是金属的内部应力超过了该金属的屈服极限后，外力去除变形不消失，即为塑形变形，其实质是内部应力迫使晶粒内部和晶粒间产生滑移和转动，从而产生了塑形变形。2.金属常见的塑形成形方法有哪些？答：a.锻造，将固态金属加热到再结晶温度以上，在压力作用下产生塑形变形，把坯料的某一部分体积转移到另一部分，从而获得一定形状、尺寸和内部质量的锻件的工艺方法。包括自由锻造、模型锻造、胎膜锻造以及特殊锻造等。b.板料冲压：利用冲模使板料产生分离或变形的加工成形方法。c.轧制和挤压：使金属在一回转的孔隙或孔型中，依靠摩擦力的作用连续进入轧辊而产生塑形变形的压力加工方法称为轧制；将金属坯料放入挤压筒内，在压力作用下使坯料从模孔中挤出而变形的加工方法称为挤压。d.拉拔：将金属坯料拉拔通过具有一定形状的模孔而使其横截面积减小、长度增加的加工方法。3.金属的冷变形和热变形是如何区分的？各有何特征？答：冷变形：塑性变形温度低于该金属的再结晶温度。特征：晶粒沿变形最大的方向伸长，产生纤维组织；晶粒间产生碎晶。金属产生加工硬化现象。热变形：塑性变形温度高于该金属的再结晶温度。特征：经过再结晶组织均匀化，塑性好，消除内部缺陷，形成流线组织。4.什么是金属的可锻性？其影响因素有哪些？答：金属的可锻性：金属经受塑形加工时成型的难易程度。可锻性的优劣常用金属的塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。影响因素：1）内在因素：①金属组织：纯金属和固溶体的锻造性能好，含较多金属碳化物时锻造性能较差；粗晶粒和有其他缺陷的金属锻造性能差；晶粒细小且组织均匀的金属锻造性能好。②化学成分：通常情况，不同化学成分的金属，其塑形不同，锻造性能也不相同。纯铁的塑形比碳钢好，抵抗变形的抗力也小，低碳钢的锻造性能比高碳钢好。2）加工条件：①锻造温度范围：它既能保证金属在锻造中有良好的锻造性能，又能使金属有足够的锻造时间。②变形速度：变形速度对金属锻造性能的影响有两个方面：一方面，当变形速度较大时，由于来不及完成回复和再结晶，不能及时消除加工硬化，使锻造性能下降；另一方面，当变形速度低时，能充分进行回复和再结晶，古锻造性能良好。5.挤压成形方法的分类、工艺特点以及主要的工艺参数。答：根据温度：冷挤压（室温），温挤压（室温~再结晶温度），热挤压（再结晶温度以上）；根据金属的流动方向和凸模运动方向：正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压。还有静液挤压：凸模与坯料不直接接触，而是给液体施加压力（压力可达3000个大气压以上），再经液体传给坯料，使金属通过凹模而成型。正挤压：挤压模出口处的金属流动方向与凸模运动方向相同；反挤压：挤压模出口处的金属流动方式与凸模运动方向相反；复合挤压：挤压过程中，在挤压模的不同出口处。一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，另一部分金属流动方向相反；径向挤压：挤压模出口处的金属流动方向与凸模运动方向成90°。工艺特点及参数：①挤压时金属坯料在三向受压状态变形，可提高金属坯料的塑性；②可挤出各种形状复杂、深孔、薄壁、异型断面的零件；③零件精度高、表面粗糙度低。一般尺寸精度为IT6~IT7，表面粗糙度为Ra3.2~0.4，从而可达到少屑、无屑加工的目的；④零件的力学性能好。挤压变形后零件内部的纤维组织是连续的，基本沿零件外形分布而不被切断，从而提高零件的力学性能；⑤节约原材料，材料利用率可达70%，生产率很高，可比其他锻造方法高几倍。6.聚合物的塑形成形方法有哪些？各有何特点？答：热固性聚合物：压模、浇注、注射等；热塑性聚合物：挤压、真空成形、吹塑成形等挤压特点：挤出成形的生产效率高，可自动化连续生产，一般使用热塑性聚合物作原料。挤压与注射的比较：注射：挤出的熔融聚合物被注入模具内硬化；挤压：挤出的熔融聚合物通过模嘴后在空气中硬化两者都是将聚合物的颗粒（或小球）提供到挤压机的低温一侧，必须保持这一侧的冷却，以避免颗粒熔化、桥接以及由于重力而引起的流动。真空成形：将热塑性聚合物板（片）材置于模具上，四周夹紧并加热；待坯料进入高弹态后，对模腔抽真空，使板材在大气压作用下紧贴模腔内壁，冷却后硬化成形。主要用来制造盘、罩、盖、壳体等敞口制品。压延成形特点：是将加热塑化的热塑性塑料通过一组以上两个相向旋转的辊筒间隙，而使其成为规定尺寸的连续片材的成形方法。压延也是橡胶加工中重要的基本过程之一。7.陶瓷的塑形成形方法有哪些？与金属和聚合物相比的特点？答：挤制成型：将炼好并通过真空除气的泥料，置于挤制筒内，在压力的作用下，通过机嘴挤出各种形状的坯件，例如棒状、管状等。轧膜成形：将陶瓷粉体和