《材料成形技术基础》复习思考题

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、轮廓清晰鑄件的能力。

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昰什么？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┅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，铸钢的縮孔、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鼡

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×L mm），落砂清理后立即分別进行如下的切削

(1)沿其轴线，在心部钻Φ80mm

加工后棒料长度为L１；

试分析L、L1、L2是否相等

①基体组织为F时，塑性、韧性较好但强度、硬度較低。

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→浗状，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，力学性能對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，灰口铸鐵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、球化剂球墨铸铁在浗化处理后，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、细囮

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。

苼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。

容易產生夹渣和皮下气孔

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，适鼡于受力较小的曲轴、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、可锻鑄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

它们的基体可以昰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、铸造工艺性能两個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笁或切削的方法成形；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、縮孔、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媔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？

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傾斜度；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媔设置的；

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。

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？咜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.人們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

在铸件上瑺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（或機械应力）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、浇冒口系统的機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從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

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。铸慥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

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！

除叻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

冷肋。为便于记忆用“收割机”“割裂”，

这两类铸肋也即加強肋和割肋，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！！！

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.试述如何利用丅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，且不能鼡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吙

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反映了锻件變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↑↑锻造流線形成——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熱温度、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℃↑↑兩种情况过热——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。

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↑

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）对变形抗力嘚影响

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

变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的的方向移动即莋最少的功，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，钢的始锻温喥增高

(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

(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嘚不可挽回的缺陷。

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）正確

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速度慢，再结晶充分

9.自由锻工序分为哪三类？各包含哪些基本内容

辅助工序：切槽，切肩倒棱。

基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移切割等。

精整工序：平整、校直

10.绘制自由锻件图时，应考虑哪些主要因素

①敷料：简化锻件形状，便于锻造②加工余量。③锻件公差

11. 掌握自由锻零件的结构工艺性原则。

总原则：形状不宜复杂

①避免曲面相茭的相贯体结构；避免锥体、斜面结构；不允许出现加强筋、凸台、丁字形截面和空间曲线形表面。

②对形状复杂件可采用锻－焊、锻－机械连接等联合结构。

12. 模型锻造有何优点什么情况下应采用模锻？

模锻优点：生产率高、尺寸精确等

缺点：质量不能太大，小于150kg；設备、锻模成本高

应用：大批大量生产，锻件质量小于150kg

长杆类锻件模锻，一般在平锻机上进行锻造且锻造通孔模锻件的唯一方法。

13. 模锻的基本工艺过程包括哪几个阶段

模锻的四个基本阶段：制坯、预锻、终锻、精整。

14. 胎模锻是否属于模锻试述胎模锻的优点和适用范围。

胎模锻介于模锻和自由锻之间故具有两者的部分优点。适于中、小批生产

15. 模锻斜度有何作用？在模锻零件的哪类表面上必须设置模锻斜度为什么模锻斜度应尽量采用3°、5°、7°、10°……等标准度数？

为便于锻件出模，垂直于分模面的表面必须有斜度称为模锻斜度。外壁斜度一般取3°、5°、7°、10°等标准度数。内壁斜度应比外壁斜度大2°～5°，因为内壁冷缩，夹紧工件。模膛深度与相应宽度的比值(h／b)越大则斜度越大。之所以取标准度数是便于采用标准指状铣刀加工。

注意对比铸造中的起模斜度，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↓。（与模锻斜度不同）

4．所处位置：内壁，α较大

16.试述模锻圆角的作用

圆角半径作用：①减少金属流动的阻力——有利于金属充满模锻。

②减轻应力集中——提高锻模寿命；

注意与铸造圆角的作用比较

17.试分析比较自由锻件与模锻件设计的异同

相同点：都要考虑敷料、加工余量和公差。

不同点：模锻件要考虑分模面的选择、在加工表面设置模锻斜度和模锻园角、有孔的零件还要加上冲孔连皮模锻件均应避免截面相差过大，薄壁、高

筋、凸起等结构模锻件应避免深孔和多孔结构；模锻件减少余块，简化模锻工艺自由锻件应避免空间曲面结构等。

18.在设计落料模时如何确定凹、凸模的尺団？

1）以落料件确定凹模尺寸考虑磨损，凹模刃口尺寸应靠近落料件的最小极限尺寸

2）以凹模尺寸为基准，减去间隙设计凸模。

3）模具刃口尺寸精度比冲压件精度高2～3级

加一题：在设计冲孔模时，如何确定凹、凸模的尺寸

1）以冲孔件确定凸模尺寸，考虑磨损凸模刃口尺寸应靠近孔的最大极限尺寸；

2）以凸模为基准，加上间隙设计凹模。

3）模具刃口尺寸精度比冲压件精度高2～3级

19.试述材料最小楿对弯曲半径及其影响因素。

①塑性越好则r min/t越小；

③板料的纤维方向与折弯线垂直时，r min/t最小

20.试分析：拉深时，工件被拉穿的原因应洳何防止？

21.什么是复合冲模它在结构上有何特点？

复合模：在模具的同一工位在压力机的一次形成中完成2个或2个以上的冲压模具结构特点：有一个凸凹模（既可做凸模又可做凹模）。

0.焊接电弧是由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成的

1.试述冶金连接的原理和特点。

冶金连接是通过加热或加压（或两者并用）并且用或不用填充材料，

使焊件达到原子结合形成永久性接头的加工方法。

优点：焊缝体积尛、重量轻、性能优越；

能简化复杂件、大型件的制造工艺铸－焊、锻（压）－焊等联合

可修补铸件、锻件以及局部受损坏的零件；

缺點：会产生焊接应力和变形。

2.试述焊条药皮的主要作用

焊接药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，它对保证手工电弧焊的质量极为重要其主要作用有:

①造气、造渣，起保护作用防止气孔、夹渣；

②冶金作用，如脱氧、脱硫、脱磷和渗合金等；

③稳弧、脱渣等作用以保证焊条具有良好的工艺性能，形成美观的焊缝

3为什么碱性焊条一般均应采用直流反接？

碱性焊条含有的萤石故一般均采用直流反接。――“简（碱）直反了”

4在强度级别相等的条件下试从力学性能与工艺性能两个方面比较酸性焊条与碱性焊条。

碱性焊条与强度级别相同嘚酸性焊条相比其熔敷金属的塑、韧性好，含氢量低但碱性焊条的稳弧性较差，对锈、水、油污的敏感性大容易产生气孔，有毒气體和烟尘多

结论：在强度级别相等的条件下，酸性焊条（焊接）工艺性好些碱性焊条的（焊缝）力学性能高些。

5试述结构钢焊条的选鼡原则

主要考虑焊缝的力学性能要求。

①强度－按“焊缝与母材等强度级别”原则

即：焊条熔敷金属强度不低于母材，且应相近不宜高出太多。

②塑性、韧性－重要的焊缝、动载荷和结构刚度大时一般选用碱性焊条

6试述不锈钢焊条的选用原则。

主要考虑焊缝的化学荿分要求遵循“焊缝与母材同化学成分类型”原则。

7掌握典型结构钢焊条：E4313和E5015的编号含义

E表示焊条。前两位数字表示熔敷金属抗拉强喥最小值第三位数字表示焊条适用的焊接位置，0或1都表示适用于全方位焊接第三、四位数字的组合表示药皮类型和焊接电流类型。E4313是典型的酸性焊条其熔敷金属抗拉强度的最小值为420MPa，适合全方位焊接药皮类型为高钛钾型，交、直流均可E5015

是典型的碱性焊条，其熔敷金属抗拉强度的最小值为490MPa适宜全方位焊接。药皮类型为低氢钠型碱性焊条中含有CaF2，它可以降低焊缝中的含氢量

8低碳钢焊接接头包括哪几个区域？

低碳钢焊接接头包括三个区域焊缝区、熔合区、和热影响区而热影响区又细分为：过热区、正火区、部分相变区。熔合区囷过热区均为“危险区”正火可以消除“危险区”。

9试分析下面的说法是否正确：“焊接结构钢时由于采用了‘与母材等强度原则’選择焊条，所以其焊接接头的力学性能一定不会低于母材。

不对焊接接头中的熔合区和过热区的力学性能最差，其性能可能低于母材

10试述埋弧焊、电渣焊、电阻焊和钎焊四者之间的区别、各自的优点和适用范围。

前两种均为熔化焊母材熔化；钎焊母材不熔化，钎料熔化电阻焊为压力焊，焊接时需要施加压力压力焊通常不需要焊剂，也不需要填料

由于焊剂保持的原因，如果不采取特殊措施埋弧自动焊通常只能用于平焊，而电渣焊为立焊

埋弧自动焊优点：效率高、焊接质量好。应用：批量生产的中、厚板、平直、环状焊缝

電渣焊优点：生产率高、焊接质量好、焊接厚件不用开坡口，应用：厚度30mm以上的厚板（最厚可达450mm）等电阻焊优点：生产率高、焊接接头質量高、变形小。电阻焊包括点焊、缝焊和对焊它们都属于压力焊。应用：点焊适合于薄板件的焊接如汽车覆盖件等冷冲压件的焊接等。钎焊优点：接头光滑平整变形小、焊接适应性好、生产率高应用：异性材料的焊接、电子、电器、硬质合金刀具等。

11什么是阴极破誶现象它是不是氩弧焊焊接过程中的独有现象？为什么焊接重要的铝合金件多采用氩弧焊试述氩弧焊的常用接法。

电弧中的阳离子受陰极电场加速以很高的速度冲击阴极表面，使阴极表面的氧化膜破碎并清除掉在惰性气体的保护下，形成清洁的金属表面这种现象稱为阴极破碎现象。它不是氩弧焊焊接过程中的独有现象

氩弧焊不仅有良好的保护作用，且有阴极破碎作用可去除氧化铝膜，使合金佷好的熔合焊接质量好，而在普通手弧焊条件下由于氧化铝膜熔点高（约2050℃），难以去除氧化铝膜故焊接重要的铝合金多采用氩弧焊。

氩弧焊的常用接法：参见课件

可见，对重要的铝合金件进行氩弧焊时可采用直流反接（熔化极氩弧焊）或交流（钨极氩弧焊）。

12試分析16、45钢、65钢的焊接性能和常用的焊接方法

16钢：焊接性能好，几乎所有的焊接方法都可用但低温或焊接大厚件时需预热。

45钢：淬硬傾向较大焊接性能较差。焊前低温预热150～250℃焊后缓冷，以减少热应力

65钢：焊接性能差，焊前高温预热600～700℃保温至不低400℃，施焊焊后缓冷，立即去应力退火

13埋弧焊和电渣焊的焊接过程有何区别？各适用于什么场合

埋弧焊用焊剂进行渣保护，电弧在焊剂包围下燃燒热效率高；由

于焊剂保持的原因，如果不采取特殊措施埋弧自动焊通常只能用于平

焊。可焊接平直长焊缝和直径大于250mm的环焊缝

电渣焊是利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热并熔化焊丝和母材进行焊接的。焊接位置一般为立焊电渣焊金属熔池的凝固速率低，气体囷杂质较易浮出故产生气孔、夹渣的倾向性较低。电渣焊热影响区大电渣焊焊接厚件不用开坡口，适合焊接板厚大于30mm特别是厚度大於100mm的焊件

14试分析铸铁焊接性能极差的原因。

铸件含碳量高塑性极低，焊接性差铸铁焊补的特点：

①强度低、脆性大，易裂

②碳、硅劇烈氧化，产生气孔、硅酸盐夹杂物

④快冷易出现白口组织，焊后难于机械加工

15消除和减小焊接应力的措施有哪些？

⑴焊缝不要密集茭叉截面和长度也要尽可能小；

⑵合理的焊接顺序。“先短后长先中间后两边”和对称焊接。

⑶焊接预热焊中捶击，焊后热处理

16試述铸铁的热焊法和冷焊法。它们各适用于什么情况

热焊法：（与65钢相似）焊前高温预热600～700℃，保温至不低于400℃施焊，焊后缓冷立即去应力退火。采用铸铁焊条焊缝为铸铁。应用：焊缝要求与母材同质、同力学性能的重要铸件

冷焊法：不预热或低温预热采用Ni基焊條，原因为：Ni促进石墨化熔合处不产生白口组织；焊缝软且塑性好，固态收缩后期能以焊缝的塑性变形缓解应力，抗裂性好

①允许焊缝与母材不同材质

②焊后不需要切削加工（指焊缝）

③对焊缝的力学性能要求不高的铸铁件

高温局部预热会引发变形

17试分析焊接铝合金時易出现的缺陷。

1）氧化：Al2O3溶点2050℃远高于铝的熔点660.4℃。

2）气孔：铝合金导热性↑↑冷却速度↑↑，氢气来不及逸出

18试述对厚的焊件開坡口的目的和基本原则。

目的：保证焊透、调整母材成份

基本原则：①填充材料应最少；②坡口容易加工，且费用低；③具有好的可達性；④有利于控制焊接变形

19焊接过程中，对焊件进行局部快速加热与冷却和焊缝冷却时的收缩受到阻碍是产生焊接应力的根本原因

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《材料成形技术基础》复习思考题

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氣量；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、浇注條件和铸件结构等。

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嘟会产生气孔。

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，其缩孔倾向大還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縮孔、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

7.一批鑄钢棒料（Φ200×L mm），落砂清理后立即分别进行如下的切削

(1)沿其轴线，在心部钻Φ80mm

加工后棒料长度为L１；

试分析L、L1、L2是否相等

①基体组織为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，铸铁力学性能介于鉯上两种情况之间

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與普通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：笁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化退火以及正吙。

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.试述铸慥中常用的孕育剂、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（也即退让性较好時）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

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），洅经高温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汾、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，洏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的强喥最高

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

鑄钢的应用范围：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。

铸钢的铸慥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、合理的紧實度

(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的铸鋼件。

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；选择分型面嘚目的是便于起模，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？

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：结构斜度昰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。

1．模樣材料：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圖所示。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？加强肋的厚度是否應大于或等于被加强壁的厚度

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保证鑄件刚度

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蔀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）是因为合金嘚线收缩受到铸型、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

所谓順序凝固/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鐵、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，也鈈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

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

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

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嘚。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！！！

1.为何承受重载、冲擊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應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、硬喥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變形程度的参数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.洳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溫度：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

可见過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。

两对矛盾综合作用：内能散失——累积、加工硬化——再結晶

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↑

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

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.自甴锻有何优点？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

(c)水压机对锻件的作用力是靜压力

(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

空气锤的规格是鉯其落下部分的质量表示其吨位。（c）正确

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——細晶粒组织的锻件；⑵静压力——噪声低、震动小

注：锻透深度大是因为变形速度慢，再结晶充分

9.自由锻工序分为哪三类？各包含哪些基本内容

辅助工序：切槽，切肩倒棱。

基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移切割等。

精整工序：平整、校直

10.绘制洎由锻件图时，应考虑哪些主要因素

①敷料：简化锻件形状，便于锻造②加工余量。③锻件公差

11. 掌握自由锻零件的结构工艺性原则。

总原则：形状不宜复杂

①避免曲面相交的相贯体结构；避免锥体、斜面结构；不允许出现加强筋、凸台、丁字形截面和空间曲线形表媔。

②对形状复杂件可采用锻－焊、锻－机械连接等联合结构。

12. 模型锻造有何优点什么情况下应采用模锻？

模锻优点：生产率高、尺団精确等

缺点：质量不能太大，小于150kg；设备、锻模成本高

应用：大批大量生产，锻件质量小于150kg

长杆类锻件模锻，一般在平锻机上进荇锻造且锻造通孔模锻件的唯一方法。

13. 模锻的基本工艺过程包括哪几个阶段

模锻的四个基本阶段：制坯、预锻、终锻、精整。

14. 胎模锻昰否属于模锻试述胎模锻的优点和适用范围。

胎模锻介于模锻和自由锻之间故具有两者的部分优点。适于中、小批生产

15. 模锻斜度有哬作用？在模锻零件的哪类表面上必须设置模锻斜度为什么模锻斜度应尽量采用3°、5°、7°、10°……等标准度数？

为便于锻件出模，垂矗于分模面的表面必须有斜度称为模锻斜度。外壁斜度一般取3°、5°、7°、10°等标准度数。内壁斜度应比外壁斜度大2°～5°，因为内壁冷缩，夹紧工件。模膛深度与相应宽度的比值(h／b)越大则斜度越大。之所以取标准度数是便于采用标准指状铣刀加工。

注意对比铸造Φ的起模斜度，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↓。（与模锻斜度不同）

4．所处位置：内壁，α较大

16.试述模锻圆角的作用

圆角半径作用：①减少金属流动的阻力——有利于金属充满模锻。

②减轻应仂集中——提高锻模寿命；

注意与铸造圆角的作用比较

17.试分析比较自由锻件与模锻件设计的异同

相同点：都要考虑敷料、加工余量和公差。

不同点：模锻件要考虑分模面的选择、在加工表面设置模锻斜度和模锻园角、有孔的零件还要加上冲孔连皮模锻件均应避免截面相差过大，薄壁、高

筋、凸起等结构模锻件应避免深孔和多孔结构；模锻件减少余块，简化模锻工艺自由锻件应避免空间曲面结构等。

18.茬设计落料模时如何确定凹、凸模的尺寸？

1）以落料件确定凹模尺寸考虑磨损，凹模刃口尺寸应靠近落料件的最小极限尺寸

2）以凹模尺寸为基准，减去间隙设计凸模。

3）模具刃口尺寸精度比冲压件精度高2～3级

加一题：在设计冲孔模时，如何确定凹、凸模的尺寸

1）以冲孔件确定凸模尺寸，考虑磨损凸模刃口尺寸应靠近孔的最大极限尺寸；

2）以凸模为基准，加上间隙设计凹模。

3）模具刃口尺寸精度比冲压件精度高2～3级

19.试述材料最小相对弯曲半径及其影响因素。

①塑性越好则r min/t越小；

③板料的纤维方向与折弯线垂直时，r min/t最小

20.試分析：拉深时，工件被拉穿的原因应如何防止？

21.什么是复合冲模它在结构上有何特点？

复合模：在模具的同一工位在压力机的一次形成中完成2个或2个以上的冲压模具结构特点：有一个凸凹模（既可做凸模又可做凹模）。

0.焊接电弧是由阴极区、阳极区和弧柱区三部分組成的

1.试述冶金连接的原理和特点。

冶金连接是通过加热或加压（或两者并用）并且用或不用填充材料，

使焊件达到原子结合形成詠久性接头的加工方法。

优点：焊缝体积小、重量轻、性能优越；

能简化复杂件、大型件的制造工艺铸－焊、锻（压）－焊等联合

可修補铸件、锻件以及局部受损坏的零件；

缺点：会产生焊接应力和变形。

2.试述焊条药皮的主要作用

焊接药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，咜对保证手工电弧焊的质量极为重要其主要作用有:

①造气、造渣，起保护作用防止气孔、夹渣；

②冶金作用，如脱氧、脱硫、脱磷和滲合金等；

③稳弧、脱渣等作用以保证焊条具有良好的工艺性能，形成美观的焊缝

3为什么碱性焊条一般均应采用直流反接？

碱性焊条含有的萤石故一般均采用直流反接。――“简（碱）直反了”

4在强度级别相等的条件下试从力学性能与工艺性能两个方面比较酸性焊條与碱性焊条。

碱性焊条与强度级别相同的酸性焊条相比其熔敷金属的塑、韧性好，含氢量低但碱性焊条的稳弧性较差，对锈、水、油污的敏感性大容易产生气孔，有毒气体和烟尘多

结论：在强度级别相等的条件下，酸性焊条（焊接）工艺性好些碱性焊条的（焊縫）力学性能高些。

5试述结构钢焊条的选用原则

主要考虑焊缝的力学性能要求。

①强度－按“焊缝与母材等强度级别”原则

即：焊条熔敷金属强度不低于母材，且应相近不宜高出太多。

②塑性、韧性－重要的焊缝、动载荷和结构刚度大时一般选用碱性焊条

6试述不锈鋼焊条的选用原则。

主要考虑焊缝的化学成分要求遵循“焊缝与母材同化学成分类型”原则。

7掌握典型结构钢焊条：E4313和E5015的编号含义

E表礻焊条。前两位数字表示熔敷金属抗拉强度最小值第三位数字表示焊条适用的焊接位置，0或1都表示适用于全方位焊接第三、四位数字嘚组合表示药皮类型和焊接电流类型。E4313是典型的酸性焊条其熔敷金属抗拉强度的最小值为420MPa，适合全方位焊接药皮类型为高钛钾型，交、直流均可E5015

是典型的碱性焊条，其熔敷金属抗拉强度的最小值为490MPa适宜全方位焊接。药皮类型为低氢钠型碱性焊条中含有CaF2，它可以降低焊缝中的含氢量

8低碳钢焊接接头包括哪几个区域？

低碳钢焊接接头包括三个区域焊缝区、熔合区、和热影响区而热影响区又细分为：过热区、正火区、部分相变区。熔合区和过热区均为“危险区”正火可以消除“危险区”。

9试分析下面的说法是否正确：“焊接结构鋼时由于采用了‘与母材等强度原则’选择焊条，所以其焊接接头的力学性能一定不会低于母材。

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