《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;4)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(糊状凝固),其缩孔倾向大还是缩松倾向大?与铸铁相比较,铸钢(非纯金属)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。
7.一批铸钢棒料(Φ200×L mm )加工:(1)沿其轴线,在心部钻Φ80mm L 1; (2)将其车为Φ80mm 的轴,车削后的长度为L2。
析L 、L1、L2是否相等。
L1>L>L28.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。
球铁的出炉温度高于1400℃。
13.试从以下几个方面比较球铁(墨铸)和可铁(锻铸):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?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。
要点:①整体造型(而且为手工造型之挖砂造型);②在球状型芯上、下设置两个芯头。
注意:从此题可以看出芯头的作用为定位、支撑、排气和便于清理铸件。
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?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/相变应力)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)。
注意教材中相关内容。
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(向一个方向均匀增厚)。
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!!!晶粒粗大;G 化倾向↑基体中F 体↑,P 体量↓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。
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。
A.加热温度开始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。
B.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↑C.应力状态(1)对塑性的影响: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。