金属工艺学重点知识

1、什么是铸造合金的收缩性？有哪些因素影响铸件的收缩性？答：合金在从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩小的现象称为收缩。

从浇注温度冷却到室温分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。

铸件收缩的大小主要取决于合金成分、浇注温度、铸件结构和铸型。

2、铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是什么？生产工艺上有哪些预防措施？答：铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是固态收缩。

为了减小铸件内应力，在铸件工艺上坷采取同时凝固原则。

所谓同时凝固原则，就是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。

此外，还可以采取去应力退火或自然时效等方法，将残余应力消除。

3、什么是铸件的冷裂纹和热裂纹？防止裂纹的主要措施有哪些？答：如果铸件内应力超过合金的强渡极限时，铸件便会产生裂纹。

裂纹分为热裂和冷裂两种。

（1）热裂：热裂实在凝固后期高温下形成的，主要是由于收缩收到机械阻碍作用而产生的。

它具有裂纹短、形状曲折、缝隙宽、断面有严重氧化、无金属光泽、裂纹沿晶界产生和发展等特性，在铸钢和铝合金铸件中常见。

防止热裂的主要措施是：除了使铸件结构合理外，还应合理选用型砂或芯砂的防结剂，以改善其退让性；大的型芯可采用中空结构或内部填以焦炭；严格限制铸钢和铸铁中硫的含量；选用收缩率小的合金。

（2）冷裂：冷裂是在较低温度下形成的，常出现在铸件受拉伸部位，特别是有应力集中的地方。

其裂缝细小，成连续直线状，缝内干净，有时呈轻微氧化色。

壁厚差别大，形状复杂或大而暴的铸件易产生冷裂。

因此，凡是能减少铸件内应力或降低合金脆性的因素，都能防止冷裂的形成。

同时在铸铜和铸铁中严格控制合金中的磷含量。

4、什么是砂型铸造的手工造型和及其造型？各有什么特点？答：（1）手工造型：指全部用手工或手动工具完成的造型工序。

手工造型按起模特点分为整模、挖沙、分模、活块、嵌箱、三箱等造型方法.手工造型方法比较灵活，适用性较强，生产准备时间较短，但生产率低、劳动强度大，铸件质量较差。

因此，手工造型多用于单件小批量生产。

（2）机器造型：指用机器完成全部或至少完成紧砂和起模操作的造型工序。

机器造型可大大提高生产率和铸件尺寸精度，降低表面粗糙度，减少加工余量，并改善工人劳动条件，目前正日益广泛地应用于大批量生产中。

5、什么是浇注位置，浇注位置选择一般性的原则是什么？答：铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的空间位置。

选择浇注位置时应以保证铸件质量为主，一般应注意以下几个原则：（1）应将铸件上质量要求高的表面或主要加工面，放在铸型的下面。

（2）对于一些需要补缩的铸件，应把截面较厚的部分放在铸型的上部或侧面。

（3）对于具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时尽量使薄壁立放或倾斜浇注，这样有利于金属的充填。

（4）对于具有大平面的铸件，应将铸件的大平面放在铸型的下面。

6、什么是分型面，分型面选择一般性的原则是什么？答：分型面是指两半铸型相互接触的表面。

在选择铸型分型面时应考虑一下原则：（1）分型面应选在铸件的最大截面上，并力求采用截面。

（2）应尽量减少分型面的数量，并尽量做到只有一个分型面。

（3）应尽可能减少活块和型芯的数量，注意减少砂箱高度。

（4）尽量把铸件的大部分或全部放在一个砂箱内，并把铸件的重要加工面、工作面、加工基准面及主要型芯位于下型内。

7、熔模铸造和消失模铸造的工艺过程、特点及其应用范围。

答：工艺过程：分为蜡模制造、型壳制造、焙烧浇注三个主要阶段。

特点：（1）尺寸精度高（IT11—14），表面质量好（Ra2.5—3.2）；（2）无分型面，故清理工作量少；（3）能铸出形状复杂的薄壁件；（4）可以铸造各种合金，尤其是高熔点、难切削的合金；（5）适合各种批量生产。

应用范围：适用于高熔点合金精密铸件的成批、大量生产，主要用于形状复杂、难以切削加工的小零件。

8、了解金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造等铸造的工艺过程、特点及其应用范围。

答：金属型铸造：金属型铸造是将液态金属浇入金属的铸件中，并在重力作用下凝固成型以获得铸件的方法（喷刷涂料、金属成型应保持一定的工作温度、适合的出型时间）；特点：一型多铸，铸件的精度和表面质量比砂型铸造显著提高；适用范围：用于铜、铝合金不复杂中小铸件的大批量生产。

压力铸造：简称压铸，是在高压下（比压约为5---150MPa）将液态或半液态合金快速的压入金属铸型中，并在压力下凝固以获得铸件的方法（注入金属、压铸、取出铸件）；特点：①铸件的精度及表面质量较其他铸造方法均高；②可压铸形状复杂的薄壁件，或直接铸出小孔、螺纹、齿轮等；③铸件的强度和硬度都较高；④压铸的生产率较其他铸造方法均高；⑤便于采用镶铸；适用范围：压力铸造已在汽车、拖拉机、航空、兵器、仪表、电器、计算机、轻纺机械、日用品等制造业得到了广泛应用，如汽缸体、箱体、化油器、喇叭外壳等铝、镁、锌合金铸件的大批量生产。

低压铸造：是采用较压力铸造低的压力将金属液从铸型的底部压入并在压力下凝固获得铸件的方法；特点：1）、浇注及凝固时的压力容易调整、适应性强，可用于各种铸型、各种合金及各种尺寸的铸件。

2）、底注式浇注充型平稳，减少了金属液的飞溅和对铸型的冲刷，可避免气孔缺陷。

3)、铸件在压力下充型和凝固，其浇口能提供金属液来补缩，因此铸件轮廓清晰，组织致密。

4)、低压铸造的金属利用率高，约90%以上。

5）、设备简单，劳动条件较好，易于机械化和自动化。

适用范围：主要用来铸造一些质量要求高的铝合金和镁合金铸件。

离心铸造：定义：将金属液浇入高速旋转的铸型中，在离心力作用下充型和凝固的铸造方法；特点：①利用自由表面生产圆筒形或环形铸件时，可省去型芯和浇注系统，因而省工、省料，降低了铸件成本；②在离心力的作用下，铸件呈由外向内的定向凝固，而气体和熔渣因密度较金属小，则向铸件内腔移动而排出，故铸件内部极少有缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷；③便于制造双金属铸件。

适用范围：离心铸造是大孔径铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承的主要生产方法，铸件的最大重量可达十多吨。

在耐热钢辊道、特殊钢的无缝管坯、造纸烘缸等铸件生产中，离心铸造已被采用。

9、拔模斜度与结构斜度的区别：答：拔模斜度：为了在造型和制芯时便于起模，以免损坏砂型和型芯，在模样、芯和的起模方向留有一定的斜度。

10、铸造工艺对逐渐结构设计的要求（铸件外形、内腔、凸台）答：1、尽量避免铸件起模方向存有外部侧凹，以便于起模。

2、尽量使分型面为平面。

3、凸台和筋条结构应便于起模。

4、垂直分型面上的不加工表面最好有结构斜度。

5、尽量不用和少用型芯。

6应有足够的芯头，以便于型芯的固定、排气和清理。

11、铸造性能对铸件结构设计的要求（壁厚、壁与壁的连接、加强筋）答：1、铸件的壁厚。

（1）铸件应有适合的壁厚。

（2）铸件的壁厚也应防止国宝，应大于规定的最小壁厚，以防浇不到或冷隔缺陷。

（3）铸件的内壁散热慢故应比外壁薄些，这样才能使铸件的各部分冷却速度趋于一致，以防缩孔及裂纹的产生。

（4）铸件的壁厚应尽可能均匀，以防厚壁出金属聚集，产生缩孔、缩松等缺陷。

2、壁的连接。

（1）铸件壁间转角处一般应具有结构圆角，银直角连接处的内侧较易产生缩孔、缩松和应力集中。

同时一些合金由于形成与铸件表面垂直的柱状晶，使转角处的力学性能下降，较易产生裂纹。

（2）为减小热节和内应力，应避免铸件壁间锐角连接，而改用先直角接头后再转角的结构。

3、轮辐和筋的设计。

（1）设计铸件轮辐时，应尽量使其自由收缩，以防产生裂纹。

（2）筋的布置有不同的形式。

（3）防裂筋的应用。

4、防止变形的设计。

（1）细而长易变形的铸件，应尽量设计成对称截面。

由于冷却过程产生的热应力互相抵消，从而使铸件的变形大为减小。

（2）为防止平板类铸件的翘曲变形，可增设加强筋，以提高铸件的刚度。

12、掌握加工硬化、回复和再结晶的概念。

答：加工硬化：随着金属塑性变形的增加，强度和硬度生高，而塑性、韧性下降的现象。

这一特性是：金属通过冷轧、喷丸等强化硬度的理论根据。

回复与再结晶加工硬化的金属，会随着温度的生高而消除部分硬化组织的现象称为“回复”。

当温度生高到某一临界温度时，硬化组织会全部消失，这一现象称为“再结晶”。

13、掌握冷变形和热变形的概念.答：冷变形：在结晶温度下进行的变形；热变形：在结晶温度以上进行的变形。

14、掌握锻造比的概念、金属的可锻性概念；了解锻造温度范围。

答：金属的变形程度通常用锻造比来表示，即Y拔= FO /F，Y镦= HO / H。

金属的可锻性是材料在锻造过程中经受变形而不开裂的能力。

15、理解自由锻和模型锻造的生产特点及应用。

答：自由锻：利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件的锻造方法，自由锻的工艺特点与应用范围：自由锻以所用设备简单、工艺通用性强而得到广泛应用，尤其对大型件，自由锻是唯一的锻造方法，只适合锻造简单形状的锻件，锻件范围：百克级------百吨级；与自由锻相比具有如下优点：1 . 生产率高，2.模锻件尺寸精度高，加工余量小，因此，可以节省金属，减少切削加工工作量，有些可作为零件直接使用，3.可以锻造出形状比较复杂的锻件，分类：模锻按使用的设备不同分为：锤上模锻、胎膜锻、压力机上模锻等。

16、锤上模锻的结构工艺性。

答：原则：1.分模面合理，2.配合面加工，其它面不加工；3.外形简单，避免高筋、薄壁等；4.避免深孔、多孔结构。

尤其小孔；5.应用锻---焊组合简化模锻工艺。

17、焊条电弧焊时,低碳钢焊接接头的组成\各区域金属的组织与性能有何特点? 答:1.焊接接头由焊缝金属和热影响区组成.(1)焊缝金属:焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，母材与填充金属形成共同熔池，冷凝后成为铸态组织，在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。

由于焊条芯及药皮在焊接过程中具有合金化作用，焊缝金属的化学成分往往优于母材，只要焊条和焊接工艺参数选择合理，焊缝金属的强度一般不低于母材强度。

（2）热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧的金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。

2、低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。

（1）熔合区：位于焊缝与基本金属之间，部分金属焙化部分未熔，也称半融化区。

加热温度约为1490-1530摄氏度，此区成分及组织不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆性破坏的发源地。

（2）过热区：紧靠着熔合区，加热温度约为1100-1490摄氏度，由于温度大大超过Ac3，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，使塑性大大降低，冲击韧性值下降25%-75%左右。

（3）正火区:加热温度约为850-1100摄氏度，属于正常的正火加热温度范围。

冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。