2013-2014铸造实用工艺学考题问题详解

2013-2014学年第一学期铸造工艺学试题（A卷）一、选择题1. 为了消除铸造热应力，在铸造工艺上应保证（B）A. 顺序（定向）凝固B. 同时凝固C. 浇口开在厚壁处2. 直浇口的主要作用是（A）A. 形成压力头，补缩B. 排气C. 挡渣3. 在各种铸造方法中，砂型铸造对铸造合金种类的要（C ）A. 以碳钢、合金钢为主B. 以黑色金属和铜合金为主C. 能适用各种铸造合金4. 由于（C）在结晶过程中收缩率较小，不容易产生缩孔、缩松以及开裂等缺陷，所以应用较广泛。

A. 可锻铸铁B. 球墨铸铁C. 灰铸铁5. 灰口铸铁适合于制造床身、机架、底座、导轨等结构，除了铸造性和切削性优良外，还因为（B）A. 抗拉强度好B. 抗压强度好C. 冲击韧性好6. 制造模样时，模样的尺寸应比零件大一个（C）A. 铸件材料的收缩量B. 机械加工余量C. 铸件材料的收缩量＋机械加工余量7. 下列零件适合于铸造生产的有（A）A. 车床上进刀手轮B. 螺栓C. 自行车中轴8. 普通车床床身浇注时，导轨面应该（B）A. 朝上B. 朝下C. 朝左侧9. 为提高合金的流动性，生产中常采用的方法（A）A. 适当提高浇注温度B. 加大出气口C. 延长浇注时间10. 浇注温度过高时，铸件会产生（B ）A. 冷隔B. 粘砂严重C. 夹杂物二、填空题1. 侵入性气孔的形成条件是当金属-铸型界面上气体压力p气＞金属液表面包括表面力在的反压力∑p，机械粘砂的形成条件是铸型中某个部位受到的金属液的压力P金＞渗入临界压力。

2. “铸造收缩率”K ＝ %100L -L L JJ M ⨯ ；起模斜度是指 为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯，这个斜度，称为起模斜度。

。

3. 高岭土的化学式是 O H SiO O 223222Al •• ；膨润土的化学式是O nH O H SiO O 222324Al ••• 。

它们的晶体都是晶层排列 结构的硅酸盐，其晶体结构中都包含着 铝氧四面体晶片和 铝氧八面体晶片 两种基本结构单位，不同的是高岭土由 高岭石组 组成，而膨润土由 蒙脱石组矿物 组成。

高岭土晶层结合力较 强 ，水 不能 进入晶层间，所以粘结性较 小 。

4. 铸件的凝固方式是按 凝固区域宽度大小 来划分的，有逐层凝固 、 中间凝固 和 糊状凝固 三种凝固方式。

纯金属和共晶成分的合金易按 逐层凝固 方式凝固。

5. 铸造合金在凝固过程中的收缩分三个阶段，其中 液态收缩和凝固收缩收缩是铸件产生缩孔和缩松的根本原因，而 固态收缩 收缩是铸件产生变形、裂纹的根本原因。

6. 铸钢铸造性能差的原因主要是 熔点高，流动性差 和 收缩大 。

7. 影响合金流动性的主要因素是 液态合金的化学成分 。

8. 铸造生产的优点是 成形方便 、 适应性强 和成本较低 。

缺点是 铸件力学性能较低，铸件质量不够稳定 、和 废品率高 。

三、判断题（错）1. 铸件的主要加工面和重要的工作面浇注时应朝上。

（错）2. 冒口的作用是保证铸件同时冷却。

（对）3. 铸件上宽大的水平面浇注时应朝下。

（对）4. 铸铁的流动性比铸钢的好。

（错）5. 铸造生产特别适合于制造受力较大或受力复杂零件的毛坯。

（错）6. 收缩较小的灰铁铸件可以采用定向（顺序）凝则来减少或消除铸造应力。

（错）7. 相同的铸件在金属型铸造时，合金的浇注温度应比砂型铸造时低。

（对）8. 铸件的分型面应尽量使重要的加工面和加工基准面在同一砂箱，以保证铸件精度。

（错）9. 采用震击紧实法紧实型砂时，砂型下层的紧实度小于上层的紧实度。

（错）10. 由于压力铸造有质量好、效率高、效益好等优点，目前大量应用于黑色金属的铸造。

四、简答题1. 阐述用湿型砂铸造时出现水分迁移现象时，其传热、传质有何特征？答：1）热通过两种方式传递，一是通过温度梯度进行导热，未被吸收的热通过干砂区传导至蒸发界面使水分汽化；二是靠蒸汽相传递。

蒸汽的迁移依赖于蒸汽的压力梯度。

2）干砂区的外侧为蒸发界面及水分凝聚区，没有温度梯度。

3）铸件表面温度与干砂区的厚度及蓄热系数有关。

2. 湿型砂中为何常加入煤粉？它能起到哪些作用？在铸钢件生产中是否需要加入煤粉？为什么？答：（1）. 煤粉的作用：在铁液的高温作用下，煤粉产生大量还原性气体，防止金属液被氧化，并使铁液表面的氧化铁还原，减少了金属氧化物和造型材料进行化学反应的可能性。

1）煤粉受热形成的半焦充填堵砂型表面颗粒间的孔隙，使金属液不能渗入。

2）煤粉受热后变成胶质体，具有可塑性，可以缓冲石英颗粒在该温度区间因受热而形成膨胀应力，从而可以减少因砂型受热膨胀而产生的铸件缺陷。

3）煤粉在受热时产生的碳氢化物挥发分在650-1000℃高温下与还原性气氛中发生像热解而在金属和铸型界面析出一层带有光泽的碳，成为光亮碳，这层光泽碳阻止了型砂与铁液的界面反应，而且也使型砂不易被金属液所润湿，对防止机械粘砂有更加显著的作用。

（2）.铸钢件湿砂型不能加煤粉的原因为了防止铸件增碳，铸钢件湿型砂中不能含有煤粉和煤粉烧损的残留物。

3. 在壳型、壳芯生产和浇注时，常会出现那些问题？答：壳芯砂常用酚醛树脂作粘结剂、用乌洛托品[（CH2）6N4]作硬化剂，在壳型、壳芯生产中，常会出现脱壳、起模时壳破裂、表面疏松、表面变形和翘曲、强度低、夹层等；而在浇注时产生的问题有：容让性、溃散性问题，浇注时型、芯破裂，铸件产生桔皮面、气孔，皮下气孔，铸件表面粗糙粘砂等问题。

4.什么是分型面？选择分型面时应遵循什么原则？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如下原则：（1）分型面应选在铸件的最大截面上，并力求采用平面。

（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，并使铸件的重要加工面、工作面、加工基准面及主要型芯位于下型。

5. 为什么对砂芯进行分级？生产上一般怎样划分？答：砂芯主要用来形成铸件的腔、孔洞和凹坑等部分，在浇注时，它的大部分表面被液态金属包围，经受铁液的热作用、机械作用都较强烈，排气条件也差，出砂、清理困难，因此对芯砂的性能要求比型砂高。

为了便于合理选用砂芯用芯砂的粘结剂和有利芯砂管理，依据砂芯形状特征及在浇注期间的工作条件以及产品质量的要求，生产上将砂芯分为5级。

6. 合格的湿型砂应具备的主要性能有哪些？答：良好的成形性：包括良好的流动性、可塑性和不粘模性；足够的强度：包括常温湿强度，高温强度，干强度和硬度等；一定的透气性：较小的吸湿性，较低的发气量；较高的耐火度：较好的热化学稳定性，较小的膨率和收缩率；较好的退让性，溃散性，耐用性。

7. 阐述湿型砂铸造时铸件产生夹砂结疤的主要原因及防治措施。

答：夹砂形成的主要原因有：1）铸型表面砂层受热发生膨胀，在砂层表面产生压缩应力，如砂粒不能重新排列，砂型表层就会受到破坏而产生夹砂结疤。

2）铸型中浇入液态金属，铸型表面很薄的干燥层后产生高水层，其强度远比湿型本体低。

铸型表层受热膨胀，产生裂纹。

3）夹砂结疤的程度与裂纹发生的时间有关。

防止措施：1）减少型砂受热后的膨胀量以减少膨胀应力和提高砂型强度，以砂型表面脱离本体而拱起。

2）在工艺方面采取措施8. 普通铸钢用型大多采用水玻璃砂型，请说明钠水玻璃砂型配方、制作方法及硬化机理。

答：(1)钠水玻璃砂型的配方：目前广泛采用的CO2-钠水玻璃砂，大都由纯净的人造（或天然）的石英砂加入4.5%~8.0%的钠水玻璃配制而成。

对于质量要求高的大型铸钢件砂型（芯），全部面砂或局部采用镁砂，铬铁矿砂，橄榄石砂，锆砂等特种砂代替石英砂比较有利。

要求具有一定的湿态强度和可塑性的，可加入1%~3%的蓬润土或3%~6%的普通粘土，或加入部分粘土砂。

为改善出砂性，有的芯砂中往往还加入1.5%的木屑，或加入5%的石棉粉，或加入其他附加物等。

（3分）(2)制作方法：钠水玻璃砂可按照配方使用各种混砂机混制。

混好的砂放在有盖的容器中，或者覆盖湿的麻袋，以免砂中的水分蒸发或与空气中的CO2接触。

钠水玻璃砂流动性好，可采用手工震实或微震紧实。

（2分）(3)硬化机理：目前铸造生产中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或间接影响上述反应平衡点的气态、液态或粉状硬化剂，与OH-作用，从而降低pH 值，或靠失水，或靠上述两者的复合作用来达到硬化。

（1分）a失水发生由液态到固态的转变：凡是能去除水玻璃中水分的方法，如加热烘干，吹热空气或干燥的压缩空气，真空脱水，微波照射以及加入产生放热反应的化合无等都可以使钠水玻璃硬化。

（2分）b化学反应，形成新的产物：钠水玻璃在加入酸性或具有潜在酸性的物质时，其pH值降低，稳定性下降，使得其水解和缩聚过程加速进行。

（2分）五、问答题1.阐述应用奥赞(Osann)公式进行铸铁件浇注系统设计计算的步骤。

答：通常在确定铸造方案的基础上设计浇注系统，用奥赞(Osann)公式进行铸铁件浇注系统设计计算的步骤如下：1) 选择浇注系统类型（封闭式、开放式、半封闭式、顶注式、中间注入式等）。

2) 确定浇道在铸件上的位置、数目和金属引方向；3) 决定直浇道的位置和高度。

一般应使直浇道高度等于上砂箱高度，为了保证金属液能充满离直浇道最远的铸件最高部位，铸件高点离浇口杯液面的高度必须有一最小值ＨＭ，（称为剩余压力头，ＨＭ＝Ｈ０－Ｐ）。

4) 计算浇注时间并核算金属上升速度核算铸件最大横截面处的型金属液上升速度。

当不满足要求时，应缩短浇注时间或改变浇注位置。

5) 计算阻流截面积：依水力学公式（奥赞公式）计算阻流截面积S阻。

6）确定浇口比并计算各组元截面积：浇注系统中主要组元的截面的截面积比例关系称为浇口比。

以阻流截面积为基数（作为１）计算其他组元的断面积。

7）绘出浇注系统图形2. 铸钢件、球铁件较易产生皮下气孔，请分析成因和防止办法。

答：（一）铸钢件皮下气孔的成因（1）氢引起的皮下气孔如果钢液脱氧不好，而在金属的硬皮（或氧化膜）附近氢的浓度又高，则有可能发生2[H]+FeO→H2O+Fe的反应，生成的水就附着在生长着的晶粒上成为气泡的核心，此后，凝固过程中析出的氢和由界面侵入的氢都向气泡核心集中，使气泡长的。

气泡来不及逸出时，就成为皮下气孔。

液态金属中氢含量过高的原因主要有：1）液中含有少量的铝，并发生反应2Al+3H2O→Al2O3+6[H]2）炉衬，铁液包未烘干，在湿型中流动时间过长。

与水蒸气发生反应产生初生氢。

对应的防治措施：选用的炉料，孕育剂的含铝量要低，要干净（干的和没有铁锈，油污等）；减少铁液和水汽相接触地时间和量；浇铸时型具有较强的还原气氛（如型砂中加入煤粉）以降低氢，氮的分压。

（2分）（2）氮引起的皮下气孔当钢液浇入树脂砂型中时，含氮树脂受热迅速分解出包括氨气在的许多成分的气体，其中活性氨气在金属—铸型界面瞬间分解为初生态的[N]和[H]. 当氮富集程度达到临界值时,在钢液凝固过程中,其溶解度降低,而以分子态析出,并以微小的氧化物质点气膜,微小缩孔和型,芯表面微孔气膜生成气泡核.气泡在脱落和迁移过程中来不及逸出,被凝固于铸件表层,形成富集氮的皮下气孔.相应的防治措施:从上述皮下气孔的形成,可知注意排气和减少树脂分解的气氛与金属界面接触时间; 加入占砂质量的2%-3%的黑色或红色氧化铁粉;严格控制氮的含量;降低砂中树脂的加入量, 以及采用低氮.无氮呋喃树脂等,不过树脂砂芯,砂型表面通常均要涂敷涂料,如果涂料具有高度高温气密性,或呈烧结玻璃体,即使铸钢件采用含氮达3%甚至5%-7%的树脂均应该是可行的.（2分）(二)球铁的皮下气孔实践经验表明,镁含量是影响皮下气孔的重要因素.在相同的铸型条件下,浇入原铁液时铸件中很少有皮下气孔,用经过球化处理的铁液浇注,铸件中就容易出现皮下气孔,而且铁液中如果残留镁量高,则皮下气孔严重.有人认为界面上发生如下反应:Mg+H2O→MgO+2[H]↑ MgS+H2O→MgO+H2S↑ 如果浇铸系统设计不当,铁液进入型腔不稳定,就可能既促进镁蒸气的析出,又破坏了金属氧化膜的完整性,造成更多的气体侵入金属液,可能引起更多的气孔.对应的防治措施: 最主要的是控制铸型中的水分;其次是保证铁液平稳地充满砂型型腔;提高浇注温度以利于气体扩散,使铸件表层局部含气量降低,减少皮下气孔发生的几率;型砂中加入煤粉之类的附加物以增加铸型中气氛的还原性,延缓或降低界面上进行的某些化学反应.（1分）3. 浇注系统的基本类型有哪几种? 各有何特点？答：1.封闭式浇注系统特点：封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。