铸造工艺学考题

铸造工艺学考题（考试总结）一，冷铁：为增加铸件局部冷却速度，在型腔部及工作表面安放的金属块作用：①在冒口难于补缩的部位防止缩孔缩松。

②防止壁厚交叉部位及急剧变化部位产生裂纹。

③与冒口配合使用，能加强铸件的顺序凝固条件，扩大冒口补缩距离或围，减少冒口数目或体积。

④用冷铁加速个别热节的冷却，使整个铸件接近于同时凝固，既可防止或减轻铸件变形，又可提高工艺出品率。

⑤改善铸件局部的金相组织和力学性能。

如细化基体组织，提高铸件表面硬度和耐磨性。

⑥减轻和防止厚壁铸件中的偏析。

二，分型面及选择原则分型面是两半铸型接触的的表面，分型面在很大程度上影响铸件的尺寸精度，成本和生产率。

选择原则：①应使铸件全部或大部分位于同一砂型②应尽量减少分型面的数目③分型面应尽量选用平面④便于下芯，合箱和检查型腔尺寸⑤不使砂箱过高⑥受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度⑦注意减轻铸件清理和机械加工量三钠水玻璃砂硬化机理硬化机理：因为水玻璃中本来就有下列平衡，硅酸钠水解，Na2O·mSiO2·nH2O=2NaOH+mSiO2·nH2O 向水玻璃中吹入二氧化碳时，由于二氧化碳是酸性氧化物其余水解反应NaoH+CO2=Na2co3+H2O促进水解反应向右进行，硅酸分子增多，其发生缩聚反应≡Si-O-H+H-O-Si≡→≡Si-O-Si≡+H2O其还会进一步缩聚，形成凝胶。

钠水玻璃的物理脱水作用，由（液态到固态）和化学反应（形成新物质）的结果。

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）目前存在的问题及解决方法：①出砂性差——a）在钠水玻璃中加入附加物；b）减少钠水玻璃的用量；c）减低易熔融物质的含量；d）采用以石灰石作原砂的钠水玻璃CO2自硬砂。

②铸铁件粘砂——a）刷涂料，最好使用醇基涂料；b）一般铸铁件也可以在钠水玻璃中加入适量的煤粉或者适量具有填料性能的高岭土式粘土③型、芯表面粉化（白霜）——a）控制钠水玻璃的水分不要偏高，吹CO2的时间不宜过长，型、芯不要放置太久；b）据有关工厂的经验，在钠水玻璃中加入占砂质量1%左右，密度为1.3克∕立方厘米的糖浆，可以有效防止粉化。

④砂芯抗吸湿性差——a）在钠水玻璃砂中加入锂水玻璃或在钠水玻璃中加入Li2CO3、CaCO3、ZnCO3等无机附加物；b）在钠水玻璃中加入少量有机材料或加入具有表面活性剂作用的有机物，粘结剂。

⑤此外，还存在发气量大（注意排气；先烘干砂芯再浇注）、旧砂再生和回用困难、热膨胀（加入质量分数4%的高岭土粘土形式的铝土）等问题。

四. 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。

五. 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。

主要缺点是：进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属氧化，使型金属液发生扰动、涡流和不平静。

因此，主要应用于不易氧化的各种铸铁件。

对容易氧化的轻合金铸件，采用漏包浇注的铸钢件和高大的铸铁件，均不宜使用。

2.开放式浇注系统主要优点是进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲刷小，金属氧化轻。

适用于轻合金铸件、球铁件等。

漏包浇注的铸钢件也宜采用开放式浇注系统，但直浇道不能呈充满态，以防钢水外溢，造成事故。

主要缺点是，阻渣效果稍差，浇道较大，金属消耗略多。

按浇道在铸件上的位置分为（一）顶注式浇注系统优点是容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔的方面的缺陷；充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的顺序凝固和冒口的补缩；冒口尺寸小，节约金属；浇道附近受热较轻；结构简单，易于清除。

缺点是易造成冲砂缺陷；金属液下落过程中接触空气，出现激溅、氧化、卷入空气等现象，使充型不平稳。

易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷；大部分浇注时间，浇道工作在非淹没状态，相对地说，横浇道阻渣条件较差。

（二）底注式浇注系统特点是充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和冒口补缩；浇道附近容易过热，导致缩孔、缩松和结晶粗大等缺陷；金属液面在上升中容易结皮，难保证高达的薄壁铸件充满，易形成浇不到、冷隔等缺陷，金属消耗量浇道。

（三）中间注入式浇注系统它兼有顶注式和底注式浇注系统的优缺点。

由于浇道在分型面上开设，故极为方便，广为应用。

适用于高度不大的中等壁厚的铸件。

（四）阶梯式浇注系统优点是金属液首先由最低层浇道充型，随着型液面上升，自下而上地、顺序地流经各层浇道。

因而充型平稳，型腔气体排出顺利。

充型后，上部金属液温度高于下部，有利于顺序凝固和冒口的补缩，铸件组织致密。

易避免缩孔、缩松。

冷隔和浇不到等铸造缺陷利用多浇道，可减轻浇道附近的局部过热现象。

主要缺点是：造型复杂，有时要求几个水平分型面，要求正确的计算和结构设计。

六. 何谓冒口、冒口有效补缩距离？请画出铸钢板件、杆件、阶梯形铸钢件，加与不加冷铁有效补缩距离示意图。

答：1）设置冒口是常用的铸造工艺措施，冒口常设置在铸件的厚壁处或热节部位，主要用于防止缩孔、缩松、裂纹和变形等铸件缺陷。

（2分）2）冒口的有效补缩距离为冒口作用区与末端区长度之和，它是确定冒口数目的依据，与铸件结构、合金成分及凝固特性、冷却条件、对铸件质量要求的高低等各种因素有关，简称为冒口补缩距离。

（2分）3）（5分）板件及杆件铸钢冒口的补缩距离a) 板形件 b)杆形件阶梯形铸钢件冒口补缩距离1-冒口 2-铸件l1=3.5T2 l2=3.5T3-T1 l3=3.5T3-T1+110mm冷铁对冒口补缩距离的影响a)板件 b) 杆件1-冒口 2-冷铁 3-铸件23八，冒口的功用是什么？常用哪几种冒口？冒口的形状？冒口是铸型用以储存金属液的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔，缩松，排气和集渣的作用。

常用冒口种类：明顶冒口，暗顶冒口，侧冒口。

冒口形状：圆柱形、球顶圆柱形、长(腰)圆柱形、球形及局球形等多种。

七.侵入性气孔与反应性气孔的本质区别是什么？分析两种气孔的形成条件及形成过程，并提出防止措施。

答：（1）侵入性气孔与反应性气孔的形成原因不同。

前者是由于砂型（芯）空隙中蒸发出的气体进入铸型中来不及逸出形成的较大的不圆整，梨形的气孔；后者是由于铸件与砂型中的物质反应，生成的气体在型中形核长大，来不及逸出，在铸件表面形成的针状或蝌蚪状垂直于铸件壁的气孔。

（2分）（2）侵入性气孔形成的条件：形成过程：气体在空隙有气相处形成气核，气体逐渐向气泡核中聚集，使气泡长大，压力增大，当气泡长到一定大小时，下部出现腰或颈，最后断开，逃离型壁进入金属液中。

（1分）防止措施：a减少铸型发气量；b提高金属液的静压力，即形成时的阻力；c使砂型的紧实度适中，有利于气体排出。

（1分）（3）反应性气孔的形成条件：金属液或金属液的氧化物与型的附加物或加热时生成的气体反应，生成较多的气体。

（1分）形成过程：（2分）a CO形成学说：Fe与金属液中的CO2反应生成CO，CO不溶于金属液，在固相或夹杂物上成核，生成的气体聚集，沿阻力小，柱状晶方向生长，来不及逸出，形成气孔；b氢引起学说：FeO与金属液中的H反应生成H2O，钢液脱氧不好时，生成的H2O质点为气泡核，气体聚集来不及逸出时，形成气孔；c氮引起学说：有机粘结剂砂型中，各组分发生反应生成NH3等气体，分解形成[N][H]，吸附、溶解、聚集，打一定量时，金属液温度降低，氮气析出成为气泡核，气体聚集，来不及析出时形成气孔。

防止措施：a防止金属液与铸型发生化学反应；b尽量减少有机粘结剂的使用，或用涂料或添加剂等；c避免铸型发生吸气；d在保证砂型强度的基础上尽量降低型中水分含量。

（1分）九，浇注位置的选择或确定为何受到铸造工艺人员的重视？应遵循哪些原则？确定浇注位置是铸造工艺设计中重要的一环，关系到铸件的在质量、铸件的尺寸精度铸造工艺过程中的难易，因此往往须制定出几种方案加以分析，对此择优选用。

应遵循的原则为：1、铸件的重要部分应尽量置于下部2、重要加工面应朝下或呈直立状态3、使铸件的大平面朝下，避免夹砂伤疤类缺陷4、应保证铸件能充满5、应有利于铸件的补缩6、避免用吊砂，吊芯或悬臂式砂芯，便于下芯，合箱及检验7、应使合箱位置，浇注位置和铸件冷却位置相一致十，用模数法计算冒口的原理，浇冒口设计步骤遵守顺序凝固的基本原理，冒口的凝固时间τr应大于等于铸件被补缩部位的凝固时间τc ，遵循公式(Mr/Kr) ²≧(Mc/ Kc)²，Mr 、Mc 分别为冒口模数，铸件模数Kr 、Kc分别为冒口、铸件的凝固系数。

在铸件补缩过程中冒口金属逐渐减少，顶面形成缩孔，散热表面积增大，因而冒口模数逐渐减少。

铸件模数由于得到炽热金属液的补充模数相对的有所增大。

浇冒口设计步骤：1)把铸件分为几个补缩区，按简单几何体即热节点模数公式计算各区模数2）计算冒口及冒口颈的模数3）确定冒口的形状和尺寸4）检查顺序凝固条件，如补缩液是否足够，补缩通道是否畅通。

5）校核冒口补缩能力十一、怎样发挥横浇道阻渣作用1）横浇道应呈充满液态，即满足充满条件2）流速应尽可能低3）浇道的位置关系要正确a浇道距直浇道应足够远，使渣团有条件浮起到超过浇道的吸动区b有正确的横浇道末端延长段c封闭式浇铸系统的浇道应位于横浇道的下部，且和横浇道同一底面d封闭式浇注系统的横浇道应高而窄，一般取高度为宽度的2倍e浇道应远离横浇道的弯道；用直的横浇道；浇道同横浇道的，呈锐角时初期进渣较多；呈钝角时增加紊流程度。

19.十二，铸件的浇道开设的原则是什么？答：浇道设计的基本原则（1）浇道在铸件上的位置和数目应服从所选定的凝固顺序或补缩方法a 同时凝固：浇道在薄壁处，数量多且分散分布。

b 顺序凝固：浇道开在厚壁或冒口处c 复杂铸件：采用顺序凝固与同时凝固相结合的原则。

（2）方向不要冲着细小砂芯、型壁、冷铁和芯撑（3）浇道应尽量薄。

（4）对薄铸件可用多浇道的浇注系统实现补缩。