材料成型复习题思考及答案

《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，其缩孔倾向大还是缩松倾向大？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 棒料长度为L １； (2)将其车为Φ80mm L2。

试分析L 、L1、L2是否相等。

L 1>L>L 28.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）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。

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）。

晶粒粗大；G 化倾向↑基体中F 体↑，P 体量↓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！！！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。