《材料成形工艺基础》

《材料成形工艺基础》

1.1区分以下名词的含义：

逐层凝固P8与顺序凝固P14 糊状凝固P8与同时凝固P15

液态收缩与凝固收缩P11 缩孔与缩松P12

逐层凝固：纯金属和共晶成分的合金是在恒温下结晶的，铸件凝固时其凝固区宽度接近于零，所以铸件外层已凝固的固相区和内部尚未开始凝固的液相区之间被一清楚的界面分开。随着温度的下降，液相区不断减小，固相区不断增大而向中心推进，直至到达铸件中心。

顺序凝固：是指在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。

糊状凝固：如果合金的结晶温度范围很宽，或者铸件断面上温度梯度较小，则在凝固的某段时间内，其固相和液相并存的凝固区会贯穿铸件的整个断面。

同时凝固：是指采取一定的工艺措施，尽量减小铸件各部分之间的温度差，使铸件的各部分几乎同时进行凝固。

液态收缩：从浇注温度冷却至凝固开始温度(液相线温度)期间发生的收缩。

凝固收缩：从凝固开始温度到凝固终了温度(固相线温度)期间发生的收缩。

铸件在凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩所造成的体积缩减，如果未能获得补充(称为补缩)，则会在铸件最后凝固的部位形成孔洞。大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。

1.2什么是液态合金的充型能力?P10它与合金的流动性有何关系?P10化学成分不同的合金为什么流动性不同?P9流动性不好对铸件的质量有何影响?P10 在实际生产条件下熔融金属是否能够顺利充满型腔，从而获得轮廓清晰、形状完整的铸件，这种能力被称为合金的充型能力。

流动性好的合金充型能力强，流动性差的合金充型能力也差。

同种合金中成分不同的合金具有不同的结晶特点，其流动性也不同。

合金的流动性好，不仅有利于充型，而且有利于金属液中的气体和非金属夹杂物的上浮排除，有利于对金属凝固时产生的收缩进行补缩。合金的流动性差，铸件就容易产生浇不到、冷隔、气孔、夹渣和缩孔等缺陷。

1.3拟生产一批小型铸铁件，力学性能要求不高，但壁厚较薄，试分析如何提高合金液的充型能力。

答：1）尽可量提高浇注温度。由于壁厚较薄，铸铁可取1450左右2）增大充型压力（即增大推动力）。3）选用蓄热能力强的材料作铸型。4）提高铸型温度。5）选用发气量小而排气能力强的铸型。

1.4冒口补缩的原理是什么? 冷铁是否可以补缩? 冷铁的作用与冒口有何不同?

在铸件厚壁处和热节部位（即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位）设置冒口，是防止缩孔、缩松的有效措施。冒口的尺寸应保证冒口比它要补缩的部位凝固得晚，并有足够的金属液供给。采用“顺序凝固原则”，在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固，

不可以。冷铁是用以增加铸件某一局部的冷却速度而安放在铸型内的金属激冷物。

1.7 既然提高浇注温度可以增强合金的充型能力，为什么又要防止浇注温度过高? P10 浇注温度不宜过高，否则金属液吸气增多，氧化加剧，并且使合金的液态收缩量增加，不仅充型能力提高不多，反而增大了产生缩孔、气孔、粘砂、晶粒粗大等缺陷的倾向。因此，每种铸造合金都有一定的浇注温度范围。

1.8什么是冷变形和热变形? 冷变形和热变形对金属的组织与性能有哪些影响?冷变形加工和热变形加工各有何优缺点? P22 P23

在再结晶温度以下(通常是在室温下)进行的塑性成形加工，称为冷变形加工。

通常把在再结晶温度以上进行的塑性成形加工称之为热变形加工，如热锻、热轧和热挤压等。

（1）冷塑性变形后金属组织的特点．

1)晶粒变形随着塑性变形变形量的增加，可以看到金属内部的晶粒沿变形方向被压扁或拉长。2)位错密度增加和晶粒碎化未变形的晶粒内通常已存在一定数量的位错，并通过部分位错的特定排列构成亚晶界。3)形变织构

(2)冷塑性变形后金属力学性能的变化

1)各向异性纤维组织的形成和形变织构的出现，均使金属的性能产生各向异性，这对于塑性成形加工是不利的。

2)冷变形强化随着塑性变形程度的增加，金属的强度和硬度显著提高，而塑性明显下降，这一现象称为冷变形强化，也称加工硬化。

3)产生残余内应力由于金属塑性变形中存在不同层次和不同程度的变形不均匀性，使金属在变形后形成宏观范围和微观区域(如晶粒内部或晶粒之间)的多种残余内应力。

热变形对金属组织和性能的影响热变形加工能消除铸态金属的某些缺陷，如使气孔、缩松焊合，使粗大的柱状晶粒或树枝晶破碎并再结晶成为均匀的等轴晶，改善第二相的形态与分布，减小成分偏析等，从而使金属材料组织致密，晶粒细化，成分均匀，力学性能提高。

由于冷变形加工是在再结晶温度以下(通常还低于回复温度)进行的，金属在变形过程中只有冷变形强化而无回复或再结晶软化，因此所需变形力很大，且变形程度也不宜过大，以免降低模具寿命或使工件开裂。冷变形加工的生产率较高，其产品具有表面质量好、尺寸精度高等优点，一般不需要再切削加工。（冷变形优缺点）

由于金属的热变形一般都在远高于再结晶温度以上进行，软化过程大于强化过程，所以金属具有较好的塑性和较低的变形抗力，这样金属在热变形时可获得较大的变形量，而耗能较小。用热变形方法可加工尺寸较大或形状复杂的工件，并能改善金属的组织与性能。但由

于变形温度高，金属表面易形成氧化皮，工件表面质量和尺寸精度较低。（热变形优缺点）1.11根据你所学的知识说明“趁热打铁”的意思和道理。P25

随着温度升高，金属原子活动能力增强，原子间结合力减弱，使塑性提高和变形抗力减小。当温度高于金属的再结晶温度后，变形过程中的强化作用可被动态再结晶软化所消除。所以，对大多数金属来说，随着温度的增加，总的变化趋势是塑性提高，变形抗力下降，如果通过加热可使原为多相组织的合金发生相变而转变为单相固溶体组织，则对提高其塑性成形性更加有利。

1.12什么是金属的超塑性?P26超塑性成形有什么特点?P26

金属这种在特定条件下表现出的超常的塑性变形能力称为超塑性。

超塑性成形时金属不会发生加工硬化，也不会形成各向异性和残余应力。

2.2什么是熔模铸造?试简述其工艺过程。P44

熔模铸造是用易熔材料制成模样，造型后将模样熔化并排出型外，从而获得无分型面的型腔，经浇注后获得铸件的铸造方法。

熔模铸造的工艺过程其主要工序包括蜡模制造、制造型壳、失蜡、焙烧和浇注等。

1)蜡模制造把熔化成糊状的蜡料压入压型，待冷凝后取出，就得到蜡模。

2)制造型壳将蜡模或蜡模组浸入由水玻璃和石英粉配成的涂料浆中，使涂料均匀地覆盖在蜡模表层，然后在上面均匀地撒一层细石英砂，再放人硬化剂(氯化铵溶液)中硬化结壳。

3)熔去蜡模将包有蜡摸的型壳浸入85～95℃的热水中，使蜡料熔化并从型壳中脱除，从而在型壳中留下型腔。

4)焙烧型壳在浇注前必须在800—950℃下进行焙烧，其目的是去除型壳中的水分、残余蜡料和其他杂质，洁净型腔。

5)浇注为了提高合金的充型能力，防止浇不足、冷隔等缺陷，通常在焙烧后随即就趁热(600～700℃)进行浇注。

2.3金属型铸造有何优越性?为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造?P47

金属型铸造的特点

1) 金属型造好后，其铸造的工艺过程实际上就是浇注、冷却、取出和清理铸件，从

而大大地提高了生产效率，改善了劳动条件，并且易于实现机械化和自动化生产。

2)金属型内腔表面光洁，刚度大，因此铸件精度高，表面质量好。

3)金属型导热快，铸件冷却速度快，凝固后晶粒细小，从而提高了其力学性能。

但是，金属型的制造周期长、成本高，铸造工艺要求较严格，不宜生产大型、薄壁和形状复杂的铸件，铸铁件还容易产生白口组织。

金属型铸造主要适用于大批量生产的非铁合金铸件，如铝活塞、气缸体、缸盖、油泵壳体以及铜合金轴瓦、轴套等。有时也用于形状简单的中、小型铸铁件。