金属工艺学

绪论和金属材料基本知识

写出下列符号所表示的力学性能指标名称和含义

σ：强度，表示材料在外加拉应力的作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力。单位MPa σ：抗拉强度，指金属材料在拉断前可能承受的最大应力。单位MPa

b

σ：屈服强度，指金属材料开始发生明显塑性变形时应力。单位MPa

s

σ：屈服强度，试样在产生0.2%塑性变形时的应力。单位MPa

0.2

σ：疲劳强度，表示金属材料在无数次循环载荷作用下不致引起的断裂的最大应力。单位1-

MPa

δ：伸长率，试样产生塑性变形而发生破坏时的最大伸长量。

a：冲击韧性，金属材料在一次性、大能力冲击下，发生断裂，断口处面积所承受的冲击k

m。

功。单位是J/c3

HRC:洛氏硬度，无单位。表示压头类型为120°金刚石圆锥体，刻度盘为C的洛氏硬度计。HBS:布氏硬度，无单位。布氏硬度，无单位。表示“以淬火钢球为压头的传统布氏硬度计”。HBW:布氏硬度，无单位。表示“以硬质合金球为压头的新型布氏硬度计”。

金属材料工艺性能按工艺方法的不同分为哪几类，各自衡量指标是什么？

1可铸造性：金属在铸造成型中所表现的能力。衡量：成型能力、收缩率。

2可锻性：衡量金属塑性加工后得到优质零件的难易程度。衡量：塑性，变形抗力

3可焊性：指在一定工艺条件下，获得优质焊接接口的难以程度

4切削加工性：指金属材料是否适于切削加工。衡量：材料种类、成分、力学性能、硬度、塑性。

5热处理性能：淬硬性，淬透性，回火裂纹，回火倾向。

金属材料的成形方法有哪几种?

液态成形（铸造）；连接成形（焊接、铆接等）；切削成形；塑性成形（压力加工）

铸造

简述铸造的特点

1可制成形状复杂、特别是具有复杂内腔的毛坯，如箱体、气缸体等。

2适应范围广：a、合金种类不受限 b、生产批量不受限 c、铸件大小几乎不受限

3成本低：a、材料来源广b、废品可重熔 c、铸件加工余量小，节省材料d、设备投资低

4缺点：废品率高，力学性能差，表面质量较低，劳动条件差。

什么是液态合金的充型能力？它与合金的流动性有什么关系？不同成分的合金为何流动性不同？

液态合金充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰铸件的能力，成为液态合金的充型能力合金的流动性越好，充型能力越强，愈便于浇铸出轮廓清晰的、薄而复杂的铸件

不同的合金，其流动性有很大差异,对同种合金而言，化学成分不同，其流动性不同。

纯金属和共晶成分的合金是在恒温下进行结晶的，此时由铸件断面的表层向中心逐层凝固，以结晶固体层与剩余液体的界面比较清晰、平滑，对中心未凝固的液态金属的流动阻力小，故流动性最好。

其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，即经过液、固两相共存区。该区中液相与固相界面不清晰，其固相为树枝晶，它使固体层内表面粗糙，增加了对液态合金流动的阻力，因而流动性差。合金的结晶温度范围愈宽，则液固两相共存的区域愈宽，液态合金的流动阻力愈大，故流动性愈差。显然，合金成分愈接近共晶成分，流动性愈好。

影响液态合金的充型能力的因素有哪些？

合金流动性；浇注条件；铸型填充条件

影响液体合金流动性的因素有哪些

合金的化学成分；凝固方式；液体的粘度；表面张力；结晶过程释放的结晶潜热

铸件的凝固方式有哪几种？合金收缩分为哪几个阶段？影响收缩的因素有哪些？

铸件的凝固方式有：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固。

合金的收缩分为：液态收缩，凝固收缩，固态收缩。

什么是缩松和缩孔，两者有何不同，为何缩孔比缩松较容易防止？

缩孔：呈倒圆锥形，内腔粗糙，是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。

缩松：呈小圆柱形，内腔光滑，分散在铸件某区域的细小缩孔。

两者的区别：孔洞大小不同以及分部的部位不同

缩松是分散在铸件整个截面；缩孔是集中在铸件上部或最后凝固部位容积较大的孔洞。因此缩孔比缩松更容易防止

影响缩松和缩孔的因素有哪些？

1.铸造工艺，

2.化学成分：碳当量

3.铸型强度

4.浇注温度

5.铸件结构设计不合理

什么是顺序凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？各自适用场合有何不同？

顺序凝固原则：在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。

实现措施：安放冒口和冷铁。

应用：收缩大的合金。如铝青铜、铝硅合金和铸钢件等。

同时凝固原则：在铸件薄壁处安放浇口，厚壁处安放冷铁，使铸件各处冷却速度一致，实现同时凝固。

实现措施：浇口开在铸件薄壁处并在铸件壁厚处安放冷铁。

应用：灰铸铁、锡青铜等收缩小的合金。

名词解释：

冒口：位于上砂箱，使金属在浇注时型腔的气体逸出。

热节：铁水在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域。也可以说是最后冷却凝固的地方。

冷铁：用来控制铸件顺序凝固顺序的激冷物。

冷隔：获得形状完整的铸件，但铸件最后凝固有凝固线。

浇不足：没有获得形状完整的铸件。

热裂：在高温下形成的裂纹

冷裂：在较低温度下形成的裂纹。

内应力：凡是没有外部作用下，物体内部保持自相平衡的应力。

铸造应力：不论产生应力的原因如何，凡铸件冷却过程中尺寸变化受阻，产生的应力

临时应力：铸造应力可能是暂时的，当产生这种应力的原因消失以后，应力随之消失，这种应力称为临时应力。

机械应力：合金的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的内应力。

残余应力：金属加工过程中由于不均匀的应力场、应变场、温度场和组织不均匀性，在变形后的变形体内保留下来的应力。

简述铸造内应力产生的原因、危害及分类，减小铸造应力的方法

铸件在凝固之后的继续冷却过程中，其固态收缩受到阻碍，铸件内部将产生内应力，称为铸造内应力

危害：力学性能下降，变形度增加，耐蚀性下降，使用寿命下降，精度降低

分类：铸造内应力分为热应力和机械应力

减小铸造内应力方法：采用同时凝固原则（通过设置冷铁、布置浇口位置等工艺措施）使铸件各部分在凝固过程中温差尽可能减小；时效：人工时效、自然时效、振动时效；合理设计铸造结构。

铸造变形产生的原因有哪些？如何防止铸造变形？

原因：当铸件中存在内应力时，如内应力超过合金的屈服点，常使铸件产出变形

防止：在铸件设计时尽可能使铸件的壁厚均匀、形状对称；同时凝固原则；“反变形”工艺；时效处理；机械矫正法。

铸造裂纹产生的原因是什么？影响热裂及冷裂的因素各有哪些，如何防止？

当铸造内应力超过金属的强度极限时，铸件便将产生裂纹。

影响热裂因素：合金性质；铸型阻力。

防止：1.冶金措施：通过调整焊缝化学成分，使其脆性温度区间缩小；加入稀土元素，曾强脱P、S反应，以及使晶粒化等途径，以提高焊缝的抗热裂纹性能。

2.工艺措施：采用正确的冷焊工艺，使焊接应力降低；使母材中的有害杂质较小熔入焊缝影响冷裂因素：合金塑性；含磷量。

防止：对焊件进行整体加热（550~700℃），降低焊接应力；采用加热减应区法降低补焊处所受的应力。

P49第（8）题

铸件中的气孔分为哪几类？

1、析出性气孔。

2、反应性气孔。

3、侵入性气孔。

焊接

何为焊接热影响区？低碳钢焊接时热影响区分为哪些区段？各区段对焊接接头性能有何影响？讲笑热影响区的办法是什么？

焊接热影响区是指焊缝两侧金属因焊接热作用而发生金相组织和力学性能变化的区域。

低碳钢焊接时的热影响区分为：熔合区，过热区，正火区和部分相变区。

熔合区：强度、塑性和韧性下降，引起应力集中，容易导致焊缝裂纹产生。

过热区：晶粒粗大，塑性、韧性下降。