金属工艺学习题答案-第二篇--铸造
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铝青铜有着优良的力学性能和耐磨、 耐蚀性能，但铸造性差。 可锻铸铁有相当高的塑性和韧性，制 造形状复杂，承受冲击载荷的薄壁小 件
汽缸套
CuAl9Mn2
自来水管道弯头
KTH300
减速器蜗轮
ZG或QT300
铸钢强度要求高，塑性和韧性好； 灰铸铁耐压能力强，且能吸收振动， 铸造性能好。
P73（1）
手工造型操作灵活，大小铸件均可适应，它可 采用各种模样及型芯，通过两箱造型、三箱造 型等方法制出外廓及内腔形状复杂的铸件。其 对模样的要求不高，一般采用成本较低的实体 木模样，对于尺寸较大的回转体或等截面铸件 还可采用成本甚低的刮板来造型。而且手工造 型对砂箱的要求也不高，如砂箱不需严格的配 套和机械加工，较大的铸件还可采用地坑来取 代下箱，这样可以减少砂箱的费用，并缩短生 产准备周期。
P48（6）
顺序凝固原则是指：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，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口 本身的凝固。 主要用于必须补缩的场合，如铝青铜、铝硅合金和铸 钢件。 同时凝固原则是指：将浇道开在薄壁处，使薄壁处 铸型在浇注过程中的升温较厚壁处高，因而可补偿薄 壁处冷速快的现象。有时为加快厚壁处的冷速，还可 以在厚壁处安放冷铁。 主要用于壁厚均匀的薄壁件，如灰铸铁、锡青铜等。
P61（9）
铸造合金
车床车身 HT200
理由
灰铸铁耐压性能强 且吸收振动，价格低廉，铸造性能好。
摩托车汽缸体
QT600
强度和韧性远远超出灰铸铁，可以与 刚媲美，与灰铸铁的铸造性能相当。
强度高，塑性和韧性优良，加入Mn使 其具有耐磨，耐腐蚀和耐热性好。
火车轮
ZGMn13
压气机曲轴
QT700—2
球墨铸铁强度高于灰铸铁，在负荷较 重，但受冲击不太的构件中可取代钢。
熔模铸造的优越性：
1.无分型面； 2.精密度高； 3.可制造难以砂型铸造或机械加工的形状很复杂的薄壁铸件； 4.适用于各种合金铸件，尤其是高熔点、难加工的高合金钢 铸件； 5.生产批量不受限制；
P93（5）
离心铸造是指：将液态合金浇入高速旋转的铸型，使其
在离心力作用下充填铸型并结晶。
在圆筒形或圆环形铸件生产中的优越性：
P61（2）
影响铸铁石墨化的主要因素： 化学成分和冷却速度。 不用化学成分表示铸铁牌号的原因：
相同的化学成分，由于冶炼过程不同，其晶相组织 与化学成分和冷却速度均有关，得到的晶相组织就 不同，又由于铸铁的机械性能与晶相组织有关，因 此晶体相组织不同会导致铸铁的机械性能也不同。 因而不采用化学成分来表示铸铁牌号。
P81（3）
图示铸件在大批量生产时该结构需增加活块 或外部型芯才能起模，不经济也不方便， 应该修改为下图所示结构：
P81（4）
图示铸件在分型面上没有斜度，不方便起模。 应该修改为下图所示结构：
P81（6）
铸件采用结构圆角是因为：
①直角连接处的内侧散热条件差，较易产生缩孔、缩松 和应力集中； ②在有载荷的情况下，直角处内侧易产生应力集中， 使内侧实际承受的应力较平均应力大大增加，因而产生 应力集中； ③一些合金的结晶过程中形成垂直于铸件表面的柱状晶， 若采用直角连接，因结晶的方向性，在转角处的分角线 上形成整齐的分界面，在此分界面上集中了 许多杂物，使转角处形成铸件的薄弱环节，从而使转角 处的力学性能下降，较易产生裂纹。
P81（6）
改为如下图所示结构：
1 2 3 4
P81（7）
图示结构，上下两盘方向不一致，不便于起模。 改正如下图所示：
P81（8）
规定铸件最小壁厚的原因是：
铸件在选择铸造方法时都应有合适的壁厚，这样才能保证 力学性能，防止出现铸造缺陷。壁厚过小，超过最小壁厚 时，由于流体阻力的原因会出现浇不足，冷隔的情况。 壁厚过大：在厚壁处易产生热节、缩松、缩孔和热应力 等缺陷。 局部过薄：易造成热应力和填充不足。冷却速度过快出现 白口组织。
P48（2）
液态合金的充型能力：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。
充型能力与合金流动性的关系：
合金流动性愈强，充型能力愈强。
不同成分的合金流动性不同的原因：影响流动性
的最主要的因素是化学成分，其次是结晶温度。化学 成分影响合金结晶的凝固形成。纯金属、共晶成分合 金的结晶是在恒温下进行，逐层凝固，流动阻力小； 其他成分的合金在一定温度范围内逐步凝固，初生的 树枝状晶体使固体表面粗糙，合金的流动性差，因此， 不同成分合金结晶温度范围不同，流动性就不同。结 晶范围越窄，流动性越好。
P73（4）
浇注位置选择对铸件质量影响重大，在制定铸 造方案时必须优先考虑；而分型面选择是影响 铸造工艺合理性的关键之一。 当两者发生矛盾时，抓住主要矛盾，全面考虑， 至于次要矛盾，则应该从工艺措施上去解决。
P73（5）
下
上
单间生产采用： 手工整箱造型
P73（5）
单间生产采用： 手工挖沙造型
P73（5）
P48（5）
两者不同点：
1.两者的分布不同，缩孔是集中在铸件上部或最后凝 固部位，容积较大的孔洞；缩松是分散在铸件某区域 内的细小缩孔； 2.缩孔比缩松更容易防止。
缩孔比缩松容易防止的原因：
缩孔是由于液态和凝固态收缩容积得不到补足造成， 其集中在铸件上部或最后凝固部分，位置容易找到， 因此可以通过“顺序凝固”的方法来防止。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.可省去型芯和浇注系统，因而省工、省料，降低了铸件成 本； 2.内表面无需切削加； 3.充型能力强，可用于流动性差得合金和薄壁件的生产； 4.铸件组织致密，极少有缩孔、夹渣等缺陷； 5.便于铸造双金属件；
成形铸件采用离心铸造的原因：
1.提高金属液的充型能力； 2.有利于补缩，使铸件组织致密，质量更好。
P48（7）
区分冷裂纹和热裂纹的方法：
可以通过裂纹的形状特征以及铸件合金成分来加以 区分： 热裂纹：缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。易出 现在铸钢、铸铝以及可锻铸铁上。 冷裂纹：裂纹细小，呈连续直线状。有时缝内呈轻 微氧化色，易出现在灰口铸铁，白口铸铁，高温钢 等塑性差的合金。
如果属于热裂，从合金性质以及铸型阻力（退让性） 上找原因。
P73（1）
机器造型的优越性：大大提高劳动生产率，改 善劳动条件，铸件尺寸精确、表面光洁，加工 余量小。 机器造型的工艺特点：通常是采用模板进行两 箱造型。模板是将模样、浇注系统沿分型面与 模底板连接成一整体的专用模具。造型后，模 底板形成分型面，而模样形成铸型空腔，而模 底板的厚度并不影响铸件的形状与尺寸。
P81（9）
P93（2）
熔模铸造是最有代表性的精密铸造方法的原因：
熔模铸造是用易熔材料制成模样，在模样表面上包裹若干层 耐火材料，经硬化处理后得到型壳，然后再将模样熔化后排 出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂 浇注的铸造方法。 由于铸型无分型面，精密；型腔表面极为光洁，铸件的精度 （IT11~14）和表面质量（表面粗糙度Ra2.5~3.2µm）均优。
P61（7）
球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料的原因：
球墨铸铁石墨呈球状，其强度和韧性高于灰铸铁， 近于钢，并且经过热处理后可以进一步改善其机械 性能。
球墨铸铁不可以全部取代可锻铸铁的原因是：
球墨铸铁较易产生缩孔，缩松，气孔和夹渣等缺陷， 在铸造形状复杂，承受冲击载荷的薄壁小件时，质 量难以保证，因此，球墨铸铁不能全部取代可锻铸 铁。
为保证产品的统一性，大批量生产选用方案（Ⅲ）
P81（2）
铸件的结构斜度是指：
铸件在垂直分型面的不加工表面上设 计的一定斜度的结构形状，以便于砂 垛起模，取代型芯。角度在30~45°， 其在图中要表示出来。 起模斜度是指：为了使模样便于从 砂型中取出，在平行起模方向的模样 表面上所增加的斜度。一般较小 （5’~3°），图中不表示出来。
上
单间生产采用： 两箱加活块造型
P73（6（a））
下 下
上
上
上
（Ⅰ）方案：分开模造型+ 凸台用活块（带型芯） （Ⅱ）方案：整模+挖沙造 型（型芯） （Ⅲ）方案：分开模造型 （型芯）
大批量生产选用方案（Ⅲ）
下
P73（6（b））
（Ⅰ）方案：分模造型+活块（凸台和凹模）+带孔型芯 （Ⅱ）方案：整模造型 （Ⅲ）方案：分模造型
汽缸套
CuAl9Mn2
自来水管道弯头
KTH300
减速器蜗轮
ZG或QT300
铸钢强度要求高，塑性和韧性好； 灰铸铁耐压能力强，且能吸收振动， 铸造性能好。
P73（1）
手工造型操作灵活，大小铸件均可适应，它可 采用各种模样及型芯，通过两箱造型、三箱造 型等方法制出外廓及内腔形状复杂的铸件。其 对模样的要求不高，一般采用成本较低的实体 木模样，对于尺寸较大的回转体或等截面铸件 还可采用成本甚低的刮板来造型。而且手工造 型对砂箱的要求也不高，如砂箱不需严格的配 套和机械加工，较大的铸件还可采用地坑来取 代下箱，这样可以减少砂箱的费用，并缩短生 产准备周期。
P48（6）
顺序凝固原则是指：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，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口 本身的凝固。 主要用于必须补缩的场合，如铝青铜、铝硅合金和铸 钢件。 同时凝固原则是指：将浇道开在薄壁处，使薄壁处 铸型在浇注过程中的升温较厚壁处高，因而可补偿薄 壁处冷速快的现象。有时为加快厚壁处的冷速，还可 以在厚壁处安放冷铁。 主要用于壁厚均匀的薄壁件，如灰铸铁、锡青铜等。
P61（9）
铸造合金
车床车身 HT200
理由
灰铸铁耐压性能强 且吸收振动，价格低廉，铸造性能好。
摩托车汽缸体
QT600
强度和韧性远远超出灰铸铁，可以与 刚媲美，与灰铸铁的铸造性能相当。
强度高，塑性和韧性优良，加入Mn使 其具有耐磨，耐腐蚀和耐热性好。
火车轮
ZGMn13
压气机曲轴
QT700—2
球墨铸铁强度高于灰铸铁，在负荷较 重，但受冲击不太的构件中可取代钢。
熔模铸造的优越性：
1.无分型面； 2.精密度高； 3.可制造难以砂型铸造或机械加工的形状很复杂的薄壁铸件； 4.适用于各种合金铸件，尤其是高熔点、难加工的高合金钢 铸件； 5.生产批量不受限制；
P93（5）
离心铸造是指：将液态合金浇入高速旋转的铸型，使其
在离心力作用下充填铸型并结晶。
在圆筒形或圆环形铸件生产中的优越性：
P61（2）
影响铸铁石墨化的主要因素： 化学成分和冷却速度。 不用化学成分表示铸铁牌号的原因：
相同的化学成分，由于冶炼过程不同，其晶相组织 与化学成分和冷却速度均有关，得到的晶相组织就 不同，又由于铸铁的机械性能与晶相组织有关，因 此晶体相组织不同会导致铸铁的机械性能也不同。 因而不采用化学成分来表示铸铁牌号。
P81（3）
图示铸件在大批量生产时该结构需增加活块 或外部型芯才能起模，不经济也不方便， 应该修改为下图所示结构：
P81（4）
图示铸件在分型面上没有斜度，不方便起模。 应该修改为下图所示结构：
P81（6）
铸件采用结构圆角是因为：
①直角连接处的内侧散热条件差，较易产生缩孔、缩松 和应力集中； ②在有载荷的情况下，直角处内侧易产生应力集中， 使内侧实际承受的应力较平均应力大大增加，因而产生 应力集中； ③一些合金的结晶过程中形成垂直于铸件表面的柱状晶， 若采用直角连接，因结晶的方向性，在转角处的分角线 上形成整齐的分界面，在此分界面上集中了 许多杂物，使转角处形成铸件的薄弱环节，从而使转角 处的力学性能下降，较易产生裂纹。
P81（6）
改为如下图所示结构：
1 2 3 4
P81（7）
图示结构，上下两盘方向不一致，不便于起模。 改正如下图所示：
P81（8）
规定铸件最小壁厚的原因是：
铸件在选择铸造方法时都应有合适的壁厚，这样才能保证 力学性能，防止出现铸造缺陷。壁厚过小，超过最小壁厚 时，由于流体阻力的原因会出现浇不足，冷隔的情况。 壁厚过大：在厚壁处易产生热节、缩松、缩孔和热应力 等缺陷。 局部过薄：易造成热应力和填充不足。冷却速度过快出现 白口组织。
P48（2）
液态合金的充型能力：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。
充型能力与合金流动性的关系：
合金流动性愈强，充型能力愈强。
不同成分的合金流动性不同的原因：影响流动性
的最主要的因素是化学成分，其次是结晶温度。化学 成分影响合金结晶的凝固形成。纯金属、共晶成分合 金的结晶是在恒温下进行，逐层凝固，流动阻力小； 其他成分的合金在一定温度范围内逐步凝固，初生的 树枝状晶体使固体表面粗糙，合金的流动性差，因此， 不同成分合金结晶温度范围不同，流动性就不同。结 晶范围越窄，流动性越好。
P73（4）
浇注位置选择对铸件质量影响重大，在制定铸 造方案时必须优先考虑；而分型面选择是影响 铸造工艺合理性的关键之一。 当两者发生矛盾时，抓住主要矛盾，全面考虑， 至于次要矛盾，则应该从工艺措施上去解决。
P73（5）
下
上
单间生产采用： 手工整箱造型
P73（5）
单间生产采用： 手工挖沙造型
P73（5）
P48（5）
两者不同点：
1.两者的分布不同，缩孔是集中在铸件上部或最后凝 固部位，容积较大的孔洞；缩松是分散在铸件某区域 内的细小缩孔； 2.缩孔比缩松更容易防止。
缩孔比缩松容易防止的原因：
缩孔是由于液态和凝固态收缩容积得不到补足造成， 其集中在铸件上部或最后凝固部分，位置容易找到， 因此可以通过“顺序凝固”的方法来防止。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.可省去型芯和浇注系统，因而省工、省料，降低了铸件成 本； 2.内表面无需切削加； 3.充型能力强，可用于流动性差得合金和薄壁件的生产； 4.铸件组织致密，极少有缩孔、夹渣等缺陷； 5.便于铸造双金属件；
成形铸件采用离心铸造的原因：
1.提高金属液的充型能力； 2.有利于补缩，使铸件组织致密，质量更好。
P48（7）
区分冷裂纹和热裂纹的方法：
可以通过裂纹的形状特征以及铸件合金成分来加以 区分： 热裂纹：缝隙宽，形状曲折，缝内呈氧化色。易出 现在铸钢、铸铝以及可锻铸铁上。 冷裂纹：裂纹细小，呈连续直线状。有时缝内呈轻 微氧化色，易出现在灰口铸铁，白口铸铁，高温钢 等塑性差的合金。
如果属于热裂，从合金性质以及铸型阻力（退让性） 上找原因。
P73（1）
机器造型的优越性：大大提高劳动生产率，改 善劳动条件，铸件尺寸精确、表面光洁，加工 余量小。 机器造型的工艺特点：通常是采用模板进行两 箱造型。模板是将模样、浇注系统沿分型面与 模底板连接成一整体的专用模具。造型后，模 底板形成分型面，而模样形成铸型空腔，而模 底板的厚度并不影响铸件的形状与尺寸。
P81（9）
P93（2）
熔模铸造是最有代表性的精密铸造方法的原因：
熔模铸造是用易熔材料制成模样，在模样表面上包裹若干层 耐火材料，经硬化处理后得到型壳，然后再将模样熔化后排 出型壳，从而获得无分型面的铸型，经高温焙烧后即可填砂 浇注的铸造方法。 由于铸型无分型面，精密；型腔表面极为光洁，铸件的精度 （IT11~14）和表面质量（表面粗糙度Ra2.5~3.2µm）均优。
P61（7）
球墨铸铁是“以铁代钢”的好材料的原因：
球墨铸铁石墨呈球状，其强度和韧性高于灰铸铁， 近于钢，并且经过热处理后可以进一步改善其机械 性能。
球墨铸铁不可以全部取代可锻铸铁的原因是：
球墨铸铁较易产生缩孔，缩松，气孔和夹渣等缺陷， 在铸造形状复杂，承受冲击载荷的薄壁小件时，质 量难以保证，因此，球墨铸铁不能全部取代可锻铸 铁。
为保证产品的统一性，大批量生产选用方案（Ⅲ）
P81（2）
铸件的结构斜度是指：
铸件在垂直分型面的不加工表面上设 计的一定斜度的结构形状，以便于砂 垛起模，取代型芯。角度在30~45°， 其在图中要表示出来。 起模斜度是指：为了使模样便于从 砂型中取出，在平行起模方向的模样 表面上所增加的斜度。一般较小 （5’~3°），图中不表示出来。
上
单间生产采用： 两箱加活块造型
P73（6（a））
下 下
上
上
上
（Ⅰ）方案：分开模造型+ 凸台用活块（带型芯） （Ⅱ）方案：整模+挖沙造 型（型芯） （Ⅲ）方案：分开模造型 （型芯）
大批量生产选用方案（Ⅲ）
下
P73（6（b））
（Ⅰ）方案：分模造型+活块（凸台和凹模）+带孔型芯 （Ⅱ）方案：整模造型 （Ⅲ）方案：分模造型