材料工艺基础习题答案

材料工艺基础作业

1、缩孔、缩松是铸件中的常见缺陷，哪些因素影响其形成，如何采取措施进行防止？

铸件在冷却和凝固过程中，由于合金的液态收缩和凝固收缩，往往在铸件最后凝固的地方出现孔洞。缩孔产生的根本原因是合金的液态收缩和凝固收缩值远大于固态收缩值。

容积大而且比较集中的孔洞—缩孔；

细小而且分散的孔洞—缩松。

常采取“顺序凝固”和“同时凝固”两种措施，降低浇注温度和减慢浇注速度

2、热应力产生的原因，如何采取措施防止或减少应力对铸件性能的影响。

铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均衡的收缩而引起的应力。

要减少铸造应力首先应设法减少铸件冷却过程中各部位的温差，使各部位收缩一致，如将浇口开在薄壁处、在厚壁处安放冷铁等，即采取同时凝固原则。此外，改善铸型和砂芯的退让性，减少机械阻碍作用，以及通过热处理等方法也可减少或消除铸造应力。

消除铸造应力的方法有自然时效、人工时效、振动时效。

3、离心铸造在铸造圆筒时有哪些优越性？用离心铸造法铸造成型的目的是什么？

离心铸造的铸件是在离心力的作用下结晶凝固，所以组织致密，无缩孔、气孔、渣眼等缺陷，因此力学性能较好；铸造空心旋转体铸件不需要型芯和浇注系统；铸件不需冒口补缩。

4、浇注位置设计的原则是什么？对铸件质量有何影响？

浇注位置：浇注时铸件在铸型中所处的空间位置

（1）重要加工面或质量要求较高的面，应置下部或侧面

气孔、夹杂物等缺陷多出现在铸件上表面，朝下或侧面的金属组织结构致密、缺陷少，质量好。

（2）大平面朝下

可以避免气孔、夹渣。

（3）大面积薄壁处，应置下面或侧面

可以保证金属液能充型，防止产生浇不足、冷隔缺陷。

（4）易产生缩孔的厚大部位应置顶部或侧面，以便安装冒口补缩

使实现自上而下的定向凝固，防止产生缩孔。

（5）浇注位置应有利于减少型芯，便于安放型芯。

5、比较晶胞为体心立方、面心立方和密排六方的金属塑性变形的难易程度，请给出对应

上述三种晶胞的金属各两种。

密排六方>体心立方>面心立方

体心立方：Li、Na、K

面心立方：Ca、Cu、Ag

密排六方：Zn、Pb、Cd

6、多晶体金属塑性变形的方式有哪两种；高温下变形时晶界与晶内的作用差别。

多晶体的塑性变形包括各个晶粒内部的塑性变形和晶粒边界的塑性变形两部分。晶粒内的塑性变形主要为滑移和孪生两种方式。

在温度低时，晶界的强度一般比晶粒内部高，不易变形；高温时晶界强度降低，晶界内容易产生相对滑动，在拉应力作用下，在晶粒间产生较大的变形后，晶界可以出现微裂纹，变形

量很大时引起开裂。在压应力作用下，晶界不易出现微裂纹，出现微裂纹后也不易扩展，入晶粒极细，晶界在晶粒内所占的体积比例很大，晶界的滑动和转动所产生的变形就很可观，晶界变形可以成为塑性变形的主要形式。

7、热锻过程可以改善铸锭的哪些缺陷？

（1）焊合空洞性缺陷。钢料内入存在疏松、缩孔、微裂、气泡等空洞性缺陷时，在受力状态下会由于应力集中而扩展和开裂，严重影响金属的强度和塑性。但在

热锻条件下，这种空洞性缺陷可以逐步缩小到完全焊合。高温锻压对焊合缺陷

有两方面作用。一方面是在高温下金属的变形抗力小，在较小的设备下，可以

获得较大的变形量。另一方面是金属在高温下扩散作用迅速，缺陷缩小后，能

很快焊合。

（2）降低偏析度。钢锭加热到高温后，原子间的扩散作用显著提高。随高温停留时间的增加，枝晶偏析和晶间偏析都得到不同程度的降低或消除。

（3）细化晶粒。在热锻过程中，晶体组织要发生再结晶。坯料内原来的粗大晶粒，经过变形再结晶后，可以变成细小的等轴晶粒。

8、坯料拔长过程中容易产生哪些缺陷？怎样解决缺陷？

表面和角部裂纹、内部裂纹以及表面折叠，此外还有对角线裂纹、端面缩口以及内部孔壁裂纹等

（1）内部横向裂纹：适当增加相对送进量，控制一次压下量，改变变形区的变形特征，避免出现双鼓形，使坯料变形区内应力分布合理

（2）内部纵向裂纹：选择合理的进给量，使金属轴向流动大于横向流动；也可以采用V型占拔长，以减小横向流动的金属在锻件中心造成的拉应力；对于方形截

面的坯料，在倒角时应采用轻击，减小一次变形量；对于塑性较差的材料，可

采用圆形占进行倒角。

（3）表面裂纹和角裂：在拔长操作中控制好参数，送进量和一次压下量，对于角部还要及时倒角，以减小温降，改变角部的应力状态，避免裂纹产生（4）表面折叠：每次单面压缩后，不要使毛坯压缩得太扁，应使坯料宽度和高度之比b/h不小于2~2.5，或者采用其他方法进行拔长

9、锻造为什么要加热后进行？如何选择锻造温度范围？

1）减少金属的变形抗力；

2）改变铸锭的铸态结构；

3）提高金属塑性。

原则：使金属在锻造温度范围内具有良好的塑性和低的变形抗力；锻造出的锻件机械性能及微观组织良好；锻造温度范围尽可能宽，这样加热的次数比较少，可以提高生长效率。

10、设计冲孔模和落料模时，如何确定凸模与凹模的刃口尺寸。

设计落料模时，先按落料件确定凹模刃口尺寸，其大小是零件的公称尺寸减去偏差，而凸模的刃口尺寸是凹模尺寸减去双边间隙值；设计冲孔模，先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，其大小是零件的公称尺寸加上偏差，而凹模的刃口尺寸是凸模尺寸加上双边间隙值。

11、分析拉深过程毛坯起皱的原因。防止起皱的措施。

1）毛坯的相对厚度t/D0：相对厚度越小，拉伸变形区抗失稳能力差，越容易起皱。

2）拉伸系数m=d/ D0. d：拉伸后直径，D0：拉伸前直径

毛坯外边缘在拉伸时的切向压塑变形的大小。拉伸系数越小，拉伸变形区宽度变大，抗失稳能力变小，越容易起皱。

3）其它因素：凹模的几何形状，板料的机械性能，凹模的的润滑。

防止毛坯起皱：

起皱产生原因：在切向压应力作用下，因为失稳而发生。

通常在拉伸模上设置压边圈防止毛坯起皱

12、解释板料n值，r值的物理意义，它们对板料成形有哪些影响。

硬化指数n，表示在塑性变形中材料硬化的硬度。n值大的材料，在同样的变形程度下，真实应力增加的要多。n值大时，在伸长类变形过程中可以使变形均匀化，具有扩展变形区，减少毛坯的局部变薄和增大极限变形参数等作用。

板厚方向性系数r ，板料试样拉伸实验中宽度应变于厚度应变之比

r值于冲压成形性能有密切关系，尤其于拉深成形性能直接相关。板料的r值大，拉深成形时，有利于凸缘的切向收缩变形和提高拉深件底部的承载能力。

13、分析焊条外涂层（药皮）的作用。

焊条药皮：熔化形成熔渣覆盖于熔池表面并产生大量保护气体，实现气体－熔渣联合保护，同时在高温下熔渣与熔池液态金属之间发生冶金反应。随焊条的移动，熔池冷却、结晶，形成连续的焊缝，熔渣凝固成渣壳。

14、简述埋弧焊，CO2气体保护焊，等离子弧焊的工艺特点。

用埋弧焊（熔剂层下焊接）的焊接方法焊接时，送丝机构将焊丝自动送入电弧区，并保证选定的弧长，电弧在颗粒状熔剂（焊剂）层下燃烧。焊机带着焊丝相对工件均匀移动，焊剂从漏斗中不断流出覆盖在被焊部位，防止熔池接触空气。生产率高、焊缝质量高外形美观、节约金属材料、改善劳动条件、设备费用较贵、只适合长直焊缝和环焊缝

采用CO2或CO2＋Ar混合气体作为保护气，同时采用内部装有焊剂的药芯焊丝，药芯的成分和焊条药皮类似，可实现气体－溶渣联合保护。

特点：飞溅少，电弧稳定，焊缝成形美观；焊丝熔敷速度快，生产率比手工电弧焊高3～5倍；调整焊剂成分，可焊接多种材料；抗气孔能力较强。但药芯焊丝制造较困难，且容易变潮，使用前应在250～300℃下烘烤。

等离子弧焊实际上是一种具有压缩效应的钨极氩弧焊，因此，等离子弧焊除了具有氩弧焊的优点以外，还有以下特点：

①等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透力强,可焊接厚度10~12mm的钢材而不开

坡口（钨极氩弧焊只能是＜3mm），一次焊透，双面成形。

②焊缝的高度和宽度均匀一致，焊缝表面光洁，质量高。

③当电流很小时（如0.1A），电弧也能稳定燃烧，并保持良好的挺直度和方向性。故

可焊接很薄的箔材。但其设备较复杂，气体消耗量大，只适合室内焊接。