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铸件形成理论复习题

镇江丹徒职教中心金属液态形成原理复习题

第1章液态金属的结构和性质

一、判断题（正确的在括号中画√，错误的画×）

1、只要金属流动性好，铸件就不会产生浇不足缺陷。

（×）

2、金属一熔化，原子间的结合就全部破坏。

（×）

3、温度起伏是指铸件各处温度的差异。

（×）

4、钠可以很好地吸附于硅的表面，所以说“钠是表面活性元素”。

（×）

二、选择题

1、影响液态金属粘度的因素主要有温度、化学成分和杂质　。

2、在弯曲液面上作用有附加压力，当液面为球形时，该压力可表示为p=2σ/r。

3、温度接近熔点的金属液，其结构类似于　固态　的结构。

4、液态金属的平均间距比固态稍大,其配位数比固态要小。

5、纯金属的表面张力一般随温度的升高而减小，而灰铸铁的表面张力则相反。

6、使用黑烟涂料是为了调整铸型的热阻，从而改变液态金属流动时间以提高充填能力。

三、问答题

1、液态金属的表面张力有哪些影响因素？

试总结它们的规律。

2、总结温度、原子间距（或体积）、合金元素或微量元素对液体粘度

高低的影响。

第2章液态金属的流动性与充型能力

一、判断题

1、金属液本身的流动能力称为充型能力。

（×）

2、金属液的充型能力仅与金属液的化学成分、温度、杂质含量及物理性质有关。

（×）

二、问答题

1、影响液态金属充型能力的因素有哪些？

如何提高液态金属的充型能力？

2、某飞机制造厂的一牌号Al-Mg合金（成分确定）机翼因铸造常出现“浇不足”缺陷而报废，如果你是该厂工程师，请问可采取哪些工艺措施来提高成品率？

3、铸型蓄热系数（b2）较小时，在其它条件不便的情况下，定性指出对下列项目的影响：

①充型能力

②铸件形成机械粘砂

③使铸件的断面温度梯度

④使铸件凝固方式

⑤铸件形成缩松

⑥铸件的热应力

第3章铸件的凝固

一、判断题

1、安放冒口一般应遵循顺序凝固原则。

（√）

2、铸件的凝固方式主要取决于合金本身特性，与其它条件则影响不大。

（×）（温度梯度）

3、金属凝固温度低，铸型蓄热系数也小时，铸件内温度梯度也小。

（√）

4、冷却速度越大，则金属结晶的过冷度也越大。

（√）

二、填空题

1、铸型蓄热系数可表示为b2＝

，铸型蓄热系数b2大，铸型吸热能力大，对铸件的激冷能力强，铸件内温度梯度大。

2、金属凝固温度越高，铸件断面温度梯度越大，结晶潜热大，铸件温度梯度小，导热系数大，铸件温度梯度小。

3、铸件凝固方式取决于凝固区域宽度，可分为三种即逐层凝固、体积凝固、中间凝固。

4、铸件断面凝固区域宽度主要取决于合金结晶温度间隔和铸件断面温度梯度。

5、温度梯度G=dT/dx，蓄热系数b=

，导热系数α=λ/cρ。

三、选择题

1、含0.05%～0.1%C的碳钢，倾向于A。

A逐层凝固方式B体积凝固方式C中间凝固方式

2、同时凝固易产生的缺陷是B。

A热裂B缩松C宏观偏析

3、金属凝固温度很低，铸型蓄热系数也很小时，铸件内温度梯度B。

A大B小C不能确定

4、铸件凝固方式主要取决于B。

A断面温度梯度B凝固区域宽度

C铸型蓄热系数D结晶温度间隔

5、顺序凝固的主要优点是B。

A预防热裂B铸件组织致密

C因气体难以排出而减小气孔倾向

6、结晶温度间隔大的合金产生热裂的倾向性A。

A大B小C不能确定

7、为实现同时凝固，内浇道应从铸件处引入，且增加内浇道数目，采用低温快浇工艺。

A薄壁B厚壁C侧面D底部

四、问答题

1、什么是铸型蓄热系数?

试分析它对铸件形成过程及质量的影响。

答：

蓄热系数

表示铸型从型腔中的金属吸收热量并将它储存于本身的能力。

在其它条件不变的情况下，铸型蓄热系数的大小对铸件形成过程及质量有下列影响：

（1）蓄热系数小，有利于提高金属液的充型能力；

（2）蓄热系数小，铸件易形成机械粘砂；

（3）蓄热系数小，使铸件断面的温度梯度变小，使铸件趋向于中间凝固或体积凝固，铸件易形成缩松，降低铸件的致密性；

（4）蓄热系数小，有利于减小铸件的热应力。

2、金属凝固方式有哪几种，影响金属凝固方式的因素有哪些？

凝固方式与铸件质量有何关系？

3、如何描绘凝固动态曲线？

凝固动态曲线意义是什么？

4、什么是铸件温度场？

影响铸件温度场的因素度是什么？

第4章液态金属结晶原理

一、判断题

1、分枝间距的大小决定于界面散热条件。

（√）

2、结晶新相与固相质点晶格不同则不会产生界面共格对应。

（×）（固体质点晶面上原子排列方式与结晶新相中某一晶面上原子排列方式相似）

3、在非均质生核条件下，由于临界晶核半径小所以形核也容易。

（×）

4、由于“成分过冷”的产生，增加了液—固界面前沿的实际过冷度。

（×）（降低）

5、成分过冷区域宽度即铸件凝固区域宽度。

（×）（一般地过冷区大于凝固区域）

6、单向结晶就是液固界面沿一个方向平面状生长的结晶生长过程。

（×）

7、枝晶状生长是导致偏析、热裂、缩松的重要原因。

（√）

二、填空题

1、影响内生生长的因素有二：

（1）成分过冷度的大小　，

（2）外来质点非均质生核的能力。

2、铸件温度梯度越大，则凝固区域　窄　，成分过冷小　。

3、枝晶分枝间距的大小主要取决于　界面散热条件　。

4、由于成分过冷的产生使液－固界面前沿的实际过冷度减小。

5、界面生长方式有三：

（1）平面生长，

（2）胞状生长，（3）枝晶生长，实际生产中最常见的是枝晶生长。

6、固液界面的微观结构有两种类型：

即粗糙界面和光滑界面。

7、光滑界面的长大机制为依靠台阶生长（或侧面长大），多数金属的长大机制属连续生长。

8、凝固界面上必须有一定的过冷度（ΔTK），这一过冷度称为动力学过冷度。

9、溶质平衡分配系数K定义为K=Cs/CL，即平衡固相溶质浓度与与液相溶质浓度之比。

10、当合金凝固时，其结晶形貌除受热过冷影响之外，还受到成分过冷的影响。

11、液相只有有限扩散时，成分过冷的判别式为P108。

12、对合金而言，固液界面稳定性不仅受到固液界面前沿温度梯度，的影响，而且受到浓度梯度（或成分过冷）的影响。

13、铸件晶粒形成过程包含形核和生长两个阶段。

形核有均质形核和非均质形核两种

方式。

三、选择题

1、枝晶分枝间距的大小主要取决于C。

A晶体结构B枝晶间液体流动

C界面散热条件D铸件截面温度梯度

2、在非均质形核条件下，若形核功为零，则形核时C。

A不需要过冷度B需要有成分过冷

C需要动力学过冷度

3、单相合金结晶，若固相无扩散，液相只有有限扩散而无对流或扰动，晶体生长的稳定阶段是指C。

A生长速度恒定B液相成分均匀

C界面上排出溶质的量与扩散走的溶质量相等

四、问答题

1、固—液界面结构达到稳定的条件是什么？

（温度梯度和成分过冷）

2、、何谓成分过冷判据？

影响成分过冷的因素有哪些？

哪些是属于可控制的工艺因素？

成分过冷对晶体的生长方式有何影响？

晶体的生长方式只受成分过冷的影响吗？

3、何谓成分过冷？

说明其产生原因。

其主要影响因素有哪些？

在单晶生长中如何克服？

成分过冷：

在合金的凝固过程中虽然实际温度分布一定，但由于液体中溶质分布发生变化，使固-液界面前沿的液体处于过冷状态，这种由液体成分变化与实际温度分布两个因素共同决定的过冷，称为成分过冷。

主要影响因素：

①合金本身的因素：

k0、mL、C0、DL

②工艺方面的因素GL、R

在单晶生长中克服成分过冷：

可加大温度梯度GL、，减小生长速率。

4、青铜和黄铜相图如图所示：

比较Cu-10%Sn合金铸件和Cu-10%Zn合金铸件的铸造性能和铸造组织。

Cu-10%Sn合金的凝固温度范围窄，不宜形成宽的成分过冷区，即以“壳状”凝固方式凝固，液体的流动性好，易补缩，容易获得致密的铸件，铸件的组织主要为平行排列的柱状晶。

Cu-10%Zn合金具有宽的凝固温度范围，宜形成宽的成分过冷区，即以“糊状方式凝固，液体的流动性差，不易补缩，是铸件产生分散性缩孔的主要原因，铸件的致密性差，铸件的组织主要为由树枝状柱状晶和中心等轴晶组成。

5、什么是粗糙界面和光滑界面？

它们对晶体的生长方式和形态有何影响？

粗糙界面：

固相界面上的原子排列高高低低，粗糙不平，不显示晶体学的任何晶面特征。

光滑界面：

固相界面上的原子排列成平整的原子平面，即晶体学的某一定晶面。

生长方式：

对粗糙界面连续长大；对光滑界面，侧向长大，包括二维形核长大和螺旋位错长大。

生长形态：

对粗糙界面，在正温度梯度下，平面生长，在负温度梯度下，枝晶生长；对光滑界面，在正温度梯度下，平面生长，当等温面与最低表面能晶面不平行时，界面分割成一系列小台阶，长大过程为原子添加到台阶处。

小台阶面即为最低表面能晶面，在负温度梯度下，晶体生长成具有各自特性的多面体或带有小平面的枝晶。

6、何谓成分过冷？

用成分过冷理论解释合金的铸造性能（流动性、缩孔的分布特征）与其相图中液/固相线间垂直距离的关系。

成分过冷：

在固液界面前沿，由于液相成分变化与实际温度分布所决定的特殊过冷现象称为成分过冷。

成分过冷的条件为

，

就是C0合金在其相图中液-固线间的垂直距离。

显

然，液固相线间的垂直距离越大，合金的成分过冷倾向就越大，液-固界面越倾向于树枝状生长，这阻碍了合金的流动性，也使树枝晶的枝间处因得不到补缩而形成分散缩孔。

第5章铸件结晶组织的形成与控制

一、判断题

1、结晶温度间隔大的合金倾向于形成柱状晶。

（×）（结晶温度间隔小的合金，将有利于柱状晶形成）

2、液体的流动会促进等轴晶的形成和发展。

（√）

3、研究表明，铸件细晶区的形成既与激冷有关，也与液体流动有关。

（√）

4、铸型激冷能力过强时表面细晶减少，甚至消失。

（×）

二、填空题

1、在铸型和合金一定的情况下，浇注温度越高，柱状晶尺寸（长度）越大，等轴晶尺寸越大。

2、枝晶间或分枝间液体流动的原因有熔体内本身的路流动使固液两相区内的液体流动；凝固收缩的抽吸、密度差产生的对流。

3、典型的铸件结晶组织由三个晶区组成：

（1）表面细晶区，

（2）柱状晶区，（3）中心等轴晶区。

三、问答题

1、试分析溶质再分配对游离晶粒的形成及晶粒细化的影响。

2、试分析影响铸件宏观组织的因素，列举获得细等轴晶的常用方法。

3、列举三种增加凝固过程中核心数的方法，简要分析其增加核心数的原因。

①提高冷却速度，从而加大了过冷度，相变驱动力加大，提高了形核率；

②加孕育剂，提供大量的非均质形核地点，提高、了形核率，降低了形核位垒；

③机械或电磁搅拌，将枝晶振碎，增加核数目或加强激活能量，提高了形核率。

第6章铸件的收缩

一、判断题

1、一般铸件的缩孔或缩松中都可能包含有气体。

（√）

2、合金成分一定时，其液态收缩系数αV液是一个定值。

（×）

3、铸件越厚则缩孔容积不仅绝对值增加，其相对值也增加。

（√）

4、合金的线收缩越大缩孔容积越大的概念是错误的。

（√）

5、一般宽结晶温度范围的合金，在铸件最后凝固的部位倾向于形成集中缩孔；而窄结晶温度范围的合金倾向于形成分散性缩松。

（×）

6、对于承受高温、高压、不允许渗漏且致密性要求较高的铸件，一般采用同时凝固原则。

（×）

7、当合金从t液冷却到t固所发生的体收缩，称为凝固收缩，其收缩只与状态改变有关。

（×）

8、当合金从t固冷却到t室所产生的收缩、称为固态收缩，其收缩表现为铸件的各个方向上线尺寸的缩小，所以固态收缩一般采用线收缩率表示。

（√）

二、填空题

1、在其它工艺条件一定的情况下，激冷能力越大，则缩孔容积越大，铸件内温度梯度越大，缩孔所占比例越小。

2、缩孔产生的条件是（１）　合金的液态收缩与凝固收缩之和大于其固态收缩；（２）　铸件呈逐层凝固　。

3、铸件长度尺寸为250mm，铸造收缩率为2%，其对应的模型尺寸应为255。

4、缩孔与缩松产生的共同原因是合金的液态收缩与凝固收缩之和大于其固态收缩，其中缩松常发生在倾向于凝固区域比较大的铸件中。

5、碳硅当量高的灰铁件，其体积收缩很小，甚至产生负收缩，所以合金本身不易产生缩孔、缩松缺陷。

6、浇注速度慢缩孔容积小原因是金属的收缩被后注入的金属液所补充。

三、问答题

1、凝固收缩的特点及其表现形式。

2、试述获得无缩孔、缩松铸件的措施。

3、分析缩孔的形成过程，说明缩孔与缩松的形成条件及形成原因的异同点。

第7章铸件的化学成分不均匀性

一、判断题

1、发生宏观偏析的铸件一般也有微观偏析存在。

（√）

2、凡是先结晶出的固相浓度低，后来结晶出的固相溶质浓度高的偏析称为正偏析。

（×）

3、一般铸件或多或少总存在着微观偏析或显微偏析。

（√）

4、正偏析及逆偏析都是宏观偏析，这类偏析中不存在微观偏析。

（×）

5、通常所说的负偏析也就是逆偏析。

（×）

6、气体的析出将助长逆偏析的形成。

（√）

二、填空题

1、合金的偏析系数表示为

。

2、偏析分为宏观偏析和微观偏析共两大类。

3、产生逆偏析的铸件倾向于　体积　凝固方式，合金的结晶温度间隔　大　，铸件内温度梯度　小　。

4、影响微观偏析的因素有：

（１）　合金的冷却速度　

（2）溶质元素的扩散系数（３）　溶质的平衡分配系数　。

5、预防偏析危害的途径：

（1）细化晶粒、

（2）均匀化退火或扩散退火。

6、枝晶偏析产生的条件是

（1）具有结晶温度范围

（2）不平衡结晶。

三、简答题

1、宏观偏析是由于固液两相区枝晶间富溶质元素的液体流动造的。

产生液体流动的驱动力由哪些？

（1）浇注动能

（2）金属液凝固时的收缩

（3）金属液体密度差异（4）金属液体温度差异

（5）凝固前沿气体的析出

2、何谓枝晶偏析？

答：

在常规的铸件条件下，合金是按照非平衡的结晶过程结晶的。

对于溶质分配系数

的合金，晶粒中心与主干部分由于最先结晶，因此溶质含量最低，而分枝之间为晶粒外层部分，是后结晶部分，溶质含量逐次增多。

这样就使得整个晶粒在内外层之间存在着成分的差异。

这种晶粒中心与主干部分的成分不均匀现象称为枝晶偏析。

第8章铸件中的气体与非金属夹杂物

一、判断题

1、氢和氮在α-Fe中的溶解度比在γ-Fe中的溶解度小。

（×）

2、温度越高，气体的溶解度越大。

（√）

3、以固溶体形式存在的气体，对铸件质量不产生影响。

（×）（危害较小，但也会降低铸件的韧性等）

4、气体是铸件缩松倾向增加的原因之一。

（√）

5、在温度和压力一定的条件下，金属液与气体接触的时间越长，吸收的气体也就越多。

（√）（传质过程决定需要时间）

6、一般铸件的缩松中也存在气体。

（√）

7、采用快速浇注或增加上型高度可防止侵入性气孔的产生。

（√）

二、填空题

1、合金的含气量较多时，析出气孔多呈球团状，含气量较少时，气孔呈　裂纹　状。

2、金属溶解气体的关键环节是　扩散　。

3、金属吸收气体的过程可分为吸附和扩散两个阶段。

4、气体在铸件中的存在形式有固容体、化合物和气态等三种形式。

三、选择题

1、当其它条件相同时，金属加热熔化速度越快，溶解的气体越B。

A多B少C不能确定

2、金属溶解气体的关键环节是C。

A物理吸附B化学吸附C扩散

3、铝合金铸件常产生的气孔是B。

A皮下气孔B针孔C反应性气孔

4、表面氧化膜使气体溶解C。

A加快B减慢C情况需具体分析

5、侵入性气孔一般尺寸较大，孔壁光滑，有光泽，稍有氧化色，多数呈

A形。

A圆B梨C腰形D椭圆

6、防止侵入性气孔的重要方法是C

A降低浇注温度B降低有效压力头

C降低砂型界面气压D减慢浇注速度

7、析出性气孔数量多，尺寸小，是D铸件中最常见的缺陷之一。

A灰铸铁B球墨铸铁

C孕育铸铁D铝合金

8、反应性气孔一般均匀成群分布，往往产生于铸件皮下，形成皮下气孔，此类气孔在B铸件中出现较。

A灰铸铁B球墨铸铁

C孕育铸铁D铝合金

四、简答题

1、说明防止铝合金铸件产生析出性气孔，既可采用真空脱气又可采用压力下凝固的原理。

金属液内部形成气泡的条件是：

（1）金属液溶解的气体处于过饱和状态而具有析出分压力。

（2）气泡内各种气体的分压总和大于作用在该气泡的外压总和。

即

∑Pn＞∑P0

压力差愈大，气体析出也就愈强烈。

所以在真空中气体从金属中析出的倾向特别大，而在压力下凝固时，气体析出量最少。

所以铝合金铸件既可采用真空脱气又可采用压力下凝固。

2、哪些因素影响气体在金属中的溶解度？

其影响规律如何？

3、简述析出性气孔的特征、形成机理及主要防止措施。

4、试分析为什么在雨季铸造铝及其合金时很容易产生气孔？

是什么气孔？

应采取什么措施来避免气孔的生成？

（析出性气孔）

5、什么叫一次氧化夹杂和二次氧化夹杂？

怎样减少或防止二次氧化夹杂？

一次夹杂物是金属熔炼及炉前处理过程中形成的。

二次夹杂物是液态金属在浇注及充型过程中因氧化而形成的。

防止和减少二次氧化夹杂物的途径：

（1）正确选择合金成分，严格控制易氧化元素的含量。

（2）其次，严格控制铸型水分，加入煤粉等碳质材料，或采用涂料，形成还原性气氛。

（3）合理设计浇冒口系统，保持金属液充型过程平稳流动。

对要求高的重要铸件或易氧化的合金铸件（如镁合金），可以采用真空或在保护性气氛下浇注。

第9章铸造应力、变形及裂纹

一、判断题

1、铸件在冷却过程中产生的热应力是残余应力。

（√）

2、“线收缩开始温度”与“有效结晶温度范围的上限”是一致的。

（√）

3、凝固中易产生热裂的铸件宜采用顺序凝固原则。

（×）

4、热裂形成的温度很高但引起热裂的应力不是通常所指的热应力。

（√）

5、机械阻碍应力是临时应力，不致引起铸件变形。

（×）

6、根据热应力理论，铸件断面上的热应力大小，与铸件长度无关。

（√　）

7、相变应力分布的特点：

铸件上的截面外层冷却快的部分为拉应力，截面中心部位冷却慢的部分为压应力。

这种分布特点同热应力相同。

（×）

8、铸件中各部分厚薄不同，其在铸型中冷却时就会热应力。

厚部为压应力，而薄部为拉]应力。

（×）

9、铸件中各部分厚薄相差愈大，热应力就愈小。

从铸件结构来看，壁厚均匀的铸件，其热应力最大。

（×）

10、由于收缩应力是在弹性状态产生的，当形成应力的原因消除后，应力也随之消失，所以收缩应力是一种临时应力。

（√）

11、合金凝固过程中，开始形成完整的枝晶骨架的温度与凝固终了的温度之差越大，则合金的热裂倾向就越大。

（√）

12、影响灰铸铁收缩值的主要因素是浇注温度，化学成分和冷却速度。

（√）

13、控制合金中的含磷量，能防止冷裂的产生。

（√）

14、一般防止铸件变形的方法都可以防止产生铸造应力。

（×）

15、为了防止热裂纹，最基本的措施是严格控制硫和磷的含量。

（√）

二、填空题（每题2分）

1、铸造应力按其产生的原因可分为　热应力、相变应力、　机械阻碍应力。

这些应力可能使铸件产生的缺陷是　热裂、变形、冷裂。

2、热裂形成的温度范围在有效结晶温度区间形成的，即上下限各是：

上限线收缩开始温度，下限固相线温度（凝固结束）。

3、浇注薄壁铸件时，为防止热裂，要求浇注温度要高，浇注速度要快。

4、应力框中粗杆和细杆分别形成拉应力和压应力。

三、选择题

1、产生热裂的铸件所处的状态是B。

A液—固态B固—液态C固态

2、机械阻碍应力属于B。

A残余应力B临时应力C压应力

3、铸件中的热应力是在铸件处于C时产生的。

A固-液态B固态弹性阶段C固态塑性阶段

4、相变应力属于C。

A残余应力B临时应力C不能确定

5、热裂产生的温度C。

A低于且接近液相线温度B低于且接近固相线温度

C高于且接近固相线温度

6、热裂产生的部位多在B。

A圆弧过渡处B直角相接处C均匀的薄壁处

7、结晶温度间隔大的合金产生热裂的倾向A。

A大B小C不能确定

四、问答题

1、何谓铸造应力？

它对铸件质量有什么影响？

如何防止及消除之？

2、从浇注条件及铸件结构、铸型情况对热裂的影响出发，提出防止热裂的措施。

3、砂型铸造时，对容易产生裂纹的铸钢件，为减少铸件应力，在铸件打箱时间上如何控制（定性地描述）？

4、热裂和冷裂的成因、形态及部位各有何异同？

5、试分析T字形梁铸件在冷却过程中的应力和变形。

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