材料成型工艺基础作业题答案.docx
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材料成型工艺基础作业题答案
铸造部分
作业一
1、名词解释：
铸造、铸型、型芯头、起模斜度、铸造圆角、铸造工艺图
答：
铸造：
熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型、冷却凝固后获得一定形状和性能铸件的成型方法。
铸型：
决定铸件形状的容器。
型芯头：
（为了在铸型中支承型芯的空腔），模样比铸件多出的突出部分称为型芯头。
起模斜度：
凡垂直于分型面的立壁，制造模样时必须留出的一定的倾斜度。
铸造圆角：
模样上相交壁的交角处做成的圆弧过渡。
铸造工艺图：
按规定的工艺符号或文字，将铸造工艺方案、工艺参数、型芯等绘制在零件图上形成的图。
2、造型方法主要有哪两种
答：
造型的方法主要有手工造型和机器造型。
3、整模、分模、挖砂、活块、刮板和三箱造型各适用于铸造什么样的零件
答：
整模造型适合一端为最大截面且为平面的铸件；
分模造型适合最大截面在中部的铸件；
挖沙造型适合分型面为曲面的单件铸件；
活块造型适合单件，小批量生产带有凸出部分难以起模的铸件；
刮板造型适合等截面的或回转体的大、中型铸件的单件货小批量生产；
三箱造型适合单件、小批量生产具有两个分型面的铸件。
4、为什么铸件的重要加工面在铸型中应朝下
答：
位于铸型下面的区域由于重力的作用，其质量一般比上面区域的好，将铸件重要加工面在铸型中朝下，可避免重要加工表面出现气孔、砂眼、缩孔、缩松等铸造缺陷。
5、大面积的薄壁铸件应放在铸型的什么位置为什么
答：
大面积的薄壁铸件应放在铸型的下部或侧面，因为这样可以避免浇不到、冷隔等缺陷。
6、为什么尽量使铸件全部或大部位于同一个砂箱中
答：
使铸件全部或大部位于同一个砂箱中，可以保证铸件尺寸精度，避免错箱等缺陷。
7、浇注位置选择的原则有哪些
答：
浇铸位置的选择原则有：
（1）铸件的重要加工面或重要工作面应处于底面或侧面；
（2）铸件的大平面应尽可能朝下或采用倾斜浇铸；
（3）铸件的薄壁部分应放在铸型的下部或侧面；
（4）铸件的厚大部分应放在顶部或分型面的侧面。
8、铸型分型面的选择原则是什么
答：
铸型分型面选择原则有：
（1）应保证顺利起模；
（2）分型面的数目应尽量少；
（3）应尽量减少型芯、活块数量；
（4）铸件尽可能放在一个砂箱内，或将重要加工面、加工的基准面放在同一砂箱内。
9、铸造工艺图中的工艺参数主要有哪些
答：
主要工艺参数有：
（1）机械加工余量
（2）铸造收缩率（3）起模斜度（4）型芯头（5）铸造圆角
作业二
1、何谓合金的铸造性能铸造性能不好会引起那些缺陷
答：
合金的铸造性能是指合金在铸造成型过程中，容易获得外形正确，内部无缺陷铸件的性能。
合金铸造性能不好会引起的缺陷有：
（1）若流动性不好，会引起浇不足和冷隔缺陷；
（2）收缩会引起缩孔、缩松缺陷，同时因为应力，会使铸件变形和产生裂纹。
2、从Fe-Fe3C相图分析，什么样的合金成分具有较好的流动性为什么
答：
由于液相和固相共存的凝固区合金流动性差，而共晶成分的合金，不存在液相、固相共存的区域，且相同条件下，凝固温度最低，因此共晶成分的合金具有较强的流动性。
3、铸件的凝固方式依照什么来划分那些合金倾向于逐层凝固
答：
铸件的凝固方式依照凝固区域的宽窄及向铸件中心迁移的情况来划分；
纯金属和共晶成分的合金，不存在凝固区，倾向于逐层凝固。
4、缩孔和缩松是如何形成的可采用什么措施防止为何缩孔比缩松较容易防止
答：
液态合金在凝固时，若其液态收缩和凝固收缩的缩减容积得不到补足，则会在铸件最后凝固的部分形成一些孔洞。
容积较大且集中的为缩孔，容积小且分散的为缩松；
可采取以下措施防止缩孔和缩松：
（1）控制铸件的凝固顺序；
（2）合理布置内浇道及浇铸工艺；
（3）合理利用冒口、冷铁、补贴等工艺措施。
因为缩孔容积大，且接近外壳，采用顺序凝固即可防止。
而缩松容积较小，不易观察且分布广泛，因而不易防止。
5、什么是定向凝固原则什么是同时凝固原则各需要采用什么措施来实现
答：
定向凝固原则：
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，最后才是冒口本事凝固；
同时凝固原则：
通过减小铸件各部分之间的温度差，使其均匀冷却；
定向凝固可采用合理安放冒口位置，放置冷铁等工艺实现；同时凝固可通过将浇道开在薄壁处，是薄壁处较厚壁处升温较高，补偿薄壁处冷速快的现象来实现。
6、铸造应力有哪几种如何形成的如何防止铸造应力、变形和裂纹
答：
铸造应力分为机械应力和热应力。
机械应力是铸件的固态收缩受到铸型或型芯的机械阻碍而形成的；热应力是铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于不均匀收缩引起的。
防止机械应力的措施是提高铸型、型芯的退让性；防止热应力的措施是采用同时凝固的方法。
防止铸件变形的措施有：
（1）铸件壁厚尽量均匀、对称
（2）采用同时凝固工艺（3）反变形（4）去应力退火
防止裂纹的措施有：
（1）合理设计铸件的结构
（2）改善铸件、型芯退让性（3）现在金属液的含硫量。
7、铸件的缩孔缺陷与合金的何种铸造性能有关
答：
铸件的缩孔缺陷与合金的收缩性有关。
作业三
1、铸铁有哪几类他们的基本区别是什么和碳钢比，铸铁在化学成分和显微组织上有何不同
答：
根据碳在铸铁中的存在形式，铸铁可以分为白口铸铁、灰口铸铁和麻口铸铁；
它们的基本区别是碳的存在形式不同：
白口铸铁碳主要以Fe3C形式存在，灰口铸铁碳主要以石墨形式存在，麻口铸铁中既有石墨又有Fe3C；
在化学成分上，铸铁和碳钢的区别主要是含碳量不同。
含碳量在%~%的Fe-C合金为铸铁，含碳量在%~%的为碳钢。
铸铁的显微组织较碳钢多了石墨组织。
2、什么是石墨化影响铸铁石墨化的主要因素是什么
答：
石墨化是指铸铁中碳原子析出聚集形成石墨的过程。
影响石墨化的主要因素有：
（1）化学成分：
C、Si元素能促进石墨化过程；
S、Mn元素阻碍石墨化过程；
P元素对石墨化影响不大，但是会增加铸铁脆性
（2）温度及冷却速度：
高温缓慢冷却，有利于石墨相的析出。
3、灰铸铁的力学性能、铸造性能和其他性能有何特点如何形成这些特点的灰铸铁最适宜做哪类铸件
答：
灰铸铁性能特点及其原因：
（1）力学性能低：
石墨相当于钢基体中的裂纹或孔洞，破坏了组织连续性，易导致应力集中。
（2）铸造性能好：
灰铸铁硅含量高，且成分接近共晶成分，熔点低流动性好。
（3）切削性能好：
石墨车削易脆断，不粘刀。
（4）压力加工及焊接性差：
灰铸铁易脆断，因此不利于压力加工；另外，它的强度低，塑性差，在焊接过程中冷速快，焊件受热不均匀，因而焊接应力过大，所以也不利于焊接。
（5）消震性能好：
因为石墨可以吸收震动能量。
（6）耐磨性能好：
因为石墨本身有润滑的作用。
（7）缺口敏感性小：
基体中遍布的石墨相当于许多缺口。
灰铸铁适合做承受压力和震动的零件，例如：
机床床身、各种箱体等。
4、常用的球墨铸铁有哪几种在组织、性能上各有何特点各适用于那些铸件
答：
常用的球墨铸铁分为珠光体球墨铸铁和铁素体球墨铸铁。
（1）珠光体球墨铸铁：
组织：
珠光体基体上有球状石墨；
性能特点：
抗拉强度、屈服强度、疲劳强度高，硬度、耐磨性比高强度灰铸铁好；
应用：
适合制作承受震动，载荷大的零件，如：
曲轴、传动齿轮。
（2）铁素体球墨铸铁：
组织：
铁素体基体上有球状石墨
性能特点：
抗拉强度低于珠光体球墨铸铁，塑性、冲击韧性较好，力学性能优于可锻铸铁；
应用：
铁素体球墨铸铁抗拉强度低，一般用于制作阀门，底盘零件等。
5、试从下列诸方面比较可锻铸铁与球墨铸铁：
制造方法；组织；强度、塑性和冲击韧性；应用。
球墨铸铁
可锻铸铁
制造方法
高温出炉、顺序凝固、需球化剂球化处理
白口铸铁经石墨化退火
组织
基体上石墨呈球状分布
基体上面分布团絮状石墨
强度
σb：
400MPa~1200MPa较高
σb：
300MPa~700MPa较低
塑性
比灰铸铁高
比灰铸铁高
冲击韧性
高于灰铸铁、可锻铸铁
高于灰铸铁
应用
震动、载荷大的零件：
曲轴、传动齿轮
形状复杂、震动的薄壁小型件：
汽车轮壳
6、钢铸件与铁铸件的铸造特点有何区别铸钢件为什么必须使用大冒口为什么必须热处理
答：
钢铸件的力学性能比铁铸件高，特别是塑性、韧性、焊接性能远优于铁铸件。
但是钢铸件的铸造性能、减震性和缺口敏感性都比铸铁差；
因为铸钢件铸造性能差，流动性差，浇铸温度高，体积收缩率大，因而易形成较大缩孔，个采用大冒口补缩；
铸钢件组织粗大，有较大应力，偏析严重，因而需要热处理细化组织，消除内应力，改善偏析，提高力学性能。
作业四
1、作好铸件外形设计应考虑哪些方面如何正确设计外形
答：
铸件的外形设计应考虑以下几个方面：
（1）铸件外形力求简化，是造型方便；
（2）铸件应有最少分型面；（3）应设计结构斜度；（4）应避免水平放置较大平面；（5）避免铸件收缩受阻；（6）防止细长件或大而薄的平面弯曲；（7）应有铸造圆角
正确设计外形时应注意：
（1）外形设计应注意美观大方，避免不必要曲面和圆角结构，尽量不出现内凹形状，避免外形芯，还应尽量使用平直分型面；设计凸台等时，应便于起模
（2）减少分型面（3）在铸件所有垂直于分型面的非加工面应设计斜度（4）将较大平面设计为斜面或浇铸时将砂箱倾斜（5）防止收缩受阻，如改用奇数轮辐、孔幅板（6）细长或大而薄的平板件，应采用对称或加肋结构防止弯曲（7）留有铸造圆角。
2、铸件内腔涉及应满足那些要求
答：
铸件的内腔设计应满足：
（1）尽量少用或不用型芯
（2）型芯必须安装方便，固定，排气通畅（3）清砂方便
3、铸件壁的设计应考虑哪些原则
答：
（1）铸件壁厚应适当、合理
（2）铸件壁厚应尽可能均匀（3）铸件壁连接应有结构圆角，避免交叉和锐角连接，避免采用十字型交叉连接，厚壁与薄壁之间要有逐步过渡铸件
4、为什么铸件应有最少分型面具体设计时应如何考虑
答：
使铸件分型面的数目最少，可以简化造型过程，减少由于错箱造成的铸件误差，因此铸件应有最少分型面。
具体设计时应遵循以下原则：
（1）分型面应为平直面，使分模造型、起模方便
（2）减少分型面数量（3）减少型芯、活块数量（4）使铸件尽可能放在一个砂箱内，或将重要加工面和加工基准面放在同一砂箱中，以保证尺寸精度。
5、为保证铸件内腔形状，设计型芯时应考虑哪些问题
答：
应考虑的问题有：
（1）尽量不用或少用型芯
（2）型芯必须安装方便、固定、排气通畅（3）使清砂方便
6、铸件壁小于最小壁厚会产生什么后果壁厚适当的一般原则是什么
答：
铸件壁小于最小壁厚，会产生浇不足、冷隔等缺陷；
壁厚适当的一般原则：
铸件内壁比外壁厚度小，肋的厚度小于内壁，以使铸件各部分冷却速度相近，达到同时凝固的目的。
另外，铸件壁厚度力求均匀。
7、为什么要求铸件壁厚应尽量均匀
答：
铸件壁厚力求均匀，可以时铸件各处冷却速度相近，避免局部过厚形成热节结构，避免缩孔，热应力变形，裂纹。
塑性变形部分
作业一
1、为什么同种材料的锻件比铸件的力学性能高
答：
锻件又坯料经反复轧制成型，组织致密度高，缩孔、缩松被扎实，柱状枝晶被打碎；而铸件组织粗大，内有缩孔、缩松，所以锻件力学性能优于铸件。
2、金属塑性变形的机理是什么
答：
金属塑性变形是各晶粒内的位错运动和晶粒间的滑动与转动的综合结果。
3、何谓加工硬化产生的原因是什么碳钢在其锻造温度范围内变形是否会产生加工硬化
答：
加工硬化是指在常温下金属随变形程度的增加，其强度和硬度增加，而塑性和韧性下降的现象。
加工硬化产生的原因是：
金属塑性变形后，滑移面上产生了许多晶格方位的碎晶块，同时由于经历转动、伸长，造成了滑移面附近的晶格严重的扭曲，出现了内应力，产生进一步滑移的阻力，使塑性变形难以进行下去。
碳钢的锻造温度一般为800℃~1250℃以内，T加工=800+273=1073K,T再结晶=（1500+273）=，因此，T加工>T再结晶,锻造属于热加工，加工硬化与再结晶现象同时发生，因而不会出现明显加工硬化现象。
4、何谓再结晶它对金属的性能有何影响
答：
再结晶是指温度上升到金属熔化温度的~倍时，由于金属原子获得更多热能，塑性变形后的金属被拉长了的晶粒重新形核长大，变为等轴晶粒的过程。
金属再结晶发生后，加工硬化被完全消除，金属塑性提高，硬度下降。
5、铅（t熔=327℃）在20℃、钨（t熔=3380℃）在1100℃下变形属于哪种变形为什么
答：
铅：
T再结晶=（327+273）=240K,T加工=20+273=293K，因为T加工>T再结晶,因此铅属于热加工；
钨：
T再结晶=（3380+273）=1461K,T加工=1100+273=1373K，因为T加工6、纤维组织是怎样形成的它对金属的力学性能有何影响试分析用棒料加工成型和用冷镦成型的六角螺栓的力学性能有何不同
答：
铸锭内部存在着不溶于基体金属的非金属夹杂物，热变形中，随着金属晶粒的变形方向被拉长或压扁，呈显微状。
金属再结晶时，被压碎的晶粒恢复为等轴细晶粒而纤维状夹杂物不能再结晶，沿被拉长方向保留下来，即形成纤维组织。
纤维组织会使金属产生各向异性，平行纤维方向，塑性、韧性、强度提高，垂直于纤维方向抗剪强度提高。
用棒料加工成型的螺栓，流线型被切断，而螺栓主要受力方向平行于流线方向，此方向抗剪强度弱，易折断；冷镦成型的螺栓，流线未被切断，主要受力方向垂直于流线方向，抗剪强度高，不易断裂失效。
7、可锻性良好的金属应具有哪些力学性能和组织状态哪些工艺条件影响金属的可锻性
答：
在力学性能方面，可锻性良好的金属应具有良好的塑性和较小的变形抗力；在组织状态方面，纯金属、固溶体有较好可锻性，细晶粒组织较粗晶粒组织有较好可锻性，含有碳化物较多的组织可锻性差。
影响金属可锻性的工艺条件有：
（1）变形温度：
变形温度越高，金属可锻性越好，但变形温度过高可锻性反而降低
（2）变形速度：
当变形速度肖宇某一值时，可锻性随变形速度增大而降低，超过这一值后，变形速度增大，可锻性反而升高（3）应力状态：
压应力个数越多，数值大，同号，可锻性好。
8、钢料加热不当时易产生哪些缺陷如何防止
答：
钢料加热不当时易产生过热、过烧、脱碳、氧化。
防止氧化的方法：
采用保护气氛加热、真空加热、高温短时快速加热等；防止脱碳的方法：
在可控气氛中加热；过热是加热不当引起的奥氏体晶粒粗大现象，要防止过热现象，应控制加热温度和保温时间，当过热不严重时，可通过一次正火消除过热组织；过烧是加热温度过高引起晶界熔化并氧化，要防止需严格按照热处理工艺加热，控制温度。
9、确定碳钢的始锻温度和终锻温度的依据是什么
答：
碳钢的锻造温度由铁碳相图确定，始锻温度受过热限制，钢的过热温度比熔点低150℃~200℃，因此熔点以下200℃左右为碳钢的始锻温度。
终锻温度应保证碳钢具有足够的塑性，通常是800℃左右。
另外，确定始锻温度和终锻温度还应考虑钢的塑性图，变形抗力图。
作业二
1、用φ50冲孔模具来生产φ50落料件能否保证冲压件的精度为什么
答：
不能保证。
对于冲孔模具，d孔=d凸=50，因此d凹=50+z（z为冲裁间隙）；若用冲孔模具来落料，d落料=d凹=50+z，因此d落料>50，所以不能保证精度。
2、分析冲裁间隙对冲裁件质量、冲裁力及模具寿命的影响。
冲裁间隙对冲裁质量的影响：
（1）断面质量：
间隙过大，会增大塌角，产生过多毛刺；间隙过小，会产生两个光亮带。
（2）由于模具尺寸偏差对尺寸精度也会产生一定影响。
冲裁间隙对冲裁力的影响：
间隙减小，冲裁力变大。
冲裁间隙对模具寿命的影响：
间隙较大有利于寿命的提高；间隙较小易卡料，易磨钝、崩刃等损坏。
3、某冲压件在弯曲部位发现裂纹，而且变形角度与图样不符，试分析各种可能的原因。
答：
造成裂纹的可能原因有：
板料过厚、内弯半径r过小，材料塑性不够；
造成变形角度与图样不符的原因可能是弯曲模具的角度大于回弹角。
4、如上图所示的08F钢圆筒件，壁厚为2mm，说明能否一次拉深成形
答：
拉深系数m=d件/D料；其中，d件=50-2-2=46，
所以，m=46/=，m<，所以不能一次拉深成型。
5、右图示零件，用同样的板料拉深时哪个容易，哪个困难为什么
答：
对于φ200的零件，m1=200/400=
对于φ300的零件，m2=300/400=
m2>m1,所以φ300的零件比φ200的零件变形程度小，因而拉深更容易。
焊接部分
作业一
1、焊接方法分哪几类
答：
焊接方法分为熔化焊、压力焊和钎焊。
2、焊接接头分几个区在焊低碳钢时，其熔合区和热影响区的组织和性能有何变化
答：
焊接接头包括焊缝、熔合区和焊接热影响区。
熔合区未熔化，组织为因过热而长大的粗晶组织和（部分新结晶的）铸态组织。
该区很窄，组织不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆断的发源地。
热影响区又分为过热区、正火区和部分相变区。
其中，过热区为粗大的过热组织；该区塑性和韧性下降，焊接刚度大的结构时，该区易产生裂纹；正火区加热时金属发生重结晶，冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体组织（近似于正火组织），力学性能优于母材；部分相变区组织为铁素体和珠光体，其中，铁素体粗细不均，发生相变的铁素体细小，未发生的则很粗大，该区力学性能比正火区稍差。
3、产生焊接应力和变形的原因是什么
答：
产生焊接应力和变形的原因是焊接过程中，加热和冷却是局部的不均匀的。
4、熔焊冶金特点是什么
答：
熔焊是指焊接过程中，将工件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。
冶金特点有：
（1）它的焊缝区母材熔化，参加冶金过程
（2）因为母材熔化，熔焊的残余应力较大（3）熔焊的焊缝只要焊丝成分得当，焊后热处理工艺合适，强度会接近或超过母材，焊缝力学性能较优。
作业二：
1、埋弧焊和气体保护焊相比较有何特点
答：
埋弧焊比起氩弧焊和二氧化碳气体保护焊，主要特点有：
（1）由于焊弧区保护严密，气体、杂质易浮出，因此焊件质量高且稳定
（2）由于中、薄件接头不开坡口，因此节省材料，另外由于氩气较贵，因此它比氩弧焊成本低（3）由于埋弧焊弧光不外泄，而二氧化碳气体保护焊易造成强烈气孔和飞溅，因此埋弧焊可以改善劳动条件。
2、焊条的作用是什么焊条药皮有何功用
答：
焊条由药皮和焊条芯组成。
焊条芯的作用是：
（1）作为电极导电
（2）作为填充金属（3）在焊接过程中添加合金元素。
药皮的作用是：
（1）改善焊接工艺性能，易于引弧，减少飞溅
（2）稳弧作用，使电弧稳定燃烧（3）机械保护作用，产生熔渣和气体，隔绝空气（4）冶金处理作用—脱氧、去氢、去硫，渗合金。
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