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（1）侵入气孔；

（2）析出气孔；

（3）反应气孔。

9．析出气孔产生的原因？

防止措施有哪些？

（1）在熔炼过程中，使合金过分氧化和溶解过多气体，则容易使铸件产生析出气孔，并分布在铸件各个断面上。

特征：

分布面积大，尺寸较小（

）。

（2）控制炉料质量、熔炼操作和浇注工艺。

如炉料不含水、氧化物和油污；

熔炼时加覆盖剂，尽量缩短熔炼时间；

保证工具干燥；

避免剧烈搅拌；

合理设计浇注系统等。

10．合金的铸造性能与铸件质量有何关系？

P7

P30：

1．金属型铸造有何特点？

为什么不能广泛代替砂型铸造？

（1）①实现了一型多铸，简化铸造工序，便于实现机械化生产；

②铸件精度高、表面质量好。

精度可达IT12—IT14（CT7—CT9），表面粗糙度值Ra12.5—6.3，减少了切削加工余量；

③金属型导热快，铸件冷却快，晶粒细、力学性能较高。

如铝合金铸件抗拉强度提高25%，抗蚀性和硬度也显著提高；

④金属型制造成本高、周期长，不适合单件小批生产；

⑤金属型因无透气性、无退让性和冷却速度大（导热快）：

铸件的形状不易过于复杂；

壁厚不宜过薄（铸铁件

），以防浇不足；

用于铸钢等高熔点合金时，铸型寿命低；

灰铸铁易产生白口（壁厚

、控制C、Si含量、退火处理）。

（2）金属型成本高；

高熔点合金，金属型寿命低；

铸件结构不能太复杂，特别是内腔结构不能过于复杂，保证型芯取出方便。

主要用于有色合金铸件的大批量生产中。

3．如何解决金属型的透气性和退让性问题？

金属型无透气性—型腔上部开排气孔，分型面处设排气槽。

金属型无退让性—控制铸件出型时间。

保证浇注后在保证铸件高温强度足够的前提下，应尽早取出铸件（金属型无退让性，防止裂纹或金属型芯拔出困难）。

铸铁件出型温度为780～950℃，开型时间为10～60s。

P55

4．什么叫铸件的浇注位置和分型面？

选用原则是什么？

（1）浇注位置—浇注时铸件的（主要表面）所处的状态和空间位置。

分型面—铸型组元间的结合面（铸型间或砂箱间相互接触的表面）。

（2）浇注位置的确定原则（三下一上）P37。

（a）铸件的重要加工面应朝下或放在侧面。

如图4—16、4—17所示。

铸件的上表面容易产生砂眼、气孔、夹渣等缺陷，组织不如下面致密。

（b）尽可能使铸件的大平面朝下或倾斜浇注，以免形成夹砂和夹渣、气孔等缺陷。

如图4—18所示。

（c）铸件的薄壁部分应放在下部、侧面和倾斜位置—利于液态金属充满铸型，防止浇不足和冷隔等缺陷。

对于平板、圆盘类铸件大平面应朝下。

如图4—19所示。

（d）对壁厚不均匀，合金收缩率大，容易形成缩孔、缩松的铸件（如铸钢和硅黄铜铸件），应将铸件的厚大部分置于上放或侧面—便于安放冒口，有利于实现定向凝固，防止产生缩孔、缩松。

如图4—20所示。

（e）便于砂芯的安放、稳固和排气。

应尽量减少砂芯数目，保证砂芯安放稳固。

避免使用吊芯、悬臂芯。

如图4—11所示。

分型面的确定原则P38。

（a）便于起模，简化造型工艺。

①尽量减少分型面数目，最好只有一个分型面：

要使分型面数目少，一个分型面，便于两箱造型，易于实现自动化、机械化；

如图4—26所示。

②分型面应尽量采用平直面（或规则曲面），避免曲面：

便于采用整模造型，容易保证精度；

如图4—24所示。

③尽量减少砂芯数目，避免不必要的活块和砂芯。

方便造型。

④砂芯最好位于下型，便于下芯、合型和检验。

（b）应尽量使铸件的重要加工面或大部分加工面和加工基准面在同一砂箱内，应尽可能放在下型箱，以保证铸件精度。

如图4—23所示。

（c）为了起模方便，分型面一般选在铸件最大截面上。

模样在一个砂型内不要过高，要充分利用上下箱的高度。

这样有利于填砂、起模、下型和合型。

如图4—22、4—28所示。

（d）落砂清理方便，机械加工工作量少。

6．铸件外形、内腔结构设计各应注意哪些要求？

为什么？

（1）铸件外形应便于起模。

铸件外形在满足使用要求的前提下，往往可在一定范围内变动。

（a）分型面尽量平直。

简化操作，减少清理工作量，避免挖砂造型。

（b）尽量避免外部侧凹—外部侧凹，↑分型面数量或外部型芯，有时需要活块造型→造型工艺复杂，出现错箱，↓铸件尺寸精度。

（c）凸台、筋条设计应便于起模，避免不必要的型芯和活块。

（2）铸件型腔（内腔）设计应使砂芯数量少，并有利于砂芯固定和排气：

（a）尽量不用或少用砂芯。

铸件内腔应尽量简单。

（b）应便于砂芯固定、排气、清理。

（2）简化造型，降低成本，保证毛坯质量。

※8．为什么要规定最小壁厚？

不同铸造合金要求一样么？

在设计凸台时应注意什么？

（1）满足铸件的最小壁厚要求，避免浇不足、冷隔等缺陷（壁厚过小，易产生浇不足、冷隔等缺陷）。

铸件的壁厚不宜过厚，否则会引起晶粒粗大，易产生缩孔、缩松等缺陷。

每种合金有一个最小壁厚和临界壁厚要求，超过了临界壁厚，铸件的承载能力不再按壁厚增加而成比例增加，铸件的临界壁厚可以按最小壁厚的三倍计算。

设计铸件结构时，应合理选择铸件的截面形状（如丁字形、工字形、槽形、箱形结构）。

（2）不一样，因为不同合金铸造性能不同。

※（3）凸台（筋条）设计应便于起模，避免不必要的型芯和活块—简化造型；

有凸台（筋条）处不要过厚—以免产生缩孔、缩松缺陷。

※9．零件、铸件、模样三者在尺寸、形状上有何区别？

模样：

是用木材、金属或其它材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。

—包含铸造合金（有时还要考虑模样材料）的收缩量—在零件图基础考虑加工余量、余块；

拔模斜度、合金的收缩量等因素。

铸件：

是毛坯，与模样形状相同，比模样小一个合金收缩量。

零件：

去掉加工余量。

※10．图4—50所示的铸件结构有何缺点？

如何改进？

凸台设计方便起模—（a）、（b）、（c）；

分型面应平直—避免挖砂造型，（d）。

避免厚大部分，防止缩孔、缩松缺陷—中空结构或工字截面开式结构，（e）。

11．图4—51所示的铸件有哪几种分型方案？

各有何优缺点？

（a）

13．图4—53（b）

活块造型—两箱造型；

整模造型。

※14．图4—54（a）、（b）※—作业

（a）中空结构，需使用悬臂芯，用型心撑固定（↓排气性，有气密要求的件不允许）→开式工型截面形状，避免使用悬臂芯（↑排气性）。

（b）筋条设计，需采用活快造型→改变筋条方向为水平和垂直方向，采用分模两箱造型，避免活快造型。

20．冒口和冷铁有何作用？

简述其设置原则？

（1）：

①主要作用是补偿液态收缩，兼有排气和集渣作用。

②在铸件厚壁处和热节部位设置冒口，是防止缩孔、缩松最有效的措施。

冒口的尺寸应保证冒口比铸件被补缩部位凝固得晚，并有足够的金属液供给。

（2）：

冷铁：

由金属材料制成的激冷物（铸铁、铸钢、铜）。

作用：

对铸件进行激冷，即加速某一部分的冷却速度。

一般设在铸件厚壁处，加速该部分冷却速度。

根据冷铁对铸件的激冷程度和安放位置的不同，分为：

内冷铁：

在浇注后被高温合金液包围而熔合在一起，最后留在铸件中，其激冷作用优于外冷铁。

有气密要求部位不宜使用。

外冷铁：

和铸件的外表面接触而起激冷作用，清理时和型砂一起清出，可重复使用。

补充思考题：

1．为什么共晶成分合金流动性最好？

2．铸造热应力产生的原因是什么？

预防措施有哪些？

（结构设计、同时凝固）

3．铸造机械应力（收缩应力）产生的原因是什么？

4．何谓缩孔、缩松？

如何防止缩孔、缩松？

（顺序凝固）

5．简述热应力的形成过程？

6．拔模斜度（起模斜度）、结构斜度？

第二部分锻压

P73

1．金属塑性变形是如何实现的？

为什么有些金属塑性好，有些塑性差？

如何提高金属塑性（加热）？

2．补充—什么是冷变形和热变形？

变形后金属组织和性能各发生怎样变化？

※7．什么是加工硬化现象？

回复和再结晶的含义及作用是什么？

（1）加工硬化：

在常温下金属随变形程度的增加，其强度和硬度提高，而塑性和韧性下降的现象，称为加工硬化．如用手反复弯曲铁丝时，会发现越弯越硬，最后在弯曲处因硬脆而断裂．

（2）含义：

回复（或软化）—把产生加工硬化的金属加热到

，原子获得热能，热运动加剧，使原子得以回复正常排列，消除晶格扭曲，使加工硬化得到部分消除。

即强度、硬度略有下降，塑性和韧性略有提高．这种现象称为回复或软化。

再结晶—当加热温度继续升高，

，塑性变形后金属被拉长的晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒，这一过程称为再结晶。

此时加工硬化现象全部消除。

变形后金属无加工硬化现象，只有再结晶组织，提高了金属的力学性能。

（3）作用：

加热

－部分消除加工硬化；

－加工硬化全部消除，只有再结晶组织，提高了金属的力学性能。

由于加工硬化也给金属继续进行塑性变形带来困难，所以，在生产中，常采用再结晶退火工艺，消除加工硬化。

8．何谓金属的可锻性？

衡量可锻性指标有哪些？

影响可缎性的因素是什么？

（1）金属（合金）的可锻性：

表示金属（合金）材料经受压力加工的能力。

（2）用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。

塑性↑，变形抗力↓，可锻性↑；

反之则可锻性↓．

a．塑性：

用伸长率δ、断面收缩率ψ表示。

、

越大，塑性越好．

b．变形抗力：

金属抵抗变形的能力。

变形抗力越小，则变形消耗的能量也就越小。

（3）A．金属的本质：

指金属的化学成分和金属的组织结构。

B．变形条件（加工条件）：

指金属进行变形时的变形温度、变形速度及应力状态（或变形方式）：

（a）变形温度的影响：

提高金属变形时温度，可改善金属的可锻性。

但变形温度不能太高，否则会产生过热过烧脱碳和严重氧化等缺陷．因此变形温度要控制在一定的范围内．始锻温度：

金属加热后开始锻造的温度．终锻温度：

金属锻造中允许的最低变形温度．锻造温度：

指始锻温度和终锻温度间温度范围。

始锻温度和终锻温度的确定以合金状态图为依据．（b）变形速度的影响变形速度—单位时间内的变形程度。

提高变形速度对金属的可锻性有利有弊。

一方面，由于变形速度的增大，金属变形时加工硬化严重；

回复和再结晶还来不及消除（或部分消除）加工硬化，金属的塑性下降，变形抗力增大，可锻性变差，一般压力加工常属此类型。

另一方面，当变形温度提高到某一值以上，一部分塑性变形能量就转为热能，金属温度升高，其塑性提高，变形抗力下降—产生热效应现象，使可锻性得到提高，多在高速锻锤锻造时才会发生。

变形速度＜临界值：

变形速度增大，塑性下降，变形抗力增大—可锻性降低。

变形速度＞临界值：

变形速度增大，塑性增大，变形抗力下降—可锻性提高。

（c）应力状态的影响（变形方式）：

采用不同的变形方式，塑性变形区的应力大小及应力状态（拉或压）是不同的。

通常用塑性区内各点的主应力状态图表示。

实践证明：

三个方向中的压应力数目越多，则金属的塑性越好；

拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。

P95

1．何谓自由缎？

它在应用上有何特点？

（1）自由锻造—利用冲击力或压力使在自由锻造设备的上下铁砧（铁块）之间的金属材料产生塑性变形得到所需锻件的一种锻造方法。

（2）金属坯料在上下铁砧（铁块）之间产生塑性变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制。

锻件的形状和尺寸主要取决于锻工的操作水平和所用设备。

4．模型锻造模膛如何布置和设计？

模锻结构有何要求？

※

（1）制坯模膛→预锻模膛→终锻模膛

（2）制坯模膛—使毛坯形状基本符合锻件形状—使金属能合理分布和更好充满模膛（拔长、滚压、弯曲、切断模膛）；

预锻模膛—使毛坯变形到接近于锻件的形状和尺寸—终锻时容易充满模膛；

减少终锻模膛磨损，延长锻模寿命。

预锻模膛的圆角和斜度比终锻模膛大，没有飞边槽。

终锻模膛—使毛坯最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。

①形状同锻件；

②尺寸比锻件放大一个合金的收缩量；

③沿模膛四周设有飞边槽—增加金属从模膛流出阻力，促使金属充满模膛；

同时容纳多余金属。

④带孔的锻件—连皮。

5．何谓胎膜锻造？

有哪几种常用形式？

应用上有何特点？

（1）在自由锻造设备上用可移动的简单锻模（胎模）成型锻件的一种工艺方法．

（2）类型：

扣模；

筒模；

合模．Ｐ８３．

（3）特点：

Ｐ８２～８３。

6．自由锻的结构工艺性有哪些要求？

自由锻为什么不允许出现凸台、筋条和斜面？

（1）（a）尽量避免锥体和斜面结构（用圆柱面，平面）。

锻件上具有锥体或斜面结构，必须用专用工具，工艺过程复杂，操作不便，成型困难，生产率低。

（b）不能有空间曲线。

锻件由几个简单几何体构成的，几何体的相贯线不应形成空间曲线，否则锻造困难或无法成形。

（c）锻件上应尽量避免加强筋、凸台、工字形截面或空间曲面。

（d）复杂零件可设计成简单件的组合体，自由锻件的横截面积有急剧变化时，应设计成由几个简单件构成的组合体．通过焊接或机械连接方式构成整体零件．

（2）难以用简单的自由锻方法成型，必须用特殊的工具和工艺措施来生产，提高难度，增加成本—自由缎成型特点决定。

7．模型锻造结构工艺性有哪些要求？

（１）模锻件要有合理的分模面．使锻件易于从锻模（模膛）取出，敷料最小，锻模容易制造．

（２）由于模锻件尺寸精度较高，表面粗糙度值较小，因此零件上的配合表面需留加工余量（较小），而其它表面（非配合表面）应设计为非加工表面．零件上与锤击方向平行的非加工表面应设计结构斜度；

非加工表面所形成的角应按结构圆角设计；

（３）零件的外形力求简单平直和对称。

尽量避免零件截面间差别过大或具有薄壁、高筋（肋）、凸起等结构．如图７－２０所示．图a）所示的锻件，其最小截面与最大截面之比如小于0.5（要求

），就不易采用模锻，此外该零件的凸缘凸起太薄太高，中间凹下很深也是不适宜的；

图ｂ）所示的锻件，很扁很薄，薄壁处冷却快，抗力大，难易充满模膛；

图ｃ）所示的锻件，有一个高而薄的凸缘，使锻模的制造和锻件的取出比较困难，如改为图ｄ）所示的结构，锻件成型比较方便．

（４）应尽量避免深孔和多孔结构．否则会增加机械加工余量．如图７－２１所示，４个小孔无法锻出，需要机械加工得到．

（５）采用锻－焊组合工艺．将复杂的锻件设计成锻－焊组合件，以减小敷料，简化模锻工艺．

补充：

1。

模锻斜度—为使锻件易于从模膛中取出，平行于分模面方向，即锻件与模膛侧壁接触部分必须留一定斜度（加在模膛侧壁上）。

2．分模面?

3．为什么重要的重型件必须采用自由锻方法制造？

锻件流线分布合理，力学性能高；

设备吨位限制（模锻件整体成型）。

第三部分焊接

129

2．说明电弧焊中正接法和反接法的区别？

①正接法—焊件接电源正极，焊条接负极。

当焊件厚度较大，要求较大热量迅速熔化时，宜采用正接法；

②反接法—焊条接电源正极，焊件接电源负极。

当焊接薄钢板及有色金属，要求熔深小时，宜采用反接法。

3．何谓焊接冶金过程？

焊接冶金过程有何特点？

（1）熔焊时焊接区内各种物质之间（如液态金属、熔渣和气体间）在高温下相互作用的过程,其实质是金属在焊接条件下的再熔炼过程（金属熔池可看作一个微型冶金炉，其内要进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等一系列物理化学过程）。

（2）特点：

①金属熔池体积很小（约2～3cm3），周围是冷金属，故熔池处于液态的时间很

短（10s左右），各种冶金反应进行得不充分（例如冶金反应产生的气体来不及析出）。

②熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸发。

同时，熔池周围又被冷的金属包围，常使焊件产生应力和变形，甚至开裂。

③冶炼条件差，有害气体容易进入熔池，形成脆性的氧化物、氮化物和气孔，使焊缝金属的塑性、韧性显著下降。

4．焊条药皮的作用是什么？

①提高电弧的稳定性（稳弧）；

②产生保护熔渣及气体，使电弧空间及熔池与大气隔离；

③保证焊缝金属的脱氧、脱硫、脱磷；

④向焊缝渗加必要的合金元素等。

7．以低碳钢为例，说明焊缝和热影响区中各区段组织和性能变化情况？

1）焊缝—是由熔池内的液态金属凝固而成的，是一个特殊的冶金过程。

它属于铸造组织，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶，硫、磷等形成的低熔点杂质容

易在焊缝中心形成偏析，使焊缝塑性降低，易产生热裂纹。

由于按等强度原则选用

焊条，通过渗合金实现合金强化，因此，焊缝的强度一般不低于母材。

2）热影响区—焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织

和力学性能变化的区域，称为热影响区。

热影响区包括过热区、正火区、部分相变区、再结晶区。

（1）过热区：

焊接热影响区中，具有过热组织或晶粒显著租大的区域称为过热区。

此区的温度范围为固相线至1100℃，宽度约1～3mm。

由于温度高，晶粒粗大，使塑

性和韧性降低。

焊接刚度大的结构时，常在过热区产生裂纹（如低碳钢,该区奥氏体晶

粒急剧长大,形成过热组织,因此塑性和韧性差）。

（2）正火区：

焊接热影响区内相当于受到正火热处理的区域。

此区的温度范围为1100℃至Ac3之间，宽度约为1.2～4.0mm。

由于金属发生了重结

晶，随后在空气中冷却，因此可以得到均匀细小的正火组织（均匀细小的铁素体和珠光

体）。

正火区的金属力学性能良好。

（3）部分相变区:

焊接热影响区内组织发生部分转变的区域.

此区温度范围在Ac1～Ac3之间，只有部分组织发生相变。

由于部分金属发生了重结

晶，冷却后可获得细化的铁素体和珠光体，而未重结晶的部分金属则得到粗大的铁素体。

由于晶粒大小不一，故力学性能不均匀（力学性能差）。

（4）再结晶区：

此区温度范围在Ac1～450℃之间—对于退火态钢无此区域。

一般情况，焊接时焊件被加热到Ac1以下的部分，钢的组织不发生变化。

对于经过

冷塑性变形的钢材，则在450℃～Ac1的部分，还将产生再结晶过程，使钢材软化。

10．焊丝和焊条钢芯的作用是什么？

（1）用作电极（导电生弧）；

（2）填充金属；

—焊丝（3）焊丝有时起渗合金、脱氧、去硫等冶金处理作用。

11．怎样用焊剂和焊丝或药皮和钢芯对焊缝进行脱氧、脱硫、脱磷和合金化？

写出化学方程式？

12．焊接接头是由哪几部分组成？

各部分的组织和性能特点怎样？

（1）焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区，其划分见图10-5。

（2）焊缝—是由熔池内的液态金属凝固而成的，是一个特殊的冶金过程。

熔合区—焊接接头中，焊缝向热影响区过渡的区域，称为熔合区。

此区成分及组织极不均匀，晶粒长大严重，冷却后为粗晶粒，强度下降，塑性和冲击韧性很差，往往成为裂纹的发源地。

虽然熔合区只有0．1～1mm，但它对焊接接头的性能有很大影响。

热影响区—焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织

—7

13．指出低碳钢和合金钢（退火态）的热影响区组织有何异同？

14．产生焊接应力和变形的原因是什么？

（金属冷却后沿焊缝纵向收缩时受到焊件低温部分的阻碍，使焊缝及其附近区域纵向受拉应力（焊缝及近缝区的金属处于高温状态），远离焊缝区域受压应力（处于低温状态）。

焊接时焊件及接头受到不均匀的加热和冷却，同时又受到焊件自身结构和外部约束的限制，使焊接接头产生不均匀的塑性变形，这是焊接应力与变形产生的根本原因）

※焊接过程中，加热和冷却是局部的、不均匀的，由于这种不均匀的加热和冷却，使焊接过程中：

焊缝及近缝区纵向受压应力（压缩变形）；

远离焊缝区域受拉应力；

焊接后：

焊缝及近缝区纵向受拉应力；

远离焊缝区域受压应力。

焊接应力的释放（或应力的松弛）—焊接变形产生的根本原因。

P144

1．埋弧焊、气体保护悍、电阻焊、电渣焊、钎焊焊接方法的特点？

参考笔记。

20．什么叫可焊性（焊接性）？

怎样评定或判断材料的可焊性？

（1）可焊性（焊接性）—金属材料对焊接加工的适应性。

它主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。

焊接性包括两个方面：

a.工艺焊接性—焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂纹的可能

性。

是指在某一焊接工艺条件下，能得到优质焊接接头的能力。

如气孔、夹渣、未焊透、热裂纹、冷裂纹。

b．使用焊接性—焊接接头在使用中的可靠性。

包括焊接接头的机械性能（力

学性能）及其他特殊性能。

如耐热、耐腐蚀性等。

（2）试验法；

估算法，对钢而言，常用的方法是碳当量法※钢材；

冷裂纹敏感系数法。

21．对焊接性差的钢材，采用焊前预热和焊后缓冷的措施为什么可以减少裂纹倾向？

焊接钢材时，哪些情况下应考虑采用预热措施？

（1）焊前预热和焊后缓冷：

这是最常用、最有效的方法，其目的是减小焊缝区与其

他部分的温差，使工件较均匀地冷却，减小焊接应力和变形。

通常在焊前将工件预热到

300℃以上再进行焊接，焊后要缓冷（300～400℃）—↓焊件各部分温差；

↓焊后冷却速度；

↓应力和变形，另外锤击处在高温的焊缝，↓应力和变形。

（2）—参看笔记

26．焊接铜、铝及其合金主要困难是什么？

常用的焊接方法是什么？

P143。

P155

4．图12—9所示两种焊件，其焊缝布置是否合理？

若不合理，请加以改正。

焊缝不能密集交叉。

不合理

合理

不合理

9．焊接结构工艺性内容包括哪些方面？

试总结一下焊缝布置不合理可能产生的影响？

（1）①选择焊接结构材料（母材或焊件）；

②确定焊接方法和焊接材料；

③确定焊接接头及坡口形式；

④布置焊缝（形式及位置）；

⑤制