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铸造工程学复习题

铸造工程学复习提纲

1什么是铸造？

与其他材料成形工艺相比，铸造工艺有何优缺点。

铸造：

将液态〔熔融〕的合金浇入到与零件的形状，尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的消费方法通常称为铸造 。

铸造是消费金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有本钱低，工艺灵敏性大，合适消费不同材料、形状和重量的铸件，并合适于批量消费。

但它的缺点是公差较大，易产生内部缺陷。

铸造工艺的优点：

（1）适用范围广，据统计：

在机械行业中铸件占机器总质量的50%以上；

（2）可以制造各种合金铸件

（3）铸件尺寸精度高〔与一般焊接件、锻件比拟〕

（4）本钱低廉

（5）可以消费形状复杂的零件

铸造工艺的缺点：

（1）铸造消费过程比拟复杂。

（2）影响铸件质量的因素多。

（3）废品率一般较高。

（4）铸件容易出现各种缺陷。

〔浇缺乏，缩孔，气孔，裂纹等〕。

2铸造技术开展的趋势有哪几个方面。

（1）铸件尺寸、重量范围扩展〔特大-特小型铸件〕；

（2）铸件的轻量化〔材质轻量化、工艺的准确化〕；

（3）铸件的准确化；

（4）数字化铸造；

（5）网络化铸造：

建模+仿真，网络化管理

（6）清洁化铸造。

3液态金属充型才能概念，简答铸型和浇注条件方面因素对充型才能的影响并提出进步充型才能应采取的措施。

液态金属充型才能：

液态金属经浇注系统充满铸型型腔的全部空间，形成轮廓明晰，形状完好的铸件的才能。

对充型才能的影响：

1〕铸型性质:

蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体、铸型外表光亮碳.

2〕浇注条件:

浇注温度、充型压头、浇注系统构造.

进步充型才能应采取的措施：

针对影响充型才能的各种因素，从方便容易、经济有效几方面进展选择。

一般情况下，进步浇注温度和使用绝热涂料最宜。

〔温度升高，充型才能进步〕

4金属中的气体来源有哪些方面，它们对铸件质量可能会产生哪些不利影响。

来源于熔炼过程、浇铸过程和凝固过程的气体卷入与界面反响。

不利影响：

几乎都是有害的，如降低流动性、引起裂纹、造成组织疏松、降低各种强度指标、不利于铸件热处理等等。

5铸件中的气孔有哪三种，各自气体的来源和气孔的宏观特征。

根据气体来源不同，分为析出性气孔、侵入性气孔、反响性气孔〔又称皮下气孔或针孔〕。

〔1〕析出性气孔

熔炼过程中溶入金属中的气体，当金属冷却凝固时由于溶解度降低，而从金属中析出形成的气孔。

气体中大都为氢和氮，呈分散的麻点状小圆孔，外表光亮，常布满于整个铸件断面。

灰铸件大都靠近节处呈长裂缝状，外表光洁，内腔常有一层石墨薄膜。

〔2〕侵入性气孔：

〔P气>P静+P阻+P腔〕

是气体从外部侵入金属液中，不能排除而形成的气孔，气体来源于型砂，型腔和冷铁，浇注时也可能卷入气体。

常在铸件的部分、铸件外表或铸件内部出现。

气孔大都呈圆形或椭圆形，喇叭形，其根部所指常常就是气体侵入之处。

气体多为水蒸汽、co、co2或碳化合物。

〔3〕反响性气孔

金属与铸型之间、金属内部某些成分之间和金属与渣相之间发生化学反响而生成的气孔。

铸铁、铸钢件的气体大都是CO和氢气。

球铁那么为硫化氢气体，镁蒸汽和氢气，大都均匀分布于铸件皮下，因此称皮下气孔、呈针状或蝌蚪状，与铸件外表垂直。

反响气孔又可分为皮下气孔，外表气孔和内部气孔。

6铸件中的非金属夹杂物概念，外生夹杂物，内生夹杂物的含义，非金属夹杂物的来源。

非金属夹杂物：

在铸件内部或外表上存在的与基体成分不同的质点称为夹杂物。

非金属夹杂物的类型按来源分为外生和内生。

外生是指熔炼、浇注时和炉子、浇包接触产生的渣相如没排除干净，那么残存为夹杂。

内生那么非常的复杂，是金属液内部各元素之间反响的结果，包括了简单的氧化物，复杂的化合物，硫化物等。

非金属夹杂物的来源:

贯穿于金属合金熔炼到浇铸结属整个过程中：

合金原材料、脱碳、脱磷脱硫、脱氧、造渣、接触炉体或中转包、浇包耐火衬、浇注过程氧化、凝固过程化合物的析出或产生新的化合物。

7非金属夹杂物对铸件力学性能的影响如何。

降低合金的力学性能〔延伸率、断面收缩率、韧性、抗疲劳性〕。

8浮游法和熔剂法去除金属液中非金属夹杂物的原理有啥区别。

浮游法:

气体和非金属夹杂的排除往往具一致性，排气时可带走部分夹杂物，所以通入惰性气体或参加能产生惰性气体的化合物，可使金属中的气体和夹杂一起被排除。

熔剂法：

参加降低夹杂熔点或能和夹杂生成新的化合物的材料，可排除夹杂。

9铸件铸造过程中的收缩会带来哪些铸件缺陷，分别描绘各缺陷形成原因及特征，如何防止。

铸件的收缩缺陷：

影响最大的是缩孔、缩松、热裂、冷裂。

〔1〕缩孔缩松

铸件最后凝固区域如因收缩导致存在集中的肉眼易见的孔洞，称为缩孔；分散而细小的，肉眼不易觉察到的孔洞称为缩松。

形成原因是液态收缩和凝固收缩得不到及时的补偿，补偿包括金属液补偿和固态收缩补偿两种方式。

所以形成缩孔缩松的根底条件是：

铸件为体积凝固而非顺序凝固方式，液态收缩与凝固收缩的总和大于固态收缩。

缩孔缩松的防止：

铸件的构造设计应合理，铸造工艺方案适当，采用顺序凝固方式时，要着力进步冒口补缩效率，对合适同时凝固的合金及鋳件应采用同时凝固方式，可降低本钱。

〔2〕铸件的热裂

铸件在非弹性变形的高温阶段，因收缩应力导致的裂缝类缺陷，称为热裂。

热裂的特征是：

断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和开展，外观形状曲折而不规那么〔铸钢件裂口外表近似黑色，铝合金那么呈暗灰色〕。

热裂又可分为外裂纹和内裂纹。

外裂纹:

在铸件外表、可以看见。

裂口常从铸件的拐角处、截面厚度有改变处或部分冷却缓慢容易产生应力集中的地方开场，主要是拉应力引起的。

内裂纹：

在铸件内部最后凝固的部位，有时会出如今缩孔附近或尾部。

热裂形成温度是在线收缩开场温度到固相线温度区〔有效结晶温度范围〕，此温度期间，强度和断裂应变都很低，易呈脆性断裂。

断裂防止措施是：

进步合金抗热裂才能，控制结晶过程使初晶细化〔冷铁〕，减少金属液中的气体和夹杂，优化浇注系统及浇注工艺，改善型芯物化特性。

〔3〕铸件的冷裂

铸件处于弹性状态，铸造应力超过材料的强度极限时产生的裂纹即称冷裂。

冷裂往往出如今铸件受拉伸的部位，特别是应力集中的地方。

因此，铸件产生冷裂的倾向与铸件形成应力的大小亲密相关。

合金的化学成分〔如钢中的C、Cr、Ni等元素，虽进步合金的强度，但降低钢的热导率，含量高时，冷裂倾向增大〕和杂质状况〔如P高时，冷脆性增加,S及其它夹杂物富集在晶粒边界，易产生冷裂〕对冷裂的形成影响很大，降低合金的塑性和冲击韧性，使形成冷裂的倾向增大。

影响冷裂的因素与影响铸造应力的因素根本一致。

冷裂的防止是建立在防止和消除铸件应力上面，采用反变形设计模样、芯盒，以抵消铸件变形；设置拉筋，加强筋；调整铸件温度场，采用缓冷措施等。

10铸钢件铸造收缩率比铸铁收缩率大的原因是什么。

因为铸铁结晶时有石墨析出〔主要是灰铁和麻口铸铁〕，而铸钢重的碳以渗碳体存在，最终导致两者收缩率的差异。

铸铁是又液体直接结晶成面心立方的奥氏体加生碳体，然后冷却成体心立方的铁素体加渗碳体。

铸钢在冷却时是从液体转变为体心立方构造的高温铁素体，温度再下降之后变为面心立方的奥氏体，此时由于原子密度增大而发生收缩现象，收缩比的大小和结晶的过程是亲密相关的。

11铸件凝固方式有哪三种，铸件有哪三种典型的宏观结晶组织。

凝固方式：

逐层凝固方式、糊状凝固方式、中间凝固方式。

宏观结晶组织：

表层细等轴晶区、内部柱状晶区、中心等轴晶区。

12为何有双重铁碳相图的存在？

双重相图的存在对铸铁件消费有何实际意义？

双重相图的存在原因：

稳定平衡的Fe-C相图中的共晶温度和共析温度比介稳定平衡的高一些。

共晶温度高出6℃，共晶温度高出9℃。

产生变化的更本原因是由于自由能变化引起的。

从结晶动力学〔晶核的形成与长大过程〕角度来说：

以含C4.3%的共晶成分液体在低于共晶温度的凝固为例，在液体中形成含C6.67%的渗碳体晶核要比形成汗C100%的石墨晶核容易，而且渗碳体是间隙型的金属间化合物，并不是要求铁原子从晶核中扩散出去。

因此，在某种条件下，奥氏体加石墨的共晶转变的进展还不如莱氏体共晶转变那样顺利。

热力学观点上看，Fe-Fe3C相图只是介稳定的，Fe-C相图才是最稳定的。

从动力学观点看，在一定条件下，按照Fe-Fe3C相图转变也是可能的，因此就出现了二重性。

13碳当量、共晶度的概念，铸铁件碳当量一般要小于4.26%的原因是什么。

碳当量：

当有其它合金元素参加时，由于会出现相当于增加或减少了体系中的含C量的效果，就会使体系结晶时的状况发生变化，把体系中的实际C和合金元素的影响效能〔折算为正负C〕相叠加。

共晶度：

铸铁的实际含碳量与共晶点实际含碳量的比值。

纯铁碳二元系统相图的共晶点C′〔或〕是一个重要分界点，它决定了结晶时是先析出C相还是奥氏体相。

CE＜4.26%时，亚共晶成分

14铸铁件根据其结晶组织中石墨形态可分为几种，要获得这些形态的措施是什么。

1〕灰铸铁--石墨呈片状

合理选定化学成分，孕育处理，微量或低合金化

2〕球墨铸铁--石墨呈近似球状

高温、低硫、低磷和低杂质含量的优质铁液，球化处理，热处理

3〕蠕墨铸铁--石墨形状介于片状和球状

选择适宜的化学成分并熔炼合理的铁液，蠕化处理及孕育处理

4〕可锻铸铁--石墨形状为团絮状

选用适宜的化学成分和制定合理的退火标准

15铸钢的品种有哪些，含铬不锈钢不锈的真实含义是什么。

〔1〕铸造碳钢--应用最多的钢种

〔2〕铸造低合金钢

〔3〕铸造高合金钢

a.高锰钢b.铸造不锈钢

〔4〕铸造耐热钢

不锈的含义是因为其中参加的元素Cr，当含量到达12%以上时，在钢的外表就能形成一层致密的尖晶石薄膜，此膜一方面对普通的酸碱有较高的化学稳定性，另一方面阻止氧进入内层，从而起到完美的保护作用。

由于此膜可薄至1-10纳米，几呈透明状，所以肉眼所见宛如不锈。

16黑色金属，有色金属概念，铸铝合金有哪几大类，各类的根本特性是什么。

黑色金属：

铁、锰与铬

有色金属：

除了铁、锰、铬外，其它的金属

（1）铝硅系合金

有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在4%～13%。

有时添加0.2%～0.6%镁的硅铝合金，广泛用于构造件，如壳体、缸体、箱体和框架等。

有时添加适量的铜和镁，能进步合金的力学性能和耐热性。

此类合金广泛用于制造活塞等部件。

（2）铝铜合金

含铜4.5%～5.3%合金强化效果最正确，适当参加锰和钛能

显著进步室温、高温强度和铸造性能。

主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。

（3）铝镁合金

是密度最小〔〕、强度最高〔≈350Mpa）的铸造铝合金，含镁12%，强化效果最正确。

合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。

（4）铝锌系合金

价格最廉价的一种，为改善性能常参加硅、镁元素。

在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火〞。

不经热处理就可使用，变质热处理后，铸件有较高的强度。

经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。

缺点是耐蚀性较差。

17铸造镁合金件在熔炼和使用过程中分别会面临什么样的问题。

熔炼时镁液与炉气中的H2O反响生成MgO夹杂，镁液和N2接触也生成Mg3¬N2，当在熔剂保护下熔化时，镁液中也会产生熔剂夹杂。

所以镁合金和铝合金一样，必须进展精炼。

镁合金耐蚀性差，化学性质活泼，在潮湿的环境下容易腐蚀。

塑性差。

镁具有的密排六方晶格构造使得镁合金的塑性差难以变形加工，因此大部分镁制品都是由压铸成型，限制镁合金在工业构件领域的广泛应用。

耐热性差。

镁合金的熔点比拟低，通用的Mg-Al