材料成型工艺学一复习思考题

材料成型工艺学（一）复习思考题

1. 什么是砂型的紧实度？紧实度对铸件的质量有什么影响？

紧实度：也就是砂型的密度。

1)紧实度不足则砂型松软，金属液易渗入型砂的空隙，造成铸件表面粘砂、表面粗糙、砂型的变形或胀大，而且铸件易产生缩松和缩孔。

2)紧实度大则型砂的退让性不好，透气性差，铸件易产生裂纹和气孔等缺陷。

通常用湿型进行大量、成批生产的条件下，液态金属的静压力大多低于1kpa。因此，一般将湿型的紧实度控制在1.6g/cm3左右是合适的。

2.什么叫粘砂，什么是机械粘砂？什么是化学粘砂？

粘砂：是一种铸造缺陷，它表现为铸件部分或整个表面上夹持有型砂或者粘附有一层难于清除的含砂物质。分为机械粘砂和化学粘砂

机械粘砂：是金属液渗入到型砂的孔隙中形成的机械混合物，是一种铸造缺陷。当金属渗入深度大于砂粒半径时则形成粘砂。

化学粘砂：金属氧化物（主要是氧化铁－FeO）与造型材料相互作用的产物为化学粘砂。（金属-铸型界面产生的氧化性气氛将导致金属形成氧化物。）

3.什么是气孔？气孔的分类？对铸件质量的影响？

气孔：出现在铸件内部或表层，截面形状呈圆形、椭圆形、腰圆形、梨形或针头状，孤立存在和成群分布的孔洞。形状如针头的气孔称为针孔，一般分散分布在铸件内部或成群分布在铸件表层。气孔通常与夹杂物和缩松同时存在，是铸件中最常见的而且对铸件性能危害最大的缺陷。

气孔分类：

1）卷入气孔：在浇注、充型过程中因气体卷入金属液中而在铸件内形成的气孔。

卷入气孔一般为孤立的大气孔，圆形或者椭圆形，位置不定，一般在铸件的上部。

2）侵入气孔：由型、芯、涂料、芯撑、冷铁产生的气体侵入铸件而形成的气孔。侵入气孔多呈梨形或椭圆形，位于铸件表层或近表层，尺寸较大，孔壁光滑，表面常有氧化色。

3）反应气孔：由金属液与砂型、砂芯在界面上，或由金属液内部某些成分之间发生化学反应而形成的成群分布的气孔。反应气孔分内生式和外生式两种。

内生式：金属元素与金属液中化合物或化合物之间反应产生的气孔：

[C]+FeO—[Fe]+CO [C]+[O]—CO FeO+C—CO+Fe

外生式：金属与型砂、砂芯、冷铁等外部因素发生化学反应，产生气体，形成气泡而产生的气孔。

Fe+H2O—FeO+H2

反应性气孔通常为针孔，位于铸件表层的反应气孔通常称为表面针孔或皮下气孔（表面下1-2mm,直径1-3mm,长2-10mm），形状呈针头状或细长腰圆形。

4）析出气孔：由溶解在金属液中的气体在铸件成形过程中析出而形成的气孔。

析出气孔多呈细小的圆形、椭圆形或针头形，成群分布在铸件的整个断面或局部区域内，孔壁光亮。

气孔对铸件质量的影响：

1）弥散孔，气密性↓

2）破坏金属连续性

3）较少承载有效面积

4）气孔附近易引起应力集中，机械性能↓ αk σ-1 ↓

4.什么是缩孔？其产生原因是什么？

缩孔：铸件在凝固过程中因补缩不良而在热节或最后凝固的部位形成的宏观孔洞。

（缩松：缩松是细小的分散缩孔。

疏松：又称显微缩松，是铸件凝固缓慢的区域因微观补缩通道堵塞而在枝晶间及枝晶晶壁间形成的细小孔

洞。）

原因：1）合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，凝固时间过长；

2）浇注温度不当，过高易产生缩孔，过低易产生缩松和疏松；

3）结晶温度范围过大，糊状凝固倾向大，易形成缩孔和缩松；

4）合金中溶解的气体过多，在凝固阶段析出，阻碍补缩，加重缩松和疏松；

5）合金中没有或缺少晶粒细化元素，凝固组织粗大，易形成缩松和疏松；

6）浇注系统、冒口、冷铁和补贴等设置不当，铸件在凝固过程中未能得到有效补充；

7）铸件结构设计不合理，如壁厚变化太突然、孤立的厚断面得不到补缩；

8）冒口数量不足，尺寸太小，形状不合理或冒口与铸件连接不当，补缩效果差；

9）内浇道过厚或位置不当，造成热节；

10）合金成分设计不当，杂质含量过多，使凝固温度间隔增大；

11）砂箱、芯骨刚度差，型芯紧实度低且不均匀，强度低，使铸件在产生胀型缺陷的同时，在内部形成缩孔和缩松。

5.什么是冷裂？什么叫热裂？各自的特征如何？

冷裂：是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金的极限强度而引起的开裂。

特征：冷裂往往穿晶扩展到整个截面，呈宽度均匀的细长直线或折线状，断口有金属光泽或轻微氧化光泽。热裂：是铸件在凝固末期或终凝后不久，铸件尚处于强度和塑性都很低的状态下，由于铸件固态收缩受阻而引起的裂纹。

特征：热裂断口严重氧化，无金属光泽，裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展，呈粗细不均、曲折而不规则的曲线。

6.什么是砂眼？形成原因主要有哪些？

砂眼：铸件内部或表面包裹砂粒或砂块的孔洞。常伴有冲砂、掉砂、鼠尾、夹砂结疤、涂料结疤等缺陷。形成原因：

1）型腔内的浮砂在合型前没有吹扫干净；

2）合型后由浇注系统和冒口掉入砂粒或砂块；

3）由于造型、下芯、合箱等操作不当，发生塌型、挤箱、掉砂、压坏砂型或砂芯；

4）由于砂型或砂芯膨胀，浇注系统设计不合理，及浇注操作不当，造成砂型（芯）开裂、型（芯）砂脱落，产生冲砂、掉砂、鼠尾和夹砂结疤，脱落的型、芯砂在铸件内形成砂眼；

5）涂料不良，或砂型、涂料不干，浇注时涂层脱落，在造成涂料结疤的同时，形成涂料夹杂。

7.什么叫湿型？有什么优缺点？

造型后不需烘干而直接浇注的砂型叫湿型。

优点：

1）适应性强

（1)适合于各种合金：铸铁、铸钢、有色合金。

（2)适用于各种造型方法：手工造型、机器造型、气冲造型、高压造型。

2）经济

（1)价格低廉，且来源广泛，粘土：100-200元/吨，树脂：1.3-1.4万元/吨以上；

（2)工序简单，设备简单，混制方便，生产周期短；

（3)不需烘干，节省能源。

3）回用性好，可以反复多次使用；

4）无味、对人体无害、粉尘少、环境污染小；

5）易于实现机械化和自动化，生产率高。

缺点：

1）含水量高（一般：3.5-5.5% ），发气量大，铸件易产生气孔缺陷；（含水少，湿强度低；含水多，易产生

气孔，溃散性差）

2）湿型硬度、刚度较低，易造成型壁的移动使铸件尺寸增大，造成胀砂，铸件内部易出现缩孔、缩松；3）浇注时，产生水分凝聚区，砂型强度大大降低，易造成夹砂、结疤等缺陷。

4）湿态强度低，易产生冲砂缺陷；

5）回用后粘土、灰分、煤分等增多，耐火度降低；

6）流动性不高，赋形能力差；

7）铸件尺寸精度低。

8. 什么叫砂型的透气性？如何测定砂型的透气性？

透气性：型砂能让气体透过而逸出的能力称为透气性。

透气性的测定：先称取一定量的型砂放入圆筒形标准试样筒中，在锤击式试样机上锤击三次，制成标准圆柱试样，然后放在透气性测定仪上，测出气钟内空气在一定压力下通过试样的时间，计算透气性。

标准法：假设试样前、后压力差为P=P1-P2, 气体通过高度为H的试样的速度V为：V=KP/H，K为比例系数。

设Q为气体体积（cm3），通过试样截面积A（cm2）的时间为t(min)，则气体通过试样的平均速度可表示为：V=Q/At，Q=KPAt/H

上式表明，通过试样的气体量Q与气压P、试样的截面积A和气体通过的时间t成正比，与试样高度H成反比。由此变换得：K=QH/PAt

Q-气体的体积；H-试样高度；P-气体压力；A-试样截面积；t-时间。

9.什么叫紧实率？其测定方法是什么？

紧实率：将被测型砂通过筛子和漏斗装满试样筒（筛孔直径 4.8-6.4mm），刮去多余的型砂后，在锤击式试样机上打击三次，试样体积的压缩程度即为紧实率。

紧实率的测定原理：

较干的型砂自由流入试样筒中时，砂粒堆积的比较密实，即松散密度较高，在相同的锤击紧实力作用下，型砂体积减少较少。而较湿的型砂，在未紧实前密度较低，砂粒的堆积较松散，紧实后体积减少较多。依据体积变化的大小可判断型砂的水分。

C=B/A×100%（C—紧实率，A—试样筒的高度，B—型砂被紧实的距离。）

最适宜的紧实率：手工造型和机器造型：50%，高压和气冲造型：40-50%；挤压造型：35-40%。

10.湿型砂的基本配比是什么？附加物主要有哪些？

基本配比：1）紧实率：50%；2）粘土含量：6-8％；3）含水量：4.5-6%；

4）原砂：75/150目细砂；5)煤粉含量：大件5-8%，小件3-4%；

6）泥分含量：12-16%；7）透气性：一般在100以下。

附加物：煤粉、渣油、淀粉

11.何谓水玻璃？其模数如何表示？如何控制水玻璃的模数？

水玻璃：是各种聚硅酸盐水溶液的通称。

模数：钠水玻璃中SiO2和Na2O的物质的量之比称为模数，用M表示：

M=nSiO2/nNa2O=1.033wSiO2/wNa2O

WSiO2和WNa2O分别为硅酸钠中SiO2和Na2O的质量分数。

1)降低模数：可适当加入NaOH，提高水玻璃中Na2O的质量分数。反应式为：

Si（OH）4+2NaOH—Na2O·SiO2·H2O+2H2O

2)提高模数：则可加入HCl，NH4Cl等，以中和部分Na2O，反应式为：

Na2O·mSiO2·nH2O+2HCl--mSiO2·nH2O+2NaCl+H2O

Na2O·mSiO2·nH2O+2HCl+2NH4Cl--mSiO2·（n-1）H2O+ 2NaCl+2H2O+2NH3

12.钠水玻璃砂的基本配比是什么？水玻璃砂的优缺点是什么？

钠水玻璃砂配比：

由纯净的人造（或天然）石英砂，加入4.5-8.0%的钠水玻璃(质量分数)配制而成。

对重型的和质量要求高的大型铸钢件砂型(芯)，全部面砂或局部采用镁砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、锆砂等特种砂代替石英砂。

如果要求钠水玻璃具有一定的湿态强度和可塑性,以便脱模后再吹CO2，可加入1-3%膨润土(质量分数)或3-6%普通粘土(质量分数)，或加入部分粘土砂。

为改善出砂性，有的砂芯中往往吹入1.5%的木屑，或加入5%的石棉粉或其它附加物。

优点：1）型（芯）砂流动性好，易紧实，造型（芯）劳动强度低；

2）简化造型（芯）工艺，缩短生产周期，提高生产率；

3）提高铸件质量，减少铸件缺陷；

4）可在型（芯）硬化后起模，型、芯尺寸精度高；

5）可以取消或缩短烘烤时间，降低能耗，改善工作环境和工作条件。

缺点：1）出砂性差

钠水玻璃砂的主要缺点是溃散性差，导致出砂性差，清理困难。模数越低，高温强度和残留强度越高，清理越困难。出砂后结块的型砂给旧砂再生带来困难。

残留强度：是指将型砂加热到一定温度后，再随炉冷却到室温所测出的强度。

2）铸铁件粘砂

铸钢件由于浇注温度高，钢水表面易氧化，粘砂层中氧化铁、氧化锰等含量高，粘砂层易于清除。

但厚大铸钢件，钢水对型砂的热作用强烈，使钠水玻璃砂严重烧结，砂型表面孔多，钢水进入空隙中，造成严重粘砂。

铸铁件浇注温度低，铁、锰不易氧化，粘砂层是晶体结构，粘砂层不易清除。

3）型、芯表面粉化（白霜）

如果水分或吹CO2过多时，钠水玻璃砂硬化后，放置一段时间，会在砂型、砂芯表面出现像白霜一样的物质，严重降低砂型的表面强度，浇注时极易产生冲砂缺陷。

Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOH Na2O+2CO2+H2O→2NaHCO3

4）砂芯抗吸湿性差

用CO2或加热法硬化的钠水玻璃砂，装配在湿型中时如果不及时浇注，砂芯就会吸湿导致强度急剧下降，不仅可能出现蠕变，甚至坍塌。

5）其它缺点：1)发气量大；2)热膨胀大

13. 什么叫壳型（芯）？

把砂型和砂芯制成相适应的形状，但只有一定厚度的砂壳，叫壳芯或壳型。

14.何谓覆膜砂？基本配比是什么？覆膜砂制芯的优点有哪些？

覆膜砂:用酚醛树脂作粘结剂配制的型（芯）砂叫覆膜砂。

壳法覆膜砂用原材料

1)酚醛树脂：加入量3.5-6%；

2)硬化剂：六亚甲基四胺[（CH2）6N4]-乌洛托品，加入量为酚醛树脂重量的10-15%，并按[（CH2）6N4]：H2O=1：1配成水溶液加入;

3)原砂：一般为石英砂

对表面质量要求高的铸件，特别是铸件壁很厚实，易产生粘砂的铸钢件，也常用锆砂。

粒度:70/140目和100/200目。

4)附加物

(1)硬脂酸钙：加砂重的0.25-0.35%，防止覆膜砂存放期间结块，增加流动性，使型、芯表面质量致密，制模时易于顶出；

(2)石英粉：占砂重的2%，提高覆膜砂的高温强度。

(3)氧化铁粉：加入砂重的1-3%，提高型、芯的热塑性，防止铸件产生毛刺和皮下气孔。

覆膜砂的混制工艺：以原砂为100，热塑性酚醛树脂为3.5-6，乌洛托品10-15和硬脂酸钙（砂重的0.25-0.35%），石英粉（砂重的2%）。

优点：1)混制好的覆膜砂可以较长期贮存（三个月以上）；2)无需捣砂，能获得尺寸精确的型、芯；3)砂型、砂芯强度高、重量轻、易搬运；4)透气性好，可用细的原砂得到光洁的铸件表面；5)无需砂箱；6)覆膜砂消耗量小；7)型、芯可以长期贮放。

15.什么是零件的铸造工艺特性？为什么要对零件进行铸造工艺性分析？

铸造工艺性：零件的本身结构应符合铸造生产的要求，既便于整个铸造工艺过程的顺利进行，又利于保证产品的质量。

铸造工艺性分析的作用：

1.审查零件结构是否符合铸造生产的工艺要求；

2.在既定的零件结构条件下，考虑在铸造过程中可能出现的主要缺陷，在工艺设计中应采取的工艺措施。

16.从避免缺陷方面审查零件结构应注意哪些问题？

1）铸件应有合理的壁厚；2）铸件壁的连接应逐渐过渡；3）结构圆角的设计；4）内壁厚度应小于外壁；5）壁厚应力求均匀；6）避免水平大平面；7）有利于顺序凝固；

8）铸件结构应能防止热裂和变形。

17.从简化铸造工艺过程的角度审查零件结构应注意哪些问题？

1）铸件结构应便于起模、简化工艺、节省造型和制模工时；2）应减少、简化分型面，尽量采用平直分型面；3）减少砂芯数量，尽量不用和少用砂芯；4）取消不必要的圆角；5）有利于砂芯的固定和排气；6）复杂铸件采用分体铸造，简单小件采用联合铸造。

18. 何谓铸件的浇铸位置？确定铸件浇注位置时应注意什么问题？

浇注位置：浇注时铸件在型内所处的位置（即哪个面朝上?）

浇注位置应依据铸件的质量要求、大小、结构特点、合金性能、生产批量、现场条件及综合效益等方面评估，很大程度上着眼于顺序凝固。

浇注位置确定需考虑的原则：1.铸件的重要加工面应朝下或呈侧立面；2.铸件的大平面朝下，或采用倾斜浇注；3.应保证铸件能充满；4.有利于实现顺序凝固；5.保证砂芯定位稳固、排气通畅和下芯、检验方便；

6.应使合箱位置、浇注位置和冷却位置相一致。

19.什么是分型面？选择分型面时的注意事项？

分型面：两半铸型相互接触的表面。

分型面的确定最好与浇注位置的选择同时考虑，两者协调，使工艺简单，保证铸件质量。

一般说来，应根据铸件的结构特点、技术要求、生产批量和现场条件，结合浇注位置选择。

选择分型面时需注意的原则：1．使全部或大部分铸件，或将加工基准面、重要加工面处于同一铸型内；2．尽量减少分型面的数量，不用或少用活块；3．尽量减少砂芯的数量，采用砂胎、吊砂取代砂芯；4．尽量选用平直分型面；5．不使某一砂箱过高，分型面应在铸件最大截面处；6．有利于下芯、合箱和检验型腔尺寸；7．对受力件，分型面不应削弱铸件的结构强度。

20.什么叫砂芯？确定砂芯分块的原则是什么？

砂芯：用来形成铸件的内腔、各种成型孔及外形不易起模的部分，砂型局部要求特殊性能的部分有时也用砂芯。

1）保证铸件的精度，下芯和检验方便，铸件内腔尺寸要求严格的部分应由整芯或同一半砂芯形成，不宜分为几个砂芯；2）大而复杂的砂芯简化为小而简单的；3）不能削弱砂芯的强度，定位准确、排气通畅；4）尽量减少砂芯的数量；5）分型面与分盒面一致；6）填砂面宽敞、烘干支撑面最好为平面。

除上述原则外，还应注意使每块砂芯有足够的断面，有一定的强度和刚度，能顺利排出砂芯中的气体，使芯盒结构简单，便于制造和使用，砂芯形状适应于所选用的造型、造芯方法。

21.什么叫浇注系统？典型的浇注系统有哪几部分组成？

.浇注系统：引导液态金属进入型腔的一系列通道的总称。

.基本结构：浇口杯、直浇道、直浇道窝、横浇道和内浇道。

22.浇注系统的功能是什么？

1）使液态金属在规定的时间内平稳地充满型腔，即不冲击型芯、不激溅、不氧化、不卷气，能顺利排除型腔内气体；2）有效地去除金属液中的夹杂和气体；3）实现合理的凝固原则：顺序凝固、同时凝固、综合凝固方式；4）提供足够的压力头获得轮廓清晰的铸件；5）避免氧化和形成二次渣；6）结构简单、造型方便，金属消耗少。

23.浇口杯的作用是什么？为防止水平涡流在浇口杯中常采取哪些措施？

浇口杯的作用：1）承接来自浇包中的金属液，便于浇注；2）缓和金属液的冲击，

将金属液平稳导入直浇道；3）挡渣，防止气体卷入；4）提高充型压力头。

措施：1）浇口杯中金属液面的高度：H≥6d直上，而且浇口杯与直浇道要采用圆角连接, r>0.25d直上；2）采用纵向逆浇，设置底坎、挡板和闸门等；3）采用特殊结构的浇口杯：拔塞式、浮塞式、铁隔片式、闸门式等。

24.直浇道的作用是什么？设计直浇道应注意哪些问题？

直浇道的作用：1）将液态金属从浇口杯引入横浇道和内浇道；

2）提供足够的压力头，使金属液能够克服沿程阻力在规定的时间内充满铸型。

直浇道设计原则：

1）入口处的连接—圆弧连接，r>0.25d直上

2）直浇道的形状—上大下小的锥形即设计锥度：根据公式：则：v2>v1, 可使P2

3）蛇形直浇道则使h1-2,增大，保证P2

4）设直浇道窝

作用：①缓和金属液的冲击；②缩短高度紊流区，使金属液平稳导入横浇道；

③改善横浇道内的压力分布，使内浇道流量均匀；

④有利于夹渣和气泡上浮至横浇道顶部。

直浇道窝的深度：为一个横浇道的高度或等于直浇道的直径。

直浇道窝的直径：为2个横浇道的宽度。

25. 横浇道的作用是什么？横浇道起挡渣作用的条件是什么？

作用：1）将金属液均匀、平稳地引入内浇道；2）挡渣，又称撇渣道。

横浇道起挡渣作用的条件：1）横浇道必须呈充满状态；2）液流的紊流搅拌作用小；3）液流速度小于临界悬浮速度；4）横浇道有合理的长度和高度，即L横/h横≥5-6，h横/h内≥5-6；5）末端要延长，结构设计要合理。

26. 内浇道的作用是什么？在内浇道--横浇道的连结上需要注意什么问题？

内浇道的作用：

1）调节铸型、铸件的温度分布和凝固顺序；

(温差：顶注310℃，底注慢浇220℃，底注快浇80℃，阶梯式浇注25℃）

2）控制充型速度和方向，改善流量分布；

3）协助横浇道挡渣。

内浇道与横浇道的搭接：

1）交接角应大于90度。交接角：横浇道中液流方向与内浇道中液流方向间的夹角。

2）搭接方式

①封闭式浇注系统：内浇道应该设置在横浇道的底部，且底面与横浇道的底面应在同一平面上；

②开放式浇注系统：内浇道应该设置在横浇道的顶部，底面与横浇道的顶面应在同一平面上，内浇道与横浇道的搭接长度小于内浇道的高度，搭接面积略大于内浇道的截面积。

夹杂进入型腔的或然率=（内-横搭接面积）/横浇道顶面总面积

27.什么是“封闭式”、“开放式”浇注系统？分别说明其优缺点和应用场合？

.封闭式浇注系统：浇注系统的阻流断面为内浇道的浇注系统。（表达式：

∑F直≥∑F横≥∑F内或∑F直≤∑F横≥∑F内或∑F横≥∑F内

阻流断面：浇注系统中断面积最小的部分。）

开放式浇注系统：浇注系统的阻流断面在直浇道下端或在它附近的横浇道上，以期直浇道充满的浇注系统。表达式：∑F直≤∑F横≤∑F内。

封闭式浇注系统的特点：

优点：1）横浇道充满快，挡渣能力强；2）金属液消耗少；3）结构简单，造型、清理方便。

缺点：1）金属液充型速度快，易喷溅、氧化；2）易冲坏型腔、砂芯。

应用：中、小型铸铁件，不易氧化的有色合金铸件，翻包浇注的铸钢件和高大铸件。

常用断面比：湿型小件：∑F直:∑F横:∑F内=1.15:1.1:1

大型铸件：∑F直:∑F横:∑F内=1.4:1.2:1

开放式浇注系统的特点

优点：1）金属液流速低，充型平稳；2）对型、芯的冲击小，金属氧化轻。

缺点：1）开放比较大时液态金属难以充满浇注系统的所有组元，特别是横浇道，所以挡渣能力差；2）金属液消耗多。

应用：易氧化的有色合金铸件、球铁件、漏包浇注的铸钢件。

铝合金和镁合金的常用比例：∑F直:∑F横:∑F内=1：2：4

28.试述顶注式，底注式和阶梯式浇注系统各有什么优缺点？

顶注式浇注系统

定义：按铸件浇注时的位置，内浇道设在铸件顶部的浇注系统。

优点：

1）易充满型腔，可避免浇不足和冷隔等缺陷；

2）顶部温度高，底部温度低，有利于实现顺序凝固和冒口补缩（一般浇口通过冒口）；

3）结构简单，造型方便；4）金属消耗少。

缺点：1）金属液的冲击力大，易飞溅。因此，充型过程不平稳，易导致金属氧化、卷气，铸件易产生砂眼、冷豆、气孔等；2）挡渣能力差。

应用：结构简单、壁厚比较小，高度不大的铸件及对致密度要求高的中小型厚壁铸件。

2.底注式浇注系统：内浇道开设在铸件浇注位置底部或底侧的浇注系统。

优点：

1）充型平稳，金属氧化轻；2）对型、芯冲击小，利于排气；3）充满快，挡渣能力强；

缺点: 1）不利于顺序凝固；2）造型麻烦，金属消耗大；

3）易产生氧化渣，产生冷隔、浇不足等缺陷，顶部有大平面时易产生砂眼；

应用：易氧化的有色合金、铸钢件以及要求高、形状复杂的铸铁件。

阶梯式浇注系统：在铸件浇注位置的几个高度上开设有内浇道的浇注系统。

优点：1）对型、芯冲击小，充型平稳；2）有利于补缩和渣、气上浮；3）温度分布均匀，可避免局部过热。缺点：1）造型复杂；2）金属消耗大；3）清理困难。

应用：高大、结构复杂、质量要求高的铸件。关键问题：避免“乱引注”现象。

29.奥赞公式是如何推导出来的？式中各项的意义？

详见课件

30. 平均压头的计算公式是什么？对顶注、底注和中间注入式浇注系统H 均各为多少？H 均=H 0 --- C P 22 (C —为铸件高度；P —内浇道以上铸件高度；ρ—为金属液密度；H 0—为内浇道以上金属液的静压头；S —为铸件的断面积。)对封闭式浇注系统

顶注式：P=0，H 均=H 0 ；底注式：P=C ，H 均=H 0-C/2；中间注入式：P=C/2，H 均=H 0-C/8。

31. 阶梯式浇注系统的设计方法？

阶梯式浇注系统的计算方法和步骤如下：

1.内浇道层数取决于铸件的高度：

2.实现分层引注的条件：1）联接各层内浇道的分配直浇道中的金属液必须呈自由液面；2）分配直浇道中自由液面以下的有效压头h 有效必须小于相邻两层内浇道之间的距离H0。

3. 浇注系统的计算1）阻流截面积的计算2）分配直浇道的截面积F 分直：3）内浇道截面积的计算。 具体包括计算方法看课件

32. 什么是冒口？冒口起补缩作用的条件是什么？

冒口：铸型中能储存一定的金属液，可以对铸件进行补缩的专门工艺“空腔”称之为冒口。

冒口的作用：1）主要作用就是补缩铸件;2）出气和集渣。

要达到补缩的目的，冒口必须满足以下基本条件：

1）冒口的凝固时间必须大于或至少等于铸件（或铸件被补缩部分）的凝固时间；

2）冒口中必须储存足够的金属液补充铸件（或铸件被补缩部分）的收缩；

3）冒口与铸件被补缩的部位之间必须存在良好的补缩通道。

33. 冒口位置的选择应考虑哪些问题？

1）冒口应尽量放在铸件补缩部分的上部或热节点的旁边。

2）冒口应放置在铸件最高最厚的部位，以便利用金属液的自重力补缩。

3）在铸件不同高度上有热节需要补缩时，可按不同水平面放置冒口，并配合使用冷铁。

4）冒口应尽可能不阻碍铸件的收缩，不应放在应力集中处，以免引起裂纹；

5）力求用一个冒口同时补缩一个铸件的几个热节或几个铸件的热节。

6）冒口最好布置在需进行机械加工的表面，以减少精整工件的工时。

7）为加强铸件的顺序凝固，应尽可能使内浇道靠近或通过冒口，以造成对冒口有利的温度分布。

8）应避免在重要部位放置冒口，因冷却缓慢，晶粒粗大，造成性能下降。

34. 何谓冒口的有效补缩距离？画图说明形状和冷铁因素对低碳钢有效补缩距离的影响？

冒口有效补缩距离的概念：为了防止铸件产生缩孔和缩松，冒口必须保证铸件实现顺序凝固，在铸件凝固的过程中始终保持畅通的补缩通道，这样的冒口中的金属液才能源源不断的补给铸件，否则冒口再大，也达不到补缩的目的。

冒口的有效补缩距离：致密的冒口作用区与致密的末端区之和称为冒口的有效补缩距离，即

b=冒口区+末端区= c+e

1）形状因素的影响

2) 冷铁因素的影响 详细见课件

35. 什么是补贴？简述轮缘和轮毂补贴的作图步骤？

补贴：所谓补贴就是人为的在靠近冒口的铸件壁上逐渐增加的厚度，称为冒口补贴，简称补贴。 轮缘补贴的作法：

1）按比例画出轮缘和轮辐（最好用1:1），并添上加工余量；

2）画出热节点内切圆直径dy ’，考虑砂尖角效应需作必要的扩大，通常为：

dy=dy ’ +（10-30mm ）；

3）如图所示，自下而上

的画圆，并使d1=1.05dy，

d2=1.05d1，d1和d2的圆心

分别在dy和d1的圆周上，

而且与轮缘内壁相切；

4）画一条曲线与各圆相切，

所得曲线是补贴所需的外形曲线。

轮毂补贴的作法：

对于轮毂，由于其要求不如轮缘那么高，所以做补贴时不需改变内切圆的直径，加补贴的方法与轮缘相同，只是滚圆的直径不变。

36.什么是模数？意义是什么？简单几何体的模数如何计算？

模数的概念：铸件在体积相同的情况下，表面积越大，散热就越快，凝固时间就越短；反之，表面积越小，凝固时间就越长。

模数的定义式：模数=铸件的体积/散热表面积，即：M=V/A

模数是反映铸件体积与散热表面积对凝固时间影响的参数。模数大，凝固时间长，模数小，凝固时间短。简单几何体的模数计算公式

大平板：M=a/2（a-板厚）；正方形杆：M=a/4 （a-边长）；

矩形截面杆：M=ab/2（a+b）（a、b-边长）；长方体：M=abc/2（ab+bc+ac）（a、b、c-边长）

立方体或球体：M=a/6 (a-边长或内切圆直径）

37.试分别叙述冒口设计中“模数法”和“缩管法”的原理与步骤？

模数法计算冒口的步骤

①计算铸件的模数

对有多个形状，尺寸不同的热节点，应在每个热节点安放冒口，分别算出其模数。

②计算相应部分冒口的模数

③确定缩孔率

包括液态收缩和凝固收缩。这两部分体收缩率的大小直接影响缩孔体积。一般碳钢随着碳量的增加体积收缩率增加，含碳量相同时浇注温度越高，ε值越大。表达式，ε=εC+εX，εX=∑K i X i X i—合金元素的含量；K i—修正系数。

④确定冒口的具体尺寸和形状—查标准冒口表；

⑤根据冒口的有效补缩距离，校核冒口数目；

⑥根据公式，校核冒口的最大补缩能力；

依据：ε（V

件+V

冒

）+V s = V冒η 忽略V S；可得：V件=V冒（η- ε）/ ε

⑦校核冒口的工艺出品率：工艺出品率= 铸件毛重/(铸件毛重+冒口总重)×100%

缩管法计算步骤与原理：

1）计算铸件（或铸件被补缩部分）的体积V件和模数M件；

2）计算铸件（或铸件被补缩部分）所需补缩金属液的体积。它等于缩管的体积V P=εV?V件；εV为各种合金的实际体收缩率，可查表。

如果几个铸件共用一个冒口，则总的补缩量为V=V P?N。N - 铸件数目

3）求缩管高度和直径

一般情况下，当冒口直径D r不大，且冒口高度H r与冒口直径D r之比为1时，H P/D P=2.5；

冒口直径大，而且冒口高度Hr与冒口直径D r之比为1.5时，H P/D P =4；对白口铸铁H P/D P=2.5 。所以,V p=π/4·D p2·H p= π/4（2.5~4）D p2=（2~ π）D p3

又因为V p=εr V c=εr m c/ρc

冒口小，H r/D r =1,

冒口大，H r/D r =1.5

4）求保温厚壁值W

保温铸件补缩的必要条件是M

保≥M

件

。将保温壁展开，可视为平板。则M

保

=W/2，W=2M

保

。

若求出M

件

就可以得到W的数值。对于简单形状铸件：

板形件：W≥2M件=2×a/2= a（a为板件厚度）；

棒形件：W≥ 2M件= 2×D/4（D为棒形件直径）；

立方体：W≥2M件=2×a/6（a为立方体边长）。

5）确定冒口直径：D r =2W+ D P

6）确定冒口的高度：H r=H P+H M+H B =（2.5-4）D P+H M+H B

H M的作用是在冒口补缩的最后阶段保证金属液有足够的压头来补缩铸件的最后凝固部分，保证缩管底部高出铸件受补缩的最高点P的水平面以利于补缩。当铸件在上箱时，H M的

最小值就是铸件最高点水平面至冒口颈顶面的距离d。如铸件全部在下箱，则H M=0。H B是冒口颈顶部往下的一段冒口部分，是金属液进入铸件的通道。

长方形冒口颈：H B＝（1.5～2）W,正方形或圆柱形冒口颈H B＝1.5b（b-边长）或1.5D(D－直径）

7）确定冒口颈尺寸：冒口颈太短时将导致散热不良使铸件产生缩孔和裂纹以及冒口颈与垂直壁联接时在铸件上造成新的热节问题。

38.试述大气压力冒口、发热保温冒口和易割冒口的特点。

发热保温冒口：利用保温剂和发热剂等专门材料制成发热套，构成冒口型腔内表面，浇注后发热套材料产生化学反应激烈发热，使冒口金属液温度提高，凝固时间延长。

易割冒口：在冒口根部放置一块由耐火材料或油砂芯制成的冒口隔片，隔片中有一小于冒口直径的补缩圆孔，形成暗冒口根部的缩颈，使冒口易于从铸件上去除。

大气压力冒口：

39.何谓冷铁和铸筋？冷铁和铸筋的作用是什么？

通常在靠近铸件需要快冷的部分放置金属块以实现激冷的目的。把这种起激冷作用的金属块称为冷铁。分为内冷铁和外冷铁

冷铁的作用1）加快铸件热节部分的冷却速度，使铸件趋于同时凝固，有利于防止铸件变形或出现裂纹，

并有可能减少偏析。

2）与冒口配合使用，使铸件局部区域冷却加速，强化铸件方向性凝固条件。

3）加快铸件某些特殊区域的冷却速度，以期达到提高铸件表面硬度和耐磨性，细化基体组织的目的。

4）在难于设置冒口或冒口不易补缩到的部位放置冷铁以减少或防止出现缩孔和缩松。

铸筋是保证铸件质量的一种工艺措施，按其作用分为两类：

一类是防止铸件产生热裂的收缩筋，又称割筋，一类是防止铸件产生变形的拉筋。

收缩筋一般在清理时除掉，而拉筋一般在消除内应力热处理后才能去掉。

1.收缩筋：一般在连接壁部分的1/3处设置，筋间距可按铸件壁厚的3-5倍选取，筋的长度以能连接热节点两侧的铸件壁为准，并设在受拉的一侧。

收缩筋的厚度必须比铸件壁薄，这样才能先于铸件凝固，具备一定的强度，起到防止出现热裂的功能。

2.拉筋：铸件断面呈U字形或弓形的开后形状时，常因收缩变形而使开口增大，因此生产中需采用拉筋来防止。拉筋的厚度比铸件厚度薄些，对大、中型铸钢件，一般地，拉筋厚度为壁厚的40-60%。

40. 什么叫焊接？熔焊、压焊和钎焊的定义是什么？

焊接：通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种加工方法。

熔焊：焊接过程中将焊接接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。

压焊：焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）完成焊接的方法。

钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连续焊接的方法。

41.焊接三要素是什么？

(1)热源：要求能量集中，温度高，以保证金属快速熔化，减小高温对金属的影响。焊接热源除了电弧以外，还有等离子弧、电子束和激光束等；

(2)熔池的保护与净化：熔池的保护通常采用熔渣、惰性气体、真空等措施，将熔池与大气隔离，防止焊缝金属氧化和杂质进入焊缝。熔池的净化是降低焊缝中的氧、硫、磷等元素的含量。在焊前应仔细清除铁锈、水分、油污等杂质；

(3)填充金属：一方面要保证填满焊缝，另一方面可向焊缝过渡有益的合金元素，以弥补金属的烧损，并且调整焊缝金属的化学成分，满足性能要求。

42. 影响焊缝成形的的主要工艺因素有哪些？

1）焊接电流。2)电弧电压。3）焊接速度。4）电流种类和极性。5）钨极端部形状、焊丝直径和伸出长度。6)坡口和间隙。7)电极倾角。8)工件倾角和焊缝空间位置。9)工件材料和厚度。

43.什么叫埋弧焊和氩弧焊？各自特点如何？

埋弧自动焊：电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的方法。

特点：1）埋弧焊可以采用较大的焊接电流，生产效率高。2）保护效果好，焊缝质量高。3）劳动条件好。4）埋弧焊依靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，因此，主要适用于水平位置焊缝焊接。但可采用特殊机械装置，保证焊剂堆敷在焊接区不落下，从而实现了埋弧横焊、立焊和仰焊，还有用磁性焊剂的埋弧横焊和仰焊。

5）埋弧焊焊剂的成分主要是MnO，SiO2等金属及非金属氧化物，与电弧焊一样，难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。

6）只适于长焊缝的焊接。由于机动灵活性差，焊接设备也比手弧焊复杂，短焊缝显示不出生产效率高的特点。

7）埋弧焊电弧的电场强度较大，电流小于100A时，电弧的稳定性不好，因此不适合焊接厚度小于1mm的薄板。

熔化极氩弧焊：用焊丝作电极及填充金属，在氩气保护下进行电弧焊接。

特点：1）具有较宽的电流调节范围。

（2）有利于实现全位置焊接。（3）有利于控制焊接质量。

44.什么叫摩擦焊、激光焊和扩散焊？各自特点如何？

摩擦焊：利用焊件接触断面相对旋转运动中相互摩擦产生的热使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的方法。

摩擦焊的特点

（1）接头质量好且稳定：摩擦焊温度一般都低于焊件金属的熔点，热影响区很小，接头组织致密，不易产生气孔、夹杂等缺陷。摩擦焊的废品率只有闪光对焊的1％；

（2）焊件尺寸精度高：摩擦焊焊件变形小，可以实现直接装配焊接；

（3）焊接生产率高：摩擦焊操作简单，焊接时不需要添加焊接材料，操作容易实现自动化控制，生产率高，是闪光对焊的4－5倍；

（4）成本低：摩擦焊焊接设备简单，电能消耗少；

（5）劳动条件好：摩擦焊无弧光、无火花和烟尘。

激光焊接是利用聚焦的激光束作为能源轰击焊件，所产生的热量将焊件熔化进行焊接的方法。

激光焊接有以下优点：1）激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲、偏转、聚焦，适合于微型零部件及其它焊接方法可达性很差部位的焊接；

2）激光能量在大气中损耗不大，可通过玻璃等透明体，适合于在玻璃制成的密封容器里焊接铍合金等剧毒材料；

3）激光不受电磁场的影响，不存在X射线防护问题，也无需真空保护，可采用电弧焊一样的惰性气体保护，可以用于大型结构件的焊接；

4）激光束能量密度高、加热速度快、焊接时间短，可通过改变焊接工艺参数调整熔池的热输入，实现高速焊接，获得高质量焊接接头；

5）热影响区窄，工件变形小，焊后无需热处理，适合于某些对热输入敏感材料的焊接；

6）可以净化熔池及焊缝金属，杂质吸收光能效率高，焊接时杂质首先被汽化逸出，使焊缝中杂质含量减小。扩散焊：扩散焊是在真空或保护气氛中，在一定温度和压力下保持较长时间，使焊件接触面之间的原子互相扩散而形成接头的焊接方法。

（1）扩散焊加热温度低（约为母材熔点的0.4-0.7倍），焊接过程靠原子在固态下的扩散完成，所以焊件应力及变形小。同时，焊接接头基本上无热影响区，母材性质也未改变，接头化学成分、组织性能与母材相同或相近，接头强度高；

（2）扩散焊可焊接各种金属及合金，尤其是难熔金属，如高温合金、复合材料。还能焊接许多物理化学性能差异很大的异种材料，如金属－陶瓷。

（3）扩散焊可以焊接厚度差别很大的焊件，也可以将许多小件拼成形状复杂、力学性能均一的大件以代替整体锻造和机械加工。

45. 焊接接头有哪几部分组成？各部分组织性能有何特点？

焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。

（1)焊缝

焊缝金属的结晶是从熔池底壁开始向中心长大，冷却速度快，形成由铁素体和少量珠光体所组成的粗大的柱状铸态组织。在一般情况下，焊缝成分不均匀，而且，焊缝中心区容易偏析硫、磷等形成低熔点杂质和氧化铁，从而导致焊缝力学性能变差。但是可通过渗合金强化，所以一般焊缝的性能不低于母材。

（2)热影响区

热影响区是焊接过程中，被焊接材料在受热后（但未熔化），金相组织和力学性能发生变化的区域。根据焊缝附近区域的受热情况不同，热影响区又可分为过热区、正火区和部分相变区。冷变形金属焊接时还可能出现再结晶区。

过热区：焊接热影响区中，具有过热组织或晶粒显著粗大的那一部分区域称为过热区。温度区间为固相线至11000C，宽度约1~3mm。过热区金属的塑性、韧性很低，尤其是冲击韧性较低；

正火区：正火区温度区间为11000C至AC3线之间,宽度约为1.2~4mm。是热影响内相当于受到正火热处理的那一部分区域。低碳钢金属加热时发生重结晶，冷却后获得细小而均匀的铁素体+珠光体组织，因此,正火区的力学性能高于未经正火处理的母材。

部分相变区：焊接热影响区内发生了部分相变的区域称为部分相变区。温度区间为AC1~AC3线之间,该区仅部分组织发生相变，冷却后晶粒大小不均匀，力学性能比母材差。

3)熔合区

熔合区是焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区。它是焊缝金属与母材金属的交界区，其加热温度介于液固两相线之间，加热时金属处于半熔化状态，成分不均匀，组织粗大，塑性和韧性极差，是焊接接头中性能最差的区域。因此，尽管熔合区很窄（仅0.1-1mm）,但是仍然

在很大程度上决定焊接接头的性能。

概念：10分

填空：18分

判断：10分

简答：30分

计算：12分

论述：25分