熱加工工藝基礎(chǔ)資料課后練習(xí)答案

1、1 什么叫鑄件的溫度場(chǎng)，何謂凝固方式？鑄件有哪三種凝固方式？特點(diǎn)如何？ 答：鑄件的溫度場(chǎng)：在凝固和冷卻某瞬間，鑄件橫斷面上的溫度分布線。鑄件的凝固方式：逐層凝固方式，糊狀凝固方式，中間凝固。 逐層凝固：沒(méi)有凝固區(qū)，固相區(qū)由表面向中心層層發(fā)展的凝固方式。 糊狀凝固：凝固區(qū)很寬，甚至貫穿整個(gè)鑄件斷面，而表面溫度似高于固相點(diǎn) TS 以后 表層低于 TS ，才開(kāi)始結(jié)殼形成固相區(qū)。中間凝固：凝固區(qū)域較寬，并迅速擴(kuò)展至鑄件工心。2 何謂合金的充型能力及流動(dòng)性？二者之間有何聯(lián)系與區(qū)別？怎樣提高合金的充型能力？ 答：液態(tài)合金充滿型腔，獲得形狀完整，輪廓清晰的鑄件的能力稱為充型能力。合金的流動(dòng)性是指合金本身的流

2、動(dòng)能力。合金的流動(dòng)性影響合金能力的內(nèi)在因素， 它主要與合金本身的性質(zhì)有關(guān)。 充型能力可 以認(rèn)為是考慮鑄型及其他工藝因素影響的液態(tài)合金的流動(dòng)性。為提高合金的充型能力應(yīng)盡量選用共晶成分合金或結(jié)晶溫度范圍小的合金， 應(yīng)盡量提 高金屬液的凝固質(zhì)量，金屬液愈純凈所含氣體雜質(zhì)愈少，充型能力愈好。3 什么是順序凝固原則和同時(shí)凝固原則？各適用于什么合金及鑄件結(jié)構(gòu)條件？ 答：順序凝固原則是采用各種工藝措施， 使鑄件各部分按規(guī)定方向從一部分到另一部分逐漸 凝固。該原則適用于收縮大或壁厚差別較大， 易產(chǎn)生縮孔的合金鑄件如鑄鋼高強(qiáng)度灰鑄鐵等。同時(shí)凝固原則是采用相應(yīng)工藝措施使鑄鐵各部分溫度均勻， 在同一時(shí)間內(nèi)凝固。 該

3、原則 適用于收縮小的灰鑄鐵。4 何謂熱應(yīng)力，機(jī)械應(yīng)力？熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力在鑄鐵中的分布規(guī)律各如何？何謂殘留應(yīng)力 及臨時(shí)應(yīng)力？ 答：熱應(yīng)力是由于鑄件上壁厚不均勻的各部分冷卻速度和線收縮量不均勻， 相互阻礙收縮而 引起的應(yīng)力。鑄件的固態(tài)收縮受到鑄型， 型芯，澆口， 冒口等外因的機(jī)械阻礙而產(chǎn)生的應(yīng)力， 稱機(jī)械 應(yīng)力。熱應(yīng)力分布規(guī)律一般對(duì)厚壁或冷卻慢的部分產(chǎn)生拉應(yīng)力，薄或冷卻快的部分形成壓應(yīng) 力。機(jī)械應(yīng)力一般都是拉應(yīng)力。 熱應(yīng)力在鑄件冷卻至室溫后仍殘留在鑄件內(nèi)的不同部位，是一種殘留應(yīng)力。5 何謂鑄件的結(jié)構(gòu)工藝性？從簡(jiǎn)化鑄造工藝角度應(yīng)對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)有哪些要求？ 答：鑄件的工藝性即在保證鑄件質(zhì)量的前提下鑄造的難

4、易程度。鑄件的結(jié)構(gòu)在滿足使用要求的前提下應(yīng)使鑄造工藝流程中各工序操作簡(jiǎn)便，效率提高， 成本降低，質(zhì)量易于保證，具體如下：1 鑄件的外形：（ 1）盡量避免外表面有側(cè)凹；（ 2）盡量使分裂面為平面；（3）盡量減少分型面的數(shù)目；（ 4）凸臺(tái)，肋等結(jié)構(gòu)應(yīng)便于起模；（5）順著起模方向的非加工表面應(yīng)有結(jié)構(gòu)斜度，以便于起模；2 鑄件的內(nèi)腔：（1）盡量少用和不用型芯；（2）應(yīng)利于型芯的固定和排氣；（3）應(yīng)利于型芯的清除。6 從合金的鑄造性能方面考慮，為避免有關(guān)鑄造缺陷，對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)有哪些要求？答：鑄件結(jié)構(gòu)還應(yīng)考慮合金的充型能力， 收縮特性， 吸氣性等， 鑄造性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響， 避免各類缺陷的產(chǎn)生，具體如下：

5、一 鑄件的壁厚：1 鑄件應(yīng)有合適的壁厚，避免澆不到缺陷；2 鑄件壁厚，力求均勻，避免形成縮孔，縮松和裂紋等缺陷3 鑄件內(nèi)壁的厚度應(yīng)略小于外壁厚度使整個(gè)鑄件均勻冷卻4 壁厚分布應(yīng)符合順序凝固原則。二 壁的連接1 壁的連接處應(yīng)有結(jié)構(gòu)圓角，圓角大小應(yīng)與壁厚相適應(yīng)，避免造成熱節(jié)2 兩壁斜向相交時(shí)，應(yīng)避免在銳角接頭，而用直角接頭3 盡量采用交錯(cuò)接頭（中心件）和環(huán)形接頭（大件）避免交叉接頭4 厚度不同的壁連接時(shí)應(yīng)逐漸過(guò)渡避免突變，突變處易形成應(yīng)力集中和裂紋三 避免變形和裂紋的結(jié)構(gòu)1 細(xì)長(zhǎng)易撓曲的鑄件應(yīng)設(shè)計(jì)為對(duì)稱截面，由于對(duì)稱截面的相互抵消作用，使變形大大減少2 合理設(shè)置加強(qiáng)肋，以提高平板鑄件的剛度，防止翹

6、曲變形3 較大的帶輪， 飛輪， 齒輪的輪幅可做成彎曲的奇數(shù)的或帶孔腹板，以借輪輻 （腹板）或輪緣的微量變形自行減緩鑄造應(yīng)力，防止開(kāi)裂。7 灰鑄鐵的力學(xué)性能，鑄造性能和其他性能有何特點(diǎn)？灰鑄鐵最適宜做哪些鑄件？ 答：強(qiáng)度性能較差，抗拉強(qiáng)度很低，塑性近于零，硬度極低，抗拉強(qiáng)度比碳鋼低很多，幾乎 無(wú)韌性， 但石墨對(duì)基件承受壓應(yīng)力的有害影響較小， 故灰鑄鐵的抗壓強(qiáng)度和硬度與基件相近鑄造性能和切削性能良好， 灰鑄鐵的收縮率較小， 灰鑄鐵的化學(xué)成分在共晶點(diǎn)附近， 其 流動(dòng)性很好減摩性好，減震性好，缺口敏感性好 灰鑄鐵廣泛應(yīng)用于制造工作在磨擦條件下，要求吸收振動(dòng)的形狀復(fù)雜的支座類鑄件 ， 如機(jī)床床身，導(dǎo)軌，

7、機(jī)座及缸蓋等8 為什么球墨鑄鐵的強(qiáng)度和塑性比灰鑄鐵高，而鑄造性能比灰鑄鐵差？球墨鑄鐵是怎樣制成的？答：球墨鑄鐵的正常組織是細(xì)小圓整的石墨球加金屬基件，由于石墨的利用率可達(dá) 70% 90%，因此球墨鑄鐵的力學(xué)性能比灰鑄鐵高得多，抗拉強(qiáng)度甚至可以和鋼媲美，塑性和韌性 也大大提高，而流動(dòng)性不如灰鑄鐵，所以鑄造性能比灰鑄鐵差。球墨鑄鐵的制造：一 嚴(yán)格要求化學(xué)成分，對(duì)原鐵液要求的碳硅含量比灰鑄鐵高，降低球墨鑄鐵中錳， 磷，硫的含量二 鐵液出爐溫度比灰鑄較鐵更高，比補(bǔ)償球化，孕育處理時(shí)鐵液溫度的損失三 進(jìn)行球化處理，即往鐵液中添加球一化劑四 進(jìn)行孕育處理五 球墨鑄鐵流動(dòng)性較差， 收縮較大，因此需要較高的澆

8、注溫度及較大的澆注系統(tǒng)尺寸， 多應(yīng)用冒口，冷鐵，采用順序凝固原則六 進(jìn)行熱處理9 鑄鋼的鑄造性能怎樣？鑄造工藝上的主要特點(diǎn)是什么？鋼件鑄造后需進(jìn)行何種熱處理， 為什么？答： 1 鑄鋼的鑄造性能較差：因熔點(diǎn)高而使鋼液易氧化，流動(dòng)性差，收縮大。因此鑄鋼的鑄 造較困難，常出現(xiàn)縮孔，縮松，殘留應(yīng)力，裂紋等缺陷，鑄鋼的晶粒粗大，韌性低于同成分 的鍛鋼，鑄造中需采取比鑄鐵更復(fù)雜的工藝措施。2 工藝特點(diǎn)：（ 1）對(duì)型砂的強(qiáng)度耐火性和透氣性要求更高。（2）鑄型工藝上大都采用順序凝固原則，冒口，冷鐵用得很多。（ 3） 鑄造需熱處理3 為了細(xì)化晶粒， 改善鑄態(tài)組織， 消除鑄造應(yīng)力， 提高力學(xué)性能， 鑄鋼件鑄后一般

9、進(jìn)行退火 和正火處理。10 什么是冷變形和熱變形，各有何特點(diǎn)？答：據(jù)變形溫度和變形后的組織不同， 通常把在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的變形稱為冷變形， 在 再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的變形稱為熱變形， 冷變形的金屬表現(xiàn)出加工硬化現(xiàn)象， 熱變形金屬的 加工硬化隨即被再結(jié)晶所消除。11 冷變形強(qiáng)化對(duì)金屬的組織和性能有何影響，在生產(chǎn)中如何利用其有利因素？ 答：金屬在冷變形時(shí)，隨著變形程度的增加，強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象 稱為冷變形強(qiáng)化， 又稱加工硬化或冷硬化， 冷變形強(qiáng)化時(shí)， 金屬內(nèi)對(duì)稱面附近的晶格發(fā)生畸 變，甚至產(chǎn)生晶粒破碎現(xiàn)象， 金屬的強(qiáng)度和硬度越來(lái)越高， 而塑性和韌性越來(lái)越低， 冷變形 強(qiáng)化是

10、強(qiáng)化金屬材料的手段之一，尤其是一些不能通過(guò)熱處理方法強(qiáng)化的金屬可通過(guò)冷軋， 冷擠壓，冷拔和冷沖壓方法，在變形的同時(shí)提高其強(qiáng)度和硬度12 再結(jié)晶對(duì)金屬的組織和性能有何影響？答：如將變形金屬； 加熱到更高溫度， 使原子具有更強(qiáng)的的擴(kuò)散能力， 就能以滑移而上的碎 晶塊或其它質(zhì)點(diǎn)為晶核， 成長(zhǎng)出與變形前晶格結(jié)構(gòu)相同的新的等細(xì)晶粒， 這個(gè)過(guò)程稱為再結(jié) 晶，再結(jié)晶可以完全消除塑性變形變形所引起的硬化現(xiàn)象， 并使晶粒得到硬化， 力學(xué)性能甚 至比塑性變形前更好。13 鍛造流線的存在對(duì)金屬的力學(xué)性能有何影響？在機(jī)械零件設(shè)計(jì)中如何考慮鍛造流線的問(wèn)題？答：塑性變形時(shí)， 金屬的晶粒沒(méi)變形方向被拉長(zhǎng)或壓扁， 變形后晶間

11、雜質(zhì)也沿變形方向排列， 這種按照一定方向分布的晶界雜質(zhì)稱為鍛造流線， 鍛造流線使金屬的力學(xué)性能表現(xiàn)為各向異 性，即不同方向上的力學(xué)性能有所不同，在機(jī)械零件中應(yīng)注意：（1）流線與工件最大拉應(yīng)力方向一致（2）流線與切應(yīng)力，沖擊力方向垂直（3）沿工件外輪廓連續(xù)健分布14 如何衡量金屬的塑性加工性能，在生產(chǎn)中提高金屬塑性加工性能的措施有哪些？ 答：塑性加工性能的優(yōu)劣， 以金屬的塑性和變形抗力綜合衡量， 在生產(chǎn)中提高金屬塑性加工 性能的措施有：（1）由于純金屬的塑性變形性能優(yōu)于其合金，所以盡量選用純金屬或雜質(zhì)較少的金屬合金 件為鍛件（2）單相組織比多相組織的塑性成形性能好，一般金屬鍛造時(shí)最好使其處于單相

12、不純和固 溶體狀態(tài)。（3）在一定溫度范圍內(nèi)，提高鍛件的溫度（4）壓應(yīng)力狀態(tài)可提高金屬的塑性，擠壓加工時(shí)，變形金屬內(nèi)部存在壓應(yīng)力，所以盡量選 用擠壓加工來(lái)加工鍛件。（5）提高應(yīng)變速率使之超過(guò)臨界速率。15 沖孔落料有何異同？如何確定沖裁凸模和凹模的尺寸？ 答：沖孔和落料的相同點(diǎn)為兩個(gè)工序的坯料變形分離過(guò)程和模具結(jié)構(gòu)都是一樣的 兩者的區(qū)別：沖孔是在板料上沖出洞，以獲得帶孔的制件沖裁的都是廢料；落料是為了獲得具有一定的形狀和尺寸的落料件， 沖落的部分是成品， 余下的部分是余料或 廢料。確定模具的尺寸： 沖落件的直徑和凹模直徑相同， 板料上沖出孔的直徑與凸模相同， 二者直 徑相差的數(shù)值為模具的雙面間隙

13、值Z即D凹=D凸+Z ,對(duì)沖孔模具，D凸=D孔，則D凹=D凸 +Z ，對(duì)于落料 D 凹 =D 落料， D 凸 =D 凹 -Z16 彎曲時(shí)板料受力和變形的過(guò)程如何；易產(chǎn)生什么缺陷或廢品，如何防止？彎曲變形的過(guò)程： 沖頭下降與板料接觸后， 板料開(kāi)始彎曲， 彎曲半徑較大， 彎曲部分的寬度 為隨著凸模下壓，彎曲半徑由 減小為 ，板料外側(cè)與凹模工作表面的接觸距離由縮短為，凸模繼續(xù)下壓， 和繼續(xù)減小， 并且板料內(nèi)側(cè)開(kāi)始與凸模的工作表面接觸， 此后段以下與凸模 和凹模工作表面接觸點(diǎn)之間的部分板料向相反方向彎曲，彎曲半徑繼續(xù)減小，最后板料與凸模，凹模完全貼合。變形受力， 板料內(nèi)側(cè)的金屬在切向壓應(yīng)力作用下， 產(chǎn)

14、生壓縮變形， 外側(cè)金屬在切向拉應(yīng)力作 用下產(chǎn)生拉伸變形易產(chǎn)生拉裂缺陷， 為防止拉裂， 應(yīng)盡量選用強(qiáng)度高而塑性好的材料， 限制 彎曲半徑使實(shí)際彎曲半徑 r 大于最小彎曲半徑 下料時(shí)要注意使彎曲圓弧的切線方向與板料 軋制的流線方向一致，防止板料表面劃傷，以免劃傷部位處于拉伸位置而造成應(yīng)力集中。 產(chǎn)生彈復(fù)現(xiàn)象，預(yù)防彈復(fù)的措施： （ 1）改變模具尺寸，改變彎曲角度，使彈復(fù)后達(dá)到臨界尺 寸（ 2）改變模具的結(jié)構(gòu)采用整形彎曲（ 3）采用拉彎工藝17 板料彎曲為什么會(huì)產(chǎn)生彈復(fù)現(xiàn)象，哪些因素影響彈復(fù)值的大小，如何控制彈復(fù)現(xiàn)象而保 證彎曲精度？答：在外加載荷去除后塑性變形保留下來(lái)， 而彈性變形要恢復(fù)， 從而使板

15、料產(chǎn)生與彎曲方向 相反的變形，從而產(chǎn)生彈復(fù)現(xiàn)象 影響彈復(fù)值的大小的因素有：材料的力學(xué)性能，彎曲半徑，彎曲角等因素。控制彈復(fù)現(xiàn)象的措施有： （1）改變模具尺寸改變彎曲角度，使彈復(fù)后達(dá)到臨界尺寸（2）改變模具的結(jié)構(gòu)，采用整形彎曲，減少凸模與板料的接觸面積（3）采用拉彎工藝18 鋼材熔焊焊縫中有哪些有害元素？有何危害？這些有害元素，從何而來(lái)，如何控制？答：焊縫中的有害元素有氫， 氧， 氮，硫，磷等。 這些有害元素會(huì)使焊縫金屬性能脆化， 氫， 硫，碗會(huì)引起裂紋，氫和氮還會(huì)導(dǎo)致氣孔。空氣中的氧氣和氮?dú)猓笚l，焊劑受潮的水分， 鐵銹中結(jié)晶水以及油污等， 在電弧高溫作用下會(huì)分解為氮，氫，氧進(jìn)入熔池液體金屬。

16、 氮和氫溶入液體金屬， 氧與金屬會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)而形成氧化物，合金元素被燒損。 鐵銹， 焊條皮，埋弧焊的焊劑也帶入一些氧化物。 此外， 母材和焊接材料還會(huì)帶入硫， 磷等雜質(zhì)。 控制的方 法有：焊接前清除，工件待焊處的銹，水，油污，按規(guī)定的參數(shù)，烘干焊條，焊劑，焊接時(shí) 采取措施保護(hù)熔滴， 溶池的液體金屬和高溫的焊縫金屬， 防止空氣進(jìn)入。 在焊條藥皮和埋弧 焊焊劑中加入鐵合金， 在焊絲中加入金屬元素進(jìn)行滲合金， 為焊縫金屬添加元素， 獲得較為 理想的焊縫金屬化學(xué)成分，以保證焊縫金屬具有必要的使用性能。19 焊接接頭包括哪幾個(gè)區(qū)？力學(xué)性能差的薄弱區(qū)在哪兒？為什么？答：（ 1）焊接接頭包括焊縫，熔合區(qū)和

17、焊熱影響區(qū) （2）熔合區(qū)化學(xué)成分不均勻，組織粗大，往往是粗大的過(guò)熱組織或粗大的淬硬組織。幫其 性能是焊接接頭中最差的20 影響焊接接頭性能的因素有哪些？答：影響因素有： （1）焊接材料（ 2）焊接方法（ 3）焊后熱處理。此外，接頭形式，工件厚 度，施焊環(huán)境溫度和預(yù)熱等均會(huì)影響焊后冷卻速度，從而影響接頭的組織性能。21 焊條型號(hào) E4303 ， E5015 和焊條牌號(hào) J422， J507 各部分的含義是什么？答：（1） E4303: E表示焊條，43表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度 430MPa , 0表示焊條適合于金屬 位置焊接， 03 表示焊接電流種類為交流或直流區(qū)反接，及藥皮為鈦(2) E5015

18、E 表示焊條， 50 表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度 500MPa，1 表示焊條適用于全位置焊 接， 15 表示焊條為低氫鈉型藥皮，直流反接。(3) J422J 表示焊條為結(jié)構(gòu)鋼焊條， 42 表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度 420MPa，2 表示焊條為鈦 鈣型藥皮，交直流正反接(4) J507J 表示焊條為結(jié)構(gòu)鋼焊條， 50 表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度 500MPa， 7 表示焊條為 低氫鈉型藥皮直流反接。22 堿性焊條與酸性焊條的性能有什么不同？ 答：堿性焊條同酸性焊條相比有如下特點(diǎn)： (1)堿性焊條力學(xué)性能好， ( 2)堿性焊條抗裂性能好( 3)堿性焊條工藝性能差( 4)堿性 焊條對(duì)銹，油，水的敏感性大，易出氣孔(5)堿性焊條產(chǎn)生有毒氣體和煙塵23結(jié)構(gòu)鋼焊條怎樣選用？焊接 Q235, 20。45。16Mn (Q235)應(yīng)選用什么牌號(hào)的焊條？ 答：( 1 )結(jié)構(gòu)鋼焊條的選用方法一般是根據(jù)母材的抗拉強(qiáng)度，按“等強(qiáng)”原則選擇相同強(qiáng)度 等級(jí)的焊條。( 2) 略24 埋弧自動(dòng)焊與焊條電弧焊相比有哪些特點(diǎn)？應(yīng)用范圍有何不同？ 答：埋弧自動(dòng)焊與焊條自動(dòng)焊相比有以下特點(diǎn)：( 1 )生產(chǎn)率高，成本低( 2 焊接質(zhì)量好，而且質(zhì)量穩(wěn)定( 3 )勞動(dòng)條件好，沒(méi)有弧光，沒(méi)有 飛濺，勞動(dòng)強(qiáng)度輕( 4)埋弧自動(dòng)焊適應(yīng)性較差( 5)埋