材料成型工藝基礎部分習題答案

1、材料成型工藝基礎（第三版）部分課后習題答案第一章合金流動性決定于那些因素？合金流動性不好對鑄件品質有何影響？答： 合金的流動性是指合金本身在液態(tài)下的流動能力。決定于合金的化學成 分、結晶特性、粘度、凝固溫度范圍、澆注溫度、澆注壓力、金屬型導熱能 力。 合金流動性不好鑄件易產生澆不到、冷隔等缺陷，也是引起鑄件氣孔、 夾渣、縮孔缺陷的間接原因。何謂合金的收縮？影響合金收縮的因素有哪些？答： 合金在澆注、凝固直至冷卻至室溫的過程中體積和尺寸縮減的現(xiàn)象，稱 為收縮。 影響合金收縮的因素：化學成分、澆注溫度、鑄件結構和鑄型條件。何謂同時凝固原則和定向凝固原則？試對下圖所示鑄件設計澆注系統(tǒng)和 冒口及冷鐵，

2、使其實現(xiàn)定向凝固。答：同時凝固原則：將內澆道開在薄壁處，在遠離澆道的厚壁處出放置冷鐵，薄壁處因被高溫 金屬液加熱而凝固緩慢，厚壁出則因被冷鐵激冷而凝固加快，從而達到同時凝 固。定向凝固原則:在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位安放冒口，使鑄件遠離冒口的部位最先凝 固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。第二章（1）試從石墨的存在和影響分析灰鑄鐵的力學性能和其他性能特征。答：石墨在灰鑄鐵中以片狀形式存在，易引起應力集中。石墨數(shù)量越多，形態(tài) 愈粗大、分布愈不均勻，對金屬基體的割裂就愈嚴重?；诣T鐵的抗拉強度低、 塑性差，但有良好的吸震性、減摩性和低的缺口敏感性，且易于鑄造和切削加 工。石墨化不充分易產生

3、白1 口，鑄鐵硬、脆，難以切削加工；石墨化過分，則形成粗大的石墨，鑄鐵 的力學性能降低。（2）影響鑄鐵中石墨化過程的主要因素是什么？相同化學成分的鑄鐵件的力 學性能是否相同？答： 主要因素：化學成分和冷卻速度。 鑄鐵件的化學成分相同時鑄鐵的壁厚不同，其組織和性能也不同。在厚 壁處冷卻速度較慢，鑄件易獲得鐵素體基體和粗大的石墨片，力學性能較差； 而在薄壁處，冷卻速度較快，鑄件易獲得硬而脆的白口組織或麻口組織。（5）什么是孕育鑄鐵？它與普通灰鑄鐵有何區(qū)別？如何獲得孕育鑄鐵？答： 經孕育處理后的灰鑄鐵稱為孕育鑄鐵。 孕育鑄鐵的強度、硬度顯著提高，冷卻速度對其組織和性能的影響小， 因此鑄件上厚大截面的

4、性能較均勻；但鑄鐵塑性、韌性仍然很低。 原理：先熔煉出相當于白口或麻口組織的低碳、硅含量的高溫鐵液，然后向鐵液 中沖入少量細狀或粉末狀的孕育劑，孕育劑在鐵液中形成大量彌散的石墨結晶 核心，使石墨化驟然增強，從而得到細化晶粒珠光體和分布均勻的細片狀石墨 組織。(8) 為什么普通灰鑄鐵熱處理效果不如球墨鑄鐵好？普通灰鑄鐵常用的熱處 理方法有哪些？其目的是什么？答： 普通灰鑄鐵組織中粗大的石墨片對基體的破壞作用不能依靠熱處理來消 除或改進；而球墨鑄鐵的熱處理可以改善其金屬基體，以獲得所需的組織和性 能，故球墨鑄鐵性能好。 普通灰鑄鐵常用的熱處理方法：時效處理，目的是消除內應力，防止加工后變形；軟化退

5、火，目的是消除 白口、降低硬度、改善切削加工性能。2第三章(1).為什么制造蠟模多采用糊狀蠟料加壓成形，而較少采用蠟液澆鑄成 形？為什么脫蠟時水溫不應達到沸點？答：蠟模材料可用石蠟、硬脂酸等配成，在常用的蠟料中，石蠟和硬脂酸各占 50%,其熔點為50°C-60°C,高熔點蠟料可加入塑料，制模時，將蠟料熔為糊 狀，目的除了使溫度均勻外，對含填充料的蠟料還有防止沉淀的作用。蠟在回收處理時，為除去雜質和水分，必須加熱到蠟的熔點以上，但不能 達到水的沸點。(9) .壓力鑄造工藝有何優(yōu)缺點？它與熔模鑄造工藝的適用范圍有何顯著不 同？答：壓力鑄造的優(yōu)點：生產率高，便于實現(xiàn)自動化和半自動

6、化；鑄件的尺寸精度高，表面粗 糙度低，可直接鑄出極薄件或帶有小孔、螺紋的鑄件；鑄件冷卻快，晶粒細 小，表層緊密，強度、硬度高；便于采用嵌鑄法。缺點：壓鑄機費用高，壓鑄型制造成本極高，工藝準備時間長，不宜單件、小 批量生產；尚不適用于鑄鋼、鑄鐵等高熔點合金的鑄造；由于金屬液注入 和冷卻速度過快，型腔氣體難以完全排出，厚壁處難以進行補縮，故壓鑄件內 部常存在氣孔、縮孔和縮松。適用范圍：壓力鑄造在汽車、拖拉機、航空、儀表、紡織、國防等工業(yè)部門中已廣泛 應用于低熔點非金屬的小型。薄壁、形狀復雜的大批量生產；而熔模鑄造則適 用于航天飛行器、飛機、汽輪機、泵、汽車、拖拉機和機床上的小型精密鑄件 的復雜刀具

7、生產。(10) 低壓鑄造的工作原理與壓力鑄造有何不同？為何鋁合金常采用低壓鑄 造？答：低壓鑄造是介于金屬型鑄造和壓力鑄造之間的一種鑄造方法，它是在0.02O.'WMPa的低壓下經金屬液注入型腔，并在壓力下凝固成形而獲得鑄件的 方法。3/17低壓鑄造的澆注壓力和速度便于調節(jié)，可適應不同材料的鑄型，同時， 充型平穩(wěn)，對鑄件的沖擊力小，氣體較易排除，尤其能有效克服鋁合金針孔缺 陷。3(11).什么是離心鑄造？它在圓筒形鑄件中有哪些優(yōu)越性？圓盤狀鑄件及成 形鑄件應采用什么形式的離心鑄造？答： 將液態(tài)金屬澆入高速旋轉的鑄型中，使其在離心力作用下充填鑄型和凝 固而形成鑄件的工藝稱為離心鑄造。 優(yōu)點

8、：a可省去型心，澆注系統(tǒng)和冒口;b.補縮條件好，鑄件組織致密，力學性能 好。 圓盤狀鑄件用立式離心鑄造，成形鑄件采用成形件的離心鑄造。第四章(3) .試述分型面與分模面的概念。分模兩箱造型時，其分型面是否就是其 分模面？答： 分型面是指兩半鑄型或多個鑄型相互接觸、配合的表面。分模面是分模 時兩箱的接觸面。 分模兩箱造型時，其分型面不一定是分模面。澆注位置對鑄件的品質有什么影響？應按什么原則來選擇？答： 澆注位置不當會造成鑄件產生夾渣、氣孔等缺陷或澆不到、冷隔缺陷。 澆注位置的選擇應以保證鑄件品質為主，兼顧造型、下芯、合箱及清理 操作便利等方面，切不可以犧牲鑄件品質來滿足操作便利。第五章(1)

9、.試述結構斜度與起模斜度的異同點。答：相同點：都是便于鑄造而設計的傾斜。不同點：結構斜度是進行鑄件結構設計時設計者自行確定的，其斜度大小一般是沒 有限制的；起模斜度是有限制的，應根據(jù)模樣的高度、表面粗糙度以及造型方 法來確定。(2) .在方便鑄造和易于獲得合格鑄件的條件下，下圖所示構件有何值得改 進之處？怎樣改進？4第六章什么是最小阻力定律？答：金屬在受外力作用發(fā)生塑性變形時，如果金屬質點在幾個方向上都可流 動，那么金屬質點就優(yōu)先沿著阻力最小的方向流動。5.軋材中的纖維組織是怎樣形成的？它的存在對制作零件有何利弊？答：鋼錠在壓力加工中產生塑性變形時，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布 的雜質形狀將

10、沿著變形方向被拉長，呈纖維狀。其中，纖維狀的雜質不能經再 結晶而消失，在塑性變形后被保留下來，這種結構叫纖維組織。纖維組織的存在使零件分布狀況不能通過熱處理消除，只能通過不同方 向上的鍛壓成形才能改變。同時，我們也可以利用纖維組織的方向性，加固零 件使零件不易被切斷。第七章(1).如何確定模鍛件分模面的位置？答：模鍛件分模面要保證以下原則： 要保證模鍛件能從模膛中取出； 按選定的分模面制成鍛模后，應使上、下兩模沿分模面的模膛輪廓一 致； 最好把分模面選定在模膛深度最淺的位置處； 選定的分模面應使零件所加的敷料最少； 最好使分模面為一個平面，上、下鍛模的模膛深度基本一致，以便于鍛 模制造。第八章

11、(1).凸、凹模間隙對沖裁件斷面品質和尺寸精度有何影響？答： 凸凹模間隙過?。簺_裁件斷面形成第二光亮帶，凸凹受到金屬擠壓作用增大，增加了與凸凹 模之間摩擦力，使沖裁件尺寸略有變化，即落料件外形尺寸增大，沖孔件孔腔 尺寸縮小，不能從最短路徑重合。 凸凹模間隙過大：沖裁件切斷面的光亮帶減小，圓角帶與錐度增大，形成厚而大的拉長毛 剌，同時翹曲現(xiàn)象嚴重，尺寸有所變化，落料件外形尺寸縮小，沖孔件內腔尺 寸增大。6凹凸模間隙合理：沖裁件斷面光良帶占板厚的1/2-1/3,圓角帶、斷裂帶和錐度均很小，零件 尺寸幾乎與模具一致。（7）.翻邊件的凸緣高度尺寸較大，而一次翻邊實現(xiàn)不了時，應采取什么措 施？答：可采用

12、先拉深、后沖孔、再翻邊的工藝來實現(xiàn)。第九章（1）.輻鍛與模鍛相比有什么優(yōu)缺點？答： 輪鍛比模鍛的優(yōu)點：a設備簡單，噸位小，投資少；b震動小，噪聲低，勞動條件好，生產率 高，易于實現(xiàn)機械化和自動化；c模具價格低廉，加工容易；d鍛件力學性能 好；e材料利用率高。 缺點：鍛件尺寸精度不高，可鍛造形狀簡單。（2）.擠壓零件生產的特點是什么？答：a可提高金屬扌丕料的塑性；b.可擠壓出各種形狀復雜、深孔、薄壁、異形截 面的零件；c零件精度高，表面粗糙度低；d擠壓變形后零件內部的纖維組織是 連續(xù)的，基本沿零件外形分布而不被切斷，提高了零件力學性能。7 / 17.軋制零件的方法有幾種？各有什么特點？答：有四種

13、?？v軋：軋觀軸線與扌丕料軸線互相垂直；橫軋：軋輕軸線與扌丕料軸線互相平行；斜軋：軋觀軸線與扌丕料軸線相交成一定角度；楔橫軋：利用軋輻軸線與軋件軸線平行，軋輻的輻面上鑲有楔形凸棱、并作同向旋 轉的平行軋輻對沿軋輻軸向送進的坯料進行軋制的成型工藝。第十章7（2）.CO2氣體保護效果怎樣？為什么CO2氣體保護可除氫，而且易產生飛濺？答： co2氣體密度大，受熱后體積膨脹大，所以在隔離空氣、保護焊接熔池和電弧 方面的方面良好。 因CO2是氧化性氣體，在高溫下易分解稱CO和02,所以可除氫；CO和02導致合金元素的氧化、熔池金屬的飛濺和CO氣孔。焊接接頭有哪幾個部分組成？各部分的組織和性能特點怎樣？答：

14、 焊接接頭由焊縫區(qū)和熱影響區(qū)組成。 焊縫：晶粒以垂直熔合線的方向熔池中心生長為柱狀樹枝晶，低熔點物將被推向 焊縫最后結晶部位，形成成分偏析區(qū)。熱影響區(qū)：熔合區(qū)，成分不均，組織為粗大的過熱組織或淬硬組織，是焊接熱影響區(qū) 中性能很差的部位；過熱區(qū)，晶粒粗大，塑性差，易產生過熱組織，是熱影響區(qū)中性能最差的 部位；正火區(qū)，正火區(qū)因冷卻時奧氏體發(fā)生重結晶而轉變?yōu)橹楣怏w和鐵素體， 所以晶粒細小，性能好；部分變相區(qū)，存在鐵素體和奧氏體兩相，晶粒大小不均，性能較差。焊接熱影響區(qū)是影響焊接接頭性能的關鍵部位。焊接接頭的斷裂往往出現(xiàn) 在熱影響區(qū)，尤其是熔合區(qū)及過熱區(qū)。（7）.試述熱裂紋及冷裂紋的特征、形成原因及防

15、止措施。答：熱裂紋：特征：沿晶界開裂，表面有氧化色彩。原因：焊縫粒狀晶形態(tài)和晶界存在較多低熔點雜質、接頭存在拉應力。防止措施：限制材料的低熔點雜質、提高焊縫成形條數(shù)，防止中心偏析、減少焊接應 力。冷裂紋：特征：無分支，穿晶形，表面無氧化色彩。8原因：鋼材的淬硬傾向大、焊接接頭的含氫量高和結構的焊接應力大。防止措施：選用堿性焊條、焊劑，嚴格清理，焊前預熱，焊后緩冷，減少焊接應力， 焊后退火去氫處理。（8）.常用無損檢測焊縫的方法有哪幾種？分述其原理和適用范圍。答：磁粉檢驗、著色檢驗、超聲波檢驗、X射線和V射線檢驗。1 磁粉檢驗磁粉檢驗原理是在焊件上外加一磁場，當磁力線通過完好的焊件時，磁力 線是

16、均勻的直線。當焊件有缺陷存在時，磁力線就會發(fā)生彎曲在焊縫表面撒上 鐵粉時，磁擾亂部位的鐵粉就吸附在裂縫缺陷之上，其它部位的鐵粉則不吸 附。故可通過焊縫上鐵粉吸附情況，判斷焊縫中缺陷的所在位置和大小。深度 不超過6mm。2 著色檢驗將焊件表面打磨到Ra>12." 5km,用清洗劑除去雜質污垢。先涂一層滲透劑，滲透劑呈紅色，具有 很強的滲透性能，可通過焊件表面滲人缺陷內部。十分鐘以后，將表面的滲透 劑擦掉，再一次清洗，而后涂一層白色的顯示劑，借助毛細作用，缺陷處的紅 色滲透即顯示出來，可用4V0倍放大鏡形象地看出裂紋等表面缺陷位置與形 狀。表面Ra>12“5pm,環(huán)境溫度15

17、°C以上。3 超聲波檢驗超聲波的頻率在200Hz以上，具有能透入金屬材料深處的特性，而且由一 種介質進入另一種介質界面時，在界面發(fā)生反射波。因此檢驗焊件時，無缺陷 處在熒光屏上可看到有規(guī)律的始波和底波。若焊接接頭內部存在缺陷，介于始 波與底波之間將另外產生脈沖反射波。根據(jù)脈沖反射波形的相對位置及形狀， 即可判斷缺陷的位置、種類和大小。焊件厚度無上限，下限應大于8mmo94.“X射線和v射線檢驗X射線和V射線都是電磁波，都能不同程度地透過金屬，當經過不同物質 時，射線會引起不同程度的衰減，從而使在金屬另一面的照相底片得到不同程 度感光。若焊縫中有未焊透、裂縫、氣孔與夾渣，則通過缺陷處的

18、射線衰減程 度小。因此，相應部位的底片感光較強，底片沖出后，就在缺陷部位上顯示出 明顯可見的照色條紋和斑點。150KV的X光機可檢驗厚度不大于25mm, 250KV 的X光機不超過60mm； v射線鐳、鉆可檢測60150mm,錶192可檢測l“060mm。(io).酸性焊條和堿性焊條有什么不同？各應用于什么場合？答:酸性焊條要皮不含CaF2,生成的氣體主要為H2和CO,脫硫。脫磷能力差， 焊縫氫含量高。韌性差。堿性焊條要批含有大量的CaCo3和CaF2,生成的氣體主 要為CO和C02,脫硫。脫磷能力強，焊縫氫含量低。韌性好酸性焊條用交直流電源焊接，堿性藥皮只能用直流電源焊接(17).電子束焊和

19、激光焊的特點和適用范圍。答：電子束焊：保護效果好，焊縫品質好，適用范圍廣；能量密度大，穿透能力強， 可焊接厚大截面工件和難熔金屬；加熱范圍小，熱影響區(qū)小，焊接變形?。?焊件尺寸大小受真空室容積的限定；電子束焊設備復雜，成本高。主要用 于微電子器件焊裝、導彈外殼的焊接、核電站鍋爐汽包和精度要求高的齒輪等 的焊接。激光焊：高能高速，焊接熱影響區(qū)小，無焊接變形；靈活性大，光束可偏轉、 反射到其它焊接方法不能達到的焊接位置；生產率高，材料不易氧化；設 備復雜。主要用于薄板和微型件的焊接。第十一章10.接觸點焊的熱源是什么？為什么會有接觸電阻？接觸電阻對點焊熔 核的形成有什么影響？怎樣控制接觸電阻大?。?/p>

20、答：熱源：當電流從兩極流過焊件時，焊件因具有較大的接觸電阻而集中產生電阻 熱。原因：接觸面上存在的微觀凹凸不平、氧化物等不良導體膜，使電流線彎曲變 長，實際導體面積小，產生接觸電阻。影響：接觸電阻導致熔核偏向厚板或導熱差的材料。方法：可以通過控制焊體表面粗糙度、氧化程度、電極壓力的大小來控制接觸電 阻的大小。什么是點焊的分流和熔核偏移？怎樣減少和防止這種現(xiàn)象？答： 分流：因已焊點形成導電通道，在焊下一點時，焊接電流一部分將從已焊點流 過，使得焊點電流減少的現(xiàn)象。 熔核偏移：在焊接不同厚度或不同材質的材料時，因薄板或導熱性好的材料吸熱少， 散熱快而導致熔核偏向厚板或導熱差的材料的現(xiàn)象。 方法：對

21、不同的材質和板厚的材料應滿足不同的最小點距的要求；可采用特殊電 極和工藝墊片的措施，防止熔核偏移。試述電阻對焊和閃光對焊的過程，為什么閃光對焊為固態(tài)下的連接接 頭？答：電阻對焊：先將焊件夾緊并加壓，然后通電使接觸面積溫度達到金屬的塑性變形溫度 (950°C1000°C),接觸面金屬在壓力下產生塑性變形和再結晶，形成固態(tài)焊 接接頭。閃光對焊：先通電，后接觸。開始時因個別點接觸、個別點通電而形成的電流密度很 高，接觸面金屬瞬間熔化或氣化，形成液態(tài)過梁。過梁上存在電磁收縮力和電 磁力及斥力而11使過梁爆破飛出，形成閃光。閃光一方面排除了氧化物和雜質，另一方 面使得對接觸的溫度迅速升高。