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金属工艺学复习题
1.铸造、锻造、冲压、焊接的概念与优缺点？
铸造：将液态金属浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法。优点：（1）可制造形状复杂，特别是内腔复杂的铸件，如：复杂的机箱、阀体、汽缸等。
（2）铸件大小不受限制，几克～数百吨。
（3）铸造适用范围广，几乎凡能熔化的金属材料均可用于铸造。缺点：成型的铸件内部致密性较低，易出现如缩孔、缩松等缺陷，力学性能较低。锻造：利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。自由锻优点：（1）所用设备简单，可锻零件重量1kg～100T（2）通用性强，易于单件、小批量生产 缺点：（1）生产率低，锻件精度、光洁度差（2）只能锻形状很简单的零件（3）操作技术要求高 模锻优点：（1）精度高
（2）生产率高（可达几十倍）（3）可锻重量0.5～150kg的工件 缺点：只适合大量生产 胎模锻优点：（1）与自由锻比较，生产率高，消耗金属少，质量好；
（2）与模锻相比，胎膜锻制造成本低，使用设备简单，适合中小批量生产； 缺点：表面质量不如模锻，胎膜容易损坏。
板料冲压/冷冲压：利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。（热冲压：板料厚度超过8~10mm）优点：（1）可以冲压出形状复杂的零件，且废料较少
（2）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度值，冲压件的互换性较好（3）能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高的零件
（4）冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产率很高。故零件成本低。缺点：（1）冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下有优越性（2）适用材料：塑性好的材料，如低碳钢，有色金属等
焊接：利用加热或加压力等手段，借助金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来的工艺方法。优点：（1）制造大型结构件或复杂机器部件（2）化大为小、化复杂为简单来准备坯料（3）对不同材料进行焊接，制成双金属构件
1.什么叫液态合金的充型能力？充型能力不足会导致什么 缺陷？影响合金充型能力的主要因素是什么？
液态合金充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰铸件的能力，称为液态合金的充型能力。充型能力不足会产生：（1）浇不足：使铸件不能获得充分的形状；（2）冷隔：铸件虽获得完整的外形，但因存在未融合的部位，使力学性能严重变坏。影响合金充型能力的主要因素：（1）合金的流动性（化学成分：纯金属/共晶）（2）浇注条件（浇注温度愈高，合金粘度下降/充型压力）（3）铸型填充条件2.为什么共晶成分的合金充型能力好？浇注温度对合金的充型能力有什么影响？
（1）由于合金的流动性愈好，充型能力愈强，而影响合金流动性的因素以化学成分的影响最为显著。共晶成分合金的结晶是在恒温下进行的，此时，液态合金从表层逐层向中心凝固，由于已结晶的固体层内表面比较光滑，对金属液的流动阻力小，故流动性最好。所以共晶成分的合金充型能力好。
（2）浇注温度对合金充型能力有着决定性影响。浇注温度愈高，合金的粘度下降，且因过热度高，合金在铸型中保持流动的时间长，故充型能力强；反之，充型能力差。但浇注温度过高，铸件容易产生缩孔、缩松粘砂、析出性气孔、粗晶等缺陷，故在保证充型能力足够的前提下，浇注温度不宜过高。
3.铸件凝固过程中，断面上一般存在哪几个区域？铸件的凝固方式是根据什么来划分的？
（1）铸件凝固过程中，其断面上一般存在三个区域，即固相区、凝固区和液相区。（2）铸件的“凝固方式”是依据凝固区的宽窄来划分的。
4.铸件的凝固方式有哪几种？哪一种凝固方式的充型能力最好？为什么？其代表性合金是什么？
（1）凝固方式：逐层凝固；糊状凝固；中间凝固（2）逐层凝固的充型能力最好。因为纯金属或共晶成分合金在凝固过程中不存在液、固并存的凝固区，故断面上外层的固体和内层的液体有一条界限（凝固前沿）清楚地分开。随着温度的下降，固体层不断加厚，液体层不断减少，直达铸件的中心，所以这样的凝固方式充型能力最好。代表合金：铝硅合金。
5.铸件的收缩经历哪几个阶段？“缩孔”和“缩松”在那个阶段产生？如何防止？“变形”和“裂纹”在哪个阶段产生？如何防止？（1）收缩三个阶段：液态收缩——凝固收缩——固态收缩（2）“缩孔”和“缩松”产生于液态收缩和凝固收缩两个阶段。为了防止“缩孔”和“缩松”，可使铸件实现顺序凝固，所谓顺序凝固就是在铸件上可能出现缩孔的厚大部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口本身的凝固。按照这样的凝固顺序，使铸件各个部位的收缩均能得到补充，而将缩孔转移到冒口之中，冒口是多余部分，可切除。（3）“变形”和“裂纹”产生于固态收缩阶段。为防止铸件产生变形，设计时尽可能使铸件的壁厚均匀、形状对称，铸造工艺上采用同时凝固原则，以便冷却均匀；对于长而易变性的铸件，还可采用“反变形”工艺，即在模样上预先作出相当于铸件变形量的“反变形”以抵消铸件的变形；对于不允许发生变形的重要件必须进行时效处理，从而消除内应力，防止变形。裂纹分热裂和冷裂两种，为防止热裂可采用结晶温度范围窄的合金，减小液、固两相区的绝对收缩量，降低钢铁中硫的含量，采用退让性较好的铸型等方法；为防止冷裂，可使用塑性较好的合金。
6.灰口铸铁可分为哪几种？灰铸铁具有什么特点？影响石墨化的主要因素是什么？
（1）灰口铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁（2）灰铸铁的抗拉强度低，塑形、韧性差，不能锻造和冲压，焊接性能很差，裂纹倾向较大，但具有优良的减振性，耐磨性好，缺口敏感度小，铸造性能优良，切削加工性好。
（3）影响石墨化的主要因素是化学成分和冷却速度。
7.可锻铸铁生产具有什么特点？应用场合是什么？为什么？ 可锻铸铁具有相当高的塑形和韧性，但并不能真的用于锻造；可锻铸铁的生产过程复杂，退火周期长，能源耗费打，铸体的成本较高。通常用于制造形状复杂、承受冲击载荷的薄壁小件。因为这些小件若用一般铸钢制造困难较大；若改用球墨铸铁，质量又难保证。
8.球墨铸铁生产具有什么特点？
（1）制造球墨铸铁所用的铁液含碳、硅要高，但硫磷含量要低，出炉的铁液温度须高达1450℃以上
（2）要进行严格的球化处理和孕育处理。球化剂是稀土镁合金，作用是使石墨呈球状析出；孕育剂是硅含量75%的硅铁，作用是促进石墨化，防止球化元素所造成的白口倾向。（3）铸型工艺上，由于球墨铸铁较灰铸铁易产生缩孔，缩松，皮下气孔和夹渣，因此采用顺序凝固；增加铸型刚度；降低铁液的含硫量和残余镁量以防止皮下气孔；加强挡渣措施以防产生缺陷。
（4）多数球铁件铸后要进行热处理，保证力学性能，常用热处理方法是退火和正火。
9.铸造工艺图上包括哪些内容？
浇注位置，铸型分型面，型芯的数量、形状、尺寸及其固定方法，加工余量，收缩率浇注系统，起模斜度，冒口和冷铁的尺寸和布置等。
10.铸型分型面的选择原则是什么？
（1）应尽量使分型面平直、数量少。
（2）应避免不必要的型芯和活块，以简化造型工艺。（3）应尽量使铸件全部或大部分置于下箱。
对于具体铸件来说，上述诸原则难以全面满足，有时甚至互相矛盾。因此，必须抓住主要矛盾、全面考虑，至于次要矛盾，则应从工艺措施上设法解决。
11.铸件工艺参数选择时应注意哪些？ 为了绘制铸造工艺图，在铸造工艺图方案初步却确定之后，还必须选定铸件的机械加工余量、起模斜度、收缩率、型芯头尺寸等工艺参数。
（1）要求的机械加工余量和最小铸孔。余量过大，机械加工费工且浪费金属；余量过小，铸件将达不到加工面的表面特征与尺寸精度要求。铸件上的孔、槽是否铸出，不仅取决于工艺上的可能性，还必须考虑其必要性。
（2）起模斜度。为使型砂便于从模样内腔中取出，内壁起模斜度应比外壁大。（3）收缩率。为保证铸件应有尺寸，模样尺寸必须比铸件放大一个该合金的收缩量。
（4）型芯头。芯头必须留有一定的斜度α 12.怎样合理设计铸件的壁厚？
（1）铸件应有适合的壁厚，应选择合理的截面形状或采用加强筋，以便采用较薄的结构
（2）铸件的壁厚也应防止过薄，应大于所规定的最小壁厚，以防浇不到或冷隔缺陷
（3）铸件的内壁散热慢故应比外壁薄些，以防缩孔及裂纹的产生（4）铸件的壁厚应尽可能均匀，以防厚壁处金属聚集，产生缩孔、缩松等缺陷。
13.铸件壁的联接有什么特点？为什么？
（1）铸件壁间转角处一般应具有结构圆角，因为直角连接处的内侧较易产生缩孔、缩松和应力集中。通常使转角处内接圆直径小于相邻壁厚的1.5倍
（2）为减小热节和内应力，应避免铸件壁间锐角连接，而改用先直角接头后再转角的结构。当接头间壁厚差别很大时，为减少应力集中，应采用逐步过渡方法，防止壁厚的突变。
14.塑性变形对金属的组织和性能有什么影响？
（1）金属在常温下经过塑形变形后，内部组织将发生变化：晶粒沿最大变形的方向伸长；晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；晶粒间产生碎晶。
（2）金属的力学性能随其内部组织的改变而发生明显变化。变形程度增加时，金属的强度及硬度升高，而塑形和韧性下降。在冷变形时，随着变形程度的增加，金属产生加工硬化现象，即金属材料的所有强度指标（弹性极限、比例极限、屈服点和强度极限）和硬度都有所提高，但塑形和韧性有所下降。
15.什么叫金属的可锻性？常用什么来衡量？影响金属可锻性的因素有哪些？（1）金属的可锻性是材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。
（2）可锻性的优劣常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑形越好，变形抗力越小，则金属的可锻性越好；反之则越差。
（3）金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。金属的本质受化学成分和组织的影响。加工条件受变形温度、应变速率和应力状态的影响。
16.锻造过程中，碳钢的锻造温度范围是如何确定的？若确定不当，会产生什么问题？
锻造温度范围是锻件由始锻温度到终锻温度的温度区间。始锻温度是开始锻造时坯料的温度，终锻温度是坯料经过锻造成形，在停锻时的瞬时温度。碳钢的锻造温度范围的确定是以合金状态图为依据的。始锻温度比AE线低200℃左右，终锻温度为800℃左右。若确定不当，始锻温度过低，金属可锻性急剧变差，使加工难于进行，强行锻造，将导致加工硬化、锻坯破裂报废。
17.自由锻的工序分为哪几类？基本工序主要有哪些？
（1）自由锻工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类。（2）基本工序主要有：镦粗、拔长、冲孔、扭转、错移、切割
18.模锻模膛与制坯模膛各有什么作用？模锻模膛又分为哪两种？他们的作用和不同点分别是什么？（1）模锻模膛：由于金属在此种模膛中发生整体变形，故作用在锻模上的抗力较大。制坯模膛：为了制作形状复杂的模锻件，使坯料形状基本接近模锻件形状，使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，预先在制坯模膛内制坯。
（2）模锻模膛分为终锻模膛和预锻模膛两种。终锻模膛是模锻时最后成形用模膛，模膛四周的飞边槽，可增加阻力，使金属更好地充满模膛，容纳多余的金属。在不能直接获得冲孔的部位留有连皮。预锻模膛是使锻坯最终成形前获得接近终锻形状的模膛，可改善终锻时金属的流动条件。可减少对终锻模膛的磨损，延长模锻的使用寿命。两者的主要区别是，预锻模膛的圆角和斜度较大，没有飞边槽。
19.绘制模锻锻件图时应考虑哪些内容？确定锻件分模面的原则是什么？
（1）绘制模锻锻件图时应考虑余块、机械加工量、锻造公差、分模面、模锻斜度、模锻圆角半径、连皮厚度等。
（2）选定分模面的原则是：a.应保证模锻件能从模膛中取出，一般情况，分模面应选在模锻件的最大截面处；b.应使上、下两模沿分模面的模膛轮廓一致，便于调整锻模位置；c.分模面应选在能使模膛深度最浅的位置上；d.选定的分模面应使零件上所增加的余块最少；e.分模面最好是一个平面。
20.冲压生产的基本工序有哪两类？落料和冲孔时什么是成品，什么是废料？凸凹模间隙对冲裁过程有何影响？怎样确定冲裁模刃口的尺寸？（1）冲压生产的基本工序有分离工序和变形工序两大类。
（2）利用冲裁取得的一定外形的制件或坯料是落料的成品，将材料以封闭的轮廓分离开来，获得的带孔的制件是冲孔的成品。冲孔中的冲落部分为废料。（3）凹凸模间隙影响冲裁件的断面质量、模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。间隙过大，造成冲裁件边缘粗糙，卸料力和推件力小；间隙过小，造成上下裂纹不能很好重合，摩擦力大，模具寿命降低。
（4）为保证冲裁件的尺寸要求，并提高磨具的使用寿命，落料时凹模刃口的尺寸应靠近落料件公差范围内的最小尺寸；冲孔时，选取凸模刃口的尺寸靠近孔的公差范围内的最大尺寸。
21.拉深过程中常产生什么缺陷？原因是什么？弯曲时经常会发生什么现象？如何预防？
（1）拉伸过程中的常见缺陷：拉穿和起皱。拉穿是由于a.凹凸模的两个圆角半径过小，易将板料拉穿；b.凹凸模的间隙过小，摩擦力增大，易拉穿工件和擦伤工件表面，且降低模具寿命；c.拉伸系数越小，拉伸件直径越小，变形程度越大，坯料被拉入凹模越困难，易产生拉穿废品；d.润滑不够，表面磨损和摩擦力过大。
起皱现象与坯料的厚度和拉伸系数有关，相对厚度越小或拉伸系数越小，越容易起皱，间隙过大，也容易使拉伸件起皱。
（2）弯曲时容易发生金属破裂。板料越厚，内弯曲半径越小，拉应力越大，越容易弯裂。为防止弯裂，最小弯曲半径应为rmin=(0.25~1)δ(δ为金属板料的厚度)。材料塑性好，则弯曲半径可小些。弯曲时还应尽可能使弯曲线与板料纤维垂直。
22.什么叫焊接？直流电弧焊中正接和反接的特点是什么？（1）焊接是通过加热或加压（或两者并用），使工件产生原子间结合的一种连接方式。
（2）正接是将工件接到电源的正极，焊条（或电极）接到负极；反接是将工件接到电源的负极，焊条（或电极）接到正极。正接时工件温度相对高一些。
23.焊接热影响区分为几部分，各具有何组织、性能特点？
焊接热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区等。
（1）熔合区：熔化的金属凝固成铸态组织，为熔化金属因加热温度过高成为过热粗晶。在低碳焊接接头中，熔合区强度、塑形和韧性下降，此处接头断面变化，应力集中。熔合区很大程度上决定焊接接头的性能。
（2）过热区：奥氏体晶粒粗大，形成过热组织。塑性韧性降低，对于易淬火硬化钢材，此区脆性更大。
（3）正火区：加热金属发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒。冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，力学性能优于母材。
（4）部分相变区：珠光体和铁素体发生重结晶，转变成细小的奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变，但其晶粒有长大趋势。冷却后晶粒大小不均，因而力学性能比正火区稍差。
24.如何防止焊接时的变形？ 当对焊件的变形有较高限定时，在结构设计中采用对称结构或大刚度结构、焊缝对称分布结构都可减小或不出现焊接变形。施焊中，采用反变形措施或刚性夹持方法，都可减小焊件的变形。正确选择焊接参数和焊接次序，对减小焊接变形也很重要。对于焊后变形小但已超过允许值的焊件，可采用机械矫正法或火焰加热矫正法加以消除。
25.普通电焊条是由什么组成？各具有什么作用？选用电焊条的原则是什么？（1）普通电焊条是由焊芯和药皮（涂料）两部分组成。焊芯起导电和填充焊缝金属的作用，药皮则用于保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和力学性能。
（2）焊条通常是根据工件化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀性以及高温性能等要求，选用相应的焊条种类。a.低碳钢和低合金钢构件，一般要求焊缝金属与母材等强度；b.同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选定，应依据焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和钢材的抗裂性能而定。通常对要求塑性好、冲击韧度搞、抗裂能力强或低温性能好的结构。选用碱性焊条。如果构件受力不复杂、母材质量较好，应选用较经济的酸性焊条；c.低碳钢与低合金钢焊接，可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条；d.铸钢件含碳量较高，厚度较大，形状复杂，容易产生焊接裂纹，应选用碱性焊条，并采取适当的工艺措施（如加热）进行焊接；e.不锈钢和耐热钢性能特殊，应选用相应的专用焊条，以保证焊缝的主要化学成分和性能与母材相同。
26.什么叫金属的焊接性？如何衡量钢材的焊接性？
（1）金属材料的焊接性是指在限定的施工条件下，焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。即金属材料在一定焊接工艺条件下，表现出来的焊接难易程度。（2）可用碳当量法来衡量被焊钢材的焊接性。
当w(c)当量0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，焊接性不好。
27.各种材料的焊接特点。（1）低碳钢：含碳量≤0.25%，塑形好，一般没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感，焊接性好。不需采取特殊的工艺措施，焊后也不需进行热处理。厚度大于50mm的低碳钢结构，焊后应进行消除内应力退火，低温环境下，应进行焊前预热。可以用各种焊接方法进行焊接，应用最广泛的是焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊等。
（2）中、高碳钢：含碳量为0.25%~0.6%，随着含碳量的增加，淬硬倾向越加明显，焊接性逐渐变差。中碳钢热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹，焊缝金属产生热裂纹倾向较大，焊前必须进行预热，多采用焊条电弧焊，焊后进行相应热处理。高碳钢的焊接特点与中碳钢基本相似，但焊接性更差，预热温度更高，工艺措施更严格，高碳钢焊接一般只限于利用焊条电弧焊进行修补工作。
（3）可焊接低合金结构钢：热影响区的淬硬倾向增加，产生马氏体组织，硬度增高、塑形和韧性下降。钢材强度级别越高，焊接接头的冷裂纹倾向越大。热裂纹倾向不大。对于强度级别高的低合金碳钢，焊前一般均需预热，焊后还应进行热处理。（4）铸铁：熔合区易产生白口在组织，易产生裂纹，气孔，由于铸铁流动性好，一般只进行平焊，采用气焊、焊条电弧焊进行焊补。（5）铜和铜合金：焊前工件需预热，选用较大电流或火焰，焊接过程中易开裂。可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等
（6）铝和铝合金：氧化铝密度较大，易使焊缝形成夹缝缺陷；铝的导热系数较大，要使用大功率或能量集中的热源；铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应力与变形，可能导致裂纹；在熔池凝固中易产生气孔；常需采用垫板进行焊接。常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。
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