《材料成型技术基础》复习思考题

1、材料成形技术基础复习思考题第一篇 铸造1. 何谓液态合金的充型能力？充型能力不足，铸件易产生的主要缺陷有哪些？充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、尺寸精确、轮廓清晰铸件的能力。充型能力不足，会产生浇不足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。提高充型能力的方法：1）选择凝固温度范围小的合金；2）适当提高浇注温度、充型压力；4） 合理设计浇注系统结构；4）铸型预热，合理的铸型蓄热系数和铸型发气量；5）合理设计铸件结构。2.影响液态合金充型能力的主要因素有哪些？影响液态合金充型能力的主要因素有：流动性、铸型条件、浇注条件和铸件结构等。3.浇注温度过高或过低，对铸件质量有何影响？浇注温度过低，会产生浇不

2、足、冷隔、气孔、夹渣等缺陷。浇注温度过高，液态合金的收缩增大，吸气量增加，氧化严重，容易导致产生缩孔、缩松、气孔、粘砂、粗晶等缺陷。可见，浇注温度过高或过低，都会产生气孔。4.如何实现同时凝固？目的是什么？该原则适用于何种形状特征的铸件？铸件薄璧部位设置在浇、冒口附近，而厚璧部位用冷铁加快冷却，使各部位的冷却速度趋于一致，从而实现同时凝固。目的：防止热应力和变形。该原则适用于壁厚均匀的铸件。注意：壁厚均匀，并非要求壁厚完全相同，而是铸件各部位的冷却速度相近。5.试述产生缩孔、缩松的机理。凝固温度范围大的合金（糊状凝固），其缩孔倾向大还是缩松倾向大？与铸铁相比较，铸钢（非纯金属）的缩孔、缩松倾向

3、如何？产生缩孔、缩松的机理：物理机制是因为液态收缩量凝固收缩量 固态收缩量（或写为：体收缩量线收缩量）；工艺原因则是由于补缩不足。凝固温度范围大的合金，其缩松倾向大。与铸铁相比较，铸钢的缩孔、缩松倾向大。6.试述冒口与冷铁的作用。冒口：补缩、排气。冷铁：调整冷却速度。7.一批铸钢棒料（200×L mm），落砂清理后，立即分别进行如下的切削加工：(1)沿其轴线，在心部钻80mm通孔，加工后棒料长度为L；(2)将其车为80mm的轴，车削后的长度为L2。 试分析L、L1、L2是否相等。L1>L>L28.试举例分析影响铸铁力学性能的主要因素。 提示：基体组织；G的形状和大小。基体

4、组织为F时，塑性、韧性较好，但强度、硬度较低。基体组织为P时，塑性、韧性较低，但强度、硬度较高。基体组织为F+P时，铸铁力学性能介于以上两种情况之间。G从片状团絮状球状，力学性能逐渐上升。G由大变小，以及G均布时，则力学性能。9.试述孕育铸铁的生产原理。与普通HT相比：在力学性能上孕育铸铁有何特点？常用于什么场合？ 生产原理：改善普通灰铸铁可从两方面考虑，基体由FP；G由粗大细小、均布。孕育铸铁的强度较高，力学性能对璧厚的敏感性小，常用于静载下有较高强度的铸件，以及璧厚较大的中、小型铸件。10.试分析：工艺上可采取哪些措施控制石墨化倾向？石墨化倾向对灰口铸铁的组织和力学性能会产生哪些影响？控制

5、碳当量；热处理：G化退火以及正火。石墨化倾向大，石墨较粗大，灰口铸铁的基体组织倾向于形成F，故强度、硬度较低。反之则倾向于形成P，故强度、硬度较高。11.试述铸造中常用的孕育剂、球化剂。球墨铸铁在球化处理后，为何还要进行孕育处理？孕育剂：75硅铁。球化剂：稀土镁合金（RE-Mg）。孕育处理可以促进石墨化倾向，还可使石墨球圆整、细化。12.简述QT的铸造工艺特点。成分接近共晶点，流动性好，但在铸型刚度较小时（也即退让性较好时），铸件容易产生缩孔、缩松等缺陷。生产球铁件，铸型刚度较小时，采用冒口和冷铁，顺序凝固原则/定向凝固原则；铸型刚度很好时，不用冒口和冷铁，同时凝固原则。容易产生夹渣和皮下气孔

6、。球铁的出炉温度高于1400。13.试从以下几个方面比较球铁（墨铸）和可铁（锻铸）：C、Si含量;生产方法;力学性能;适用范围。可铁：C、Si含量较低，生产时先获得白口，且多采用定向凝固原则（无G析出，体收缩大，缩孔、缩松倾向大），再经高温G化退火得到，力学性能较低，适用于受力较小的曲轴、连杆等。球铁：C、Si含量较高，生产时需经球化、孕育处理，力学性能较高，适用于受力较大的曲轴、连杆等。注意：承受冲击、形状复杂的薄璧小件时选择KTH.14.试分析比较普通灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁的化学成分、组织和性能特点。普通灰铸铁和球墨铸铁的成分均接近共晶成分，而可锻铸铁的碳当量低。它们的基体可以是F，也

7、可以是P，或F+P。普通灰铸铁的强度低；KT和QT的强度较高，且具有一定的塑性和韧性，其中QT的强度最高。15.试从力学性能、铸造工艺性能两个方面比较铸铁和铸钢，并叙述铸钢的应用范围。铸铁铸造工艺性能较好，铸钢力学性能较好。铸钢的应用范围：形状复杂难以用压力加工或切削的方法成形；力学性能要求较高，不能采用铸铁。16.试述铸钢生产的一般特点。铸钢的铸造性能差，易产生浇不足、气孔、缩松、缩孔、裂纹、夹渣和粘砂等缺陷。常采用以下措施：(1) 铸型应具备高的耐火度、透气性、合理的紧实度。 (2) 合理选用凝固原则 (一般，定向/顺序凝固；复杂件，复合凝固) 。(3) 必须热处理。退火适于0.35%C或

8、结构特别复杂的铸钢件；正火适于0.35%C的铸钢件。17.合理选择浇注位置与合理选择分型面，两者的目的是否相同？选择浇注位置的目的是减少铸造缺陷，保证铸件的质量；选择分型面的目的是便于起模，简化铸造工艺。可见，两者的目的是不同的。18.模样、铸件（毛坯）、零件三者在尺寸、形状、结构上有何区别？模样、型腔、铸件和零件之间的关系名称 特征 模 样型 腔铸 件零 件大小大大小最小尺寸大于铸件一个收缩率与模样基本相同比零件多一个加工余量小于铸件形状包括型芯头、活块、外型芯等形状与铸件凹凸相反包括零件中小孔洞等不铸出的加工部分符合零件尺寸和公差要求凹凸(与零件相比)凸凹凸凸空实(与零件相比)实心空心实心

9、实心19.试述起模斜度与结构斜度的作用和区别。铸造斜度分为结构斜度和拔模斜度两种。它们的作用主要都是便于起模。为了便于从铸型中取出模型，凡垂直于分型面的铸件壁应具有一定的倾斜度；为从芯盒中取出型芯的方便，铸件上相应的部位亦应由一定的倾斜度。区别：结构斜度是在铸件结构设计阶段，在铸件非加工表面设置的；拔模斜度是铸造工艺设计阶段，在制造模型与芯盒时，在铸件加工表面设置的。起模斜度影响因素 1模样材料：金属模，木模。 2造型方法：机器造型，较小。 3起模高度： h，。 （注意，与模锻斜度不同） 4所处位置：内壁，较大20.在铸造中，什么是叫芯头和芯座？它们的尺寸大小是否相同？芯头是指砂芯的外伸部分，

10、是型芯的定位、支撑和排气结构。芯头如图所示。芯头有垂直和水平芯头两种。芯座是指铸型中专为放置芯头的空腔。芯头和芯座尺寸主要有芯头长度L（高度H）、芯头斜度、芯头与芯座装配隙s等。尺寸可参照教材。要点： 整体造型（而且为手工造型之挖砂造型）； 在球状型芯上、下设置两个芯头。 注意：从此题可以看出芯头的作用为定位、支撑、排气和便于清理铸件。21.人们常在铸件上设置加强肋并且在有孔的部位设置凸台。这样做的目的是什么？加强肋的厚度是否应大于或等于被加强壁的厚度？在铸件上常设置加强肋并且在有孔的部位设置凸台。设置加强肋的目的是：避免增加铸件壁厚；保证铸件刚度。设置凸台的目的是减小璧厚，使璧厚尽量均匀。加

11、强肋的厚度应小于被加强壁的厚度。22.试分析铸造应力的产生机理及防治措施。铸造应力主要有热应力和收缩应力（或机械应力/相变应力）两种。热应力是因为铸件璧厚不均匀，各部分冷却速度不同，导致在同一时期铸件各部分收缩不一致而引起的应力。（内因） 防止：同时凝固原则、去应力退火（人工时效）、反变形。收缩应力（或机械应力）是因为合金的线收缩受到铸型、型芯、浇冒口系统的机械阻力而引起的内应力。（外因）防止：提高铸型以及型芯的退让性、去应力退火（人工时效）。注意教材中相关内容。23.什么是定向凝固原则？其目的是什么？具有何种形状特征的铸件宜采用定向凝固？设计这类铸件时，应如何使其壁厚分布合理？所谓顺序凝固/

12、定向凝固，是使铸件按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固的过程（向一个方向均匀增厚）。目的：减少缩孔、缩松倾向。通过在铸件不同部位放置冷铁、冒口，可实现顺序凝固/定向凝固。铸件壁厚应合理分布：使铸件向一个方向逐渐均匀增厚。24.试分析：为何铸件的壁厚既不能过大，也不能过薄？影响铸件壁厚的因素有哪些？ 璧厚既不能过大，也不能过小，因为，晶粒粗大；G化倾向基体中F体，P体量过大 储热量大 V冷 合金液充型能力；过小 V冷，灰口铸铁的表位易产生白口组织。影响铸件壁厚的因素：液态合金的充型能力。铸造工艺上，规定了最小允许壁厚。推荐了“临界壁厚” » 3´最小允许壁厚。铸件的刚度。增加

13、铸件的刚度不能单靠增加壁厚，常常需要合理地设计铸件的截面形状。如加强肋（肋板的厚度，应小于被加强壁的厚度）。加强肋，又称拉肋，防变形肋（提高刚度嘛）。强，行（形），发啦！除了加强肋外，铸肋还有一类，称为割肋，又称收缩肋，防裂肋，以及激冷肋。为便于记忆，用“收割机”“割裂”，这两类铸肋，也即加强肋和割肋，它们的厚度都小于铸件的壁厚。注意：热裂是在凝固后期、接近固相线的高温形成的。线收缩，也即固态收缩也是从凝固后期、接近固相线的高温开始的，而不是液态金属完全变为固态才开始的！第二篇 金属压力加工1. 为何承受重载、冲击的齿轮通常均采用锻造的方法制坯？（提示：三化）材料组织细密化、成分均匀化、锻造流

14、线分布合理化。2. 试述如何利用下列物理现象来提高工件的力学性能：冷变形硬化；回复；再结晶。冷变形硬化：提高强度、硬度和耐磨性，特别是对于塑性好，且不能用热处理强化的金属尤为重要；回复：消除应力，冷卷弹簧的去应力退火（250300）；再结晶：消除冷变形硬化，多次拉深中间的再结晶退火。3. 何谓锻造比？压力加工时，为什么要选择合适的锻造比？锻造比：评价锻造过程中金属材料变形程度的参数。Y，恒大于1。Y反映了锻件变形程度与锻件力学性能之间的关系。Y，内部孔隙被焊合组织细密化偏折的碳化物、树枝晶被打碎成分均匀化。Y，锻造流线形成各向异性组织细密化达到极限，力学性能不能进一步因此，要选择适当的锻造比。

15、4.如何评价金属材料的锻造性能？试分析加热温度、变形速度和应力性质对钢的锻造性能的影响。 锻造性能评价指标：塑性和变形抗力。A. 加热温度开始 T 材料的锻造性能T 两种情况 过热 晶粒粗大（纠正方法：正火）过烧 局部可切除，大面积则锻件报废可见，过热和过烧是锻件加热时可能出现的缺陷，但过热可以修复，过烧却不能修复。B. 变形速度两对矛盾综合作用：内能散失累积、加工硬化再结晶变形速度较小时，锻造性能；变形速度超过临界值后，锻造性能C. 应力状态（1）对塑性的影响：压应力数目塑性阻碍微裂纹产生、扩展拉应力数目塑性促使微裂纹扩展（2）对变形抗力的影响压应力数目，变形抗力拉应力数目，变形抗力 参见补

16、充课件。5试分析金属塑性变形的基本规律及其应用（1）体积不变条件：塑性变形前后体积不变，1+2+3 = 0 应用：计算坯料质量和各种工序间的尺寸。（2）最小阻力定律 变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的的方向移动。即做最少的功，走最短的路。 应用：让金属按规定方向流动，以获得所需形状和尺寸的锻压件。6.自由锻有何优点？什么情况下应采用自由锻？优点：不用模具，可局部成形。应用： 单件小批。 重型、特大型锻件。7.试分析下列说法是否正确： 随着碳含量的增加，钢的始锻温度增高。随着碳含量的增加，钢的始锻温度，终锻温度在800左右。空气锤的规格是以其所能产生的最大冲击力来确定的，力的单位为kg.f。

17、空气锤的规格是以其落下部分的质量表示其吨位。水压机对锻件的作用力是静压力。正确。 过热是锻件加热过程中可能发生的不可挽回的缺陷。 过热可用正火消除8.与蒸汽-空气锤相比，水压机有何优点？与蒸汽-空气锤相比，水压机优点： 锻透深度大 细晶粒组织的锻件； 静压力 噪声低、震动小。注：锻透深度大是因为变形速度慢，再结晶充分。9.自由锻工序分为哪三类？各包含哪些基本内容？辅助工序： 切槽，切肩，倒棱。基本工序： 镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移，切割等。精整工序：平整、校直。10.绘制自由锻件图时，应考虑哪些主要因素？敷料：简化锻件形状，便于锻造。加工余量。锻件公差。11. 掌握自由锻零件的结构工艺

18、性原则。总原则：形状不宜复杂。A避免曲面相交的相贯体结构；避免锥体、斜面结构；不允许出现加强筋、凸台、丁字形截面和空间曲线形表面。B对形状复杂件，可采用锻焊、锻机械连接等联合结构。12. 模型锻造有何优点？什么情况下应采用模锻？模锻优点：生产率高、尺寸精确等。  缺点：质量不能太大，小于150kg； 设备、锻模成本高。        应用：大批大量生产，锻件质量小于150kg 。长杆类锻件模锻，一般在平锻机上进行锻造，且锻造通孔模锻件的唯一方法。13. 模锻的基本工艺过程包括哪几个阶段？模锻的四个基本阶段

19、：制坯、预锻、终锻、精整。14. 胎模锻是否属于模锻？试述胎模锻的优点和适用范围。 胎模锻介于模锻和自由锻之间，故具有两者的部分优点。适于中、小批生产。15. 模锻斜度有何作用？在模锻零件的哪类表面上必须设置模锻斜度？为什么模锻斜度应尽量采用3°、5°、7°、10°等标准度数？ 为便于锻件出模，垂直于分模面的表面必须有斜度，称为模锻斜度。外壁斜度一般取3°、5°、7°、10°等标准度数。内壁斜度应比外壁斜度大2°5°，因为内壁冷缩，夹紧工件。模膛深度与相应宽度的比值(hb)越大，则斜度越大。之所

20、以取标准度数，是便于采用标准指状铣刀加工。注意，对比铸造中的起模斜度，起模斜度影响因素 1模样材料：金属模，木模。 2造型方法：机器造型，较小。 3起模高度： h，。 （与模锻斜度不同） 4所处位置：内壁，较大16.试述模锻圆角的作用。 圆角半径作用：减少金属流动的阻力有利于金属充满模锻。减轻应力集中提高锻模寿命；注意与铸造圆角的作用比较。17.试分析比较自由锻件（避免空间曲面结构）与模锻件设计的异同相同点：都要考虑敷料、加工余量和公差。不同点：模锻件要考虑分模面的选择、在加工表面设置模锻斜度（便于起模）和模锻园角（便于金属充膛减少应力）、有孔的零件还要加上冲孔连皮，模锻件均应避免截面相差过大

21、，薄壁、高筋、凸起等结构，模锻件应避免深孔和多孔结构；模锻件减少余块，简化模锻工艺。自由锻件应避免空间曲面结构等。18.在设计落料模时，如何确定凹、凸模的尺寸？ 1） 以落料件确定凹模尺寸，考虑磨损，凹模刃口尺寸应靠近落料件的最小极限尺寸 。       2）以凹模尺寸为基准，减去间隙，设计凸模。 3）模具刃口尺寸精度比冲压件精度高23级。加一题：在设计冲孔模时，如何确定凹、凸模的尺寸？ 1） 以冲孔件确定凸模尺寸，考虑磨损，凸模刃口尺寸应靠近孔的最大极限尺寸；    2） 以凸模为基准，加上间隙，设计凹

22、模。 3）模具刃口尺寸精度比冲压件精度高23级。19.试述材料最小相对弯曲半径及其影响因素。 最小相对弯曲半径rmin/t：在变形区外表面不发生破坏的条件下，弯曲所能达到r/t的最小值。影响因素：塑性越好，则rmin/t越小；t越小，则rmin/t越小。板料的纤维方向与折弯线垂直时，rmin/t最小20.试分析：拉深时，工件被拉穿（即拉裂）的原因。应如何防止？拉裂：拉应力超过材料强度极限；起皱：环形部分压力过大，失稳起皱。序号原因措施1m过小（拉伸系数）变形程度越大，越容易拉裂多次拉深，再结晶退火2模具刃口圆角半径过小增大模具刃口圆角半径3Z过小（凸凹模间隙）增大Z4压边力过大减小压边力21.

23、什么是复合冲模？它在结构上有何特点？复合模：在模具的同一工位在压力机的一次形成中完成2个或2个以上的冲压模具。结 构特点：有一个凸凹模（既可做凸模又可做凹模）。第三篇 焊 接1. 试述冶金连接的原理和特点。原理：冶金连接是通过加热或加压（或两者并用），并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合，形成永久性接头的加工方法。优点：焊缝体积小、重量轻、性能优越；能简化复杂件、大型件的制造工艺，铸焊、锻（压）焊等联合结构；可修补铸件、锻件以及局部受损坏的零件； 缺点：会产生焊接应力和变形。 2. 试述焊条药皮的主要作用。焊接药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，它对保证手工电弧焊的质量极为重要，其主要作用有:

24、造气、造渣，起保护作用，防止气孔、夹渣；冶金作用，如脱氧、脱硫、脱磷和渗合金等；稳弧、脱渣等作用，以保证焊条具有良好的工艺性能，形成美观的焊缝。3. 为什么碱性焊条一般均应采用直流反接？碱性焊条含有的萤石，故一般均采用直流反接。“简（碱）直反了”4. 在强度级别相等的条件下，试从力学性能与工艺性能两个方面比较酸性焊条与碱性焊条。碱性焊条与强度级别相同的酸性焊条相比，其熔敷金属的塑、韧性好，含氢量低。但碱性焊条的稳弧性较差，对锈、水、油污的敏感性大，容易产生气孔，有毒气体和烟尘多。结论：在强度级别相等的条件下，酸性焊条（焊接）工艺性好些，碱性焊条的（焊缝）力学性能高些。5. 试述结构钢焊条的选用

25、原则。主要考虑焊缝的力学性能要求。 强度按“焊缝与母材等强度级别”原则。即：焊条熔敷金属强度不低于母材，且应相近，不宜高出太多。 塑性、韧性重要的焊缝、动载荷和结构刚度大时一般选用碱性焊条。6. 试述不锈钢焊条的选用原则。主要考虑焊缝的化学成分要求。遵循“焊缝与母材同化学成分类型”原则。7. 掌握典型结构钢焊条：E4313和E5015的编号含义。E表示焊条。前两位数字表示熔敷金属抗拉强度最小值。第三位数字表示焊条适用的焊接位置，0或1都表示适用于全方位焊接。第三、四位数字的组合表示药皮类型和焊接电流类型。E4313是典型的酸性焊条，其熔敷金属抗拉强度的最小值为420MPa，适合全方位焊接。药皮

26、类型为高钛钾型，交、直流均可。E5015是典型的碱性焊条，其熔敷金属抗拉强度的最小值为490MPa。适宜全方位焊接。药皮类型为低氢钠型。碱性焊条中含有CaF2，它可以降低焊缝中的含氢量。8. 低碳钢焊接接头包括哪几个区域？低碳钢焊接接头包括三个区域焊缝区、熔合区、和热影响区，而热影响区又细分为：过热区、正火区、部分相变区。熔合区和过热区均为“危险区”，正火可以消除“危险区”。9. 试分析下面的说法是否正确：“焊接结构钢时，由于采用了与母材等强度原则选择焊条，所以，其焊接接头的力学性能一定不会低于母材。” 不对。焊接接头中的熔合区和过热区的力学性能最差，其性能可能低于母材。10. 试述埋弧焊、电

27、渣焊、电阻焊和钎焊四者之间的区别、各自的优点和适用范围。前两种均为熔化焊，母材熔化；钎焊母材不熔化，钎料熔化。电阻焊为压力焊，焊接时需要施加压力，压力焊通常不需要焊剂，也不需要填料。由于焊剂保持的原因，如果不采取特殊措施，埋弧自动焊通常只能用于平焊，而电渣焊为垂直立焊。埋弧自动焊优点：效率高、焊接质量好。应用：批量生产的中、厚板、平直、环状焊缝。电渣焊优点：生产率高、焊接质量好、焊接厚件不用开坡口，应用：厚度30mm以上的厚板（最厚可达450mm）等。电阻焊优点：生产率高、焊接接头质量高、变形小。电阻焊包括点焊、缝焊和对焊，它们都属于压力焊。应用：点焊适合于薄板件的焊接，如汽车覆盖件等冷冲压件

28、的焊接等。钎焊优点：接头光滑平整变形小、焊接适应性好、生产率高，应用：异性材料的焊接、电子、电器、硬质合金刀具等。11. 什么是阴极破碎现象（阴极雾化作用）？它是不是氩弧焊焊接过程中的独有现象？为什么焊接重要的铝合金件多采用氩弧焊？试述氩弧焊的常用接法。电弧中的阳离子受阴极电场加速，以很高的速度冲击阴极表面，使阴极表面的氧化膜破碎并清除掉，在惰性气体的保护下，形成清洁的金属表面，这种现象称为阴极破碎现象。氩弧焊不仅有良好的保护作用，且有阴极破碎作用，可去除氧化铝膜，使合金很好的熔合，焊接质量好，而在普通手弧焊条件下，由于氧化铝膜熔点高（约2050），难以去除氧化铝膜，故焊接重要的铝合金多采用氩

29、弧焊。氩弧焊的常用接法：参见课件。可见，对重要的铝合金件进行氩弧焊时，可采用直流反接（熔化极氩弧焊）或交流（钨极氩弧焊）。12. 试分析16、45钢、65钢的焊接性能和常用的焊接方法。16钢：焊接性能好，几乎所有的焊接方法都可用。但低温或焊接大厚件时需预热。45钢：淬硬倾向较大，焊接性能较差。焊前低温预热150250，焊后缓冷，以减少热应力。65钢：焊接性能差，焊前高温预热600700，保温至不低400，施焊，焊后缓冷，立即去应力退火。13. 埋弧焊和电渣焊的焊接过程有何区别？各适用于什么场合？埋弧焊用焊剂进行渣保护，电弧在焊剂包围下燃烧，热效率高；由于焊剂保持的原因，如果不采取特殊措施，埋弧自动焊通常只能用于平焊。可焊接平直长焊缝和直径大于250mm的环焊缝。对20-25mm以下工件不用开坡口。电渣焊是利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热并熔化焊丝和母材进行焊接的。焊接位置一般为立焊。电渣焊金属熔池的凝固速率低，气体和杂质较易浮出，故产生气孔、夹渣的倾向性较低。电渣焊热影响区大，所以焊后要热处理（正火）。电渣焊焊接厚件不用开坡口，适合焊接板厚大于30mm，特别是厚度大于100mm，最大可达450mm厚的焊件。14. 试分析铸铁焊接性能极差的原因。铸件含碳量高，塑性极低，焊接性差。铸铁焊