热加工工艺基础资料课后练习答案

1 什么叫铸件的温度场，何谓凝固方式？铸件有哪三种凝固方式？特点如何？答：铸件的温度场：在凝固和冷却某瞬间，铸件横断面上的温度分布线。铸件的凝固方式：逐层凝固方式，糊状凝固方式，中间凝固。逐层凝固：没有凝固区，固相区由表面向中心层层发展的凝固方式。糊状凝固：凝固区很宽，甚至贯穿整个铸件断面，而表面温度似高于固相点TS以后表层低于TS，才开始结壳形成固相区。中间凝固：凝固区域较宽，并迅速扩展至铸件工心。2何谓合金的充型能力及流动性？二者之间有何联系与区别？怎样提高合金的充型能力？答：液态合金充满型腔，获得形状完整，轮廓清晰的铸件的能力称为充型能力。合金的流动性是指合金本身的流动能力。合金的流动性影响合金能力的内在因素，它主要与合金本身的性质有关。充型能力可以认为是考虑铸型及其他工艺因素影响的液态合金的流动性。为提高合金的充型能力应尽量选用共晶成分合金或结晶温度范围小的合金，应尽量提高金属液的凝固质量，金属液愈纯净所含气体杂质愈少，充型能力愈好。3什么是顺序凝固原则和同时凝固原则？各适用于什么合金及铸件结构条件？答：顺序凝固原则是采用各种工艺措施，使铸件各部分按规定方向从一部分到另一部分逐渐凝固。该原则适用于收缩大或壁厚差别较大，易产生缩孔的合金铸件如铸钢高强度灰铸铁等。同时凝固原则是采用相应工艺措施使铸铁各部分温度均匀，在同一时间内凝固。该原则适用于收缩小的灰铸铁。4何谓热应力，机械应力？热应力和机械应力在铸铁中的分布规律各如何？何谓残留应力及临时应力？答：热应力是由于铸件上壁厚不均匀的各部分冷却速度和线收缩量不均匀，相互阻碍收缩而引起的应力。铸件的固态收缩受到铸型，型芯，浇口，冒口等外因的机械阻碍而产生的应力，称机械应力。热应力分布规律一般对厚壁或冷却慢的部分产生拉应力，薄或冷却快的部分形成压应力。机械应力一般都是拉应力。热应力在铸件冷却至室温后仍残留在铸件内的不同部位，是一种残留应力。5何谓铸件的结构工艺性？从简化铸造工艺角度应对铸件结构有哪些要求？答：铸件的工艺性即在保证铸件质量的前提下铸造的难易程度。铸件的结构在满足使用要求的前提下应使铸造工艺流程中各工序操作简便，效率提高，成本降低，质量易于保证，具体如下：1铸件的外形：（1）尽量避免外表面有侧凹；（2）尽量使分裂面为平面；（3）尽量减少分型面的数目；（4）凸台，肋等结构应便于起模；（5）顺着起模方向的非加工表面应有结构斜度，以便于起模；2铸件的内腔：（1）尽量少用和不用型芯；（2）应利于型芯的固定和排气；（3）应利于型芯的清除。6从合金的铸造性能方面考虑，为避免有关铸造缺陷，对铸件结构有哪些要求？答：铸件结构还应考虑合金的充型能力，收缩特性，吸气性等，铸造性能对铸件质量的影响，避免各类缺陷的产生，具体如下：一铸件的壁厚：1铸件应有合适的壁厚，避免浇不到缺陷；2铸件壁厚，力求均匀，避免形成缩孔，缩松和裂纹等缺陷3铸件内壁的厚度应略小于外壁厚度使整个铸件均匀冷却4壁厚分布应符合顺序凝固原则。二壁的连接1壁的连接处应有结构圆角，圆角大小应与壁厚相适应，避免造成热节2两壁斜向相交时，应避免在锐角接头，而用直角接头3尽量采用交错接头（中心件）和环形接头（大件）避免交叉接头4厚度不同的壁连接时应逐渐过渡避免突变，突变处易形成应力集中和裂纹三避免变形和裂纹的结构1细长易挠曲的铸件应设计为对称截面，由于对称截面的相互抵消作用，使变形大大减少2合理设置加强肋，以提高平板铸件的刚度，防止翘曲变形3较大的带轮，飞轮，齿轮的轮幅可做成弯曲的奇数的或带孔腹板，以借轮辐（腹板）或轮缘的微量变形自行减缓铸造应力，防止开裂。7灰铸铁的力学性能，铸造性能和其他性能有何特点？灰铸铁最适宜做哪些铸件？答：强度性能较差，抗拉强度很低，塑性近于零，硬度极低，抗拉强度比碳钢低很多，几乎无韧性，但石墨对基件承受压应力的有害影响较小，故灰铸铁的抗压强度和硬度与基件相近铸造性能和切削性能良好，灰铸铁的收缩率较小，灰铸铁的化学成分在共晶点附近，其 流动性很好减摩性好，减震性好，缺口敏感性好灰铸铁广泛应用于制造工作在磨擦条件下，要求吸收振动的形状复杂的支座类铸件，如机床床身，导轨，机座及缸盖等8为什么球墨铸铁的强度和塑性比灰铸铁高，而铸造性能比灰铸铁差？球墨铸铁是怎样制成的？答：球墨铸铁的正常组织是细小圆整的石墨球加金属基件，由于石墨的利用率可达70%90%，因此球墨铸铁的力学性能比灰铸铁高得多，抗拉强度甚至可以和钢媲美，塑性和韧性也大大提高，而流动性不如灰铸铁，所以铸造性能比灰铸铁差。球墨铸铁的制造：一严格要求化学成分，对原铁液要求的碳硅含量比灰铸铁高，降低球墨铸铁中锰，磷，硫的含量二铁液出炉温度比灰铸较铁更高，比补偿球化，孕育处理时铁液温度的损失三进行球化处理，即往铁液中添加球一化剂四进行孕育处理五球墨铸铁流动性较差，收缩较大，因此需要较高的浇注温度及较大的浇注系统尺寸，多应用冒口，冷铁，采用顺序凝固原则六进行热处理9铸钢的铸造性能怎样？铸造工艺上的主要特点是什么？钢件铸造后需进行何种热处理，为什么？答：1 铸钢的铸造性能较差：因熔点高而使钢液易氧化，流动性差，收缩大。因此铸钢的铸造较困难，常出现缩孔，缩松，残留应力，裂纹等缺陷，铸钢的晶粒粗大，韧性低于同成分的锻钢，铸造中需采取比铸铁更复杂的工艺措施。2 工艺特点：（1）对型砂的强度耐火性和透气性要求更高。（2）铸型工艺上大都采用顺序凝固原则，冒口，冷铁用得很多。（3） 铸造需热处理3 为了细化晶粒，改善铸态组织，消除铸造应力，提高力学性能，铸钢件铸后一般进行退火和正火处理。10 什么是冷变形和热变形，各有何特点？答：据变形温度和变形后的组织不同，通常把在再结晶温度以下进行的变形称为冷变形，在再结晶温度以上进行的变形称为热变形，冷变形的金属表现出加工硬化现象，热变形金属的加工硬化随即被再结晶所消除。11冷变形强化对金属的组织和性能有何影响，在生产中如何利用其有利因素？答：金属在冷变形时，随着变形程度的增加，强度和硬度提高，塑性和韧性下降，这种现象称为冷变形强化，又称加工硬化或冷硬化，冷变形强化时，金属内对称面附近的晶格发生畸变，甚至产生晶粒破碎现象，金属的强度和硬度越来越高，而塑性和韧性越来越低，冷变形强化是强化金属材料的手段之一，尤其是一些不能通过热处理方法强化的金属可通过冷轧，冷挤压，冷拔和冷冲压方法，在变形的同时提高其强度和硬度12再结晶对金属的组织和性能有何影响？答：如将变形金属；加热到更高温度，使原子具有更强的的扩散能力，就能以滑移而上的碎晶块或其它质点为晶核，成长出与变形前晶格结构相同的新的等细晶粒，这个过程称为再结晶，再结晶可以完全消除塑性变形变形所引起的硬化现象，并使晶粒得到硬化，力学性能甚至比塑性变形前更好。13锻造流线的存在对金属的力学性能有何影响？在机械零件设计中如何考虑锻造流线的问题？答：塑性变形时，金属的晶粒没变形方向被拉长或压扁，变形后晶间杂质也沿变形方向排列，这种按照一定方向分布的晶界杂质称为锻造流线，锻造流线使金属的力学性能表现为各向异性，即不同方向上的力学性能有所不同，在机械零件中应注意：（1）流线与工件最大拉应力方向一致（2）流线与切应力，冲击力方向垂直（3）沿工件外轮廓连续健分布14 如何衡量金属的塑性加工性能，在生产中提高金属塑性加工性能的措施有哪些？答：塑性加工性能的优劣，以金属的塑性和变形抗力综合衡量，在生产中提高金属塑性加工性能的措施有：（1）由于纯金属的塑性变形性能优于其合金，所以尽量选用纯金属或杂质较少的金属合金件为锻件（2）单相组织比多相组织的塑性成形性能好，一般金属锻造时最好使其处于单相不纯和固溶体状态。（3）在一定温度范围内，提高锻件的温度（4）压应力状态可提高金属的塑性，挤压加工时，变形金属内部存在压应力，所以尽量选用挤压加工来加工锻件。（5）提高应变速率使之超过临界速率。15 冲孔落料有何异同？如何确定冲裁凸模和凹模的尺寸？答：冲孔和落料的相同点为两个工序的坯料变形分离过程和模具结构都是一样的两者的区别：冲孔是在板料上冲出洞，以获得带孔的制件冲裁的都是废料；落料是为了获得具有一定的形状和尺寸的落料件，冲落的部分是成品，余下的部分是余料或废料。确定模具的尺寸：冲落件的直径和凹模直径相同，板料上冲出孔的直径与凸模相同，二者直径相差的数值为模具的双面间隙值Z即D凹=D凸+Z，对冲孔模具，D凸=D孔，则D凹=D凸+Z，对于落料D凹=D落料，D凸=D凹-Z16弯曲时板料受力和变形的过程如何；易产生什么缺陷或废品，如何防止？弯曲变形的过程：冲头下降与板料接触后，板料开始弯曲，弯曲半径较大，弯曲部分的宽度为随着凸模下压，弯曲半径由 减小为 ，板料外侧与凹模工作表面的接触距离由缩短为 ，凸模继续下压，和继续减小，并且板料内侧开始与凸模的工作表面接触，此后段以下与凸模和凹模工作表面接触点之间的部分板料向相反方向弯曲，弯曲半径 继续减小，最后板料与凸模，凹模完全贴合。变形受力，板料内侧的金属在切向压应力作用下，产生压缩变形，外侧金属在切向拉应力作用下产生拉伸变形易产生拉裂缺陷，为防止拉裂，应尽量选用强度高而塑性好的材料，限制弯曲半径使实际弯曲半径r大于最小弯曲半径 下料时要注意使弯曲圆弧的切线方向与板料轧制的流线方向一致，防止板料表面划伤，以免划伤部位处于拉伸位置而造成应力集中。产生弹复现象，预防弹复的措施：（1）改变模具尺寸，改变弯曲角度，使弹复后达到临界尺寸（2）改变模具的结构采用整形弯曲（3）采用拉弯工艺17 板料弯曲为什么会产生弹复现象，哪些因素影响弹复值的大小，如何控制弹复现象而保证弯曲精度？答：在外加载荷去除后塑性变形保留下来，而弹性变形要恢复，从而使板料产生与弯曲方向相反的变形，从而产生弹复现象影响弹复值的大小的因素有：材料的力学性能，弯曲半径，弯曲角等因素。控制弹复现象的措施有：（1）改变模具尺寸改变弯曲角度，使弹复后达到临界尺寸（2）改变模具的结构，采用整形弯曲，减少凸模与板料的接触面积（3）采用拉弯工艺18 钢材熔焊焊缝中有哪些有害元素？有何危害？这些有害元素，从何而来，如何控制？答：焊缝中的有害元素有氢，氧，氮，硫，磷等。这些有害元素会使焊缝金属性能脆化，氢，硫，碗会引起裂纹，氢和氮还会导致气孔。空气中的氧气和氮气，焊条，焊剂受潮的水分，铁锈中结晶水以及油污等，在电弧高温作用下会分解为氮，氢，氧进入熔池液体金属。氮和氢溶入液体金属，氧与金属会发生氧化反应而形成氧化物，合金元素被烧损。铁锈，焊条皮，埋弧焊的焊剂也带入一些氧化物。此外，母材和焊接材料还会带入硫，磷等杂质。控制的方法有：焊接前清除，工件待焊处的锈，水，油污，按规定的参数，烘干焊条，焊剂，焊接时采取措施保护熔滴，溶池的液体金属和高温的焊缝金属，防止空气进入。在焊条药皮和埋弧焊焊剂中加入铁合金，在焊丝中加入金属元素进行渗合金，为焊缝金属添加元素，获得较为理想的焊缝金属化学成分，以保证焊缝金属具有必要的使用性能。19 焊接接头包括哪几个区？力学性能差的薄弱区在哪儿？为什么？答：（1）焊接接头包括焊缝，熔合区和焊热影响区（2）熔合区化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织。帮其性能是焊接接头中最差的20 影响焊接接头性能的因素有哪些？答：影响因素有：（1）焊接材料（2）焊接方法（3）焊后热处理。此外，接头形式，工件厚度，施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织性能。21 焊条型号E4303，E5015和焊条牌号J422，J507各部分的含义是什么？答：（1）E4303：E表示焊条，43表示熔敷金属抗拉强度430MPa，0表示焊条适合于金属位置焊接，03表示焊接电流种类为交流或直流区反接，及药皮为钛(2) E5015 E 表示焊条，50 表示熔敷金属抗拉强度 500MPa，1 表示焊条适用于全位置焊接，15 表示焊条为低氢钠型药皮，直流反接。（3） J422J表示焊条为结构钢焊条，42 表示焊缝金属抗拉强度420MPa，2 表示焊条为钛钙型药皮，交直流正反接 （4）J507J表示焊条为结构钢焊条，50 表示焊缝金属的抗拉强度 500MPa，7 表示焊条为低氢钠型药皮直流反接。22 碱性焊条与酸性焊条的性能有什么不同？答：碱性焊条同酸性焊条相比有如下特点：（1）碱性焊条力学性能好，（2）碱性焊条抗裂性能好（3）碱性焊条工艺性能差（4）碱性焊条对锈，油，水的敏感性大，易出气孔（5）碱性焊条产生有毒气体和烟尘23 结构钢焊条怎样选用？焊接Q235，20。45。16Mn（Q235）应选用什么牌号的焊条？答：（1）结构钢焊条的选用方法一般是根据母材的抗拉强度，按“等强”原则选择相同强度等级的焊条。（2） 略24 埋弧自动焊与焊条电弧焊相比有哪些特点？应用范围有何不同？答：埋弧自动焊与焊条自动焊相比有以下特点：（1）生产率高，成本低（2焊接质量好，而且质量稳定（3）劳动条件好，没有弧光，没有飞溅，劳动强度轻（4）埋弧自动焊适应性较差（5）埋弧自动焊设备较复杂，设备费一次投资大，焊前试验调整等准备工件量大。应用范围不同之处：（1）埋弧自动焊适用于成批生产的中，厚板结构的长直缝及较大直径的环缝的平焊和平角焊，（2）焊条电弧焊适用于单件小批生产，用于厚度2mm以上，各种焊接位置短的，不规则的焊缝，以及焊机不能到达部位的焊接。25 钨极氩弧焊与焊条电弧焊相比有哪些特点？应用范围如何？答：钨极氩弧焊与焊条电弧相比，有以下特点：（1）机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝成形美观（2）电弧很稳定，特别是小电流时也稳定（3）全位置焊接，而且易于实现自动控制（4）氩气较贵，成本较高应用于焊接易氧化的有色金属和合金钢，并适用于单面焊双面成形，