热加工工艺基础习题及答案

热加工工艺基础习题及答案一、单项选择题（每题只有一个正确答案，每题2分，共30分）1.确定铸件合理浇注位置时，铸件的重要加工面应处于型腔的（）A.朝上位置B.朝下位置C.侧立位置D.任意位置2.铸件分型面选择的核心基本原则是（）A.简化造型操作B.保证铸件尺寸精度与表面质量C.减少飞边毛刺D.方便起模3.模锻锻件与自由锻锻件相比，最突出的特点是（）A.可锻造尺寸更大的锻件B.锻件精度高、力学性能好C.生产成本更低D.生产效率更低4.氩弧焊按照焊接工艺分类属于（）A.气焊B.熔焊C.压焊D.钎焊5.共晶成分合金铸造性能优良，其根本原因是（）A.凝固温度区间小，液态流动性好B.凝固收缩率大，补缩容易C.结晶温度高，过冷度小D.导热性能好，冷却均匀6.低碳钢熔焊时，焊缝产生热裂纹的主要有害元素是（）A.硫B.磷C.硅D.锰7.下列零件类型中，最适合采用熔模铸造生产的是（）A.形状复杂、精度要求高的中小型零件B.大型厚壁碳素钢铸件C.形状简单的大型铸铁件D.薄壁铝合金铸件8.锻造生产中，锻造比的定义是（）的比值A.变形前坯料横截面积与变形后工件横截面积B.变形前坯料长度与变形后工件长度C.变形后工件横截面积与变形前坯料横截面积D.变形前坯料体积与变形后工件体积9.焊接低合金高强度结构钢时，焊条选择遵循的基本原则是（）A.等强度原则B.等塑性原则C.等韧性原则D.等硬度原则10.下列常用铸造方法中，铸件尺寸精度最高的是（）A.砂型铸造B.熔模铸造C.压力铸造D.金属型铸造11.低碳钢焊条电弧焊焊接接头中，综合力学性能最好的区域是（）A.焊缝区B.熔合区C.过热区D.正火区12.板料拉深工序中，拉裂缺陷最容易出现在哪个位置（）A.拉深件底部中心B.凸缘与筒壁交接的圆角位置C.拉深件筒壁中部D.拉深件筒口位置13.钎焊与熔焊相比，最本质的特点是（）A.母材不熔化，只有钎料熔化B.母材和钎料都熔化C.钎料不熔化，只有母材熔化D.接头强度高，适合高温重载工作14.铸件的集中缩孔通常出现在铸件的哪个位置（）A.最先凝固的部位B.最后凝固的部位C.壁厚均匀的部位D.薄壁部位15.下列焊接方法中，最适合焊接铝、镁及其合金的是（）A.埋弧焊B.二氧化碳气体保护焊C.氩弧焊D.焊条电弧焊二、多项选择题（每题有两个及以上正确答案，多选、少选、错选均不得分，每题3分，共30分）1.铸件合理浇注位置选择的主要原则包括（）A.铸件的重要加工面应朝下放置B.铸件的大平面应朝下放置C.铸件的薄壁部分应放在型腔下部或侧立位置，保证金属液充满D.保证型芯安放稳定，避免型芯受冲击移位2.影响合金可锻性（锻造性能）的主要因素有（）A.合金的化学成分B.变形时的温度C.变形速度D.变形时的应力状态3.熔焊焊接接头中，属于常见内部焊接缺陷的是（）A.气孔B.夹渣C.焊接裂纹D.咬边4.模锻锻件分模面选择的基本原则包括（）A.分模面应选在锻件最大轮廓处，保证锻件顺利从模膛脱出B.尽量减少锻件敷料，提高材料利用率C.尽量保证上下模膛轮廓一致，减少错模缺陷，简化锻模加工D.分模面尽量选择平面，简化模锻制造工艺5.下列铸造方法中，属于特种铸造范畴的是（）A.熔模铸造B.压力铸造C.金属型铸造D.砂型铸造6.预防焊接结构焊接变形的主要工艺措施有（）A.反变形法B.合理安排焊接顺序C.刚性固定法D.采用较小的焊接热输入7.自由锻生产的基本工序包括（）A.镦粗B.拔长C.冲孔D.弯曲8.影响铸造合金液态流动性的主要因素有（）A.合金的化学成分B.浇注温度C.充型压力D.铸型的导热能力与阻力9.下列焊接方法中，属于压焊范畴的是（）A.电阻焊B.摩擦焊C.超声波焊D.焊条电弧焊10.板料拉深工序中，防止凸缘起皱缺陷的主要措施有（）A.采用压边圈B.控制合理的拉深系数C.增加拉深次数D.保证坯料有足够的厚度三、填空题（每空1分，共20分）1.铸造生产按照铸型成型特点，分为__________和__________两大类。2.自由锻锻造过程中，使坯料横截面积增大、长度减小的基本工序称为__________，使坯料横截面积减小、长度增加的基本工序称为__________。3.按照焊接工艺原理，焊接方法分为熔焊、__________和__________三大类。4.铸件的收缩过程分为三个连续阶段，依次为__________收缩、__________收缩和固态收缩。5.模锻生产按照所用成型设备不同，主要分为__________模锻和__________模锻两大类。6.低碳钢焊接接头中，综合力学性能最差，最容易发生脆性破坏的两个区域是__________和__________。7.熔模铸造最突出的优点是可以生产__________、__________的复杂形状铸件。8.拉深工艺中，拉深系数的定义是拉深后__________与拉深前__________的比值，是衡量拉深变形程度的核心参数。9.铸件产生铸造内应力的根本原因是铸件冷却过程中__________和__________不均匀。10.氩弧焊按照电极形式不同，分为__________氩弧焊和__________氩弧焊两类。四、简答题（每题6分，共48分）1.什么是铸造的顺序凝固原则和同时凝固原则？分别说明其适用场合。2.简述铸件分型面选择的主要原则。3.简述为什么模锻生产无法成型大型锻件。4.简述焊接应力与变形产生的根本原因，列举三种常用的矫正焊接变形的方法。5.为什么共晶成分合金的铸造性能优于固溶体合金？6.简述钎焊的工艺特点与主要应用场合。7.简述自由锻零件结构设计的基本要求。8.简述二氧化碳气体保护焊的主要优缺点。五、计算分析题（每题12分，共36分）1.某机械厂采用直径为Φ150mm的Q235热轧圆坯，通过拔长工序锻造得到直径为Φ80mm的传动轴锻件，计算该工序的锻造比，并判断该锻造比是否满足轴类零件的力学性能要求（轴类锻件要求锻造比不小于2.5）。2.分析低碳钢熔焊焊接接头各区域（焊缝区、熔合区、过热区、正火区、部分相变区）的组织变化特点，并简述各区域的力学性能。3.某厂生产带凸台的阶梯轴铸件，上端有直径更大的凸台，下部为直径较小的轴段，整体从上到下壁厚逐渐减小，合金凝固温度区间为12℃，分析该铸件缩孔的产生位置，并说明原因，提出两种防止缩孔产生的工艺措施。六、综合应用题（共26分）某装备制造厂承接两种零件的毛坯生产任务：第一种是单件小批量生产，单重5吨的大型重载船用柴油机曲轴，要求毛坯具有优良的综合力学性能，承受冲击载荷；第二种是大批量生产，批量为15万件，精度要求IT7，形状复杂的小型汽车增压器涡轮叶轮，材料为镍基高温合金，要求毛坯尺寸精度高，表面质量好。请针对两种零件分别回答以下问题：（1）分别选择适合的热加工成型工艺，说明选择理由；（10分）（2）分别简述两种零件毛坯的主要生产工艺过程；（10分）（3）对比说明两种毛坯的加工余量和生产成本特点。（6分）参考答案一、单项选择题答案1.B2.B3.B4.B5.A6.A7.A8.A9.A10.C11.D12.B13.A14.B15.C二、多项选择题答案1.ABCD2.ABCD3.ABC4.ABCD5.ABC6.ABCD7.ABCD8.ABCD9.ABC10.ABD三、填空题答案1.砂型铸造；特种铸造2.镦粗；拔长3.压焊；钎焊4.液态；凝固5.锤上；压力机上6.熔合区；过热区7.形状复杂；尺寸精度高8.工件直径；坯料直径9.壁厚；冷却速度10.钨极（非熔化极）；熔化极四、简答题答案1.（1）顺序凝固原则：是指在铸件上可能产生缩孔的位置设置冒口，使铸件按照从远离冒口的部位到冒口部位依次凝固的顺序进行凝固，最终将缩孔转移到冒口中，从而获得无缩孔的致密铸件。（2分）（2）同时凝固原则：是指通过工艺设计，使铸件各个部位的冷却速度基本一致，同时完成凝固过程，减小铸件各部分的温度差，从而减小铸造内应力，防止变形开裂。（2分）（3）适用场合：顺序凝固原则适用于凝固温度区间小、容易产生集中缩孔的合金（如铸钢、铝硅合金等），以及壁厚不均匀、对致密性要求高的铸件；同时凝固原则适用于凝固温度区间大、容易产生分散缩松的合金，以及壁厚均匀、对致密性要求不高的铸件，主要目的是减小铸造应力。（2分）2.分型面是指铸型组元之间的结合面，选择主要原则包括：①保证铸件形状准确，尺寸精度符合要求；（1分）②方便起模，简化造型造芯工艺，提高生产效率；（1分）③尽量减少分型面的数量，减少错模缺陷；（1分）④尽量减少铸件敷料和型芯的数量，提高材料利用率，简化工艺；（1分）⑤尽量使铸件的重要加工面和基准面放在同一半型中，保证加工尺寸精度；（1分）⑥避免采用活块，减少造型工作量。（1分）3.模锻是依靠模膛限制金属变形，获得成型锻件的工艺，无法生产大型锻件的原因主要有三点：①模锻生产依赖专用的锻模和锻造设备，现有锻造设备的吨位有限，无法提供大型锻件成型所需的变形力，大吨位锻模的制造难度和成本极高，生产大型锻件不经济；（2分）②模锻的坯料尺寸受到设备工作台尺寸、开档尺寸的限制，大型锻件的尺寸超过了现有模锻设备的工作范围，无法放入模膛成型；（2分）③大型锻件通常是单件小批量生产，模锻需要制作专用锻模，生产周期长，成本远高于自由锻，经济性差。（2分）4.焊接应力与变形产生的根本原因：焊接过程是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接接头不同部位的加热温度不同，冷却速度不同，导致各部位的塑性变形和收缩量不一致，收缩受到周围刚性约束后，就会在接头内部产生残余应力，进而引起焊接结构的变形。（3分）常用的矫正焊接变形的方法有：①机械矫正法：利用机械外力的作用使变形得到矫正，例如压力机矫正、锤击矫正等；②火焰矫正法：利用火焰局部加热变形部位，利用冷却后的收缩抵消原来的变形；③反变形法矫正，在焊接前预先给工件施加反向变形，抵消焊接后的变形。（每种1分，共3分）5.共晶成分合金铸造性能优于固溶体合金，原因如下：①共晶合金的凝固是在恒温下进行的，凝固温度区间为零，而固溶体合金是在一定温度区间内凝固，凝固过程中固相与液相共存，糊状凝固阶段晶间阻力大，合金流动性差；共晶合金流动性好，充型能力强，不容易产生浇不足、冷隔缺陷；（2分）②共晶合金凝固温度区间小，容易形成集中缩孔，方便通过设置冒口补缩，获得致密铸件；而固溶体合金凝固温度区间大，容易形成分散缩松，难以补缩，铸件致密性差；（2分）③共晶合金的熔点低于同组元的纯金属，浇注温度低，熔炼难度小，工艺稳定性好。（2分）6.钎焊的工艺特点：①钎焊过程中只有钎料熔化，母材不熔化，钎料依靠毛细作用渗入母材接头间隙，通过钎料与母材的原子扩散实现连接；（1分）②焊接加热温度低，对母材的组织和性能影响小，焊接变形小，容易保证工件的尺寸精度；（1分）③可以连接异种金属，也可以连接非金属材料，适合复杂结构、精密结构的焊接；（1分）④钎焊接头的强度较低，耐热性较差，对焊接接头的装配间隙要求高。（1分）主要应用场合：钎焊主要用于制造精密仪器、电子元器件、硬质合金刀具、异质构件的连接，以及薄壁容器、小零件的焊接生产。（2分）7.自由锻零件结构设计的基本要求：①零件上尽量避免锥面、斜面等复杂形状，必须的斜面也要设计合理的斜度，方便锻造；（1分）②避免零件上出现急剧变化的截面和深孔、小孔，相邻截面的过渡圆角要足够大，减少应力集中，方便锻造成型；（2分）③形状复杂的零件可以设计成分体锻造后焊接连接的组合结构，降低单件锻造的难度，提高经济性；（2分）④零件的形状尽量简单对称，减少锻造工序，方便控制尺寸精度。（1分）8.二氧化碳气体保护焊的主要优点：①焊接生产率高，电流密度大，熔深大，焊丝熔化快，不需要更换焊条，焊接速度快；（1分）②焊接成本低，二氧化碳气体价格便宜，焊后不需要清渣，能耗低；（1分）③焊接变形小，电弧加热集中，热影响区小，焊接变形小，适合薄板焊接；（1分）④焊缝含氢量低，抗裂性能好，适合焊接低碳钢和低合金钢，明弧焊接方便观察，容易实现自动化。（1分）主要缺点：①大电流焊接时飞溅大，焊缝表面成形较差；（1分）②不能焊接容易氧化的有色金属（如铝镁等），设备比焊条电弧焊复杂，对风敏感，露天作业容易产生气孔。（1分）五、计算分析题答案1.解：锻造比对于拔长工序，计算公式为Y=/A，其中是拔长前坯料的横截面积，圆的横截面积A=π/代入数值=150mm，d=80mm因为3.52＞2.答：低碳钢熔焊焊接接头各区域组织和性能如下：（1）焊缝区：焊缝区是母材和焊接材料熔化后冷却结晶形成的铸态组织，组织形态为柱状晶，因为焊接材料通常会添加合金细化晶粒，同时焊缝的含碳量低，所以焊缝强度一般不低于母材，塑性和韧性较好，性能满足使用要求。（3分）（2）熔合区：熔合区是焊缝和母材的过渡区域，温度在固相线和液相线之间，部分母材熔化，组织粗大，化学成分不均匀，塑性和韧性极差，是焊接接头中性能最差的区域，容易发生脆性破坏。（3分）（3）过热区：过热区位于熔合区外侧，加热温度超过以上很多，奥氏体晶粒严重长大，冷却后得到粗大的魏氏组织，塑性和韧性很低，硬度高，脆性大，是焊接接头中另一个性能较差的薄弱区域。（2分）（4）正火区：正火区的加热温度在以上，但是温度不高，奥氏体晶粒没有明显长大，冷却后得到均匀细小的铁素体+珠光体正火组织，晶粒细小，综合力学性能最好，强度、塑性、韧性都优于母材。（2分）（5）部分相变区：部分相变区的加热温度在

之间，只有部分珠光体和铁素体发生相变，未相变的铁素体晶粒保留，晶粒大小不均匀，组织不均匀，性能稍差于母材，但是远优于熔合区和过热区。（2分）3.答：该铸件缩孔会出现在上端的凸台位置，原因如下：（3分）缩孔产生的根本原因是合金液态收缩和凝固收缩的体积大于固态收缩，收缩得不到补缩，就会在最后凝固的部位形成缩孔。（3分）该合金凝固温度区间只有12℃，很小，属于逐层凝固方式，缩孔出现在最后凝固的部位，该铸件从上到下壁厚逐渐减小，上部凸台壁厚最大，热量散发最慢，冷却速度最慢，是整个铸件最后凝固的部位，因此缩孔出现在上端凸台位置。（3分）防止缩孔的工艺措施：①在铸件上端凸台部位设置补缩冒口，采用顺序凝固原则，将缩孔引入冒口，切除冒口后即可获得致密铸件；②在下部轴段外壁放置冷铁，加快下部轴段的冷却速度，引导铸件从下到上依次凝固，实现顺序补缩。（3分，任意两种合理措施即可）六、综合应用题答案（1）工艺选择及理由：第一种大型重载船用曲轴，选择自由锻工艺生产毛坯，理由：①曲轴属于大型锻件，单件小批量生产，自由锻不需要制作专用锻模，生产成本低，工艺灵活，适合大型锻件生产，不受工件尺寸限制；②自由锻可以通过多次锻造控制锻造比，破碎铸锭原始晶粒，消除气孔、疏松等铸造缺陷，使锻坯内部组织致密，获得优良的综合力学性能，满足曲轴长期承受冲击重载的工作要求。（5分）第二种小型批量生产的镍基涡轮叶轮，选择熔模铸造生产毛坯，理由：①涡轮叶轮带有多个复杂曲面叶片，整体形状复杂，精度要求达到IT7，熔模铸造不需要起模，不存在分型误差，可以生产形状复杂、尺寸精度高、表面质量好的铸件，精度完全可以满足IT7的要求；②镍基高温合金硬度高，切削加工难度大，加工成本高，熔模铸造可以直接成型叶片的复杂形状，大幅