[材料成型工艺基础]部分习题答案

材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案

第一章

⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？

答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。

②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、缩孔缺陷的间接原因。

⑷.何谓合金的收缩？影响合金收缩的因素有哪些？

答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸缩减的现象，称为收缩。 ②影响合金收缩的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。

⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？试对下图所示铸件设计浇注系统和冒口及冷铁，使其实现定向凝固。

答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。

②定向凝固原则：在铸件可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离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

⑴ .试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。

答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。

⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否

相同？

答：①主要因素：化学成分和冷却速度。

②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。

⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？

答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。

②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。

③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。

⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果不如球墨铸铁好？普通灰铸铁常用的热处理方法有哪

些？其目的是什么？

答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。

②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。

第三章

⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？

答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。

蜡在回收处理时，为除去杂质和水分，必须加热到蜡的熔点以上，但不能达到水的沸点。 ⑼．压力铸造工艺有何优缺点？它与熔模铸造工艺的适用范围有何显著不同？

答：压力铸造的优点：①生产率高，便于实现自动化和半自动化；②铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低，可直接铸出极薄件或带有小孔、螺纹的铸件；③铸件冷却快，晶粒细小，表层紧密，强度、硬度高；④便于采用嵌铸法。

缺点：①压铸机费用高，压铸型制造成本极高，工艺准备时间长，不宜单件、小批量生产；②尚不适用于铸钢、铸铁等高熔点合金的铸造；③由于金属液注入和冷却速度过快，型腔气体难以完全排出，厚壁处难以进行补缩，故压铸件内部常存在气孔、缩孔和缩松。 适用范围：压力铸造在汽车、拖拉机、航空、仪表、纺织、国防等工业部门中已广泛应用于低熔点非金属的小型。薄壁、形状复杂的大批量生产；而熔模铸造则适用于航天飞行器、飞机、汽轮机、泵、汽车、拖拉机和机床上的小型精密铸件的复杂刀具生产。

⑽．低压铸造的工作原理与压力铸造有何不同？为何铝合金常采用低压铸造？ 答：①低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，它是在

0.02~0.07MPa的低压下经金属液注入型腔，并在压力下凝固成形而获得铸件的方法。 ②低压铸造的浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型，同时，充型平稳，对铸件的冲击力小，气体较易排除，尤其能有效克服铝合金针孔缺陷。

⑾．什么是离心铸造？它在圆筒形铸件中有哪些优越性？圆盘状铸件及成形铸件应采用

什么形式的离心铸造？

答：①将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下充填铸型和凝固而形成铸件的工艺称为离心铸造。

②优点：a.可省去型心，浇注系统和冒口;b.补缩条件好，铸件组织致密，力学性能好。 ③圆盘状铸件用立式离心铸造，成形铸件采用成形件的离心铸造。

第四章

⑶．试述分型面与分模面的概念。分模两箱造型时，其分型面是否就是其分模面？ 答：①分型面是指两半铸型或多个铸型相互接触、配合的表面。分模面是分模时两箱的接触面。

②分模两箱造型时，其分型面不一定是分模面。

⑷.浇注位置对铸件的品质有什么影响？应按什么原则来选择？

答：①浇注位置不当会造成铸件产生夹渣、气孔等缺陷或浇不到、冷隔缺陷。

②浇注位置的选择应以保证铸件品质为主，兼顾造型、下芯、合箱及清理操作便利等方面，切不可以牺牲铸件品质来满足操作便利。

第五章

⑴．试述结构斜度与起模斜度的异同点。

答：相同点：都是便于铸造而设计的倾斜。

不同点：结构斜度是进行铸件结构设计时设计者自行确定的，其斜度大小一般是没有限制的；起模斜度是有限制的，应根据模样的高度、表面粗糙度以及造型方法来确定。 ⑵．在方便铸造和易于获得合格铸件的条件下，下图所示构件有何值得改进之处？怎样改进？

第六章

⑴．什么是最小阻力定律？

答：金属在受外力作用发生塑性变形时，如果金属质点在几个方向上都可流动，那么金属质点就优先沿着阻力最小的方向流动。

⑶．轧材中的纤维组织是怎样形成的？它的存在对制作零件有何利弊？

答：①钢锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状将沿着变形方向被拉长，呈纤维状。其中，纤维状的杂质不能经再结晶而消失，在塑性变形后被保留下来，这种结构叫纤维组织。

②纤维组织的存在使零件分布状况不能通过热处理消除，只能通过不同方向上的锻压成形才能改变。同时，我们也可以利用纤维组织的方向性，加固零件使零件不易被切断。

第七章

⑴．如何确定模锻件分模面的位置？

答：模锻件分模面要保证以下原则：

①要保证模锻件能从模膛中取出；

②按选定的分模面制成锻模后，应使上、下两模沿分模面的模膛轮廓一致；

③最好把分模面选定在模膛深度最浅的位置处；

④选定的分模面应使零件所加的敷料最少；

⑤最好使分模面为一个平面，上、下锻模的模膛深度基本一致，以便于锻模制造。

第八章

⑴． 凸、凹模间隙对冲裁件断面品质和尺寸精度有何影响？

答：①凸凹模间隙过小：冲裁件断面形成第二光亮带，凸凹受到金属挤压作用增大，增加了与凸凹模之间摩擦力，使冲裁件尺寸略有变化，即落料件外形尺寸增大，冲孔件孔腔尺寸缩小，不能从最短路径重合。

②凸凹模间隙过大：冲裁件切断面的光亮带减小，圆角带与锥度增大，形成厚而大的拉长毛剌，同时翘曲现象严重，尺寸有所变化，落料件外形尺寸缩小，冲孔件内腔尺寸增大。

③凹凸模间隙合理：冲裁件断面光良带占板厚的1/2~1/3，圆角带、断裂带和锥度均很小，零件尺寸几乎与模具一致。

⑺．翻边件的凸缘高度尺寸较大，而一次翻边实现不了时，应采取什么措施？ 答：可采用先拉深、后冲孔、再翻边的工艺来实现。

第九章

⑴．辊锻与模锻相比有什么优缺点？

答：①辊锻比模锻的优点：a设备简单，吨位小，投资少；b震动小，噪声低，劳动条件好，生产率高，易于实现机械化和自动化；c模具价格低廉，加工容易；d锻件力学性能好；e材料利用率高。

②缺点：锻件尺寸精度不高，可锻造形状简单。

⑵．挤压零件生产的特点是什么？

答：a.可提高金属抷料的塑性；b.可挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁、异形截面的零件；c.零件精度高，表面粗糙度低；d.挤压变形后零件内部的纤维组织是连续的，基本沿零件外形分布而不被切断，提高了零件力学性能。

⑷．轧制零件的方法有几种？各有什么特点？

答：有四种。

纵轧：轧辊轴线与抷料轴线互相垂直；

横轧：轧辊轴线与抷料轴线互相平行；

斜轧：轧辊轴线与抷料轴线相交成一定角度；

楔横轧：利用轧辊轴线与轧件轴线平行，轧辊的辊面上镶有楔形凸棱、并作同向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的成型工艺。

第十章

⑵.CO2气体保护效果怎样？为什么CO2气体保护可除氢，而且易产生飞溅？

答：①CO2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气、保护焊接熔池和电弧方面的方面良好。

②因CO2是氧化性气体，在高温下易分解称CO和O2，所以可除氢；CO和O2导致合金元素的氧化、熔池金属的飞溅和CO气孔。

⑸.焊接接头有哪几个部分组成？各部分的组织和性能特点怎样？

答：①焊接接头由焊缝区和热影响区组成。

②焊缝：晶粒以垂直熔合线的方向熔池中心生长为柱状树枝晶，低熔点物将被推向焊缝最后结晶部位，形成成分偏析区。

热影响区:熔合区，成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接热影响区中性能很差的部位；

过热区，晶粒粗大，塑性差，易产生过热组织，是热影响区中性能最差的部位；

正火区，正火区因冷却时奥氏体发生重结晶而转变为珠光体和铁素体，所以晶粒细小，性能好；

部分变相区，存在铁素体和奥氏体两相，晶粒大小不均，性能较差。

焊接热影响区是影响焊接接头性能的关键部位。焊接接头的断裂往往出现在热影响区，尤其是熔合区及过热区。

⑺．试述热裂纹及冷裂纹的特征、形成原因及防止措施。

答：①热裂纹：特征：沿晶界开裂，表面有氧化色彩。

原因：焊缝粒状晶形态和晶界存在较多低熔点杂质、接头存在拉应力。

防止措施：限制材料的低熔点杂质、提高焊缝成形条数，防止中心偏析、减少焊接应力。 ②冷裂纹：特征：无分支，穿晶形，表面无氧化色彩。

原因：钢材的淬硬倾向大、焊接接头的含氢量高和结构的焊接应力大。

防止措施：选用碱性焊条、焊剂，严格清理，焊前预热，焊后缓冷，减少焊接应力，焊后退火去氢处理。

⑻．常用无损检测焊缝的方法有哪几种？分述其原理和适用范围。

答：磁粉检验、着色检验、超声波检验、χ射线和γ射线检验。

1.磁粉检验

磁粉检验原理是在焊件上外加一磁场，当磁力线通过完好的焊件时，磁力线是均匀的直线。当焊件有缺陷存在时，磁力线就会发生弯曲在焊缝表面撒上铁粉时，磁扰乱部位的铁粉就吸附在裂缝缺陷之上，其它部位的铁粉则不吸附。故可通过焊缝上铁粉吸附情况，判断焊缝中缺陷的所在位置和大小。深度不超过6mm。

2.着色检验

将焊件表面打磨到Ra≥12. 5μm，用清洗剂除去杂质污垢。先涂一层渗透剂，渗透剂呈红色，具有很强的渗透性能，可通过焊件表面渗人缺陷内部。十分钟以后，将表面的渗透剂擦掉，再一次清洗，而后涂一层白色的显示剂，借助毛细作用，缺陷处的红色渗透即显示出来，可用4~10倍放大镜形象地看出裂纹等表面缺陷位置与形状。表面Ra≥

12. 5μm，环境温度15℃以上。

3.超声波检验

超声波的频率在20 000 Hz以上，具有能透入金属材料深处的特性，而且由一种介质进入另一种介质界面时，在界面发生反射波。因此检验焊件时，无缺陷处在荧光屏上可看到有规律的始波和底波。若焊接接头内部存在缺陷，介于始波与底波之间将另外产生脉冲反射波。根据脉冲反射波形的相对位置及形状，即可判断缺陷的位置、种类和大小。焊件厚度无上限，下限应大于8mm。

4.X射线和γ射线检验

X射线和γ射线都是电磁波，都能不同程度地透过金属，当经过不同物质时，射线会引起不同程度的衰减，从而使在金属另一面的照相底片得到不同程度感光。若焊缝中有未焊透、裂缝、气孔与夹渣，则通过缺陷处的射线衰减程度小。因此，相应部位的底片感光较强，底片冲出后，就在缺陷部位上显示出明显可见的黑色条纹和斑点。150KV的X光机可检验厚度不大于25mm，250KV的X光机不超过60mm；γ射线镭、钴可检测60~150mm，铱192可检测1.0~60mm。

⑽．酸性焊条和碱性焊条有什么不同？各应用于什么场合？

答：酸性焊条要皮不含CaF2,生成的气体主要为H2和CO，脱硫。脱磷能力差，焊缝氢含量高。韧性差。碱性焊条要批含有大量的CaCo3和CaF2,生成的气体主要为CO和CO2，脱硫。脱磷能力强，焊缝氢含量低。韧性好

酸性焊条用交直流电源焊接，碱性药皮只能用直流电源焊接

⒄．电子束焊和激光焊的特点和适用范围。

答：电子束焊：①保护效果好，焊缝品质好，适用范围广；②能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔金属；③加热范围小，热影响区小，焊接变形小；④焊件尺寸大小受真空室容积的限定；⑤电子束焊设备复杂，成本高。主要用于微电子器件焊装、导弹外壳的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接。

激光焊：①高能高速，焊接热影响区小，无焊接变形；②灵活性大，光束可偏转、反射到其它焊接方法不能达到的焊接位置；③生产率高，材料不易氧化；④设备复杂。主要用于薄板和微型件的焊接。

第十一章

⑵．接触点焊的热源是什么？为什么会有接触电阻？接触电阻对点焊熔核的形成有什么影响？怎样控制接触电阻大小？

答:热源：当电流从两极流过焊件时，焊件因具有较大的接触电阻而集中产生电阻热。 原因：接触面上存在的微观凹凸不平、氧化物等不良导体膜，使电流线弯曲变长，实际导体面积小，产生接触电阻。

影响：接触电阻导致熔核偏向厚板或导热差的材料。

方法：可以通过控制焊体表面粗糙度、氧化程度、电极压力的大小来控制接触电阻的大小。

⑶什么是点焊的分流和熔核偏移？怎样减少和防止这种现象？

答：①分流：因已焊点形成导电通道，在焊下一点时，焊接电流一部分将从已焊点流过，使得焊点电流减少的现象。

②熔核偏移：在焊接不同厚度或不同材质的材料时，因薄板或导热性好的材料吸热少，散热快而导致熔核偏向厚板或导热差的材料的现象。

③方法：对不同的材质和板厚的材料应满足不同的最小点距的要求；可采用特殊电极和工艺垫片的措施，防止熔核偏移。

⑷．试述电阻对焊和闪光对焊的过程，为什么闪光对焊为固态下的连接接头？

答：电阻对焊：先将焊件夹紧并加压，然后通电使接触面积温度达到金属的塑性变形温度（950℃~1000℃），接触面金属在压力下产生塑性变形和再结晶，形成固态焊接接头。

闪光对焊：先通电，后接触。开始时因个别点接触、个别点通电而形成的电流密度很高，接触面金属瞬间熔化或气化，形成液态过梁。过梁上存在电磁收缩力和电磁力及斥力而

使过梁爆破飞出，形成闪光。闪光一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使得对接触的温度迅速升高。

当温度分布达到合适的状态后，立刻施加顶锻力，将对接处所有的液态物质全部挤出，使纯净的高温金属相互接触，在压力下产生塑性变形和再结晶，形成固态连接接头。 第十二章

⑴．钎焊和熔焊最本质的区别是什么？钎焊根据什么而分类？

答：①区别：钎焊在低于构件的熔点的温度下进行，而熔焊是在达到材料的熔点时进行。 ②钎焊是根据材料的熔点和受力而分类。

⑵．试述钎焊的特点及应用范围。钎料有哪几种？

答：①特点：a.钎焊过程中，工件加热温度较低，组织和力学性能变化很小，变形也小。接头光滑平整、焊件尺寸精确；

b.可焊接性能差异大的异种金属，对焊件厚度没有严格限制；

c.对焊件整体加热钎焊时，可同时钎焊由多条接头组成的、形状复杂的构件，生产率很高；

d.钎焊设备简单，生产投资费用少。

②范围:焊接精密仪表，电器零部件，异种金属构件，某些复杂薄板结构。

③类型：硬钎焊、软钎焊。

第十三章

⑴．什么叫焊接性？怎样评价和判断材料的焊接性？

答：焊接性:被焊金属在一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出“好焊”和“不好焊”的差别。

方法：用碳当量方法来估算被焊接钢材的焊接性。

ω（C当量）=ω（C）+ω（Mn）/6+[ω（Cr）+ω（Mo）+ω（V）]/5+[ω（Ni）+ω（Cu）]/15

当ω（C当量）

当ω（C当量）=0.4%~0.6%时,焊接性较差；

当ω（C当量）>0.6%时，焊接性不好.

第十四章

⑴．如下图所示三种焊件的焊缝布置是否合理？若不合理，请改正。