東北大學(xué)材料加工復(fù)試題背誦版

1、1. 金屬液態(tài)成形工藝的特點(diǎn)？舉例說明這些特點(diǎn)。答：適應(yīng)性強(qiáng).鑄件重量從幾克到數(shù)百噸，壁厚從 0.5mm到1m左右，長度從幾毫米到十幾米；鑄造方法不受零件大小、形狀和結(jié)構(gòu)的限制，適用于各種合金的成形；鑄件材質(zhì)有鐵碳合金、鋁合金、銅合金、鎂合金、鋅 合金等。尺寸精度高。鑄件比鍛件、焊接件的尺寸精度高，可節(jié)約大量的金屬材料和機(jī)械加工工時(shí)。成本 低。鑄件重量占一般機(jī)械設(shè)備的 40%80%,在金屬切削機(jī)床中占70%80%,在汽車及農(nóng)業(yè)機(jī)械中占40%70%, 但成本僅占總成本的25%30%。廢品率高，鑄件內(nèi)部有時(shí)出現(xiàn)縮孔、縮松、裂紋、偏析等缺陷，工作環(huán)境較 差，勞動(dòng)強(qiáng)度高，對(duì)周圍環(huán)境污染較嚴(yán)重。2. 液

2、態(tài)金屬充型過程有哪些水力學(xué)特點(diǎn) ？答：多相黏性流動(dòng)。金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，金屬鍵被部分破壞，原子之間仍然保持一定的結(jié)合力，因此液態(tài)金屬在流動(dòng)過程中有內(nèi)摩擦阻力，呈現(xiàn)粘性流動(dòng)的水利學(xué)特點(diǎn)。 不穩(wěn)定流動(dòng)。充型過程中液態(tài)金屬的流速、 流態(tài)在不斷變化。紊流流動(dòng)。雷諾數(shù) Re遠(yuǎn)大于臨界雷諾數(shù)Re臨，紊流不利于氣體和渣子的上浮，應(yīng)減少紊 流程度。在“多孔管”中流動(dòng)。澆注系統(tǒng)及鑄型的型腔都具有一定的透氣性。3. 液態(tài)金屬充型過程水力學(xué)計(jì)算重要性和主要依據(jù)是什么？答：重要性：為保證充滿型腔，必須合理地設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，而澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則是依據(jù)水力學(xué)計(jì)算得到的奧贊 公式。依據(jù)：以澆口杯液面處和內(nèi)澆道出口處建立伯努利

3、方程（能量守恒定律）。4. 奧贊公式的意義和成立條件？答：F內(nèi) m 其中F內(nèi)-內(nèi)澆道的截面積；m充填鑄型所需金屬液的質(zhì)量；-金屬液密度；t填充tj2gH均時(shí)間；-流量系數(shù)；H均-充型過程平均靜壓頭；反映問題：奧贊公式為充滿整個(gè)鑄件的澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道截面積表達(dá)式。成立條件：A.澆注系統(tǒng)為充滿流動(dòng)：封閉式澆注系統(tǒng)；對(duì)于開放式的型腔液面要淹過內(nèi)澆道。B.澆口杯液面保持不變。C.型腔內(nèi)金屬液液面處壓力 p腔 p杯5. 什么是液態(tài)金屬充型能力，它與液態(tài)金屬的流動(dòng)性有什么區(qū)別與聯(lián)系 ？答:液態(tài)金屬充滿鑄型的型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力稱為液態(tài)金屬的充型能力。區(qū)別與聯(lián)系： 充型能力反映充滿鑄型型腔

4、能力， 流動(dòng)性反映金屬液流動(dòng)的能力；充型能力的主要影響因素是液體的流動(dòng)性， 當(dāng)外界條件（澆注溫度、鑄型條件等）一定時(shí)，流動(dòng)性好的金屬液充型能力強(qiáng)，流動(dòng)性差的金屬液充型能力差。6. 說明液態(tài)金屬充型過程停止流動(dòng)機(jī)理是什么？答：純金屬或窄結(jié)晶溫度范圍合金，流動(dòng)過程中間卡住。它們的結(jié)晶特點(diǎn)是在一定的溫度點(diǎn)開始凝固，當(dāng)具 有一定的過熱度的液態(tài)金屬在管道中流動(dòng)時(shí)，靠近管壁的液態(tài)金屬首先達(dá)到凝固溫度并開始在管壁上凝固，一 般是以柱狀晶從管壁向里推進(jìn)，而中心的過熱液態(tài)金屬可以繼續(xù)向前流動(dòng)，而且能夠全部或部分地熔化正在生 長的柱狀晶，當(dāng)流動(dòng)的液態(tài)金屬的過熱度散失殆盡，柱狀晶一直生長到中心，液態(tài)金屬因流動(dòng)前端后

5、部被堵塞 而停止流動(dòng)。寬結(jié)晶溫度范圍合金，流動(dòng)過程前端阻塞。在一定的溫度范圍內(nèi)，液態(tài)金屬前端先打到凝固溫 度，隨著前端的固相的析出，流動(dòng)阻力越來越大，在流動(dòng)的前端被堵塞而停止流動(dòng)。影響因素：合金本身性能、鑄型條件、澆注工藝。 措施：合金方面：選擇共晶或結(jié)晶溫度范圍寬的合金，提 高液態(tài)金屬的純凈度。鑄型方面：刷保溫涂料。澆注工藝：適當(dāng)提高澆注溫度，調(diào)整澆注位置，提高澆注 壓頭。7. 金屬凝固動(dòng)態(tài)曲線意義是什么？答：定義：根據(jù)凝固體斷面各位置的溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線，在位置與時(shí)間的坐標(biāo)圖上繪制成的凝固體典型溫度的連線圖稱為凝固動(dòng)態(tài)曲線。獲得：在凝固體斷面間隔一定距離放置熱電偶，由儀器直接記錄T t曲

6、線，將其投影到位置一時(shí)間圖中，將不同位置、不同時(shí)間達(dá)到同一溫度的各點(diǎn)連接起來，即得凝固動(dòng)態(tài)曲線。意義： 根據(jù)凝固動(dòng)態(tài)曲線，可以推斷凝固體斷面不同時(shí)刻的凝固狀態(tài)和凝固區(qū)的寬窄（范圍），由凝固區(qū)的寬窄可判斷斷面的凝固方式，不同的凝固方式對(duì)鑄件組織狀態(tài)和缺陷產(chǎn)生有直接影響。8 金屬凝固方式有哪幾種，影響金屬凝固動(dòng)態(tài)曲線的因素是什么？ 答：逐層凝固方式。體積凝固方式。中間凝固方式。影響因素：金屬本身的凝固特點(diǎn)。凝固溫度范圍， 即金屬或合金的成分，決定固、液兩相區(qū)寬度。外界條件。凝固體斷面的溫度分布及隨時(shí)間的變化情況。這 由合金的熱物理性能、鑄型（或結(jié)晶器）的熱物理性能及其冷卻強(qiáng)度、凝固體尺寸和結(jié)構(gòu)所決

7、定。對(duì)鑄件凝固質(zhì)量的影響：逐層凝固方式：流動(dòng)性能好，易獲得健全的凝固體，液體補(bǔ)縮性好，凝固體組織致 密，集中縮孔傾向大，熱裂傾向小，氣孔傾向小，應(yīng)力大，宏觀偏析嚴(yán)重。體積凝固方式：流動(dòng)性能不好， 不易獲得健全的凝固體，液體補(bǔ)縮性不好，凝固體組織不致密，集中縮孔傾向小，熱裂傾向大，氣孔傾向大， 應(yīng)力小，宏觀偏析不嚴(yán)重。中間凝固方式：介于兩者之間。9.砂型鑄造時(shí)，鑄件鑄型界面存在哪些作用，這些作用對(duì)鑄件質(zhì)量的影響？答：熱作用一一傳熱、傳質(zhì)。在金屬和砂型間有熱交換、水分和氣體遷移、砂型膨脹。鑄件產(chǎn)生夾砂結(jié)疤。 機(jī)械作用一一沖擊、沖刷、靜壓力。如果砂型表層強(qiáng)度不夠，金屬液將沖壞型壁，使鑄件產(chǎn)生表面缺陷

8、；如 果砂型整體強(qiáng)度不夠，型壁在金屬液靜壓力作用下發(fā)生移動(dòng)，鑄件產(chǎn)生尺寸誤差缺陷（脹箱、肥大）?；瘜W(xué)和物理化學(xué)作用 造型材料本身、造型材料與液態(tài)金屬發(fā)生化學(xué)和物理化學(xué)反應(yīng)。造型材料自身的分解和化學(xué) 反應(yīng)，可改變界面氣氛和壓力，鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷；金屬液與造型材料起化學(xué)和物化反應(yīng)，使鑄件產(chǎn)生粘砂、 表面成分改變、氣孔等缺陷。10.濕砂型在澆注過程金屬時(shí)會(huì)發(fā)生何種現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對(duì)砂型有何影響，對(duì)鑄件質(zhì)量有何影響？答：水分遷移、砂型膨脹、產(chǎn)生氣體、化學(xué)反應(yīng)。影響：水分遷移：在液態(tài)金屬熱作用下，界面處的水分向 鑄型內(nèi)部遷移，使砂型形成干砂區(qū)（D區(qū)）、水分飽和凝固區(qū)（M區(qū)）、水分未飽和凝聚區(qū)（U區(qū)）、正常

9、區(qū)（G區(qū)） 4個(gè)區(qū)域，其中D區(qū)含水幾乎為0,但強(qiáng)度很高；M區(qū)含水量很多，但強(qiáng)度很低：當(dāng) M區(qū)抗壓強(qiáng)度低時(shí)，D區(qū)易 壓入使型壁退讓；當(dāng) M區(qū)抗拉強(qiáng)度高時(shí)，D區(qū)易脫離進(jìn)入金屬液中，形成夾砂結(jié)疤。砂型膨脹：在液態(tài)金屬 熱作用下，砂型內(nèi)外溫度不同，形成了溫度梯度，同時(shí)使砂型各處的熱膨脹量不同，D區(qū)溫度最高，熱膨脹量最大，但由于鑄件與砂箱阻礙作用，使砂型內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，砂型表面會(huì)翹起或凸起，是鑄件產(chǎn)生鼠尾、夾砂 結(jié)疤、毛翅等膨脹類缺陷。產(chǎn)生氣體：侵入性氣體，造型材料自身分解或反應(yīng)生成的氣體；反應(yīng)性氣體，造 型材料與金屬液發(fā)生反應(yīng)生成的氣體。產(chǎn)生的氣體會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷，降低鑄件的性能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響鑄

10、件質(zhì)量?；瘜W(xué)反應(yīng)：化學(xué)粘砂，金屬氧化物進(jìn)入砂型微孔中并與之反應(yīng)。對(duì)于砂型，金屬氧化物與原砂、粘 土反應(yīng)生成硅酸鐵降低型砂中有效粘土、原砂中的含量，使型砂耐火度和強(qiáng)度降低；對(duì)于鑄件，改變了其成分，同時(shí)發(fā)生化學(xué)粘砂，降低其表面質(zhì)量，增大清理難度，不利于機(jī)械加工。12. 濕砂型的型砂要求具備哪些工藝性能，這些性能對(duì)鑄件質(zhì)量有什么影響？答：工藝性能：濕態(tài)強(qiáng)度、透氣性、流動(dòng)性、可塑性與韌性；干濕程度。對(duì)鑄件質(zhì)量影響：濕態(tài)強(qiáng)度：如果型砂的濕態(tài)強(qiáng)度過低，可能造成砂型的破損，甚至塌箱，澆注時(shí)型砂表面可能被金屬液沖壞、型壁移動(dòng)，使鑄 件產(chǎn)生砂眼、脹箱和跑火缺陷；如果型砂的濕態(tài)強(qiáng)度太高，則型砂的退讓性差，易產(chǎn)生裂

11、紋，潰散性也差，使 鑄件落砂困難。透氣性：如果砂型透氣性差，會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔、澆不足等缺陷，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)嗆火；如果 型砂透氣性太好，型砂微孔的尺寸較大，鑄件易產(chǎn)生表面粗糙和粘砂缺陷。流動(dòng)性：流動(dòng)性好的型砂可形成 緊實(shí)度均勻、輪廓清晰、表面光潔的型腔，造型效率高?？伤苄耘c韌性：可塑性好的型砂，造型、起模、修 型方便，鑄件表面質(zhì)量好。韌性好的型砂起模性好，型砂不易損壞，型腔輪廓清晰造型效率高。干濕程度： 干濕程度過濕，鑄件易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤、氣孔、脹砂和澆不足等缺陷；干濕程度過干，則易產(chǎn)生沖砂和砂眼缺陷； 所以要有一個(gè)適宜的干濕程度。13. 什么叫型砂的最適宜水分，用緊實(shí)率判斷型砂干濕程度有何優(yōu)點(diǎn)，如

12、何測定緊實(shí)率？答：將緊實(shí)率控制在最適宜干濕程度下的型砂水分稱為最適宜水分。優(yōu)點(diǎn)：緊實(shí)率對(duì)型砂的干濕程度敏感， 能夠真實(shí)反映型砂水分的變化，型砂水分增加，緊實(shí)率也增大。緊實(shí)率可以反映型砂成分，型砂中泥分增加 則緊實(shí)率下降?？梢苑从郴焐靶Ч?，混砂均勻度增加則緊實(shí)率也增加。緊實(shí)率易于測試，將測試裝置安裝 在混砂機(jī)上，實(shí)時(shí)調(diào)整水分加入量。緊實(shí)率型砂被緊實(shí)的體積100% 型砂緊實(shí)前體積14. 原砂有哪些性能，對(duì)型砂性能有何影響？答：性能主要包括含泥量、顆粒組成、顆粒形貌、礦物組成和需酸量。對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：含泥量：直徑小于 0.022mm的顆粒所占質(zhì)量份額。含泥量增多，透氣性下降，易產(chǎn)生氣 孔缺陷；其他

13、條件相同時(shí)，含泥量增多，抗壓強(qiáng)度提高；若泥分中不含黏土礦物，含泥量增多，型砂變脆，起 模性變差。顆粒組成：包括兩個(gè)概念：砂粒粗細(xì)程度和砂粒粗細(xì)分布的集中程度，砂粒越集中，熱膨脹大， 易產(chǎn)生膨脹類缺陷。顆粒形貌：對(duì)濕砂型而言，通常選用圓形砂，有利于粘結(jié)劑更有規(guī)則和均勻的分布，使砂粒間能形成較好的粘結(jié)膜 ,另一方面,圓形砂流動(dòng)性好 ,易緊實(shí),可得到較高濕態(tài)強(qiáng)度和適宜的透氣性 . 礦物組成 :石 英砂的礦物成分主要是石英,，二氧化硅含量越高，型砂的耐火度越高。需酸量：需酸值是原砂中含有的與酸 反應(yīng)的物質(zhì)表征，需酸值高，會(huì)影響樹脂砂的硬化性能和終強(qiáng)度。15. 粘土的礦物成分，粘土礦物晶體結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)

14、單位，膨潤土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能。答：成分：各類粘土礦物主要是含水鋁酸鹽 mAl 2O3 nSiO2 xH 2O高嶺石：Al2O3 2SiO2 2H2O蒙脫石：Al2O3 4SiO2 H2O nH2O基本結(jié)構(gòu)單元：硅氧四面體、鋁氧八面體。普通粘土（高嶺石） ： 1:1 型兩層結(jié)構(gòu)的粘土礦物，由一層硅氧四面 體和一層鋁氧八面體組成；膨潤土（蒙脫石） ： 2:1 型三層結(jié)構(gòu)的粘土礦物，由兩層硅氧四面體，中間夾著一層 鋁氧八面體組成。膨潤土吸水膨脹性大、加熱體積變化大、粘結(jié)性大。納基膨潤土和鈣基膨潤土能提高型砂韌 性和抗夾砂結(jié)疤能力，鈣基膨潤土還可以使型砂易混碾、流動(dòng)性好、潰散性好。16. 濕砂型的型砂

15、含有哪些成分，回用砂中為什么要加入新砂、黏土和煤粉？答：成分：有效黏土、有效煤粉、有害成分、泥分。對(duì)型砂性能、鑄件質(zhì)量影響：有效黏土：有效黏土含量 過高，型砂流動(dòng)性下降，砂型緊實(shí)不均勻；有效黏土含量不足，砂型強(qiáng)度降低，鑄件易產(chǎn)生沖砂、夾砂結(jié)疤缺 陷。有效煤粉：有效煤粉含量主要影響防止粘砂、夾砂結(jié)疤的效果，含量太少時(shí)效果不明顯。有害成分： 包括失效黏土、煤粉殘焦和灰分等。降低強(qiáng)度、透氣性，造成砂粒鮞化，導(dǎo)致型砂耐火度下降，粘砂傾向增大， 砂型可塑性增加，夾砂結(jié)疤傾向減小。泥分：含泥量高，型砂的透氣性和耐火性下降；含水量增加，將增加 鑄件插上氣孔和粘砂缺陷的傾向。含泥量低，表面型砂中的有效黏土和有

16、效煤粉量少，型砂的強(qiáng)度下降，增加 鑄件插上夾砂結(jié)疤和砂眼缺陷的傾向。 砂型經(jīng)過澆注，型腔的表面層受到金屬液的強(qiáng)烈熱作用，型砂成分將發(fā)生變化，如黏土和煤粉的燒損、泥分的 增加等。所以回用砂中藥補(bǔ)加一定量的新砂、黏土和煤粉，以保證型砂性能不變，也就是要控制型砂的成分。17. 酸催化劑樹脂自硬砂有何特點(diǎn)，使用何種樹脂和催化劑，如何控制自硬砂的硬化速度和硬化強(qiáng)度？答：特點(diǎn)：型（芯）砂常溫固化，節(jié)省能源，可使用塑料模、木模；型（芯）強(qiáng)度高，潰散性好；即可 造型，又能制芯；鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好；對(duì)原砂質(zhì)量要求高，樹脂、固化劑價(jià)格高；舊砂可再 生回用，利于降低成本；型砂性能對(duì)環(huán)境（溫度、濕度）敏感；特

17、別適合成批、單件小批中大鑄件的生產(chǎn)。 樹脂：呋喃樹脂、熱固性酚醛樹脂。根據(jù)呋喃樹脂的多少，分為無氮呋喃樹脂、低氮呋喃樹脂、中氮呋喃樹脂 和高氮呋喃樹脂。催化劑：硫酸乙酯、苯磺酸、對(duì)甲苯磺酸、磷酸。合理選擇催化劑，催化劑的酸性越強(qiáng)，樹 脂砂的硬化反應(yīng)越快，終強(qiáng)度越低。 控制方法：在保證型芯起模時(shí)不損壞或變形的前提下，應(yīng)盡早起模，避免增加起模難度。同時(shí)樹脂自硬砂使用 時(shí)間長些，起模時(shí)間短些， t3/t5 越大越好，即樹脂自硬砂硬化特性曲線制定工藝方案，在可使用時(shí)間內(nèi)造型， 起模時(shí)間處起模。采用流動(dòng)性好的樹脂砂，造型時(shí)可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，用微振臺(tái)緊實(shí)型（芯）砂或自然緊實(shí)。18. 連鑄坯的凝固過程有何特點(diǎn)

18、？電磁攪拌技術(shù)對(duì)連鑄坯質(zhì)量有什么主要影響？答：特點(diǎn)：鋼液表面有保護(hù)渣，主要通過結(jié)晶器散熱；結(jié)晶器上部有渣膜（潤滑膜）保護(hù)，不與鋼液直接 接觸。結(jié)晶器下部已凝固成殼，中間有氣隙；鋼坯內(nèi)部有很深的液心；鑄坯斷面多為向心柱狀晶。電磁攪 拌：電磁攪拌對(duì)連鑄坯結(jié)晶器初凝固，連鑄坯二冷區(qū)凝固和凝固末端均產(chǎn)生影響。電磁攪拌可以有效地改善鑄 坯的表面和內(nèi)部質(zhì)量，使初凝固殼趨于均勻并促進(jìn)夾雜物上浮，對(duì)連鑄坯表面和皮下質(zhì)量有著良好的作用；同 時(shí)，二冷段的電磁攪拌可有效抑制枝晶搭橋形成封閉液窩，時(shí)縮松和偏析現(xiàn)象消失；凝固末端的電磁攪拌可改 善大方坯中心區(qū)域的 V 形偏析和中心縮松，提高軋制成材的綜合性能。19. 連

19、鑄機(jī)的主要缺陷有哪幾種類型？影響連鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量的因素是什么？有何防止措施？答：表面缺陷。包括裂紋、氣孔、夾渣、震痕和凹陷、成分偏析；內(nèi)部缺陷。包括裂紋、氣孔、夾渣、縮 孔和縮松、成分偏析。表面：剛水在結(jié)晶器內(nèi)形成初凝固殼的狀態(tài)是決定鑄坯表面質(zhì)量的關(guān)鍵；內(nèi)部：鑄坯從 結(jié)晶器拉出來時(shí)，在強(qiáng)烈的二次水冷條件下，在彎曲、矯直或輥?zhàn)拥膲毫χ苯佑绊懫滟|(zhì)量。措施：A.提高表面質(zhì)量：控制結(jié)晶器的傳熱，使初凝固殼均勻；控制結(jié)晶器的震動(dòng)；使用性能好的保護(hù)渣；優(yōu)化結(jié)晶器結(jié)構(gòu)；電磁攪拌。B.提高內(nèi)部質(zhì)量：控制二冷段的傳熱，使鑄坯均勻凝固，提高等軸晶率；降低澆鋼的 過熱度；使用性能好的保護(hù)渣，防止鋼水二次氧化和污染；控制拉速，保證連鑄機(jī)正常運(yùn)行；電磁攪拌。20. 金屬型鑄造有何優(yōu)越性，為什么金屬型鑄造未能廣泛取代砂型鑄造？答：優(yōu)點(diǎn)：鑄件機(jī)械性能比砂型鑄件高，抗蝕性能和硬度亦顯著提高。這是由于鑄件在凝固時(shí)冷卻速度快， 鑄件表層結(jié)晶組織致密；鑄件的精度