2013-2014鑄造實(shí)用工藝學(xué)考題問(wèn)題詳解

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上2013-2014學(xué)年第一學(xué)期鑄造工藝學(xué)試題（A卷）一、選擇題1. 為了消除鑄造熱應(yīng)力，在鑄造工藝上應(yīng)保證（ B ）A. 順序（定向）凝固 B. 同時(shí)凝固 C. 內(nèi)澆口開(kāi)在厚壁處2. 直澆口的主要作用是（A ）A. 形成壓力頭，補(bǔ)縮 B. 排氣 C. 擋渣3. 在各種鑄造方法中，砂型鑄造對(duì)鑄造合金種類的要求是（ C ）A. 以碳鋼、合金鋼為主 B. 以黑色金屬和銅合金為主C. 能適用各種鑄造合金4. 由于（ C ）在結(jié)晶過(guò)程中收縮率較小，不容易產(chǎn)生縮孔、縮松以及開(kāi)裂等缺陷，所以應(yīng)用較廣泛。A. 可鍛鑄鐵 B. 球墨鑄鐵 C. 灰鑄鐵5. 灰口鑄鐵適合于制造床身、機(jī)架、

2、底座、導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)，除了鑄造性和切削性優(yōu)良外，還因?yàn)椋˙）A. 抗拉強(qiáng)度好 B. 抗壓強(qiáng)度好 C. 沖擊韌性好6. 制造模樣時(shí)，模樣的尺寸應(yīng)比零件大一個(gè)（ C ）A. 鑄件材料的收縮量 B. 機(jī)械加工余量C. 鑄件材料的收縮量機(jī)械加工余量7. 下列零件適合于鑄造生產(chǎn)的有（ A ）A. 車床上進(jìn)刀手輪 B. 螺栓 C. 自行車中軸8. 普通車床床身澆注時(shí)，導(dǎo)軌面應(yīng)該（ B ）A. 朝上 B. 朝下 C. 朝左側(cè)9. 為提高合金的流動(dòng)性，生產(chǎn)中常采用的方法（ A ）A. 適當(dāng)提高澆注溫度 B. 加大出氣口 C. 延長(zhǎng)澆注時(shí)間10. 澆注溫度過(guò)高時(shí)，鑄件會(huì)產(chǎn)生（ B ）A. 冷隔 B. 粘砂嚴(yán)重 C.

3、 夾雜物二、填空題1. 侵入性氣孔的形成條件是當(dāng)金屬-鑄型界面上氣體壓力p氣 金屬液表面包括表面張力在內(nèi)的反壓力p ，機(jī)械粘砂的形成條件是鑄型中某個(gè)部位受到的金屬液的壓力P金 滲入臨界壓力 。2. “鑄造收縮率”K ；起模斜度是指 為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯，這個(gè)斜度，稱為起模斜度。 。3. 高嶺土的化學(xué)式是 ；膨潤(rùn)土的化學(xué)式是 。它們的晶體都是 晶層排列 結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，其晶體結(jié)構(gòu)中都包含著 鋁氧四面體晶片 和 鋁氧八面體晶片 兩種基本結(jié)構(gòu)單位，不同的是高嶺土由 高嶺石組 組成，而膨潤(rùn)土由 蒙脫石組礦物 組成。高嶺土晶層結(jié)合力較 強(qiáng) ，水 不能 進(jìn)入晶

4、層間，所以粘結(jié)性較 小 。4. 鑄件的凝固方式是按 凝固區(qū)域?qū)挾却笮?來(lái)劃分的，有 逐層凝固 、 中間凝固 和 糊狀凝固 三種凝固方式。純金屬和共晶成分的合金易按 逐層凝固 方式凝固。5. 鑄造合金在凝固過(guò)程中的收縮分三個(gè)階段，其中 液態(tài)收縮和凝固收縮 收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的根本原因，而 固態(tài)收縮 收縮是鑄件產(chǎn)生變形、裂紋的根本原因。6. 鑄鋼鑄造性能差的原因主要是 熔點(diǎn)高，流動(dòng)性差 和 收縮大 。7. 影響合金流動(dòng)性的主要因素是 液態(tài)合金的化學(xué)成分 。8. 鑄造生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是 成形方便 、 適應(yīng)性強(qiáng) 和 成本較低 。缺點(diǎn)是 鑄件力學(xué)性能較低，鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定 、 和 廢品率高 。3、 判斷

5、題（錯(cuò)）1. 鑄件的主要加工面和重要的工作面澆注時(shí)應(yīng)朝上。（錯(cuò)）2. 冒口的作用是保證鑄件同時(shí)冷卻。（對(duì)）3. 鑄件上寬大的水平面澆注時(shí)應(yīng)朝下。（對(duì)）4. 鑄鐵的流動(dòng)性比鑄鋼的好。 （錯(cuò)）5. 鑄造生產(chǎn)特別適合于制造受力較大或受力復(fù)雜零件的毛坯。（錯(cuò)）6. 收縮較小的灰鐵鑄件可以采用定向（順序）凝固原則來(lái)減少或消除鑄 造內(nèi)應(yīng)力。（錯(cuò)）7. 相同的鑄件在金屬型鑄造時(shí)，合金的澆注溫度應(yīng)比砂型鑄造時(shí)低。（對(duì)）8. 鑄件的分型面應(yīng)盡量使重要的加工面和加工基準(zhǔn)面在同一砂箱內(nèi)，以 保證鑄件精度。（錯(cuò)）9. 采用震擊緊實(shí)法緊實(shí)型砂時(shí)，砂型下層的緊實(shí)度小于上層的緊實(shí)度。（錯(cuò)）10. 由于壓力鑄造有質(zhì)量好、效率

6、高、效益好等優(yōu)點(diǎn)，目前大量應(yīng)用于黑 色金屬的鑄造。四、簡(jiǎn)答題1. 闡述用濕型砂鑄造時(shí)出現(xiàn)水分遷移現(xiàn)象時(shí)，其傳熱、傳質(zhì)有何特征？答：1）熱通過(guò)兩種方式傳遞，一是通過(guò)溫度梯度進(jìn)行導(dǎo)熱，未被吸收的熱通過(guò)干砂區(qū)傳導(dǎo)至蒸發(fā)界面使水分汽化；二是靠蒸汽相傳遞。蒸汽的遷移依賴于蒸汽的壓力梯度。2）干砂區(qū)的外側(cè)為蒸發(fā)界面及水分凝聚區(qū)，沒(méi)有溫度梯度。3）鑄件表面溫度與干砂區(qū)的厚度及蓄熱系數(shù)有關(guān)。2. 濕型砂中為何常加入煤粉？它能起到哪些作用？在鑄鋼件生產(chǎn)中是否需要加 入煤粉？為什么？答：（1）. 煤粉的作用：在鐵液的高溫作用下，煤粉產(chǎn)生大量還原性氣體，防止金屬液被氧化，并使鐵液表面的氧化鐵還原，減少了金屬氧化物和

7、造型材料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的可能性。1） 煤粉受熱形成的半焦充填堵砂型表面顆粒間的孔隙，使金屬液不能滲入。2） 煤粉受熱后變成膠質(zhì)體，具有可塑性，可以緩沖石英顆粒在該溫度區(qū)間因受熱而形成膨脹應(yīng)力，從而可以減少因砂型受熱膨脹而產(chǎn)生的鑄件缺陷。3） 煤粉在受熱時(shí)產(chǎn)生的碳?xì)浠飺]發(fā)分在650-1000高溫下與還原性氣氛中發(fā)生像熱解而在金屬和鑄型界面析出一層帶有光澤的碳，成為光亮碳，這層光澤碳阻止了型砂與鐵液的界面反應(yīng)，而且也使型砂不易被金屬液所潤(rùn)濕，對(duì)防止機(jī)械粘砂有更加顯著的作用。（2）.鑄鋼件濕砂型不能加煤粉的原因 為了防止鑄件增碳，鑄鋼件濕型砂中不能含有煤粉和煤粉燒損的殘留物。3. 在殼型、殼芯生產(chǎn)和

8、澆注時(shí)，常會(huì)出現(xiàn)那些問(wèn)題？答：殼芯砂常用酚醛樹(shù)脂作粘結(jié)劑、用烏洛托品（CH2）6N4作硬化劑，在殼型、殼芯生產(chǎn)中，常會(huì)出現(xiàn)脫殼、起模時(shí)殼破裂、表面疏松、表面變形和翹曲、強(qiáng)度低、夾層等；而在澆注時(shí)產(chǎn)生的問(wèn)題有：容讓性、潰散性問(wèn)題，澆注時(shí)型、芯破裂，鑄件產(chǎn)生桔皮面、氣孔，皮下氣孔，鑄件表面粗糙粘砂等問(wèn)題。 4. 什么是分型面？選擇分型面時(shí)應(yīng)遵循什么原則？答：分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。在選擇鑄型分型面時(shí)應(yīng)考慮如下原則：（1）分型面應(yīng)選在鑄件的最大截面上，并力求采用平面。（2）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量，并盡量做到只有一個(gè)分型面。（3）應(yīng)盡可能減少活塊和型芯的數(shù)量，注意減少砂箱高度。（4）盡量把鑄

9、件的大部分或全部放在一個(gè)砂箱內(nèi)，并使鑄件的重要加工面、工作面、加工基準(zhǔn)面及主要型芯位于下型內(nèi)。5. 為什么對(duì)砂芯進(jìn)行分級(jí)？生產(chǎn)上一般怎樣劃分？答：砂芯主要用來(lái)形成鑄件的內(nèi)腔、孔洞和凹坑等部分，在澆注時(shí)，它的大部分表面被液態(tài)金屬包圍，經(jīng)受鐵液的熱作用、機(jī)械作用都較強(qiáng)烈，排氣條件也差，出砂、清理困難，因此對(duì)芯砂的性能要求比型砂高。為了便于合理選用砂芯用芯砂的粘結(jié)劑和有利芯砂管理，依據(jù)砂芯形狀特征及在澆注期間的工作條件以及產(chǎn)品質(zhì)量的要求，生產(chǎn)上將砂芯分為5級(jí)。6. 合格的濕型砂應(yīng)具備的主要性能有哪些？答：良好的成形性：包括良好的流動(dòng)性、可塑性和不粘模性；足夠的強(qiáng)度：包括常溫濕強(qiáng)度，高溫強(qiáng)度，干強(qiáng)度和

10、硬度等；一定的透氣性：較小的吸濕性，較低的發(fā)氣量；較高的耐火度：較好的熱化學(xué)穩(wěn)定性，較小的膨率和收縮率；較好的退讓性，潰散性，耐用性。7. 闡述濕型砂鑄造時(shí)鑄件產(chǎn)生夾砂結(jié)疤的主要原因及防治措施。答：夾砂形成的主要原因有：1）鑄型表面砂層受熱發(fā)生膨脹，在砂層表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，如砂粒不能重新排列，砂型表層就會(huì)受到破壞而產(chǎn)生夾砂結(jié)疤。2）鑄型中澆入液態(tài)金屬，鑄型表面很薄的干燥層后產(chǎn)生高水層，其強(qiáng)度遠(yuǎn)比濕型本體低。鑄型表層受熱膨脹，產(chǎn)生裂紋。3）夾砂結(jié)疤的程度與裂紋發(fā)生的時(shí)間有關(guān)。防止措施：1）減少型砂受熱后的膨脹量以減少膨脹應(yīng)力和提高砂型強(qiáng)度，以砂型表面脫離本體而拱起。2）在工藝方面采取措施8. 普

11、通鑄鋼用型大多采用水玻璃砂型，請(qǐng)說(shuō)明鈉水玻璃砂型配方、制作方法及 硬化機(jī)理。答：(1)鈉水玻璃砂型的配方：目前廣泛采用的CO2-鈉水玻璃砂，大都由純凈的人造（或天然）的石英砂加入4.5%8.0%的鈉水玻璃配制而成。對(duì)于質(zhì)量要求高的大型鑄鋼件砂型（芯），全部面砂或局部采用鎂砂，鉻鐵礦砂，橄欖石砂，鋯砂等特種砂代替石英砂比較有利。要求具有一定的濕態(tài)強(qiáng)度和可塑性的，可加入1%3%的蓬潤(rùn)土或3%6%的普通粘土，或加入部分粘土砂。為改善出砂性，有的芯砂中往往還加入1.5%的木屑，或加入5%的石棉粉，或加入其他附加物等。（3分）(2)制作方法：鈉水玻璃砂可按照配方使用各種混砂機(jī)混制?；旌玫纳胺旁谟猩w的容器

12、中，或者覆蓋濕的麻袋，以免砂中的水分蒸發(fā)或與空氣中的CO2接觸。鈉水玻璃砂流動(dòng)性好，可采用手工震實(shí)或微震緊實(shí)。（2分）(3)硬化機(jī)理：目前鑄造生產(chǎn)中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或間接影響上述反應(yīng)平衡點(diǎn)的氣態(tài)、液態(tài)或粉狀硬化劑，與OH-作用，從而降低pH值，或靠失水，或靠上述兩者的復(fù)合作用來(lái)達(dá)到硬化。（1分）a失水發(fā)生由液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變：凡是能去除水玻璃中水分的方法，如加熱烘干，吹熱空氣或干燥的壓縮空氣，真空脫水，微波照射以及加入產(chǎn)生放熱反應(yīng)的化合無(wú)等都可以使鈉水玻璃硬化。（2分）b化學(xué)反應(yīng)，形成新的產(chǎn)物：鈉水玻璃在加入酸性或具有潛在酸性的物質(zhì)時(shí)，其pH值降低，穩(wěn)定性下降，使得其水解和縮聚

13、過(guò)程加速進(jìn)行。（2分）五、問(wèn)答題1. 闡述應(yīng)用奧贊(Osann)公式進(jìn)行鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟。答：通常在確定鑄造方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，用奧贊(Osann)公式進(jìn)行鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟如下： 1)選擇澆注系統(tǒng)類型（封閉式、開(kāi)放式、半封閉式、頂注式、中間注入式等）。2)確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目和金屬引方向；3)決定直澆道的位置和高度。 一般應(yīng)使直澆道高度等于上砂箱高度，為了保證金屬液能充滿離直澆道最遠(yuǎn)的鑄件最高部位，鑄件高點(diǎn)離澆口杯內(nèi)液面的高度必須有一最小值，（稱為剩余壓力頭，）。 4)計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬上升速度核算鑄件最大橫截面處的型內(nèi)金屬液上升速度。當(dāng)不滿足要求時(shí)

14、，應(yīng)縮短澆注時(shí)間或改變澆注位置。5)計(jì)算阻流截面積：依水力學(xué)公式（奧贊公式）計(jì)算阻流截面積S阻。6）確定澆口比并計(jì)算各組元截面積 ：澆注系統(tǒng)中主要組元的截面的截面積比例關(guān)系 稱為澆口比。以阻流截面積為基數(shù)（作為）計(jì)算其他組元的斷面積。7）繪出澆注系統(tǒng)圖形 2. 鑄鋼件、球鐵件較易產(chǎn)生皮下氣孔，請(qǐng)分析成因和防止辦法。答：（一）鑄鋼件皮下氣孔的成因（1） 氫引起的皮下氣孔 如果鋼液脫氧不好，而在金屬的硬皮（或氧化膜）附近氫的濃度又高，則有可能發(fā)生2H+FeOH2O+Fe的反應(yīng)，生成的水就附著在生長(zhǎng)著的晶粒上成為氣泡的核心，此后，凝固過(guò)程中析出的氫和由界面侵入的氫都向氣泡核心集中，使氣泡長(zhǎng)的。氣泡來(lái)

15、不及逸出時(shí)，就成為皮下氣孔。 液態(tài)金屬中氫含量過(guò)高的原因主要有：1） 液中含有少量的鋁，并發(fā)生反應(yīng)2Al+3H2OAl2O3+6H2） 爐襯，鐵液包未烘干，在濕型中流動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生初生氫。對(duì)應(yīng)的防治措施：選用的爐料，孕育劑的含鋁量要低，要干凈（干的和沒(méi)有鐵銹，油污等）；減少鐵液和水汽相接觸地時(shí)間和量；澆鑄時(shí)型內(nèi)具有較強(qiáng)的還原氣氛（如型砂中加入煤粉）以降低氫，氮的分壓。（2分）（2） 氮引起的皮下氣孔當(dāng)鋼液澆入樹(shù)脂砂型中時(shí)，含氮樹(shù)脂受熱迅速分解出包括氨氣在內(nèi)的許多成分的氣體，其中活性氨氣在金屬鑄型界面瞬間分解為初生態(tài)的N和H. 當(dāng)?shù)患潭冗_(dá)到臨界值時(shí),在鋼液凝固過(guò)程中,其溶解

16、度降低,而以分子態(tài)析出,并以微小的氧化物質(zhì)點(diǎn)氣膜,微小縮孔和型,芯表面微孔氣膜生成氣泡核.氣泡在脫落和遷移過(guò)程中來(lái)不及逸出,被凝固于鑄件表層,形成富集氮的皮下氣孔. 相應(yīng)的防治措施:從上述皮下氣孔的形成,可知注意排氣和減少樹(shù)脂分解的氣氛與金屬界面接觸時(shí)間; 加入占砂質(zhì)量的2%-3%的黑色或紅色氧化鐵粉;嚴(yán)格控制氮的含量;降低砂中樹(shù)脂的加入量, 以及采用低氮.無(wú)氮呋喃樹(shù)脂等 ,不過(guò)樹(shù)脂砂芯,砂型表面通常均要涂敷涂料,如果涂料具有高度高溫氣密性,或呈燒結(jié)玻璃體,即使鑄鋼件采用含氮達(dá)3%甚至5%-7%的樹(shù)脂均應(yīng)該是可行的.（2分）(二)球鐵的皮下氣孔實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,鎂含量是影響皮下氣孔的重要因素.在相

17、同的鑄型條件下,澆入原鐵液時(shí)鑄件中很少有皮下氣孔,用經(jīng)過(guò)球化處理的鐵液澆注,鑄件中就容易出現(xiàn)皮下氣孔,而且鐵液中如果殘留鎂量高,則皮下氣孔嚴(yán)重.有人認(rèn)為界面上發(fā)生如下反應(yīng):Mg+H2OMgO+2H MgS+H2OMgO+H2S 如果澆鑄系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng),鐵液進(jìn)入型腔不穩(wěn)定,就可能既促進(jìn)鎂蒸氣的析出,又破壞了金屬氧化膜的完整性,造成更多的氣體侵入金屬液內(nèi),可能引起更多的氣孔. 對(duì)應(yīng)的防治措施: 最主要的是控制鑄型中的水分;其次是保證鐵液平穩(wěn)地充滿砂型型腔;提高澆注溫度以利于氣體擴(kuò)散,使鑄件表層局部含氣量降低,減少皮下氣孔發(fā)生的幾率;型砂中加入煤粉之類的附加物以增加鑄型中氣氛的還原性,延緩或降低界面上

18、進(jìn)行的某些化學(xué)反應(yīng).（1分）3. 澆注系統(tǒng)的基本類型有哪幾種? 各有何特點(diǎn)？答：1.封閉式澆注系統(tǒng)特點(diǎn)：封閉式澆注系統(tǒng)有較好的阻渣能力，可防止金屬液卷入氣體，消耗金屬少，清理方便。主要缺點(diǎn)是：進(jìn)入型腔的金屬液流速度高，易產(chǎn)生噴濺和沖砂，使金屬氧化，使型內(nèi)金屬液發(fā)生擾動(dòng)、渦流和不平靜。因此，主要應(yīng)用于不易氧化的各種鑄鐵件。對(duì)容易氧化的輕合金鑄件，采用漏包澆注的鑄鋼件和高大的鑄鐵件，均不宜使用。2.開(kāi)放式澆注系統(tǒng)主要優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)入型腔時(shí)金屬液流速度小，充型平穩(wěn)，沖刷李小，金屬氧化輕。適用于輕合金鑄件、球鐵件等。漏包澆注的鑄鋼件也宜采用開(kāi)放式澆注系統(tǒng)，但直澆道不能呈充滿態(tài)，以防鋼水外溢，造成事故。主要缺

19、點(diǎn)是，阻渣效果稍差，內(nèi)澆道較大，金屬消耗略多。按內(nèi)澆道在鑄件上的位置分為（一）頂注式澆注系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)是容易充滿，可減少薄壁件澆不到、冷隔的方面的缺陷；充型后上部溫度高于底部，有利于鑄件自下而上的順序凝固和冒口的補(bǔ)縮；冒口尺寸小，節(jié)約金屬；內(nèi)澆道附近受熱較輕；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于清除。缺點(diǎn)是易造成沖砂缺陷；金屬液下落過(guò)程中接觸空氣，出現(xiàn)激濺、氧化、卷入空氣等現(xiàn)象，使充型不平穩(wěn)。易產(chǎn)生砂孔、鐵豆、氣孔和氧化夾雜物缺陷；大部分澆注時(shí)間，內(nèi)澆道工作在非淹沒(méi)狀態(tài)，相對(duì)地說(shuō)，橫澆道阻渣條件較差。（二）底注式澆注系統(tǒng) 特點(diǎn)是充型后金屬的溫度分布不利于順序凝固和冒口補(bǔ)縮；內(nèi)澆道附近容易過(guò)熱，導(dǎo)致縮孔、縮松和結(jié)晶粗大等

20、缺陷；金屬液面在上升中容易結(jié)皮，難保證高達(dá)的薄壁鑄件充滿，易形成澆不到、冷隔等缺陷，金屬消耗量澆道。（三）中間注入式澆注系統(tǒng)它兼有頂注式和底注式澆注系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。由于內(nèi)澆道在分型面上開(kāi)設(shè)，故極為方便，廣為應(yīng)用。適用于高度不大的中等壁厚的鑄件。（四）階梯式澆注系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn)是金屬液首先由最低層內(nèi)澆道充型，隨著型內(nèi)液面上升，自下而上地、順序地流經(jīng)各層內(nèi)澆道。因而充型平穩(wěn)，型腔內(nèi)氣體排出順利。充型后，上部金屬液溫度高于下部，有利于順序凝固和冒口的補(bǔ)縮，鑄件組織致密。易避免縮孔、縮松。冷隔和澆不到等鑄造缺陷利用多內(nèi)澆道，可減輕內(nèi)澆道附近的局部過(guò)熱現(xiàn)象。主要缺點(diǎn)是：造型復(fù)雜，有時(shí)要求幾個(gè)水平分型面，要求正確

21、的計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4. 何謂冒口、冒口有效補(bǔ)縮距離？請(qǐng)畫出鑄鋼板件、桿件、階梯形鑄鋼件，加 與不加冷鐵有效補(bǔ)縮距離示意圖。答：1）設(shè)置冒口是常用的鑄造工藝措施，冒口常設(shè)置在鑄件的厚壁處或熱節(jié)部位，主要用于防止縮孔、縮松、裂紋和變形等鑄件缺陷。（2分）2）冒口的有效補(bǔ)縮距離為冒口作用區(qū)與末端區(qū)長(zhǎng)度之和，它是確定冒口數(shù)目的依據(jù)，與鑄件結(jié)構(gòu)、合金成分及凝固特性、冷卻條件、對(duì)鑄件質(zhì)量要求的高低等各種因素有關(guān)，簡(jiǎn)稱為冒口補(bǔ)縮距離。（2分）3）（5分）板件及桿件鑄鋼冒口的補(bǔ)縮距離a) 板形件 b)桿形件階梯形鑄鋼件冒口補(bǔ)縮距離1-冒口 2-鑄件l1=3.5T2 l2=3.5T3-T1 l3=3.5T3-T

22、1+110mm 冷鐵對(duì)冒口補(bǔ)縮距離的影響a) 板件 b) 桿件1-冒口 2-冷鐵 3-鑄件5. 鑄造零件圖如下圖所示，試確定它們的澆注位置及分型面，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。 （注：將澆注位置及分型面的方案畫在下圖中，在答題紙上闡述相應(yīng)的理由。） （1）傘形齒輪毛坯 ZG45 下上傘形齒輪毛坯 ZG45傘形齒輪毛坯的澆注位置和分型面的方案如右圖所示，由輪齒面是重要的加工面，分型面應(yīng)是鑄件的最大截面處。 （2）卷筒 ZG45上下卷筒 ZG45 卷筒澆注位置和分型面的方案如左圖所示，圓筒形鑄件的重要表面是內(nèi)、外圓柱面，要求加工后金相組織均勻，無(wú)缺陷，其最優(yōu)澆注位置應(yīng)是內(nèi)、外圓柱面呈直立狀態(tài)。2013-201

23、4學(xué)年第二學(xué)期鑄造工藝學(xué)試題（B卷）一、選擇題1. 灰口鑄鐵適合于制造床身、機(jī)架、底座、導(dǎo)軌等結(jié)構(gòu)，除了鑄造性和切削性優(yōu)良外，還因?yàn)椋˙ ）A. 抗拉強(qiáng)度好 B. 抗壓強(qiáng)度好 C. 沖擊韌性好2. 為了消除鑄造熱應(yīng)力，在鑄造工藝上應(yīng)保證（ B ）A. 順序（定向）凝固 B. 同時(shí)凝固 C. 內(nèi)澆口開(kāi)在厚壁處3. 制造模樣時(shí)，模樣的尺寸應(yīng)比零件大一個(gè)（ C ）A. 鑄件材料的收縮量 B. 機(jī)械加工余量C. 鑄件材料的收縮量機(jī)械加工余量4. 下列零件適合于鑄造生產(chǎn)的有（ A）A. 車床上進(jìn)刀手輪 B. 螺栓 C. 自行車中軸5. 直澆口的主要作用是（A ）A. 形成壓力頭，補(bǔ)縮 B. 排氣 C.

24、擋渣6. 普通車床床身澆注時(shí)，導(dǎo)軌面應(yīng)該（B ）A. 朝上 B. 朝下 C. 朝左側(cè)7. 由于（ C ）在結(jié)晶過(guò)程中收縮率較小，不容易產(chǎn)生縮孔、縮松以及開(kāi)裂等缺陷，所以應(yīng)用較廣泛。A. 可鍛鑄鐵 B. 球墨鑄鐵 C. 灰鑄鐵8. 為提高合金的流動(dòng)性，生產(chǎn)中常采用的方法（A ）A. 適當(dāng)提高澆注溫度 B. 加大出氣口 C. 延長(zhǎng)澆注時(shí)間9金屬型鑄造主要適用于澆注的材料是（ B）A. 鑄鐵 B. 有色金屬 C. 鑄鋼10. 澆注溫度過(guò)高時(shí)，鑄件會(huì)產(chǎn)生（ B）A. 冷隔 B. 粘砂嚴(yán)重 C. 夾雜物二、填空題1. 侵入性氣孔的形成條件是當(dāng)金屬-鑄型界面上氣體壓力p氣 金屬液表面包括表面張力在內(nèi)的反壓

25、力p ，機(jī)械粘砂的形成條件是鑄型中某個(gè)部位受到的金屬液的壓力P金 滲入臨界壓力 。2. “鑄造收縮率”K ；起模斜度是指 為了方便起模，在模樣、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免損壞砂型或砂芯，這個(gè)斜度，稱為起模斜度。 。3. 鑄件的凝固方式是按 凝固區(qū)域?qū)挾却笮?來(lái)劃分的，有 逐層凝固 、 中間凝固 和 糊狀凝固 三種凝固方式。純金屬和共晶成分的合金易按 逐層凝固 方式凝固。4. 鑄造生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)是 成形方便 、 適應(yīng)性強(qiáng) 和 成本較低 。缺點(diǎn)是 鑄件力學(xué)性能較低，鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定 、 和 廢品率高 。5. 高嶺土的化學(xué)式是 ；膨潤(rùn)土的化學(xué)式是 。它們的晶體都是 晶層排列 結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，其晶體結(jié)

26、構(gòu)中都包含著 鋁氧四面體晶片 和 鋁氧八面體晶片 兩種基本結(jié)構(gòu)單位，不同的是高嶺土由 高嶺石組 組成，而膨潤(rùn)土由 蒙脫石組礦物 組成。高嶺土晶層結(jié)合力較 強(qiáng) ，水 不能 進(jìn)入晶層間，所以粘結(jié)性較 小 。6. 鑄造合金在凝固過(guò)程中的收縮分三個(gè)階段，其中 液態(tài)收縮和凝固收縮 收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松的根本原因，而 固態(tài)收縮 收縮是鑄件產(chǎn)生變形、裂紋的根本原因。7. 影響合金流動(dòng)性的主要因素是 液態(tài)合金的化學(xué)成分 。8. 鑄鋼鑄造性能差的原因主要是 熔點(diǎn)高，流動(dòng)性差 和 收縮大 。三、判斷題（）1. 鑄造熱應(yīng)力最終的結(jié)論是薄壁或表層受拉。（）2. 鑄件的主要加工面和重要的工作面澆注時(shí)應(yīng)朝上。（）3.

27、 鑄件上寬大的水平面澆注時(shí)應(yīng)朝下。 （）4. 鑄造生產(chǎn)特別適合于制造受力較大或受力復(fù)雜零件的毛坯。（）5. 收縮較小的灰鐵鑄件可以采用定向（順序）凝固原則來(lái)減少或消除鑄 造內(nèi)應(yīng)力。（）6. 壓鑄由于熔融金屬是在高壓下快速充型，合金的流動(dòng)性很強(qiáng)。 （）7. 鑄件的分型面應(yīng)盡量使重要的加工面和加工基準(zhǔn)面在同一砂箱內(nèi)，以 保證鑄件精度。（）8. 采用震擊緊實(shí)法緊實(shí)型砂時(shí)，砂型下層的緊實(shí)度小于上層的緊實(shí)度。（）9. 熔模鑄造所得鑄件的尺寸精度高，而表面光潔度較低。（）10. 金屬型鑄造主要用于形狀復(fù)雜的高熔點(diǎn)難切削合金鑄件的生產(chǎn)。四、簡(jiǎn)答題1. 說(shuō)明在濕型澆注時(shí)出現(xiàn)水分遷移現(xiàn)象傳熱、傳質(zhì)有何特征？不同

28、砂型澆注過(guò)程中，從傳質(zhì)角度出發(fā)，應(yīng)注意哪些問(wèn)題？1. 闡述用濕型砂鑄造時(shí)出現(xiàn)水分遷移現(xiàn)象時(shí)，其傳熱、傳質(zhì)有何特征？答：（1）濕型中出現(xiàn)水分遷移現(xiàn)象時(shí)的傳熱、傳質(zhì)特征是：熱通過(guò)兩種方式傳遞，一是通過(guò)溫度梯度進(jìn)行導(dǎo)熱，未被吸收的熱通過(guò)干砂區(qū)傳導(dǎo)至蒸發(fā)界面使水分氣化；二是靠蒸汽相傳遞熱。（2分）干砂區(qū)的外側(cè)為蒸發(fā)界面及水分凝聚區(qū)，沒(méi)有溫度梯度。鑄件的表面溫度與干砂區(qū)的厚度及其蓄熱系數(shù)有關(guān)。(1分)（2）有效地控制鑄型中出現(xiàn)的各種傳質(zhì)現(xiàn)象以保證鑄型和鑄件的質(zhì)量。1）注意濕型砂混制好以后在調(diào)勻斗內(nèi)調(diào)勻水分；制好的濕砂型放置時(shí)出現(xiàn)的風(fēng)干現(xiàn)象；砂型的烘干過(guò)程；澆注金屬液后濕砂型中出現(xiàn)的水分蒸發(fā)、遷移和凝聚現(xiàn)

29、象。（2分）2）化學(xué)粘結(jié)劑砂的吹氣硬化：水玻璃砂中吹入的硬化劑CO2和呋喃樹(shù)脂砂中吹入催化劑SO2在型內(nèi)的擴(kuò)散、促硬行為。（2分）3）澆注有機(jī)粘結(jié)劑砂型（芯）時(shí)，注意造型材料的透氣性和發(fā)氣能力，降低粘結(jié)劑分解、燃燒時(shí)氣體的擴(kuò)散、逸出或滲入金屬液中，形成氣孔、或滲碳、滲硫?qū)拥?。?分）2. 為什么對(duì)砂芯進(jìn)行分級(jí)？生產(chǎn)上一般怎樣劃分？答：砂芯主要用來(lái)形成鑄件的內(nèi)腔、孔洞和凹坑等部分，在澆注時(shí)，它的大部分表面被液態(tài)金屬包圍，經(jīng)受鐵液的熱作用、機(jī)械作用都較強(qiáng)烈，排氣條件也差，出砂、清理困難，因此對(duì)芯砂的性能要求比型砂高。為了便于合理選用砂芯用芯砂的粘結(jié)劑和有利芯砂管理，依據(jù)砂芯形狀特征及在澆注期間的工

30、作條件以及產(chǎn)品質(zhì)量的要求，生產(chǎn)上將砂芯分為5級(jí)。3. 何謂型砂的流動(dòng)性？常采用哪些方法測(cè)定型砂流動(dòng)性？答：型砂在外力或自重作用下，沿模樣和砂粒之間相對(duì)移動(dòng)的能力稱為流動(dòng)性。常采用方法：1）用濕型硬度計(jì)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試樣兩個(gè)端面硬度值的差別，硬度差別越小，表明型砂流動(dòng)性越好。2）在標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣筒中放置一塊高25mm的半圓形金屬塊，測(cè)定階梯試樣兩平面硬度差值；3）測(cè)定在底側(cè)有環(huán)形空腔型砂試樣筒中沖擊成的試樣的高度；4）側(cè)孔法：測(cè)定在沖擊型砂試樣時(shí)自圓柱形試樣筒側(cè)面小孔中擠出的型砂質(zhì)量。4. 合格的濕型砂應(yīng)具備的主要性能有哪些？答：良好的成形性：包括良好的流動(dòng)性、可塑性和不粘模性；足夠的強(qiáng)度：包括常溫濕

31、強(qiáng)度，高溫強(qiáng)度，干強(qiáng)度和硬度等；一定的透氣性：較小的吸濕性，較低的發(fā)氣量；較高的耐火度：較好的熱化學(xué)穩(wěn)定性，較小的膨率和收縮率；較好的退讓性，潰散性，耐用性。5. 闡述濕型砂鑄造時(shí)鑄件產(chǎn)生夾砂結(jié)疤的主要原因及防治措施。答：夾砂形成的主要原因有：1）鑄型表面砂層受熱發(fā)生膨脹，在砂層表面產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，如砂粒不能重新排列，砂型表層就會(huì)受到破壞而產(chǎn)生夾砂結(jié)疤。2）鑄型中澆入液態(tài)金屬，鑄型表面很薄的干燥層后產(chǎn)生高水層，其強(qiáng)度遠(yuǎn)比濕型本體低。鑄型表層受熱膨脹，產(chǎn)生裂紋。3）夾砂結(jié)疤的程度與裂紋發(fā)生的時(shí)間有關(guān)。防止措施：1）減少型砂受熱后的膨脹量以減少膨脹應(yīng)力和提高砂型強(qiáng)度，以砂型表面脫離本體而拱起。2）在

32、工藝方面采取措施6. 普通鑄鋼用型大多采用水玻璃砂型，請(qǐng)說(shuō)明鈉水玻璃砂型配方、制作方法及硬化機(jī)理。答：(1)鈉水玻璃砂型的配方：目前廣泛采用的CO2-鈉水玻璃砂，大都由純凈的人造（或天然）的石英砂加入4.5%8.0%的鈉水玻璃配制而成。對(duì)于質(zhì)量要求高的大型鑄鋼件砂型（芯），全部面砂或局部采用鎂砂，鉻鐵礦砂，橄欖石砂，鋯砂等特種砂代替石英砂比較有利。要求具有一定的濕態(tài)強(qiáng)度和可塑性的，可加入1%3%的蓬潤(rùn)土或3%6%的普通粘土，或加入部分粘土砂。為改善出砂性，有的芯砂中往往還加入1.5%的木屑，或加入5%的石棉粉，或加入其他附加物等。（3分）(2)制作方法：鈉水玻璃砂可按照配方使用各種混砂機(jī)混制。

33、混好的砂放在有蓋的容器中，或者覆蓋濕的麻袋，以免砂中的水分蒸發(fā)或與空氣中的CO2接觸。鈉水玻璃砂流動(dòng)性好，可采用手工震實(shí)或微震緊實(shí)。（2分）(3)硬化機(jī)理：目前鑄造生產(chǎn)中常用的一些硬化方法，都是加入能直接或間接影響上述反應(yīng)平衡點(diǎn)的氣態(tài)、液態(tài)或粉狀硬化劑，與OH-作用，從而降低pH值，或靠失水，或靠上述兩者的復(fù)合作用來(lái)達(dá)到硬化。（1分）a失水發(fā)生由液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變：凡是能去除水玻璃中水分的方法，如加熱烘干，吹熱空氣或干燥的壓縮空氣，真空脫水，微波照射以及加入產(chǎn)生放熱反應(yīng)的化合無(wú)等都可以使鈉水玻璃硬化。（2分）b化學(xué)反應(yīng)，形成新的產(chǎn)物：鈉水玻璃在加入酸性或具有潛在酸性的物質(zhì)時(shí)，其pH值降低，穩(wěn)定性

34、下降，使得其水解和縮聚過(guò)程加速進(jìn)行。（2分）7. 侵入性氣孔與反應(yīng)性氣孔的本質(zhì)區(qū)別是什么？分析兩種氣孔的形成條件及形成過(guò)程，并提出防止措施。答：（1）侵入性氣孔與反應(yīng)性氣孔的形成原因不同。前者是由于砂型（芯）空隙中蒸發(fā)出的氣體進(jìn)入鑄型中來(lái)不及逸出形成的較大的不圓整，梨形的氣孔；后者是由于鑄件與砂型中的物質(zhì)反應(yīng)，生成的氣體在型中形核長(zhǎng)大，來(lái)不及逸出，在鑄件表面形成的針狀或蝌蚪狀垂直于鑄件壁的氣孔。（2分）（2）侵入性氣孔形成的條件：形成過(guò)程：氣體在空隙內(nèi)有氣相處形成氣核，氣體逐漸向氣泡核中聚集，使氣泡長(zhǎng)大，壓力增大，當(dāng)氣泡長(zhǎng)到一定大小時(shí)，下部出現(xiàn)腰或頸，最后斷開(kāi)，逃離型壁進(jìn)入金屬液中。（1分）防

35、止措施：a減少鑄型發(fā)氣量；b提高金屬液的靜壓力，即形成時(shí)的阻力；c使砂型的緊實(shí)度適中，有利于氣體排出。（1分）（3）反應(yīng)性氣孔的形成條件：金屬液或金屬液的氧化物與型內(nèi)的附加物或加熱時(shí)生成的氣體反應(yīng)，生成較多的氣體。（1分）形成過(guò)程：（2分）a CO形成學(xué)說(shuō)：Fe與金屬液中的CO2反應(yīng)生成CO，CO不溶于金屬液，在固相或夾雜物上成核，生成的氣體聚集，沿阻力小，柱狀晶方向生長(zhǎng)，來(lái)不及逸出，形成氣孔；b氫引起學(xué)說(shuō)：FeO與金屬液中的H反應(yīng)生成H2O，鋼液脫氧不好時(shí)，生成的H2O質(zhì)點(diǎn)為氣泡核，氣體聚集來(lái)不及逸出時(shí)，形成氣孔；c氮引起學(xué)說(shuō)：有機(jī)粘結(jié)劑砂型中，各組分發(fā)生反應(yīng)生成NH3等氣體，分解形成NH，

36、吸附、溶解、聚集，打一定量時(shí)，金屬液溫度降低，氮?dú)馕龀龀蔀闅馀莺?，氣體聚集，來(lái)不及析出時(shí)形成氣孔。防止措施：a防止金屬液與鑄型發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；b盡量減少有機(jī)粘結(jié)劑的使用，或用涂料或添加劑等；c避免鑄型發(fā)生吸氣；d在保證砂型強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡量降低型中水分含量。（1分）8. 什么是分型面？確定分型面需要遵循什么原則？答：分型面是指兩半鑄型相互接觸的表面。在選擇鑄型分型面時(shí)應(yīng)考慮如下原則：（1）分型面應(yīng)選在鑄件的最大截面上，并力求采用平面。（2）應(yīng)盡量減少分型面的數(shù)量，并盡量做到只有一個(gè)分型面。（3）應(yīng)盡可能減少活塊和型芯的數(shù)量，注意減少砂箱高度。（4）盡量把鑄件的大部分或全部放在一個(gè)砂箱內(nèi)，并使鑄件的

37、重要加工面、工作面、加工基準(zhǔn)面及主要型芯位于下型內(nèi)。五、問(wèn)答題1. 鑄鋼件、球鐵件較易產(chǎn)生皮下氣孔，請(qǐng)分析成因和防止辦法。答：（一）鑄鋼件皮下氣孔的成因（3） 氫引起的皮下氣孔 如果鋼液脫氧不好，而在金屬的硬皮（或氧化膜）附近氫的濃度又高，則有可能發(fā)生2H+FeOH2O+Fe的反應(yīng)，生成的水就附著在生長(zhǎng)著的晶粒上成為氣泡的核心，此后，凝固過(guò)程中析出的氫和由界面侵入的氫都向氣泡核心集中，使氣泡長(zhǎng)的。氣泡來(lái)不及逸出時(shí)，就成為皮下氣孔。 液態(tài)金屬中氫含量過(guò)高的原因主要有：3） 液中含有少量的鋁，并發(fā)生反應(yīng)2Al+3H2OAl2O3+6H4） 爐襯，鐵液包未烘干，在濕型中流動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)

38、產(chǎn)生初生氫。對(duì)應(yīng)的防治措施：選用的爐料，孕育劑的含鋁量要低，要干凈（干的和沒(méi)有鐵銹，油污等）；減少鐵液和水汽相接觸地時(shí)間和量；澆鑄時(shí)型內(nèi)具有較強(qiáng)的還原氣氛（如型砂中加入煤粉）以降低氫，氮的分壓。（2分）（4） 氮引起的皮下氣孔當(dāng)鋼液澆入樹(shù)脂砂型中時(shí)，含氮樹(shù)脂受熱迅速分解出包括氨氣在內(nèi)的許多成分的氣體，其中活性氨氣在金屬鑄型界面瞬間分解為初生態(tài)的N和H. 當(dāng)?shù)患潭冗_(dá)到臨界值時(shí),在鋼液凝固過(guò)程中,其溶解度降低,而以分子態(tài)析出,并以微小的氧化物質(zhì)點(diǎn)氣膜,微小縮孔和型,芯表面微孔氣膜生成氣泡核.氣泡在脫落和遷移過(guò)程中來(lái)不及逸出,被凝固于鑄件表層,形成富集氮的皮下氣孔. 相應(yīng)的防治措施:從上述皮下氣

39、孔的形成,可知注意排氣和減少樹(shù)脂分解的氣氛與金屬界面接觸時(shí)間; 加入占砂質(zhì)量的2%-3%的黑色或紅色氧化鐵粉;嚴(yán)格控制氮的含量;降低砂中樹(shù)脂的加入量, 以及采用低氮.無(wú)氮呋喃樹(shù)脂等 ,不過(guò)樹(shù)脂砂芯,砂型表面通常均要涂敷涂料,如果涂料具有高度高溫氣密性,或呈燒結(jié)玻璃體,即使鑄鋼件采用含氮達(dá)3%甚至5%-7%的樹(shù)脂均應(yīng)該是可行的.（2分）(二)球鐵的皮下氣孔實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,鎂含量是影響皮下氣孔的重要因素.在相同的鑄型條件下,澆入原鐵液時(shí)鑄件中很少有皮下氣孔,用經(jīng)過(guò)球化處理的鐵液澆注,鑄件中就容易出現(xiàn)皮下氣孔,而且鐵液中如果殘留鎂量高,則皮下氣孔嚴(yán)重.有人認(rèn)為界面上發(fā)生如下反應(yīng):Mg+H2OMgO+2

40、H MgS+H2OMgO+H2S 如果澆鑄系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng),鐵液進(jìn)入型腔不穩(wěn)定,就可能既促進(jìn)鎂蒸氣的析出,又破壞了金屬氧化膜的完整性,造成更多的氣體侵入金屬液內(nèi),可能引起更多的氣孔. 對(duì)應(yīng)的防治措施: 最主要的是控制鑄型中的水分;其次是保證鐵液平穩(wěn)地充滿砂型型腔;提高澆注溫度以利于氣體擴(kuò)散,使鑄件表層局部含氣量降低,減少皮下氣孔發(fā)生的幾率;型砂中加入煤粉之類的附加物以增加鑄型中氣氛的還原性,延緩或降低界面上進(jìn)行的某些化學(xué)反應(yīng).（1分）2. 闡述應(yīng)用奧贊(Osann)公式進(jìn)行鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟。答：通常在確定鑄造方案的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，用奧贊(Osann)公式進(jìn)行鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的

41、步驟如下： 1)選擇澆注系統(tǒng)類型（封閉式、開(kāi)放式、半封閉式、頂注式、中間注入式等）。2)確定內(nèi)澆道在鑄件上的位置、數(shù)目和金屬引方向；3)決定直澆道的位置和高度。 一般應(yīng)使直澆道高度等于上砂箱高度，為了保證金屬液能充滿離直澆道最遠(yuǎn)的鑄件最高部位，鑄件高點(diǎn)離澆口杯內(nèi)液面的高度必須有一最小值，（稱為剩余壓力頭，）。 4)計(jì)算澆注時(shí)間并核算金屬上升速度核算鑄件最大橫截面處的型內(nèi)金屬液上升速度。當(dāng)不滿足要求時(shí)，應(yīng)縮短澆注時(shí)間或改變澆注位置。5)計(jì)算阻流截面積：依水力學(xué)公式（奧贊公式）計(jì)算阻流截面積S阻。6）確定澆口比并計(jì)算各組元截面積 ：澆注系統(tǒng)中主要組元的截面的截面積比例關(guān)系 稱為澆口比。以阻流截面積為基數(shù)（作為）計(jì)算其他組元的斷面積。7）繪出澆注系統(tǒng)圖形 3. 鑄造零件圖如下圖所示，試確定它們的澆注位置及分型面，并簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。 （注：將澆注位置及分型面的方案畫在下圖中，在答題紙上闡述相應(yīng)的理由。） （1）傘形齒輪毛坯 ZG45 下上傘形齒輪毛坯 ZG45傘形齒輪毛坯