第二章合金的铸造性能金属工艺学A-武汉理工大学-2014年
金属工艺学各章节习题、测试题(含答案)
第一部分章节习题第一章金属的力学性能一、填空题1、金属工艺学是研究工程上常用材料性能和___________的一门综合性的技术基础课。
2、金属材料的性能可分为两大类:一类叫_____________,反映材料在使用过程中表现出来的特性,另一类叫__________,反映材料在加工过程中表现出来的特性。
3、金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及力—应变关系的性能,叫做金属________。
4、金属抵抗永久变形和断裂的能力称为强度,常用的强度判断依据是__________、___________等。
5、断裂前金属发生不可逆永久变形的能力成为塑性,常用的塑性判断依据是________和_________。
6、常用的硬度表示方法有__________、___________和维氏硬度。
二、单项选择题7、下列不是金属力学性能的是()A、强度B、硬度C、韧性D、压力加工性能8、根据拉伸实验过程中拉伸实验力和伸长量关系,画出的力——伸长曲线(拉伸图)可以确定出金属的()A、强度和硬度B、强度和塑性C、强度和韧性D、塑性和韧性9、试样拉断前所承受的最大标称拉应力为()A、抗压强度B、屈服强度C、疲劳强度D、抗拉强度10、拉伸实验中,试样所受的力为()A、冲击B、多次冲击C、交变载荷D、静态力11、属于材料物理性能的是()A、强度B、硬度C、热膨胀性D、耐腐蚀性12、常用的塑性判断依据是()A、断后伸长率和断面收缩率B、塑性和韧性C、断面收缩率和塑性D、断后伸长率和塑性13、工程上所用的材料,一般要求其屈强比()A、越大越好B、越小越好C、大些,但不可过大D、小些,但不可过小14、工程上一般规定,塑性材料的δ为()A、≥1%B、≥5%C、≥10%D、≥15%15、适于测试硬质合金、表面淬火刚及薄片金属的硬度的测试方法是()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都可以16、不宜用于成品与表面薄层硬度测试方法()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上方法都不宜17、用金刚石圆锥体作为压头可以用来测试()A、布氏硬度B、洛氏硬度C、维氏硬度D、以上都可以18、金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而()A、变好B、变差C、无影响D、难以判断19、判断韧性的依据是()A、强度和塑性B、冲击韧度和塑性C、冲击韧度和多冲抗力D、冲击韧度和强度20、金属疲劳的判断依据是()A、强度B、塑性C、抗拉强度D、疲劳强度21、材料的冲击韧度越大,其韧性就()A、越好B、越差C、无影响D、难以确定三、简答题22、什么叫金属的力学性能?常用的金属力学性能有哪些?23、什么是疲劳断裂?如何提高零件的疲劳强度?四、计算题24、测定某种钢的力学性能时,已知试棒的直径是10mm,其标距长度是直径的五倍,Fb=33.81KN,Fs=20.68KN,拉断后的标距长度是65mm。
4加工(2章A理论、铸锻)
3.合金的吸气性 吸气性是指金属液吸收气体的能力。 气体主要来源于造型材料中的水分，
主要是氢气，其次是氮气和氧气。 为减少金属液中的气体，可采取
减少吸气量 (真空冶炼 ……) 及时排出气体 (如在铝液中加入六氯乙烷，当其受
热分解时产生大量气泡上浮，带走金属液中的氢气 ) 铸钢件不宜使用氢气在钢中产生白点（微裂纹）。
其基本特点是塑变成形。 单晶体变形过程如图
❖多晶体的塑性变形
金属一般都是多晶体，塑性变形较单 晶体复杂 。除晶粒内部的滑移变形外， 还有晶粒与晶粒间的滑动和转动，即晶 间变形。
由于多晶体中每个晶粒的位向不同， 各晶粒的塑性变形将受到周围位向不同 的晶粒及晶界的影响和约束。
其变形抗力也比同种金属的单晶体高 得多。
②变形速度
变形速度在不同的 速度范围内对锻压 性能有不同的影响。 ▪ C左:来不及消除加工硬化 的影响，使金属的塑性下降 ，变形抗力提高. ▪ C右:当变形速度较大时，由于 塑性变形的热效应，使金属的 温度升高，变形抗力下降，从而又改善了可锻性。 ➢ 高速锤锻造和高能成形就是利用了这一原理。
但常用的一些锻造方法，其变形速度都低于上述临界速度，由其本质塑 性差的合金钢和高碳钢，均采用减慢变形速度的工艺，以防止坯料破裂。
⑶再结晶
如果对塑性变形后的金属加热，金属原子获 得足够高的动能，因塑性变形而被拉长的晶粒 及碎晶等将重新生核、结晶，形成新的细小均 匀的等轴晶粒等轴晶粒，从而消除了加工硬化 现象，这一过程称为再结晶。
纯金属的再结晶温度T再≈0.4T熔。
⒉金属的冷、热变形
再结晶温度以上的塑性变形称为热变形。 在再结晶温度以下（通常指低于回复温度） 的塑性变形称为冷变形。
机械制造基础(金属工艺学) 第二章 铸造
第2章 铸造
01 铸造工艺基础 02 合金铸件的生产工艺 03 砂型铸造 04 特种铸造 05 铸件结构设计
第2章 铸造
铸造工艺特点 1）适合制造形状复杂的毛坯
第2章 铸造
铸造工艺特点 2）毛坯大小不受限制
第2章 铸造
铸造工艺特点 3）材料不受限制（能熔化的金属） 4）生产成本低（原材料来源广泛） 5）应用广泛（历史最久的金属成型方法，40%~80%）
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 1）铸件的重要加工面应朝下或位于侧面
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 2）铸件宽大平面应朝下
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—浇注位置 3）面积较大的薄壁部分应置于铸型下部
2.3 砂型铸造
2.3.2 浇注位置和分型面的选择—分型面 分型面：铸型组元之间的结合面或分界面。 分型面影响： 1）铸件质量； 2）生产工序的难易； 3）切削加工的工作量。
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁 由于石墨成球状，它对基体的缩减和割裂作用减至最低限度，球墨
铸铁具有比灰铸铁高的多的力学性能，塑韧性大大提高。
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 2）球墨铸铁
球墨铸铁的牌号、 性能及用途 QTXXX-X
2.2 合金铸件的生产工艺
2.2.1 铸铁件生产 3）可锻铸铁 将白口铸铁件经长时间的高温石墨化退火，使白口铸铁中的渗碳体
04 特种铸造 05 铸件结构设计
2.3 砂型铸造
铸造工艺
砂型铸造
特种铸造
手工造型 机器造型 金属型铸造 熔模铸造
压力铸造 低压铸造
陶瓷型铸造 离心铸造
2.3 砂型铸造
武汉理工大学《金属工艺学》复习
将熔炼好的液态金属浇注到与零件的形状和尺寸相适应的铸型型腔中，待其 冷却凝固后，所获得毛坯或零件的成型方法，称为铸造。 液态金属充满铸型型腔，获得形状准确、轮廓清晰的成型件的能力，称为充 型能力。充型能力不足时会产生浇不足、冷隔、夹砂、气孔、夹渣等缺陷 影响充型能力的因素 合金的流动性；浇注条件（浇注温度，充型压力）；铸型填充条件（铸型蓄 热能力，铸型温度，铸型中的气体）；铸件结构。
铸造工艺参数：
机械加工余量和铸孔；铸造收缩率；拔模斜度；铸造圆角。
定性地绘出图示零件的铸造工艺图
先绘出零件图，再在零件图上表示出浇注位置、分型面、加工余量、拔模 斜度、型芯轮廓 （P98）
课件画工艺图部分
铸件的结构设计（教材 、课件及作业相关部分）
压力加工
金属压力加工 定义：金属压力加工是指固态金属在外力作用下产生塑性变 形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方 法，又称金属塑性加工。
焊缝的布置
焊缝分散布置的设计
焊缝对称布置的设计
焊缝避开最大应力集中位置的设计
焊缝远离机械加工表面的的设计
焊缝的布置
焊缝位置便于手弧焊的设计
便于自动焊的设计
便于点焊及缝隙焊的设计
错误的焊缝布置
焊接顺序原则：先自由后约束
切削加工
切削运动
机 床 名 称 卧 式 车 床 钻 床 主运动 进给运动 机床 名称 主运动 进给运动
需一副冲孔模、一副落料模。 冲孔模：φ凸=φ孔=100 φ凹=φ凸+Z=100+0.2=100.2 落料模：φ凹=φ落料=200 φ凸=φ凹－Z=200－0.2=199.8
焊 接
焊接方法分类：熔焊，压焊，钎焊
电弧焊
金属工艺学习题答案-第二篇--铸造PPT课件
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1
P48（5）
两者不同点：
1.两者的分布不同，缩孔是集中在铸件上部或最后凝 固部位，容积较大的孔洞；缩松是分散在铸件某区域 内的细小缩孔； 2.缩孔比缩松更容易防止。
缩孔比缩松容易防止的原因：
缩孔是由于液态和凝固态收缩容积得不到补足造成， 其集中在铸件上部或最后凝固部分，位置容易找到， 因此可以通过“顺序凝固”的方法来防止。
成形铸件采用离心铸造的原因：
1.提高金属液的充型能力； 2.有利于补缩，使铸件组织致密，质量更好。
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25
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2
P48（6）
顺序凝固原则是指：在铸件上可能出现缩孔的厚大
部位通过安放冒口等工艺措施，使铸件远离冒口的部 位先凝固，然后是靠近冒口部位凝固，最后才是冒口 本身的凝固。 主要用于必须补缩的场合，如铝青铜、铝硅合金和铸 钢件。
同时凝固原则是指：将浇道开在薄壁处，使薄壁处
铸型在浇注过程中的升温较厚壁处高，因而可补偿薄 壁处冷速快的现象。有时为加快厚壁处的冷速，还可 以在厚壁处安放冷铁。 主要用于壁厚均匀的薄壁件，如灰铸铁、锡青铜等。
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9
P73（4）
浇注位置选择对铸件质量影响重大，在制定铸 造方案时必须优先考虑；而分型面选择是影响 铸造工艺合理性的关键之一。
当两者发生矛盾时，抓住主要矛盾，全面考虑， 至于次要矛盾，则应该从工艺措施上去解决。
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10
P73（5）
下
上
单间生产采用：
手工整箱造型
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P73（5）
单间生产采用： 手工挖沙造型
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8
P73（1）
机器造型的优越性：大大提高劳动生产率，改 善劳动条件，铸件尺寸精确、表面光洁，加工 余量小。 机器造型的工艺特点：通常是采用模板进行两 箱造型。模板是将模样、浇注系统沿分型面与 模底板连接成一整体的专用模具。造型后，模 底板形成分型面，而模样形成铸型空腔，而模 底板的厚度并不影响铸件的形状与尺寸。
金属工艺学铸造第二章
4.牌号 4.牌号 ：
KTH数字1 数字 数字2 KTH数字1—数字2 数字
KT：表示可锻铸铁， KT：表示可锻铸铁， H：表示黑心 Z：表示珠光体 数字1 数字2 数字1：表示最低抗拉强度 数字2 ：表示最低伸长率
5.生产方式：先铸出白口坯件——清理坯件 清理坯件——石墨化退火 5.生产方式：先铸出白口坯件 生产方式 清理坯件 石墨化退火
（一）灰铸铁（灰口铸铁） 灰铸铁（灰口铸铁） 灰铸铁是指具有片状石墨的铸铁 • 应用最广，占铸铁总产量80%以上。 应用最广，占铸铁总产量80%以上。 80%以上 • 灰铸铁的组织： 灰铸铁的组织： 片状石墨+ 片状石墨+金属基体 • 几点注意： 几点注意： 铸铁含碳量； 铸铁含碳量； 状态图上的位置； 状态图上的位置； 铸铁的常温组织。 铸铁的常温组织。
（二）可锻铸铁 （玛铁、玛钢） 玛铁、玛钢）
由白口铸铁经石墨化退火而成的一种铸铁 1.组织 团絮状石墨+ 组织： 1.组织：团絮状石墨+金属基体 2.机械性能 石墨割裂作用减小,抗拉强度显著提高。 机械性能： 2.机械性能：石墨割裂作用减小,抗拉强度显著提高。 σb=300～400 MPa,最高可达700 MPa。 =300～ MPa,最高可达 最高可达700 MPa。 但不能用于锻造。 (δ≤12%,aK≤30 J/cm2,）但不能用于锻造。 ≤12%,a 3.分类 分类： 3.分类：
（四）蠕墨铸铁 1.组织：蠕虫状石墨+ 1.组织：蠕虫状石墨+金属基体 组织 2.蠕墨铸铁的性能 2.蠕墨铸铁的性能 • 力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间； 力学性能介于基体相同的灰铸铁和球墨铸铁之间； b=360～ 优于灰铸铁, 抗拉强度 σb=360～440MPa, 优于灰铸铁,塑性和 b=360 韧性δ=1.5% 4.5%） =1.5%～ 韧性δ=1.5%～4.5%） =1.5% • • • • • 强度和韧性不如球铁； 强度和韧性不如球铁； 铸造性能接近灰铸铁；缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小, 铸造性能接近灰铸铁；缩孔、缩松倾向比球墨铸铁小,故 铸造工艺较简便； 铸造工艺较简便； 耐磨性优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁； 耐磨性优于孕育铸铁及高磷耐磨铸铁； 导热性优于球铁,抗氧化性较其它铸铁均高； 导热性优于球铁,抗氧化性较其它铸铁均高； 断面敏感性较灰铸铁小,厚大截面上的性能较为均匀。 断面敏感性较灰铸铁小,厚大截面上的性能较为均匀。
金属工艺学课件：铸造 -
2.1 合金的鑄造性能
一、鑄造生產的特點 優點：可鑄出結構形狀複雜的鑄件;適應性
廣；成本低。
缺點：鑄件組織性能差；生產工序多，品 質不穩定，廢品率高；工作條件差，勞動強 度高。
冶炼 铸造
铸锭
热锻 冷轧
铸件
板、棒、 型材、管材
锻件
焊接
机加工
冷轧 热拔 冷冲
零件
机加工
鑄造非常重要，在一般的機械設備中， 鑄件占機器總量的45%-90%，而鑄件的 成本僅占機器總量的20%-25%。
2、鑄鋼
a 熔點高，易產生粘砂：型砂具有較高的耐火性、透氣性和 強度。
b 流動性比鑄鐵差，應採用幹砂型，增大澆注系統截面積， 保證足夠的澆注溫度等提高充型能力。 c 收縮性大，要設置較多、尺寸較大的冒口，採用順序凝固 原則防止縮孔、縮松的產生。(見左下圖)。
對壁厚均勻的薄壁 鑄鋼件，可採用同 時凝固原則和多通 道的內澆口(見右下 圖)，使鋼 液能儘快 而均勻地填充砂型。
2、中間凝固 金屬的結晶溫度範圍較窄。或結晶溫度範圍雖
寬，但鑄件截面溫度梯度大。鑄件截面上的凝固區域寬度介 於逐層凝固與體積凝出之間，稱為“中間凝固”方法。
3、體積凝固 當合金的結晶溫度範圍很寬，或因鑄件截面溫
度梯度很小，鑄件凝固的某段時間內，其液固共存的凝固區 域很寬，甚至貫穿整個鑄件截面，這種凝固方式稱為“體積 凝固”。
3、鑄造有色金屬
常用的有鋁合金和銅合金，大都流動性好、收縮性 大、易吸氣和氧化。熔點低，易被污染和燒損。因而 應在坩堝爐內進行熔化。
2.3 砂型鑄造
型（芯）砂通常由石英砂、粘土（或其他粘 結材料）和水按一定的比例混制而成的。型 （芯）砂要具有“一強三性” ，即一定的強 度、透氣性、耐火性和退讓性。
《金属工艺学(第2版)》教学讲义 第2章金属材料的性能
课题名称：金属的力学性能（强度、塑性）授课时数：2教学目的、要求：1．掌握力学性能的概念2．熟悉拉伸试验和低碳钢拉伸曲线3．掌握强度、塑性主要指标、符号、单位、物理意义与试验方法教学重点、难点：重点、难点：强度、塑性等力学性能指标的含义教学过程：（一）复习提问1．课程的性质、任务、要求、学习方法2．炼铁的原料、过程、产品、实质3．炼钢的方法、分类、浇注方法、钢材种类（二）导入新课、授新课第2章金属材料的性能金属材料的性能包含使用性能和工艺性能两方面。
使用性能——指金属材料在使用条件下所表现出来的性能，它包括物理性能（如密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性等）、化学性能（如耐腐蚀性、抗氧化性等）、力学性能等。
工艺性能——指金属在制造加工过程中反映出来的各种性能。
2.1 金属的力学性能一、基本概念力学性能——金属在力或能的作用下，材料所表现出来的性能。
载荷——金属材料在加工及使用过程中所受的外力。
载荷按其作用性质不同可分为以下三种：⑴静载荷是指大小不变或变化过程缓慢的载荷。
⑵冲击载荷在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷。
⑶交变载荷是指大小、方向或大小和方向随时间作周期性变化的载荷。
根据作用形式不同，载荷可分为——拉伸载荷、压缩载荷、弯曲载荷、剪切载荷和扭转载荷等，如图2-2所示。
变形——分为弹性变形和塑性变形两种。
弹性变形——材料在载荷作用下发生变形，而当载荷卸除后，变形也完全消失。
塑性变形——当作用在材料上的载荷超过某一限度，此时若卸除载荷，大部分变形随之消失（弹性变形部分），但还是留下了不能消失的部分变形，也称为永久变形。
内力——材料受外力作用时，为保持自身形状尺寸不变，在材料内部作用着与外力相对抗的力。
应力——单位面积上的内力。
金属受拉伸载荷或压缩载荷作用时，其横截面积上的应力按下式计算：S F =σ式中 σ——应力（MPa ）；F ——外力（N ）； S ——横截面积（mm 2）。
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热加工工艺基础机械制造基础-Ⅱ第二章合金的铸造性能
机电工程学院
金工学部
王志海
第二章合金的铸造性能
液态合金的充型能力
铸造合金的凝固与收缩
铸件中常见的缺陷及防止
第一节液态合金的充型能力
一.合金的流动性
1.定义:液态金属本身的流动能力。
流动性好的合金可以浇铸出尺寸精确、轮廓清晰完整的铸件。
流动性差的合金会引起铸件产生许多铸造缺陷。
2.螺旋形试样示意图
合金造型材料浇注温度螺旋线长度
灰铸铁C + Si = 5.2%
C + Si = 4.2%砂型
砂型
1300 ℃
1300 ℃
1000 mm
600 mm
铸钢( 0.4% )砂型1600 ℃100 mm
锡青铜(9%～11%Sn
2%～4%Zn)
砂型1040 ℃420 mm 硅黄铜( 1.5～4.5% )砂型1100 ℃1000 mm
铝合金( 硅铝明)金属型
( 300℃)680～720
℃
700～800
mm
合金造型材料浇注温度螺旋线长度
灰铸铁C + Si = 5.2%
C + Si = 4.2%砂型
砂型
1300 ℃
1300 ℃
1000 mm
600 mm
铸钢( 0.4% )砂型1600 ℃100 mm
锡青铜(9%～11%Sn
2%～4%Zn)
砂型1040 ℃420 mm 硅黄铜( 1.5～4.5% )砂型1100 ℃1000 mm
铝合金( 硅铝明)金属型
( 300℃)680～720
℃
700～800
mm
二.影响合金流动性的因素
化学成分
浇注条件
铸型填充条件
1) 碳:
1) 碳:
1) 碳:
碳、硅、锰、磷、硫。
1.化学成分:
1) 碳:
相同过热度时铸铁
含碳量与流动性的关系
2.浇注条件
浇注温度: 浇注温度越高,
流动性越好。
充型压力: 充型压力越大,
流动性越好。
3.铸型结构及填充条件
铸型的蓄热能力: 铸型的蓄热
能力强,充型能力差。
铸型温度: 铸型温度高,有利于
液体金属充型。
铸型中气体: 铸型中气体愈多,
充型的阻力愈大。
铸型结构: 铸型结构愈复杂,充
型能力愈差。
第二节铸造合金的
凝固与收缩
铸造合金的凝固方式 铸造合金的收缩
一.铸造合金的凝固 铸造合金的凝固方式 影响凝固方式的因素
1.铸造合金的凝固方式
逐层凝固糊状凝固
中间凝固
2.影响凝固方式的因素: 合金的结晶温度范围 铸件的温度梯度
温度梯度对凝固区域的影响
二.铸造合金的收缩
收缩阶段
影响收缩的因素
1.收缩阶段
1.收缩阶段Ⅰ-液态收缩Ⅱ-凝固收缩Ⅲ-固态收缩Ⅰ+Ⅱ-体收缩Ⅲ-线收缩
S –n
1.收缩阶段
1.收缩阶段
t浇
2.影响收缩的因素:
化学成分
合金种类含碳量(%)浇注温度(℃)总收缩量(%)碳素铸钢0.35161012.46
白口铸铁 3.0140012～12.9灰口铸铁 3.51400 6.9～7.8球墨铸铁 4.014000.8～1.0
第三节铸件中常见的
缺陷及防止 铸件中的缩孔与缩松
铸造应力
铸件的变形
铸件的裂纹
铸造偏析
铸件中的气孔
一.铸件中的缩孔与缩松 缩孔的形成
缩松的形成
影响缩孔、缩松形成的因素 缩孔和缩松的防止方法
1.缩孔的形成
1.缩孔的形成
1.缩孔的形成
1.缩孔的形成
1.缩孔的形成
1.缩孔的形成
2.缩松的形成
2.缩松的形成
2.缩松的形成
2.缩松的形成
2.缩松的形成
2.缩松的形成
3.影响缩孔、缩松形成的因素
化学成分
浇注温度
铸型材料
铸件结构
1) 化学成分
4) 铸件结构:铸件结构对缩孔、缩
松的形成影响很大。
热节
4.缩孔和缩松的防止方法
控制铸件的凝固过程
合理应用冒口、冷铁等工艺措施
1) 控制铸件的凝固过程
顺序凝固原则
同时凝固原则。