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热加工工艺基础
第一章 铸造工艺基础
1．名词解释
充型能力：液态金属充满铸型型腔，取得形状完整、轮廓清楚铸件能力。
缩孔：在铸件上部或最终凝固部位出现容积较大孔洞。
缩松：铸件断面上出现分散、细小孔洞。
逐层凝固：纯金属或共晶成份合金在凝固过程中不存在固、液相并存凝固区，故断面上外层固体和内层液体由一条界限清楚地分开，伴随温度下降，固体层不停加厚，液体层不停降低直到中心层全部凝固。
糊状凝固：合金凝固温度范围很宽或铸件断面温度分布曲线较为平坦，其凝固区在某段时间内，液固并存凝固区贯穿整个铸件断面。
中间凝固：介于逐层凝固和糊状凝固之间凝固方法。
定向凝固：使铸件按要求方向从一部分到另一部分逐步凝固过程。
同时凝固：尽可能降低铸件各部位间温度差使铸件各部位同时冷却凝固。
热裂：凝固后期合金收缩且受到铸型等阻碍产生应力，当应力超出某一温度下合金强度所产生裂纹。
冷裂：铸件固态下产生裂纹。
热应力：因为铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不一样，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而产生应力。
侵入气孔：砂型或砂芯受热产生气体侵入金属液内部在凝固前未析出而产生气孔
反应气孔：合金液和型砂中水分、冷铁、芯撑之间或合金内部一些元素、化合物之间发生化学反应产生气体而形成气孔。·
析出气孔：合金在熔炼和浇注过程中接触气体使气体溶解其中，当合金液冷却凝固时，气体来不及析出而形成气孔。
2．合金流动性不足易产生哪些缺点？ 浇不足，冷隔，气孔，夹渣，缩孔，缩松。
影响合金流动性关键原因有哪多个方面？ 合金种类，合金成份，温度。
在实际生产中常见什么方法预防浇不足和冷隔缺点？
a.选择黏度小，比热容大，密度大，导热系数小合金，使合金较长时间保持液态。
b.选择共晶成份或结晶温度范围窄合金作为铸造合金。
c.选择合理浇注温度。
3．充型能力和合金流动性有什么关系？合金流动性越好，则其充型能力越好。
不一样化学成份合金为何流动性不一样？合金化学成份不一样，它们熔点及结晶温度范围不一样，其流动性不一样。
为何铸钢充型能力比铸铁差？铸铁为共晶成份合金流动性好，其凝固时从表面逐层向中心凝固，已凝固硬壳内表面比较光滑，对还未凝固流动阻力小，所以定型能力强而铸钢结晶温度范围大，初生枝状晶已使凝固硬壳内表面参差不齐，将阻碍金属液流动，所以铸钢充型能力比铸铁差。
4．铸件凝固方法有哪些？ 依据液固相区宽窄分为：逐层凝固，糊状凝固，中间凝固。合金凝固方法和合金铸造性能有何关系？逐层凝固合金铸造时合金流动性很好，充型能力强，缩孔、缩松比较集中，便于预防，其铸造性能好。糊状凝固合金流动性较差，易产生浇不到、冷隔等缺点，而且易产生缩松，难以取得结晶紧实铸件。
合金凝固方法受哪些原因影响？a合金结晶温度范围 合金结晶温度范围愈小，凝固区愈窄，合金趋于逐层凝固。b凝固时铸件断面上温度分布梯度 铸件温度梯度较小，合金趋于糊状凝固。
5．何谓合金收缩？熔融合金注入铸型，凝固，直至冷却到室温过程中，其体积和尺寸缩小到现象。
合金收缩由哪多个阶段组成？液态收缩，凝固收缩，固态收缩
各会产生哪些缺点？液态收缩和凝固收缩，产生缩孔、缩松 。固态收缩影响铸件尺寸精度，产生裂纹，变形。
6．铸造应力形成原因有哪多个？（！）因为铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不一样，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致而引发烧应力。（2）因为合金线收缩受到铸型或型芯机械阻碍而产生内应力。
试分析一下热应力是怎样形成？ 固态金属在弹——塑临界温度一下，金属呈弹性状态，在应力作用下发生弹性变形，变形后应力仍然存在。
7.定向凝固后和同时凝固各需采取什么方法来实现？
定向凝固方法：厚大部位安放冒口或在远离浇冒部位增设冷铁。
同时凝固方法：在铸件厚壁处加冷铁并将内浇道设在薄壁处。
各适适用于什么合金及何种结构特点铸件？
定向凝固适适用于纯金属、共晶成份合金，和壁厚不均匀，致密性要求高铸件。
同时凝固适适用于凝固收缩小合金，和壁厚均匀结晶温度范围宽且对致密性要求不高铸件。
8．铸件气孔有哪多个？ 侵入气孔，反应气孔，析出气孔。
析出气孔产生原因是什么？合金在熔炼和浇注过程中因接触气体使气体溶解在其中且溶解度随温度上升而增加，当达成合金熔点时急剧上升，当合金冷却凝固时气体在合金中溶解度下降而以气泡形式析出，气泡如不能立即上浮逸出，便会在铸件中形成析出气孔。
下列情况轻易产生哪种气孔？
舂砂过紧，( 侵入气孔 ) 熔化铝时油污过多，（析出气孔） 型撑有锈，（反应气孔） 起模时刷水过多.(侵入气孔)
9.试述缩松、缩孔形成机理及预防方法。
缩松形成机理：（1）基础原因：液态收缩、凝固收缩大于固态收缩。
（2）形成条件：糊状凝固合金形成枝晶，将液体分割成小熔池得不到补缩。
缩孔形成机理：（1）基础原因：液态收缩、凝固收缩大于固态收缩。
（2）形成条件：a.浇口封闭且无冒口。b.呈逐层凝固合金（纯金属、共晶合金）
缩孔预防方法：采取定向凝固方法，在厚大部位安放冒口，增设冷铁。
使缩松转化为缩孔再采取定向凝固方法。

第二章 砂型铸造
1.名词解释
砂型：砂型铸造选择铸型。
型砂：按一定百分比配合造型材料，经过混制成符合造型、造芯要求混合料。
模样：模拟铸件形状，形成铸型型腔工艺装备或易耗件。
型芯头：为了在铸型中形成支承型芯空腔，模样比铸件多出突出部分。
型芯座：由模样型芯头在铸型中形成空腔称为型芯座。
出气口：在铸型或型芯中为排除浇注形成气体而设置沟槽或孔道。
冒口：在铸型内存放供补缩铸件用熔融金属空腔。
起模斜度：为了使模样易从铸型中取出或型芯自芯盒中脱出，在平行于起出模样方向上，模壁上全部应留出一定倾斜度。
结构斜度：铸件结构所含有斜度。
机械加工余量：为进行机械加工铸件比零件增大一层金属。
收缩余量：为赔偿铸件收缩，模样比铸件图纸尺寸增大数值。
2．为何铸件关键加工面和关键工作面在铸型中应朝下？
因为铸件上部凝固速度慢，晶粒较粗大，易形成缩孔、缩松，而且气体、非金属夹杂物密度小，易在铸件上部形成砂眼、气孔、渣气孔等缺点。铸件下部晶粒细小，组织致密，缺点少，质量优于上部。所以，当铸件有多个关键加工面或关键面时应将关键和较大加工面向下。
3.为何尽可能使铸件全部或大部分在同一砂箱内？因为这么不仅降低了因错箱造成误差，而且使铸件基准面和加工面在同一个砂箱内，确保了铸件位置精度。
4.为何大面积薄壁铸件应放在铸型下部或放在垂直、倾斜位置？因为这么能够增加液体流动性，避免铸件产生浇不足或冷隔缺点。
5.方案（1）分模造型水平浇注，铸件沿底板中心线分型，轴孔下芯方便，底板凸台采取活块。缺点：分模尺寸精度差，轻易产生错箱缺点，飞边清理量大。
方案（2）整模造型，顶部浇注，铸件沿底面分型吗，铸件全部在下箱，即上箱为平面，不会产生错箱缺点，铸件清理简便，四个凸台不需活块。缺点：中间部位需要砂芯，轴孔妨碍起模。
6．怎样选择.浇注位置？
（1）铸件关键加工面和关键工作面应朝下或在侧面。
（2）铸件大平面应朝下。、
（3）铸件上面积较大薄壁部分应处于铸型下部或处于垂直、倾斜位置。
（4）易形成缩孔铸件，应将截面较厚部分放在分型面周围上部或侧面。
（5）应尽可能降低芯子数量，便于芯子安放、固定和排气。
7.怎样选择铸型分型面？
（1）应确保顺利起模。
（2）应使铸型分型面最少。
（3）应尽可能使铸型全部或大部分在同一砂箱内
第三章 合金铸件生产
1. 何谓孕育铸铁？和一般灰铸铁有何区分？其适用范围怎样？
孕育铸铁：经过孕育处理后再进行浇注取得铸铁。
一般灰铸铁：不经任何处理，直接进行浇注取得灰铸铁。石墨粗大，力学性能差，壁厚敏感性大。
孕育铸铁：经过孕育处理后再进行浇注取得铸铁。强度、硬度高，壁厚敏感性小。
孕育铸铁适用范围：高牌号铸铁材质更适宜于生产壁厚铸件，还适适用于制造承受较小动载荷、较大静载荷、耐磨性好和有一定减震性铸件，如机床床身。
2. 何谓球墨铸铁？有哪些优越性？适适用于哪些铸件？
球墨铸铁：将铁液经球化处理，使石墨全部或大部分呈球状而制成铸铁。
优越性：和铸铁比，综协力学性能高，和铸钢比，铸造性能好，成本低。
适适用于：承受冲击、振动零件，强度和塑性中等零件，载荷大、耐磨、受力复杂零件，高强度、耐磨、耐疲惫零件。
3. 举例说明碳素铸钢|、灰铸铁、球墨铸铁牌号表示方法。
铸钢：ZG230—450 ：最低屈服强度 230Mpa，最低抗拉强度450Mpa
灰铸铁：HT—100：最低抗拉强度100Mpa
球墨铸铁：QT400—18：最低抗拉强度400Mpa，最低延伸率为18％
4. 灰铸铁、球墨铸铁进行孕育处理目标是什么？
灰铸铁孕育处理目标：细化石墨相，减小壁厚敏感性。
球铁孕育处理目标：（1）防白口（2）有利于使石墨愈加细小均匀。
5．试比较铸铁件和铸钢件铸造工艺特点及铸造性能
铸钢件铸造工艺特点：
（1） 铸件结构设计要合理 壁厚合适均匀，圆滑过渡
（2） 要合理设计冒口
（3） 确保型砂性能 要使用优质造型材料
铸铁件铸造工艺特点：
一般灰铸铁：铁水不经任何处理，直接浇注。
孕育铸铁：浇注前铁水需要孕育处理。
球墨铸铁件：确保有足够浇注温度，还要求其浇注系统截面积比灰铸铁大。多采取半封闭或开放式浇注系统，当内浇道经冒口浇入时，可采取封闭式。对于厚大热节处，应设冒口、冷铁，以消除缩松、缩孔。另外，应严格控制型砂水分和原铁水碳、硅含量，并在球化、孕育处理后立即浇注。
灰铸铁铸造性能：流动性好，收缩性小，不易产生缩松、缩孔、裂纹、变形、气孔，壁厚敏感性大。
铸钢铸造性能：体收缩和线收缩大，流动性差，裂纹、敏感性较大。
球墨铸铁介于灰铸铁和铸钢之间。
. 6．铝合金和铜合金铸造工艺特点是什么？铸造性能？
铝合金铸造工艺特点和铸造性能：
铝硅合金处于共晶成份，铸造性能最好，可浇注薄壁复杂件。
铝铜、铝镁、铝锌合金远离共晶点，铸造性能差，合适提升浇注温度，合理安置冒口，可预防浇不到、缩孔、裂纹等缺点。
铝合金极易吸气和氧化，必需除气精炼，浇注时，通常采取开放式浇注系统和蛇形浇道避免氧化。
铜合金铸造工艺特点及铸造性能：
铸造黄铜熔点低，流动性好，可浇注薄壁复杂件，宜用细砂造型，有利于提升铸件表面质量，但轻易产生缩孔、缩松，应注意安置冒口、冷铁。
锡青铜结晶温度范围宽，呈糊状凝固，易产生缩松，对于防渗漏铸件，常采取冷铁提升致密性。
铝青铜结晶温度范围窄，易取得致密铸件，但收缩大，易产生集中缩孔，要用较大冒口进行补缩。
铜合金易氧化、吸气，常采取带过滤网底
注式浇注系统，预防金属飞溅氧化并去除浮渣。
7．何谓孕育处理、球化处理、变质处理？
孕育处理：向铁水中加入孕育剂增加铸铁结晶形核速度达成细化石墨目标。
球化处理：将球化剂加入铁水中在球化剂作用下促进石墨成为球状。
变质处理（铝硅合金变质处理）：向铝硅合金液中加入变质剂，使粗大共晶硅变成细小纤维状或层片状方法。
第四章 特种铸造
1．什么是熔模铸造？试述其工艺过程。
熔模铸造：用易熔材料制成模样，然后在模样上涂挂耐火材料，经硬化以后，再将模样排出型外，从而取得无分型面铸型。
工艺过程：蜡模制造，结壳，脱蜡，焙烧和浇注，清理。
2．金属型铸造有何优越性？金属型铸造能完全替换砂型铸造吗？为何？
金属型铸造优越性：
（1）有较高尺寸精度和较小表面粗糙度，机械加工余量小。
（2）因为金属型导热性好，冷却速度快，铸件晶粒较细，力学性能好。
（3）可实现“一型多铸”提升劳动生产率，且节省造型材料，可减轻环境污染，改善劳动条件。
不能，（1）因为金属型铸造只能生产简单件，不宜生产大型复杂薄壁件。a易产生热裂。b型能力低，产生浇不足、冷隔等缺点。
（2）金属型铸造只能生产低熔点合金，温度过高会降低模具寿命。
3．压力铸造有何优缺点？它和熔模铸造范围有何不一样？
压力铸造优点：
（1）压铸件尺寸精度高，表面质量好。
（2）能够压铸壁薄、状复杂和含有很小孔和螺纹铸件。
（3）压铸件强度和表面硬度较高。
（4）生产率高，可实现自动化生产。
缺点：因为充型速度快，型腔中气体难以排出，在压铸件皮下易产生气孔，故压铸件不能进行热处理，也不宜在高温下工作。不然，气孔中气体产生膨胀压力，可能使铸件开裂。金属液凝固快，厚壁处来不及补缩，易产生缩孔、缩松。设备投资大，铸型制造周期长，造价高，不宜小批量生产。
压力铸造可用于生产铝合金、锌合金、镁合金和铜合金等有色金属铸件。
熔模铸造关键用来生产形状复杂，精度要求较高或难以切削加工小型零件。
4．什么是离心铸造？它在圆筒型或环形铸件生产中有哪些优越性？
离心铸造：将熔融金属浇入旋转铸型中，使液体金属在离心力作用下，充满铸型并凝固成型一个铸造方法。
优越性：（1）芯即可铸出中空铸件。（2）液体金属能在铸型中形成中空自由表面，大大简化了套筒、管类铸件生产过程。
5．试述熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造特点及适用范围。
熔模铸造特点：（1）可生产形状复杂铸件及薄壁铸件。（2）铸型无分型面，铸件尺寸精度高，表面质量好。（3）工艺过程较复杂，生产周期长，铸型制造费用高，铸件不宜太大。（4）适应性广，不受合金种类批量限制。
适用范围：关键用来生产形状复杂，精度要求较高或难以切削加工小型零件。
金属型铸造特点：（1）尺寸精度高，表面光洁。 （2）铸件晶粒较细，力学性能好。
（3）生产率高，可实现“一型多铸”（4）适应性差。
适用范围：关键用于铜合金、铝合金等有色金属大批量生产。
压力铸造特点：（1）尺寸精度高，表面光洁。（2）可生产薄壁件和形状复杂铸件。（3）强度和表面硬度较高。（4）生产率高，可实现自动化生产。（5）压铸件皮下易产生气孔，不能进行热处理。
适用范围：有色合金大批量生产。
离心铸造特点：（1）作中空铸件，工艺简单。（2）表面光洁。（3）内部缺点少（4）金属利用率高。适用范围：仅适适用于管类料。

第五章 铸件结构设计和质量控制
1.简述铸件结构和铸造工艺关系。
a.铸件外形应便于取出模型（1）分型面尽可能平直（2）避免外部侧凹（3）凸台、筋条设计应便于造型
b.合理设计铸件内腔（1）简化制造工艺设计（2）便于型芯固定、排气和铸件清理
c.铸件要有结构斜度
2.举例说明铸件外形结构设计应注意哪些要求？为何？
（1）分型面尽可能平直。平直分型面可避免操作费时挖砂造型或假箱造型，同时，可使铸件毛边少，便于清理，所以，尽力避免弯曲分型面。
（2）避免外部侧凹。铸件在起模方向若侧凹，必将增加分型面数量，这不仅使造型费工，而且增加了错箱可能性，使铸件尺寸误差增大。
（3）凸台、筋条设计。 设计铸件上凸台、筋条时，应考虑便于造型。
3.举例说明铸件内腔结构设计应注意哪些要求？为何？
（1）简化制造工艺设计。在铸件设计中，尤其是设计批量很小产品时，应尽可能避免或少用型芯。如悬臂支架，假如采取中空结构，必需以悬臂型芯来形成，这种型芯需用型芯撑加固，下芯费工。改善：开式结构，省去了型芯，降低了成本。
（2）便于型芯固定，排气和铸件清理。如轴承架，其内腔采取两个型芯，其中较大呈悬臂状，须用型撑来加固。改善：使型芯为整体型芯，则型芯稳定性大为提升，且下芯简便易于排气。
4.为何要要求最小壁厚？不一样铸造合金要求一样吗？为何？
确保铸造合金流动性，避免浇不足、冷隔等缺点形成，所以要要求最小壁厚。不一样铸造合金最小壁厚不一样，因为铸造合金流动性不一样，铸件“最小壁厚”和合金种类、铸造方法和铸件尺寸等原因相关。
5.铸件壁厚如不均匀对铸件质量有哪些影响？
厚壁处形成金属集聚热节，致使厚壁处易产生缩孔、缩松等缺点，同时还会增大热应力产生变形甚至裂纹。
6.铸钢件对铸造结构有哪些要求？
（1）壁厚应尽可能均匀或设计成定向凝固方法以利冒口补缩
（2）铸件壁不能太薄，不宜设计成复杂形状铸件
（3）在壁相交处要有比灰铸铁大过渡圆角
（4）铸件微弱处多用肋加固
7.铸造方法对铸件结构影响关键表现在哪些方面？
铸件形状、铸件大小、铸件壁厚、铸件最小壁厚、拔模斜度、最小铸孔及槽。
8.判定下列零件结构是否合理，若不合理，请更正，并说明理由。
不合理，铸件壁间转角处通常应有结构圆角，铸件壁直角相交处，承载时将形成应力集中，且因结晶方向性，形成柱状晶结合脆弱面，再加上该处金属局部集聚形成热节，易产生裂纹、缩孔、缩松等缺点。
不合理，壁厚不均匀，若铸件各部分厚度差异过大，则厚壁处形成金属集聚热节，致使厚壁处易产生缩孔、缩松等缺点，同时还会增大热应力，产生变形甚至裂纹。
10.试述灰口铸铁、球墨铸铁、铸钢铸造性能特点和适宜结构。
灰口铸铁铸造性能特点：（1）流动性好，收缩小，铸造性能好，减震减磨性能好
（2）综协力学性能低，并随截面增加显著下降（3）抗压强度较高
适宜结构：薄壁（但不能过薄，以防产生白口）、形状复杂铸件。不宜用于厚大铸件，不然强度过低。
球墨铸铁铸造性能特点：（1）铸造性能比灰铸铁差（2）综协力学性能比灰铸铁高很多
适宜结构：（1）壁厚均匀（2）避免厚大截面，对一些厚大件可设计成中空均匀壁厚截面或带肋结构。
铸钢件铸造性能特点：（1）铸造性能差，减震性差（2）体收缩和线收缩大（3）流动性差，熔点高，易氧化（4）裂纹敏感性较大(5)低碳钢焊接性好(6)力学性能高
适宜结构：（1）壁厚应尽可能均匀或设计成定向凝固方法，以利补缩。（2）铸件壁不能太薄，不宜设计复杂形状铸件（3）在壁相交处要有结构圆角（4）铸件微弱处多用肋加固（5）可采取铸—焊结构
11.最小壁厚 临界壁厚
最小壁厚：确保铸造合金流动性，避免浇不到、冷隔等缺点壁厚。
临界壁厚：能够确保晶粒细小且不产生缩松、缩孔、组织粗大等缺点壁厚。