第2章材料的液態(tài)成形,思考題

1、材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院 1、鑄造具有哪些優(yōu)缺點？適用范圍如何？發(fā)展方向？ 2、金屬的鑄造性能主要包括哪些？ 3、影響液態(tài)金屬充型能力的因素有哪些？如何提高充型能力？ 4、鑄件的凝固方式有哪些？其主要的影響因素？ 5、什么金屬傾向于逐層凝固？如何改變鑄件的凝固形式？材料科學與工程學院材料科學與工程學院 6、什么是縮松和縮孔？其形成的基本條件和原因是什么？ 7、試分析鑄造合金的收縮特性對鑄件質量影響的基本規(guī)律。 8、鑄造應力是怎么產(chǎn)生的？對鑄件質量有何影響？ 9、試述鑄件產(chǎn)生變形和開裂的原因及其防止措施。 10、鑄件中的氣體和非金屬夾雜物對鑄件質量

2、有何影響？如何消除？材料科學與工程學院材料科學與工程學院 11、常用的造型材料有哪些？對其性能有何要求？ 12、什么是冒口？其作用和設計原則？ 13、常見的特種鑄造方法有哪些？各有何特點？ 14、陶瓷的液態(tài)成形方法有哪些？各有何特點？ 15、聚合物的液態(tài)成形方法有哪些？各有何特點？材料科學與工程學院材料科學與工程學院一、鑄造具有哪些優(yōu)缺點？適用范圍如何？發(fā)展方向？鑄造（鑄造（Casting）是指將熔融態(tài)的金屬（或合金）澆注于特定型是指將熔融態(tài)的金屬（或合金）澆注于特定型腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法。腔的鑄型中凝固成形的金屬材料成形方法。優(yōu)點：優(yōu)點：適應性強，工藝靈活性大；鑄件大小不受限

3、制；鑄件精度較高；成本低廉。適應性強，工藝靈活性大；鑄件大小不受限制；鑄件精度較高；成本低廉。鑄件的形狀、尺寸與零件很接近，因而減少了切削加工的工作量，可節(jié)省大量金鑄件的形狀、尺寸與零件很接近，因而減少了切削加工的工作量，可節(jié)省大量金屬材料。對原料要求不高，鑄造可直接利用成本低廉的廢機件和切屑，設備費屬材料。對原料要求不高，鑄造可直接利用成本低廉的廢機件和切屑，設備費用較低。用較低。鑄造組織的鑄造組織的晶粒比較粗大，內部常有縮孔、縮松、氣孔、砂眼等鑄造缺陷，因由鑄件的力晶粒比較粗大，內部常有縮孔、縮松、氣孔、砂眼等鑄造缺陷，因由鑄件的力學性能一般不如鍛件，多用于受力不大的場合。鑄造生產(chǎn)過程較為

4、復雜，生產(chǎn)學性能一般不如鍛件，多用于受力不大的場合。鑄造生產(chǎn)過程較為復雜，生產(chǎn)工序繁多，工藝過程較難控制，致使鑄件的廢品率較高。工序繁多，工藝過程較難控制，致使鑄件的廢品率較高。工業(yè)中常用的金屬材料，如碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、青銅、工業(yè)中常用的金屬材料，如碳素鋼、合金鋼、鑄鐵、青銅、黃銅、鋁臺金等，都可用于鑄造。鑄件可輕僅幾克，重至數(shù)百噸，壁厚可由黃銅、鋁臺金等，都可用于鑄造。鑄件可輕僅幾克，重至數(shù)百噸，壁厚可由l lmmmm到到lmlm左右。在大件生產(chǎn)中，鑄造的優(yōu)越性尤為顯著。左右。在大件生產(chǎn)中，鑄造的優(yōu)越性尤為顯著。材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院二、

5、金屬的鑄造性能主要包括哪些？材料科學與工程學院材料科學與工程學院三、影響液態(tài)金屬充型能力的因素有哪些？如何提高充型能力？影響液態(tài)金屬充型能力的因素 材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院材料科學與工程學院4、鑄件的凝固方式有哪些？其主要的影響因素？1)逐層凝固方式逐層凝固方式:固液兩相區(qū)很窄；固液兩相區(qū)很窄；2)糊狀糊狀凝固方式：在凝固過程中，整個斷面處于固液兩相區(qū)，或固液兩相區(qū)很寬；凝固方式：在凝固

6、過程中，整個斷面處于固液兩相區(qū)，或固液兩相區(qū)很寬；3)中間凝固方式：固液兩相區(qū)寬度介于兩者之間。中間凝固方式：固液兩相區(qū)寬度介于兩者之間。影響鑄件凝固方式的主要因素：影響鑄件凝固方式的主要因素：（1）合金的結晶溫度范圍，合金的結晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固。）合金的結晶溫度范圍，合金的結晶溫度范圍愈小，凝固區(qū)域愈窄，愈傾向于逐層凝固。（2）鑄件的溫度梯度：在合金結晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決與鑄件內外）鑄件的溫度梯度：在合金結晶溫度范圍已定的前提下，凝固區(qū)域的寬窄取決與鑄件內外層之間的溫度差。若鑄件內外層之間的溫度差由小變大，則其對應的凝固區(qū)由寬變窄。層之間的溫

7、度差。若鑄件內外層之間的溫度差由小變大，則其對應的凝固區(qū)由寬變窄。材料科學與工程學院材料科學與工程學院5、什么金屬傾向于逐層凝固？如何改變鑄件的凝固形式？ 一般純金屬傾向于逐層凝固，同時常見合金如灰鑄鐵、低碳鋼、工業(yè)純銅、工業(yè)純鋁、共晶鋁硅合金及某些黃銅都屬于逐層凝固的合金。 可以改變 果改變結晶時的溫度梯度，其凝固方式也可以改變。材料科學與工程學院材料科學與工程學院6、什么是縮松和縮孔？其形成的基本條件和原因是什么？材料科學與工程學院材料科學與工程學院7、試分析鑄造合金的收縮特性對鑄件質量影響的基本規(guī)律。1.合金收縮性及其對鑄件質量的影響鑄件在凝固和冷卻過程中，體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮。

8、金屬從澆注溫度冷卻到室溫要經(jīng)歷液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三個收縮階段。在液態(tài)收縮和凝固收縮階段鑄件易產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷。這兩個階段的收縮量通常用體收縮率來表示。固態(tài)收縮階段只引起鑄件外部尺寸變化，使鑄件易產(chǎn)生內應力、變形和裂紋等缺陷。其收縮量用線收縮率表示。材料科學與工程學院材料科學與工程學院8、鑄造應力是怎么產(chǎn)生的？對鑄件質量有何影響？鑄件在凝固后的冷卻過程中繼續(xù)發(fā)生固態(tài)收縮，有些合金在固態(tài)下還要發(fā)生相變而伴鑄件在凝固后的冷卻過程中繼續(xù)發(fā)生固態(tài)收縮，有些合金在固態(tài)下還要發(fā)生相變而伴有收縮或膨脹，從而引起鑄件的體積和尺寸的變化。此時，如果這種變化受到阻礙，鑄件有收縮或膨脹，從而引起鑄件的體積

9、和尺寸的變化。此時，如果這種變化受到阻礙，鑄件內將產(chǎn)生內應力，稱為內將產(chǎn)生內應力，稱為鑄造應力鑄造應力。鑄造應力鑄造應力鑄造應力按產(chǎn)生的原因不同，主要可分為熱應力、收縮應力和相變應力三種。鑄造應力按產(chǎn)生的原因不同，主要可分為熱應力、收縮應力和相變應力三種。（1）熱應力）熱應力 鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應力，稱熱應力。熱鑄件在凝固和冷卻過程中，不同部位由于不均衡的收縮而引起的應力，稱熱應力。熱應力使冷卻較慢的厚壁處受拉伸，冷卻較快的薄壁處或表面受壓縮，鑄件的壁厚差別愈大應力使冷卻較慢的厚壁處受拉伸，冷卻較快的薄壁處或表面受壓縮，鑄件的壁厚差別愈大合金的線收縮率或彈

10、性模量愈大，熱應力愈大。定向凝固時，由于鑄件各部分冷卻速度不合金的線收縮率或彈性模量愈大，熱應力愈大。定向凝固時，由于鑄件各部分冷卻速度不一致，產(chǎn)生的熱應力較大，鑄件易出現(xiàn)變形和裂紋。一致，產(chǎn)生的熱應力較大，鑄件易出現(xiàn)變形和裂紋。（2）收縮應力（機械應力）收縮應力（機械應力）鑄件在固態(tài)收縮時，因受鑄型、型芯、澆冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應力稱收縮應力。鑄件在固態(tài)收縮時，因受鑄型、型芯、澆冒口等外力的阻礙而產(chǎn)生的應力稱收縮應力。一般鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后，收縮受阻都會產(chǎn)生收縮應力。收縮應力常表現(xiàn)為拉應力。形一般鑄件冷卻到彈性狀態(tài)后，收縮受阻都會產(chǎn)生收縮應力。收縮應力常表現(xiàn)為拉應力。形成原因一經(jīng)消除（

11、如鑄件落砂或去除澆口后）收縮應力也隨之消之，因此收縮應力是一種成原因一經(jīng)消除（如鑄件落砂或去除澆口后）收縮應力也隨之消之，因此收縮應力是一種臨時應力。但在落砂前，如果鑄件的收縮應力和熱應力共同作用其瞬間應力大于鑄件的抗臨時應力。但在落砂前，如果鑄件的收縮應力和熱應力共同作用其瞬間應力大于鑄件的抗拉強度時，鑄件會產(chǎn)生裂紋。拉強度時，鑄件會產(chǎn)生裂紋。材料科學與工程學院材料科學與工程學院 3）相變應力鑄件冷卻時，如有固相相變，由于相變前后固相的比容不同，就有相變的體（線）膨脹或體（線）收縮。 固相相變過程完成，相變膨脹或收縮也就隨之結束。鑄件冷卻時，橫截面的內外層和厚薄不同之有溫度差，使得它們的固相

12、相變不同時發(fā)生，導致它們的相變膨脹（或收縮）或先或后受阻而產(chǎn)生的應力，謂之相變應力。材料科學與工程學院材料科學與工程學院9、試述鑄件產(chǎn)生變形和開裂的原因及其防止措施。變形：若冷卻到室溫的鑄件內部存在有較大的殘余應力，此時鑄件是不穩(wěn)定的，如鑄造應力超過合金的屈服強度時，則會產(chǎn)生塑性變形，彎曲或扭曲以減小或消除應力。 開裂：當鑄造應力超過材料的強度極限（或稱抗拉強度）時，鑄件產(chǎn)生裂紋。熱裂紋是鑄件在凝固末期或凝固后不久尚處于強度和塑性很低狀態(tài)下，因鑄件固態(tài)收縮受阻而引起的裂紋；冷裂紋是鑄件凝固后冷卻到彈性狀態(tài)時，因局部鑄造應力大于合金極限強度而引起的開裂。兩者防止措施相同：減小和消除鑄造應力：采取

13、安放冒口、冷鐵或調整內澆口位置等工藝措施，使鑄件各部分溫度均勻、同時凝固；提高鑄型和芯子退讓性；合理設計鑄件結構，使壁厚均勻，結構對稱等；盡量選用E和L小的材料；對鑄件進行時效熱處理可消除應力。材料科學與工程學院材料科學與工程學院10、鑄件中的氣體和非金屬夾雜物對鑄件質量有何影響？如何消除？材料科學與工程學院材料科學與工程學院11、常用的造型材料有哪些？對其性能有何要求？材料科學與工程學院材料科學與工程學院12、什么是冒口？其作用和設計原則？材料科學與工程學院材料科學與工程學院13、常見的特種鑄造方法有哪些？各有何特點？答：常見的特種鑄造方法有金屬型鑄造、熔模鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造

14、、連續(xù)鑄造和消失模鑄造等七種。1、金屬型鑄造：a.可以連續(xù)重復使用，生產(chǎn)效率高，勞動條件好，但成本高；b.鑄件精度高，表面粗糙度較低；c.金屬散熱性能好，晶粒細化，力學性能好；d.不透氣且無退讓性，易造成不足或開裂；e.適于生產(chǎn)大批量有色金屬鑄件。 2、熔模鑄造：a.鑄件尺寸精度高，表面光潔；b.可鑄造形狀復雜零件；c.工藝過程復雜，生產(chǎn)周期長，成本高；d.適于鑄造小尺寸的各類合金鑄件，特別是少切削或無切削精密鑄件。3、壓力鑄造：a.澆注時間短，易于機械化、自動化作業(yè)；b.鑄型散熱快，晶粒細化，耐磨、耐蝕性好；c.鑄件尺寸精度高，表面光潔；d.凝固速度快，排氣困難，易形成縮松和縮孔e.模具成本

15、高，鑄件尺寸受限；f.適于有色金屬薄壁復雜鑄件的大批量生產(chǎn)。材料科學與工程學院材料科學與工程學院4、低壓鑄造：a.充型壓力和速度易于控制，氣孔、夾渣較少，組織致密，力學性能好；b.無需冒口設置，金屬利用率高；c.適應性強，金屬型、砂型和熔模型均可使用；d.鑄件尺寸精度高，表面光潔；e.適用于質量要求高的鋁、鎂等有色金屬鑄件。5、離心鑄造：a.離心力改善金屬的流動性，提高了充型能力，改善了補縮條件，縮孔等缺陷減少； b.簡化了中空圓柱形鑄件的生產(chǎn)過程；c.成分偏析嚴重，尺寸難以控制；d.內表面質量較差、內孔不準確、加工余量較大；e.特別適于橫截面呈圓柱的鑄件生產(chǎn)，如套、環(huán)、管、筒、輥和葉輪等，多

16、用于黑色金屬及銅合金。6、連續(xù)鑄造：a.冷卻速度快，組織致密，機械性能好；b.工藝簡單，生產(chǎn)效率高；c.適于橫截面一定的鋼材、鋁材和鑄鐵管等鑄件的生產(chǎn)。7、消失模鑄造：a.不分型，不起模，工藝簡化，精度提高；b.能制造形狀復雜的鑄件和工藝品；c.冒口可自由設置，不易產(chǎn)生縮孔、縮松等；d.易產(chǎn)生有害氣體，鑄件易增碳，表面質量降低；e.適于生產(chǎn)起模困難，形狀復雜的鑄件，例如汽車發(fā)動機進排氣歧管、缸體等。材料科學與工程學院材料科學與工程學院14、陶瓷的液態(tài)成形方法有哪些？各有何特點？1) 流延成形特點:設備簡單,工藝穩(wěn)定,可連續(xù)操作,生產(chǎn)效率高,可實現(xiàn)高度自動化2) 粉漿澆注：以水為溶劑、粘土為粘結劑的成形方法.為得到高質量的注漿坯體,要求漿料:(1)流動性好(2)穩(wěn)定性好,不易沉淀和分層(3)含水量盡可能少,減少成形和干燥時的收縮,減少坯體的變形和開裂.以及滲透性好、脫模性好、不含氣泡等.適用于形狀復雜、大型薄壁、精度要求不高的日用和建筑陶瓷制品.3) 壓模成形：將粉狀、片狀或顆粒狀原料,放在一定溫度的模具中閉模加壓,使之在模具中熔化，充滿整個型腔而成形硬化.缺點:成形周期長,生產(chǎn)效率低,模具成本較高4) 注射成形：能生產(chǎn)形狀復雜、薄壁的陶瓷制品。材料科學與工程學院材料科學與工程學院15、聚合物的液態(tài)成形方法有哪些？各有何特點？材料科學