2022-2022鑄造工藝學(xué)考題問題詳解

千里之行，始于足下讓知識(shí)帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦2022-2022鑄造工藝學(xué)考題問題詳解2022-2022學(xué)年第一學(xué)期鑄造工藝學(xué)試題（A卷）

、挑選題

1.為了消退鑄造熱應(yīng)力，在鑄造工藝上應(yīng)保證（B）

A.挨次（定向）凝固

B.同時(shí)凝固

C.內(nèi)澆口開在厚壁處

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.在各種鑄造辦法中，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.因?yàn)椋–）在結(jié)晶過程中收縮率較小，不簡(jiǎn)單產(chǎn)生縮孔、縮松以及開裂等缺陷，所以應(yīng)用較廣泛。

A.可鍛鑄鐵

B.球墨鑄鐵

C.灰鑄鐵

5.灰口鑄鐵適合于創(chuàng)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，還由于（B）

A.抗拉強(qiáng)度好

B.抗壓強(qiáng)度好

6.創(chuàng)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

8.一般車床床身澆注時(shí)，導(dǎo)軌面應(yīng)當(dāng)（B）

A.朝上

B.朝下

9.為提高合金的流淌性，生產(chǎn)中常采納的辦法（A）

A.適當(dāng)提高澆注溫度

B.加大出氣口

10.澆注溫度過高時(shí)，鑄件會(huì)產(chǎn)生（B）

A.冷隔

B.粘砂嚴(yán)峻

、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＝LM

L-

J

LJ100%；起模斜度是指

C.沖擊韌性好

C.自行車中軸

C.朝左側(cè)

C.延伸澆注時(shí)

間

C.

為了便利起模，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，

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緣由，而固態(tài)收縮收縮是鑄件產(chǎn)生變形、裂紋的根本緣由。

6.鑄鋼鑄造性能差的緣由主要是熔點(diǎn)高，流淌性差和

收縮大。

7.影響合金流淌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)是成形便利、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。

三、推斷題

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.鑄鐵的流淌性比鑄鋼的好。

錯(cuò)）5.鑄造生產(chǎn)特殊適合于創(chuàng)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納定向（挨次）凝固原則來削減或消退鑄

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.采納震擊緊實(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.因?yàn)閴毫﹁T造有質(zhì)量好、效率高、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)浮現(xiàn)水分遷移現(xiàn)象時(shí)，其傳熱、傳質(zhì)有何特征？答：1）熱通過兩種方式傳遞，一是通過溫度梯度舉行導(dǎo)熱，未被汲取的熱通過干砂區(qū)傳導(dǎo)至蒸發(fā)界面使水分汽化；二是靠蒸汽相傳遞。蒸汽的遷移依靠于蒸汽的壓力梯度。2）干砂區(qū)的外側(cè)為蒸發(fā)界面及水分凝結(jié)區(qū)，沒有溫度梯度。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，削減了金屬氧化物和造型材料舉行化學(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，從而可以削減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，這層光澤碳阻擋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)械粘砂有越發(fā)顯著的

作用。

（2）.鑄鋼件濕砂型不能加煤粉的緣由為了防止鑄件增碳，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)和澆注時(shí)，常會(huì)浮現(xiàn)那些問題？答：殼芯砂常用酚醛樹脂作粘結(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)浮現(xiàn)脫殼、起模時(shí)殼破碎、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)生的問題有：容讓性、潰散性問題，澆注時(shí)型、芯破碎，鑄件產(chǎn)生桔皮面、氣孔，皮下氣孔，鑄件表面粗糙粘砂等問題。

4.什么是分型面？挑選分型面時(shí)應(yīng)遵循什么原則？答：分型面是指兩半鑄型互相接觸的表面。

在挑選鑄型分型面時(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，并力求采納平面。

（2）應(yīng)盡量削減分型面的數(shù)量，并盡量做到惟獨(dú)一個(gè)分型面。

（3）應(yīng)盡可能削減活塊和型芯的數(shù)量，注重削減砂箱高度。

（4）盡量把鑄件的大部分或所有放在一個(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)砂芯舉行分級(jí)？生產(chǎn)上普通怎樣劃分？答：砂芯主要用來形成鑄件的內(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)歷鐵液的熱作用、機(jī)械作用都較劇烈，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)砂芯外形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：包括良好的流淌性、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)疤的主要緣由及防治措施。

答：夾砂形成的主要緣由有：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，如砂粒不能重新羅列，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)光有關(guān)。

防止措施：1）削減型砂受熱后的膨脹量以削減膨脹應(yīng)力和提高砂型強(qiáng)度，以砂型表面脫離本體而拱起。2）在工藝方面實(shí)行措施

8.一般鑄鋼用型大多采納水玻璃砂型，請(qǐng)說明鈉水玻璃砂型配方、制作辦法

及硬化機(jī)理。

答：（1）鈉水玻璃砂型的配方：目前廣泛采納的CO2-鈉水玻璃砂，大都由純凈的人造（或自然?）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），所有面砂或局部采納鎂砂，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%的一般粘土，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）制作辦法：鈉水玻璃砂可根據(jù)配方使用各種混砂機(jī)混制。混好的砂放在有蓋的容器中，或者籠罩濕的麻袋，以免砂中的水分蒸發(fā)或與空氣中的CO2

接

觸。鈉水玻璃砂流淌性好，可采納手工震實(shí)或微震緊實(shí)。（2分）（3）硬化機(jī)理：目前鑄造生產(chǎn)中常用的一些硬化辦法，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)合作用來達(dá)到硬化。（1分）a失水發(fā)生由液態(tài)到固態(tài)的改變：凡是能去除水玻璃中水分的辦法，如加熱烘干，吹熱空氣或干燥的壓縮空氣，真空脫水，微波照耀以及加入產(chǎn)生放熱反應(yīng)的化合無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，使得其水解和縮聚過程加速舉行。（2分）

五、問答題

1.闡述應(yīng)用奧贊（Osann）公式舉行鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟。

答：通常在確定鑄造計(jì)劃的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，用奧贊（Osann）公式舉行鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟如下：

1）挑選澆注系統(tǒng)類型（封閉式、開放式、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）打算直澆道的位置和高度。

普通應(yīng)使直澆道高度等于上砂箱高度，為了保證金屬液能彌漫離直澆道最遠(yuǎn)的鑄件最高部位，鑄件高點(diǎn)離澆口杯內(nèi)液面的高度必需有一最小值ＨＭ，（稱

為剩余壓力頭，ＨＭ＝Ｈ０－Ｐ）。

4）計(jì)算澆注時(shí)光并核算金屬升高速度

核算鑄件最大橫截面處的型內(nèi)金屬液升高速度。當(dāng)不滿足要求時(shí)，應(yīng)縮短澆注時(shí)光或轉(zhuǎn)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１）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)分析成因和防止方法。答：（一）鑄鋼件皮下氣孔的成因

（1）氫引起的皮下氣孔假如鋼液脫氧不好，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2[H]+FeO→H2O+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。氣泡來不及逸出時(shí)，就成為皮下氣孔。液態(tài)金屬中氫含量過高的緣由主要有：

1）液中含有少量的鋁，并發(fā)生反應(yīng)2Al+3H2O→Al2O3+6[H]

2）爐襯，鐵液包未烘干，在濕型中流淌時(shí)光過長(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，要整潔（干的和沒有鐵銹，油污等）；削減鐵液和水汽相接觸地時(shí)光和量；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)鋼液澆入樹脂砂型中時(shí)，含氮樹脂受熱快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—鑄型界面眨眼分解為初生態(tài)的[N]和[H].當(dāng)?shù)患潭冗_(dá)到臨界值時(shí),在鋼液凝固過程中,其溶解度降低,而以分子態(tài)析出,并以極小的氧化物質(zhì)點(diǎn)氣膜,極小縮孔和型,芯表面微孔氣膜生成氣泡核.氣泡在脫落和遷移過程中來不及逸出,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,可知注重排氣和削減樹脂分解的氣氛與金屬界面接觸時(shí)光;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;降低砂中樹脂的加入量,以及采納低氮.無氮呋喃樹脂等,不過樹脂砂芯,砂型表面通常均要涂敷涂料,假如涂料具有高度高溫氣密性,或呈燒結(jié)玻璃體,即使鑄鋼件采納含氮達(dá)3%甚至5%-7%的樹脂均應(yīng)當(dāng)是可行的.（2分）（二）球鐵的皮下氣孔實(shí)踐閱歷表明,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)過球化處理的鐵液澆注,鑄件中就簡(jiǎn)單浮現(xiàn)皮下氣孔,而且鐵液中假如殘留鎂量高,則皮下氣孔嚴(yán)峻.有人認(rèn)為界面上發(fā)生如下反應(yīng):Mg+H2O→MgO+2[H]↑MgS+H2O→MgO+H2S↑假如澆鑄系統(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;第二是保證鐵液平穩(wěn)地彌漫砂型型腔;提高澆注溫度以利于氣體蔓延,使鑄件表層局部含氣量降低,削減皮下氣孔發(fā)生的幾率;型砂中加入煤粉之類的附加物以增強(qiáng)鑄型中氣氛的還原性,延緩或降低界面上舉行的某些化學(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，清理便利。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)、渦流和不平息。因此，主要應(yīng)用于不易氧化的各種鑄鐵件。對(duì)簡(jiǎn)單氧化的輕合金鑄件，采納漏包澆注的鑄鋼件和巍峨的鑄鐵件，均不宜使用。

2.開放式澆注系統(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納開放式澆注系統(tǒng)，但直澆道不能呈彌漫態(tài)，以防鋼水外溢，造成事故。主要缺點(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)是簡(jiǎn)單彌漫，可削減薄壁件澆不到、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挨次凝固和冒口的補(bǔ)縮；冒口尺寸小，節(jié)省金屬；內(nèi)澆道附近受熱較輕；結(jié)構(gòu)容易，易于清除。缺點(diǎn)是易造成沖砂缺陷；金屬液下落過程中接觸空氣，浮現(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)光，內(nèi)澆道工作在非沉沒狀態(tài)，相對(duì)地說，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挨次凝固和冒口補(bǔ)縮；內(nèi)澆道附近簡(jiǎn)單過熱，導(dǎo)致縮孔、縮松和結(jié)晶粗壯等缺陷；金屬液面在升高中簡(jiǎn)單結(jié)皮，難保證高達(dá)的薄壁鑄件彌漫，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)。因?yàn)閮?nèi)澆道在分型面上開設(shè)，故極為便利，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)液面升高，自下而上地、挨次地流經(jīng)各層內(nèi)澆道。因而充型平穩(wěn)，型腔內(nèi)氣體排出順當(dāng)。充型后，上部金屬液溫度高于下部，有利于挨次凝固和冒口的補(bǔ)縮，鑄件組織致密。易避開縮孔、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)縮距離暗示圖。

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)量要求的凹凸等各種因素有關(guān)，簡(jiǎn)稱為冒口補(bǔ)縮距離。（2分）

3）（5分）

階梯形鑄鋼件冒口補(bǔ)縮距離

1-冒口2-鑄件

l1=3.5T2l2=3.5T3-T1l3=3.5T3-T1+110mm

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)要說明理

由。（注：將澆注位置及分型面的計(jì)劃畫在下圖中，在答題紙上闡述相應(yīng)的理由。）

（1）傘形齒輪毛坯ZG45

板件及桿件鑄鋼冒口的補(bǔ)縮距

離

a）板形件b）桿形件

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

傘形齒輪毛坯ZG45傘形齒輪毛坯的澆注位置和分型面的計(jì)劃如右圖所示，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。

卷筒ZG45卷筒澆注位置和分型面的計(jì)劃如左圖所示，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勻稱，無缺陷，其最優(yōu)澆注位置應(yīng)是內(nèi)、外圓柱面呈豎立狀態(tài)。

2022-2022學(xué)年其次學(xué)期鑄造工藝學(xué)試題（B卷）

、挑選題

2）卷筒ZG45

1.灰口鑄鐵適合于創(chuàng)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，還由于（B）

A.抗拉強(qiáng)度好

B.抗壓強(qiáng)度好2.為了消退鑄造熱應(yīng)力，在鑄造工藝上應(yīng)保證

（B）A.挨次（定向）凝固B.同時(shí)凝固3.創(chuàng)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

5.直澆口的主要作用是（A）

A.形成壓力頭，補(bǔ)縮

B.排氣

6.一般車床床身澆注時(shí)，導(dǎo)軌面應(yīng)當(dāng)（B）

A.朝上

B.朝下7.因?yàn)椋–）在結(jié)晶過程中收縮率較小，不簡(jiǎn)單產(chǎn)生縮孔、縮松以及開裂等

缺陷，所以應(yīng)用較廣泛。、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＝LM-LJ

100%；起模斜度是指LJ

為了便利起模，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韯澐值?，有逐層凝固、中間C.沖擊韌性好

C.內(nèi)澆口開在厚壁處

C.自行車中軸C.擋渣C.A.8.A.9．A.可鍛鑄鐵B.球墨鑄鐵

為提高合金的流淌性，生產(chǎn)中常采納的方

法（適當(dāng)提高澆注溫度B.加大出氣

口

金屬型鑄造主要適用于澆注的材料是（鑄

C.灰鑄鐵C.延伸澆注時(shí)光10.澆注溫度過高時(shí)，鑄件會(huì)產(chǎn)生

（

B）有色金屬B）粘砂嚴(yán)峻C.鑄鋼C.夾雜物

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)是成形便利、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Al2O3?2SiO2?2H2O；膨潤(rùn)土的化學(xué)式是

Al2O3?4SiO2?H2O?nH2O。它們的晶體都是

晶層羅列結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，其晶體結(jié)構(gòu)中都包含著鋁氧四周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緣由，而固態(tài)收縮收縮是鑄件產(chǎn)生變形、裂紋的根本緣由。

7.影響合金流淌性的主要因素是液態(tài)合金的化學(xué)成分。

8.鑄鋼鑄造性能差的緣由主要是熔點(diǎn)高，流淌性差和

收縮大。

三、推斷題

（×）1.鑄造熱應(yīng)力終于的結(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.鑄件上寬大的水平面澆注時(shí)應(yīng)朝下。

（×）4.鑄造生產(chǎn)特殊適合于創(chuàng)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納定向（挨次）凝固原則來削減或消退鑄造內(nèi)應(yīng)力。

（√）6.壓鑄因?yàn)槿廴诮饘偈窃诟邏合卵杆俪湫?，合金的流淌性很?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.采納震擊緊實(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，而表面光滑度較低。（×）10.金屬型鑄造主要用于外形復(fù)雜的高熔點(diǎn)難切削合金鑄件的生產(chǎn)。

四、簡(jiǎn)答題

1.說明在濕型澆注時(shí)浮現(xiàn)水分遷移現(xiàn)象傳熱、傳質(zhì)有何特征？不同砂型澆注過程中，從傳質(zhì)角度動(dòng)身，應(yīng)注重哪些問題？

1.闡述用濕型砂鑄造時(shí)浮現(xiàn)水分遷移現(xiàn)象時(shí)，其傳熱、傳質(zhì)有何特征？答：（1）濕型中浮現(xiàn)水分遷移現(xiàn)象時(shí)的傳熱、傳質(zhì)特征是：

熱通過兩種方式傳遞，一是通過溫度梯度舉行導(dǎo)熱，未被汲取的熱通過干砂區(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)界面及水分凝結(jié)區(qū)，沒有溫度梯度。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）有效地控制鑄型中浮現(xiàn)的各種傳質(zhì)現(xiàn)象以保證鑄型和鑄件的質(zhì)量。

1）注重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)浮現(xiàn)的風(fēng)干現(xiàn)象；砂型的烘干過程；澆注金屬液后濕砂型中浮現(xiàn)的水分蒸發(fā)、遷移和凝結(jié)現(xiàn)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和呋喃樹脂砂中吹入催化劑SO2在型內(nèi)的蔓延、促硬行為。（2分）

3）澆注有機(jī)粘結(jié)劑砂型（芯）時(shí)，注重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)氣體的蔓延、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)砂芯舉行分級(jí)？生產(chǎn)上普通怎樣劃分？答：砂芯主要用來形成鑄件的內(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)歷鐵液的熱作用、機(jī)械作用都較劇烈，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)砂芯外形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)。

3.何謂型砂的流淌性？常采納哪些辦法測(cè)定型砂流淌性？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)的能力稱為流淌性。常采納辦法：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，表明型砂流淌性越好。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：包括良好的流淌性、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)疤的主要緣由及防治措施。

答：夾砂形成的主要緣由有：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，如砂粒不能重新羅列，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)光有關(guān)。

防止措施：1）削減型砂受熱后的膨脹量以削減膨脹應(yīng)力和提高砂型強(qiáng)度，以砂型表面脫離本體而拱起。2）在工藝方面實(shí)行措施

6.一般鑄鋼用型大多采納水玻璃砂型，請(qǐng)說明鈉水玻璃砂型配方、制作辦法及硬化機(jī)理。

答：（1）鈉水玻璃砂型的配方：目前廣泛采納的CO2-鈉水玻璃砂，大都由純凈的人造（或自然?）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），所有面砂或局部采納鎂砂，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%的一般粘土，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）制作辦法：鈉水玻璃砂可根據(jù)配方使用各種混砂機(jī)混制?；旌玫纳胺旁谟猩w的容器中，或者籠罩濕的麻袋，以免砂中的水分蒸發(fā)或與空氣中的CO2

接

觸。鈉水玻璃砂流淌性好，可采納手工震實(shí)或微震緊實(shí)。（2分）（3）硬化機(jī)理：目前鑄造生產(chǎn)中常用的一些硬化辦法，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)合作用來達(dá)到硬化。（1分）a失水發(fā)生由液態(tài)到固態(tài)的改變：凡是能去除水玻璃中水分的辦法，如加熱烘干，吹熱空氣或干燥的壓縮空氣，真空脫水，微波照耀以及加入產(chǎn)生放熱反應(yīng)的化合無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，使得其水解和縮聚過程加速舉行。（2分）

7.侵入性氣孔與反應(yīng)性氣孔的本質(zhì)區(qū)分是什么？分析兩種氣孔的形成條件及形成過程，并提出防止措施。

答：（1）侵入性氣孔與反應(yīng)性氣孔的形成緣由不同。前者是因?yàn)樯靶停ㄐ荆┛障吨姓舭l(fā)出的氣體進(jìn)入鑄型中來不及逸出形成的較大的不圓整，梨形的氣孔；后者是因?yàn)殍T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攏，使氣泡長(zhǎng)大，壓力增大，當(dāng)氣泡長(zhǎng)到一定大小時(shí)，下部浮現(xiàn)腰或頸，最后斷開，逃離型壁進(jìn)入金屬液中。（1分）

防止措施：a削減鑄型發(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）

形成過程：（2分）

aCO形成學(xué)說：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，生成的氣體聚攏，沿阻力小，柱狀晶方向生長(zhǎng)，來不及

逸出，形成氣孔；

b氫引起學(xué)說：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，氣體聚攏來不及逸出時(shí)，形成氣孔；

c氮引起學(xué)說：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[N][H]，吸附、溶解、聚攏，打一定量時(shí)，金屬液溫度降低，氮?dú)馕龀?/p>

成為氣泡核，氣體聚攏，來不及析出時(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盡量削減有機(jī)粘結(jié)劑的使

用，或用涂料或添加劑等；c避開鑄型發(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

互相接觸的表面。在挑選鑄型分型面時(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，并力求采納平面。

（2）應(yīng)盡量削減分型面的數(shù)量，并盡量做到惟獨(dú)一個(gè)分型面。

（3）應(yīng)盡可能削減活塊和型芯的數(shù)量，注重削減砂箱高度。

（4）盡量把鑄件的大部分或所有放在一個(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)。

五、問答題

1.鑄鋼件、球鐵件較易產(chǎn)生皮下氣孔，請(qǐng)分析成因和防止方法。答：（一）鑄鋼件皮下氣孔的成因

（3）氫引起的皮下氣孔假如鋼液脫氧不好，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2[H]+FeO→H2O+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。氣泡來不及逸出時(shí)，就成為皮下氣孔。液態(tài)金屬中氫含量過高的緣由主要有：

3）液中含有少量的鋁，并發(fā)生反應(yīng)2Al+3H2O→Al2O3+6[H]

4）爐襯，鐵液包未烘干，在濕型中流淌時(shí)光過長(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，要整潔（干的和沒有鐵銹，油污等）；削減鐵液和水汽相接觸地時(shí)光和量；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)鋼液澆入樹脂砂型中時(shí)，含氮樹脂受熱快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—鑄型界面眨眼分解為初生態(tài)的[N]和[H].當(dāng)?shù)患潭冗_(dá)到臨界值時(shí),在鋼液凝固過程中,其溶解度降低,而以分子態(tài)析出,并以極小的氧化物質(zhì)點(diǎn)氣膜,極小縮孔和型,芯表面微孔氣膜生成氣泡核.氣泡在脫落和遷移過程中來不及逸出,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,可知注重排氣和削減樹脂分解的氣氛與金屬界面接觸時(shí)光;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;降低砂中樹脂的加入量,以及采納低氮.無氮呋

喃樹脂等,不過樹脂砂芯,砂型表面通常均要涂敷涂料,假如涂料具有高度高溫氣密性,或呈燒結(jié)玻璃體,即使鑄鋼件采納含氮達(dá)3%甚至5%-7%的樹脂均應(yīng)當(dāng)是可行的.（2分）（二）球鐵的皮下氣孔

實(shí)踐閱歷表明,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)過球化處理的鐵液澆注,鑄件中就簡(jiǎn)單浮現(xiàn)皮下氣孔,而且鐵液中假如殘留鎂量高,則皮下氣孔嚴(yán)峻.有人認(rèn)為界面上發(fā)生如下反應(yīng):Mg+H2O→MgO+2[H]↑MgS+H2O→MgO+H2S↑假如澆鑄系統(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;第二是保證鐵液平穩(wěn)地彌漫砂型型腔;提高澆注溫度以利于氣體蔓延,使鑄件表層局部含氣量降低,削減皮下氣孔發(fā)生的幾率;型砂中加入煤粉之類的附加物以增強(qiáng)鑄型中氣氛的還原性,延緩或降低界面上舉行的某些化學(xué)反應(yīng).（1分）

2.闡述應(yīng)用奧贊（Osann）公式舉行鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟。答：通常在確定鑄造計(jì)劃的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，用奧贊（Osann）公式舉行鑄鐵件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的步驟如下：

1）挑選澆注系統(tǒng)類型（封閉式、開放式、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）打算直澆道的位置和高度。普通應(yīng)使直澆道高度等于上砂箱高度，為了保證金屬液能彌漫離直澆道最遠(yuǎn)的鑄件最高部位，鑄件高點(diǎn)離澆口杯內(nèi)液面的高度必需有一最小值ＨＭ，（稱為剩余壓力頭，ＨＭ＝Ｈ０－Ｐ）。4）計(jì)算澆注時(shí)光并核算金屬升高速度核算鑄件最大橫截面處的型內(nèi)金屬液升高速度。當(dāng)不滿足要求時(shí)，應(yīng)縮短澆注時(shí)光或轉(zhuǎn)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１）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)要說明理

由。（注：將澆注位置及分型面的計(jì)劃畫在下圖中，在答題紙上闡述相應(yīng)的理由。）（1）傘形齒輪毛坯ZG45

傘形齒輪毛坯ZG45傘形齒輪毛坯的澆注位置和分型面的計(jì)劃如右圖所示，由