东北大学材料加工复试题背诵版

1.金属液态成形工艺的特点？举例说明这些特点。

答: ①适应性强.铸件重量从几克到数百吨，壁厚从0.5mm到1m左右，长度从几毫米到十几米；铸造方法不受零件大小、形状和结构的限制，适用于各种合金的成形；铸件材质有铁碳合金、铝合金、铜合金、镁合金、锌合金等。②尺寸精度高。铸件比锻件、焊接件的尺寸精度高，可节约大量的金属材料和机械加工工时。③成本低。铸件重量占一般机械设备的40%~80%，在金属切削机床中占70%~80%，在汽车及农业机械中占40%~70%，但成本仅占总成本的25%~30%。④废品率高，铸件内部有时出现缩孔、缩松、裂纹、偏析等缺陷，工作环境较差，劳动强度高，对周围环境污染较严重。

2.液态金属充型过程有哪些水力学特点?

答: ①多相黏性流动。金属由固态转变成液态，金属键被部分破坏，原子之间仍然保持一定的结合力，因此液态金属在流动过程中有内摩擦阻力，呈现粘性流动的水利学特点。 ②不稳定流动。充型过程中液态金属的流速、流态在不断变化。③紊流流动。雷诺数Re远大于临界雷诺数Re临，紊流不利于气体和渣子的上浮，应减少紊流程度。④在“多孔管”中流动。浇注系统及铸型的型腔都具有一定的透气性。

3.液态金属充型过程水力学计算重要性和主要依据是什么?

答：重要性：为保证充满型腔，必须合理地设计浇注系统，而浇注系统的设计则是依据水力学计算得到的奥赞公式。依据：以浇口杯液面处和内浇道出口处建立伯努利方程（能量守恒定律）。

4.奥赞公式的意义和成立条件？ 答：F内?m??t2gH均 其中F内--内浇道的截面积；m—充填铸型所需金属液的质量；?--金属液密度；t—填充

时间；?--流量系数；H均--充型过程平均静压头；

反映问题：奥赞公式为充满整个铸件的浇注系统内浇道截面积表达式。

成立条件：A.浇注系统为充满流动：封闭式浇注系统；对于开放式的型腔液面要淹过内浇道。B.浇口杯液面保持不变。C.型腔内金属液液面处压力

P腔?P杯

5.什么是液态金属充型能力,它与液态金属的流动性有什么区别与联系?

答:液态金属充满铸型的型腔,获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力称为液态金属的充型能力。区别与联系：①充型能力反映充满铸型型腔能力，流动性反映金属液流动的能力；②充型能力的主要影响因素是液体的流动性，当外界条件（浇注温度、铸型条件等）一定时，流动性好的金属液充型能力强，流动性差的金属液充型能力差。

6.说明液态金属充型过程停止流动机理是什么？

答：①纯金属或窄结晶温度范围合金，流动过程中间卡住。它们的结晶特点是在一定的温度点开始凝固，当具有一定的过热度的液态金属在管道中流动时，靠近管壁的液态金属首先达到凝固温度并开始在管壁上凝固，一般是以柱状晶从管壁向里推进，而中心的过热液态金属可以继续向前流动，而且能够全部或部分地熔化正在生长的柱状晶，当流动的液态金属的过热度散失殆尽，柱状晶一直生长到中心，液态金属因流动前端后部被堵塞而停止流动。②宽结晶温度范围合金，流动过程前端阻塞。在一定的温度范围内，液态金属前端先打到凝固温度，随着前端的固相的析出，流动阻力越来越大，在流动的前端被堵塞而停止流动。

影响因素: 合金本身性能、铸型条件、浇注工艺。措施：①合金方面：选择共晶或结晶温度范围宽的合金，提高液态金属的纯净度。②铸型方面：刷保温涂料。③浇注工艺：适当提高浇注温度，调整浇注位置，提高浇注压头。

7.金属凝固动态曲线意义是什么？

答：定义：根据凝固体断面各位置的温度与时间的关系曲线，在位置与时间的坐标图上绘制成的凝固体典型温度的连线图称为凝固动态曲线。获得：在凝固体断面间隔一定距离放置热电偶，由仪器直接记录T—t曲线，将其投影到位置—时间图中，将不同位置、不同时间达到同一温度的各点连接起来，即得凝固动态曲线。意义：根据凝固动态曲线，可以推断凝固体断面不同时刻的凝固状态和凝固区的宽窄（范围），由凝固区的宽窄可判断断面的凝固方式，不同的凝固方式对铸件组织状态和缺陷产生有直接影响。

8．金属凝固方式有哪几种，影响金属凝固动态曲线的因素是什么？

答：①逐层凝固方式。②体积凝固方式。③中间凝固方式。影响因素：①金属本身的凝固特点。凝固温度范围，即金属或合金的成分，决定固、液两相区宽度。②外界条件。凝固体断面的温度分布及随时间的变化情况。这由合金的热物理性能、铸型（或结晶器）的热物理性能及其冷却强度、凝固体尺寸和结构所决定。

对铸件凝固质量的影响：①逐层凝固方式：流动性能好，易获得健全的凝固体，液体补缩性好，凝固体组织致密，集中缩孔倾向大，热裂倾向小，气孔倾向小，应力大，宏观偏析严重。②体积凝固方式：流动性能不好，不易获得健全的凝固体，液体补缩性不好，凝固体组织不致密，集中缩孔倾向小，热裂倾向大，气孔倾向大，应力小，宏观偏析不严重。③中间凝固方式：介于两者之间。

9.砂型铸造时，铸件铸型界面存在哪些作用，这些作用对铸件质量的影响？

答：①热作用——传热、传质。在金属和砂型间有热交换、水分和气体迁移、砂型膨胀。铸件产生夹砂结疤。②机械作用——冲击、冲刷、静压力。如果砂型表层强度不够，金属液将冲坏型壁，使铸件产生表面缺陷；如果砂型整体强度不够，型壁在金属液静压力作用下发生移动，铸件产生尺寸误差缺陷（胀箱、肥大）。③化学和物理化学作用——造型材料本身、造型材料与液态金属发生化学和物理化学反应。造型材料自身的分解和化学反应，可改变界面气氛和压力，铸件产生气孔缺陷；金属液与造型材料起化学和物化反应，使铸件产生粘砂、表面成分改变、气孔等缺陷。

10.湿砂型在浇注过程金属时会发生何种现象，这些现象对砂型有何影响，对铸件质量有何影响？

答：水分迁移、砂型膨胀、产生气体、化学反应。影响：①水分迁移：在液态金属热作用下，界面处的水分向铸型内部迁移，使砂型形成干砂区（D区）、水分饱和凝固区（M区）、水分未饱和凝聚区（U区）、正常区（G区）4个区域，其中D区含水几乎为0，但强度很高；M区含水量很多，但强度很低：当M区抗压强度低时，D区易压入使型壁退让；当M区抗拉强度高时，D区易脱离进入金属液中，形成夹砂结疤。②砂型膨胀：在液态金属热作用下，砂型内外温度不同，形成了温度梯度，同时使砂型各处的热膨胀量不同，D区温度最高，热膨胀量最大，但由于铸件与砂箱阻碍作用，使砂型内部产生热应力，砂型表面会翘起或凸起，是铸件产生鼠尾、夹砂结疤、毛翅等膨胀类缺陷。③产生气体：侵入性气体，造型材料自身分解或反应生成的气体；反应性气体，造型材料与金属液发生反应生成的气体。产生的气体会使铸件产生气孔缺陷，降低铸件的性能，严重时会影响铸件质量。④化学反应：化学粘砂，金属氧化物进入砂型微孔中并与之反应。对于砂型，金属氧化物与原砂、粘土反应生成硅酸铁降低型砂中有效粘土、原砂中 的含量，使型砂耐火度和强度降低；对于铸件，改变了其成分，同时发生化学粘砂，降低其表面质量，增大清理难度，不利于机械加工。

12.湿砂型的型砂要求具备哪些工艺性能，这些性能对铸件质量有什么影响？

答：工艺性能：湿态强度、透气性、流动性、可塑性与韧性；干湿程度。对铸件质量影响： ①湿态强度：如果型砂的湿态强度过低，可能造成砂型的破损，甚至塌箱，浇注时型砂表面可能被金属液冲坏、型壁移动，使铸件产生砂眼、胀箱和跑火缺陷；如果型砂的湿态强度太高，则型砂的退让性差，易产生裂纹，溃散性也差，使铸件落砂困难。②透气性：如果砂型透气性差，会使铸件产生气孔、浇不足等缺陷，严重的会出现呛火；如果型砂透气性太好，型砂微孔的尺寸较大，铸件易产生表面粗糙和粘砂缺陷。③流动性：流动性好的型砂可形成紧实度均匀、轮廓清晰、表面光洁的型腔，造型效率高。④可塑性与韧性：可塑性好的型砂，造型、起模、修型方便，铸件表面质量好。韧性好的型砂起模性好，型砂不易损坏，型腔轮廓清晰造型效率高。⑤干湿程度：干湿程度过湿，铸件易产生夹砂结疤、气孔、胀砂和浇不足等缺陷；干湿程度过干，则易产生冲砂和砂眼缺陷；所以要有一个适宜的干湿程度。

13.什么叫型砂的最适宜水分，用紧实率判断型砂干湿程度有何优点，如何测定紧实率？

答：将紧实率控制在最适宜干湿程度下的型砂水分称为最适宜水分。优点：①紧实率对型砂的干湿程度敏感，能够真实反映型砂水分的变化，型砂水分增加，紧实率也增大。②紧实率可以反映型砂成分，型砂中泥分增加则紧实率下降。③可以反映混砂效果，混砂均匀度增加则紧实率也增加。④紧实率易于测试，将测试装置安装在混砂机上，实时调整水分加入量。

紧实率?型砂被紧实的体积×100%

型砂紧实前体积

14.原砂有哪些性能，对型砂性能有何影响？

答：性能主要包括含泥量、颗粒组成、颗粒形貌、矿物组成和需酸量。

对铸件质量的影响：①含泥量：直径小于0.022mm的颗粒所占质量份额。含泥量增多，透气性下降，易产生气孔缺陷；其他条件相同时，含泥量增多，抗压强度提高；若泥分中不含黏土矿物，含泥量增多，型砂变脆，起模性变差。②颗粒组成：包括两个概念：砂粒粗细程度和砂粒粗细分布的集中程度，砂粒越集中，热膨胀大，易产生膨胀类缺陷。③颗粒形貌：对湿砂型而言,通常选用圆形砂,有利于粘结剂更有规则和均匀的分布,使砂粒间能形成较好的粘结膜,另一方面,圆形砂流动性好,易紧实,可得到较高湿态强度和适宜的透气性. ④矿物组成:石英砂的矿物成分主要是石英,，二氧化硅含量越高，型砂的耐火度越高。⑤需酸量：需酸值是原砂中含有的与酸反应的物质表征，需酸值高，会影响树脂砂的硬化性能和终强度。

15.粘土的矿物成分，粘土矿物晶体结构的基本结构单位，膨润土的结构特点和性能。 答：成分：各类粘土矿物主要是含水铝酸盐mAl2O3·nSiOxH2O 2·高岭石：Al2O3·2SiO2·2H2O 蒙脱石：Al2O3·4SiO2·H2O·nH2O

基本结构单元：硅氧四面体、铝氧八面体。普通粘土（高岭石）：1:1型两层结构的粘土矿物，由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体组成；膨润土（蒙脱石）：2:1型三层结构的粘土矿物，由两层硅氧四面体，中间夹着一层铝氧八面体组成。膨润土吸水膨胀性大、加热体积变化大、粘结性大。纳基膨润土和钙基膨润土能提高型砂韧性和抗夹砂结疤能力，钙基膨润土还可以使型砂易混碾、流动性好、溃散性好。

16.湿砂型的型砂含有哪些成分，回用砂中为什么要加入新砂、黏土和煤粉？

答：成分：有效黏土、有效煤粉、有害成分、泥分。对型砂性能、铸件质量影响：①有效黏土：有效黏土含量过高，型砂流动性下降，砂型紧实不均匀；有效黏土含量不足，砂型强度降低，铸件易产生冲砂、夹砂结疤缺陷。②有效煤粉：有效煤粉含量主要影响防止粘砂、夹砂结疤的效果，含量太少时效果不明显。③有害成分：包括失效黏土、煤粉残焦和灰分等。降低强度、透气性，造成砂粒鲕化，导致型砂耐火度下降，粘砂倾向增大，砂型可塑性增加，夹砂结疤倾向减小。④泥分：含泥量高，型砂的透气性和耐火性下降；含水量增加，将增加铸件插上气孔和粘砂缺陷的倾向。含泥量低，表面型砂中的有效黏土和有效煤粉量少，型砂的强度下降，增加铸件插上夹砂结疤和砂眼缺陷的倾向。

砂型经过浇注，型腔的表面层受到金属液的强烈热作用，型砂成分将发生变化，如黏土和煤粉的烧损、泥分的增加等。所以回用砂中药补加一定量的新砂、黏土和煤粉，以保证型砂性能不变，也就是要控制型砂的成分。

17.酸催化剂树脂自硬砂有何特点，使用何种树脂和催化剂，如何控制自硬砂的硬化速度和硬化强度？

答：特点：①型（芯）砂常温固化，节省能源，可使用塑料模、木模；②型（芯）强度高，溃散性好；③即可造型，又能制芯；④铸件尺寸精度高，表面质量好；⑤对原砂质量要求高，树脂、固化剂价格高；⑥旧砂可再生回用，利于降低成本；⑦型砂性能对环境（温度、湿度）敏感；⑧特别适合成批、单件小批中大铸件的生产。树脂：呋喃树脂、热固性酚醛树脂。根据呋喃树脂的多少，分为无氮呋喃树脂、低氮呋喃树脂、中氮呋喃树脂和高氮呋喃树脂。催化剂：硫酸乙酯、苯磺酸、对甲苯磺酸、磷酸。合理选择催化剂，催化剂的酸性越强，树脂砂的硬化反应越快，终强度越低。

控制方法：在保证型芯起模时不损坏或变形的前提下，应尽早起模，避免增加起模难度。同时树脂自硬砂使用时间长些，起模时间短些，t3/t5越大越好，即树脂自硬砂硬化特性曲线制定工艺方案，在可使用时间内造型，起模时间处起模。采用流动性好的树脂砂，造型时可减轻劳动强度，用微振台紧实型（芯）砂或自然紧实。

18.连铸坯的凝固过程有何特点？电磁搅拌技术对连铸坯质量有什么主要影响？

答：特点：①钢液表面有保护渣，主要通过结晶器散热；②结晶器上部有渣膜（润滑膜）保护，不与钢液直接接触。结晶器下部已凝固成壳，中间有气隙；③钢坯内部有很深的液心；④铸坯断面多为向心柱状晶。电磁搅拌：电磁搅拌对连铸坯结晶器初凝固，连铸坯二冷区凝固和凝固末端均产生影响。电磁搅拌可以有效地改善铸坯的表面和内部质量，使初凝固壳趋于均匀并促进夹杂物上浮，对连铸坯表面和皮下质量有着良好的作用；同时，二冷段的电磁搅拌可有效抑制枝晶搭桥形成封闭液窝，时缩松和偏析现象消失；凝固末端的电磁搅拌可改善大方坯中心区域的V形偏析和中心缩松，提高轧制成材的综合性能。

19.连铸机的主要缺陷有哪几种类型？影响连铸坯表面和内部质量的因素是什么？有何防止措施？

答：①表面缺陷。包括裂纹、气孔、夹渣、震痕和凹陷、成分偏析；②内部缺陷。包括裂纹、气孔、夹渣、缩孔和缩松、成分偏析。表面：刚水在结晶器内形成初凝固壳的状态是决定铸坯表面质量的关键；内部：铸坯从结晶器拉出来时，在强烈的二次水冷条件下，在弯曲、矫直或辊子的压力直接影响其质量。措施：A.提高表面质量：①控制结晶器的传热，使初凝固壳均匀；②控制结晶器的震动；③使用性能好的保护渣；④优化结晶器

结构；⑤电磁搅拌。B.提高内部质量：①控制二冷段的传热，使铸坯均匀凝固，提高等轴晶率；②降低浇钢的过热度；③使用性能好的保护渣，防止钢水二次氧化和污染；④控制拉速，保证连铸机正常运行；⑤电磁搅拌。

20.金属型铸造有何优越性，为什么金属型铸造未能广泛取代砂型铸造？

答：优点：①铸件机械性能比砂型铸件高，抗蚀性能和硬度亦显著提高。这是由于铸件在凝固时冷却速度快，铸件表层结晶组织致密；②铸件的精度和表面粗糙度等级比砂型铸件高，质量和尺寸稳定；③铸件的工艺出品率高，一般可节约金属液15～3%。；④节省造型材料，减轻环境污染，改善劳动条件；⑤生产效率高，容易实现机械化和自动化；⑥金属型铸造的工序简单，使铸件产生铸造缺陷的因素减少。缺点：①金属型制造复杂，成本高；②金属型不透气，激冷能力强，容易产生铸件浇不足、铸铁件白口等缺陷；③金属型无退让性，阻碍铸件收缩；④工艺过程需要严格控制。金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度、铸件在铸型中的凝固时间及使用的涂料等，对铸件质量的影响非常敏感；⑤金属型铸造生产的铸件结构、重量、尺寸等受到限制。存在充型能力和模具寿命问题。

21.为什么用金属型生产铸铁件时常出现白口组织，该如何预防？

答：金属型激冷能力强，金属液冷却速度过快。以碳化物形式析出,而不是石墨,故形成白口。

预防：①降低冷却速度。刷涂料和保温材料、提高铸型温度；②适当提高浇注温度、提高浇注压力；③提高金属液纯净度。

22.说明快速成形技术的基本原理。快速成形技术融合了哪些现代技术和学科？

答:原理：三维模型，二维分解；二维造型，三维组合。对于一个新的概念设计或是产品原型，任何三维零件都可看成是许多二维平面沿某一坐标方向叠加而成，因此可先将CAD系统内三维实体模型离散成一系列平面几何信息，再采用粘接、熔结、聚合作用或化学反应等手段（二维造型），逐层有选择地固化液体材料（三维组合），从而快速地制作出所要求形状的零部件。融合了计算机、数控、激光和新材料技术。

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