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1 材料加工工艺复习题 (注：复习题内容可能有漏缺，只做参考，建议先从课后习题看起，前面铸、 锻、焊的内容较长，不一定全考，选择重点复习！） 常见铸造缺陷产生的原因及防止方法 一、 浇不到 1、 特征 铸件局部有残缺、常出现在薄壁部位、离浇道最远部位或铸件上部。残缺的边角圆滑光亮不粘砂。 2、 产生原因 （ 1） 浇注温度低、浇注速度太慢或断续浇注； （ 2） 横浇道、内浇道截面积小； （ 3） 铁水成分中碳、硅含量过低； （ 4） 型砂中水分、煤粉含量过多，发气量大，或含泥量太高，透气性不良； （ 5） 上砂型高度不够 ，铁水压力不足。 3、 防止方法 （ 1） 提高浇注温度、加快浇注速度，防止断续浇注； （ 2） 加大横浇道和内浇道的截面积； （ 3） 调整炉后配料，适当提高碳、硅含量； （ 4） 铸型中加强排气，减少型砂中的煤粉，有机物加入量； （ 5） 增加上砂箱高度。 二、 未浇满 1、 特征 铸件上部残缺，直浇道中铁水的水平面与铸件的铁水水平面相平，边部略呈圆形。 2、 产生原因 （ 1） 浇包中铁水量不够； （ 2） 浇道狭小，浇注速度又过快，当铁水从浇口杯外溢时，操作者误认为铸型已经充满，停浇过早。 3、 防止方法 （ 1） 正确估计浇包中的铁水量； （ 2） 对浇道狭小的铸型，适当放慢浇注速度，保证铸型充满。 三、 损伤 1、 特征 铸件损伤断缺。 2、 产生原因 （ 1） 铸件落砂过于剧烈，或在搬运过程中铸件受到冲撞而损坏； （ 2） 滚筒清理时，铸件装料不当，铸件的薄弱部分在翻滚时被碰断； （ 3） 冒口、冒口颈截面尺寸过大；冒口颈没有做出敲断面（ 凹槽）。或敲除浇冒口的方法不正确， 使铸件本体损伤缺肉。 3、 防止方法 （ 1） 铸件在落砂清理和搬运时，注意避免各种形式的过度冲撞、振击，避免不合理的丢放； 2 （ 2） 滚筒清理 时严格按工艺规程和要求进行操作； （ 3） 修改冒口和冒口颈尺寸，做出冒口颈敲断面，正确掌握打浇冒口的方向。 四、 粘砂和表面粗糙 1、 特征 粘砂是一种铸件表面缺陷，表现为铸件表面粘附着难以清除的砂粒；如铸件经清除砂粒后出现凹 凸不平的不光滑表面，称表面粗糙。 2、 产生原因 （ 1） 砂粒太粗、砂型紧实度不够； （ 2） 型砂中水分太高，使型砂不易紧实； （ 3） 浇注速度太快、压力过大、温度过高； （ 4） 型砂中煤粉太少； （ 5） 模板烘温过高，导致表面型砂干枯；或模板烘温过低，型砂粘附在模板上。 3、 防止方法 （ 1） 在透气性足够的情况下，使用较细原砂，并适当提高型砂紧实度； （ 2） 保证型砂中稳定的有效煤粉含量； （ 3） 严格控制砂水分； （ 4） 改进浇注系统，改进浇注操作、降低浇注温度； （ 5） 控制模板烘烤温度，一般与型砂温度相等或略高。 五、 砂眼 1、 特征 在铸件内部或表面充塞有型砂的孔眼。 2、 产生原因 （ 1） 型砂表面强度不够； （ 2） 模样上无圆角或拔模斜度小导致钩砂、铸型损坏后没修理或没修理好就合箱； （ 3） 砂型在浇注前放置时间过长，风干后表面强度降低； （ 4） 铸型在合箱 时或搬运过程中损坏； （ 5） 合箱时型内浮砂未清除干净，合箱后浇口杯没盖好，碎砂掉进铸型。 3、 防止方法 （ 1） 提高型砂中粘士含量、及时补加新砂，提高型砂表面强度； （ 2） 模样光洁度要高，并合理做出拔模斜度和铸造圆角。损坏的铸型要修好后再合箱； （ 3） 缩短浇注前砂型的放置时间； （ 4） 合箱或搬运铸型时要小心，避免损坏或掉入砂型腔砂粒； （ 5） 合箱前清除型内浮砂，并盖好浇口。 六、 披缝和胀砂 1、 特征 披缝常出现在铸件分型面处，是垂直于铸件表面，且厚薄不均匀的薄片状金属突起物。 胀砂是铸 件内、外表面局部胀大，形成不规则的瘤状金属突起物。 2、 产生原因 （ 1） 紧实度不够或不匀； （ 2） 面砂强度不够、或型砂水分过高； （ 3） 液态金属压头过大、浇注速度太快。 3 3、 防止方法 （ 1） 提高铸型紧实度、避免局部过松； （ 2） 调整混砂工艺、控制水分，提高型砂强度； （ 3） 降低液态金属的压头、降低浇注速度。 七、 抬箱 1、 特征 铸件在分型面处有大面积的披缝，使铸型外形尺寸发生变化。抬箱过大，造成跑火 铁水自分 型面外溢，严重时造成浇不足缺陷。 2、 产生原因 （ 1） 砂箱未紧固、压 铁质量不够或去除压铁过早； （ 2） 浇注过快，冲击力过大； （ 3） 模板翅曲。 3、 防止方法 （ 1） 增加压铁重量，特铁水凝固后再去除压铁； （ 2） 降低浇包位置，降低浇注速度； （ 3） 修正模板。 八、 掉砂 1、 特征 铸件表面上出现的块状金属突起物，其外形与掉落的砂块很相似。在铸件其它部位，则往往出现 砂眼或残缺。 2、 产生原因 （ 1） 模样上有深而小的凹槽，同于结构特征或拔模斜度小，起模时将砂型带坏或震裂； （ 2） 紧实度不匀，铸型局部强度不足； （ 3） 合箱、搬运铸型时，不小心使铸型局部砂 块掉落。 3、 防止方法 （ 1） 模样拔模斜度要合适、表面光洁； （ 2） 铸型紧实度高且均匀； （ 3） 合箱、搬运过程中，操作小心。 九、 错型（错箱） 1、 特征 铸件的一部分与另一部分在分型面的接缝处错开，发生相对位移，使铸件外形与图纸不相符合。 2、 产生原因 （ 1） 模样制作不良，上下模没有对准或模样变形； （ 2） 砂箱或模板定位不准确，或定位销松动； （ 3） 挤压造型机上零件磨损，例如正压板下衬板、反压板轴承的磨损等； （ 4） 浇注时用的套箱变形，搬运、围箱时不注意，使上下铸型发生位移。 3、 防止方法 （ 1） 加强模板的检查和修理；定 （ 2） 经常检查砂箱、模板的定位销及销孔、并合理地安装； （ 3） 检查挤压造型机的有关零件，及时调整，磨损大的要更换； （ 4） 定期对套箱整形。脱箱后的铸型在搬运时要小心。在面浇注的砂型，应该做一排砂型围一排。 4 十、 灰口和麻点 1、 特征 铸件断口呈灰黑色或出现黑色小点，中心部位较多，边部较少，金相观察可见到片状石墨。 2、 产生原因 （ 1） 铁水化学成分不合要求，碳、硅含量过高； （ 2） 炉前孕育的铋加入浇包内过早或过迟，或是铋量不足。 3、 防止方法 （ 1） 正确选择化学成分，合理配料，使铁水中碳、硅量在规定范围内； （ 2） 增加铋的加入量并严格炉前孕育工艺。 十一、裂纹（热裂、冷裂） 1、 特征 铸件外部或内部有穿透或不穿透的裂纹。热裂时带有暗色或黑色的氧化表面断口外形曲折。冷裂是 较干净的脆性裂纹，断口较平，具有金属光泽或轻微的氧化色泽。 2、 产生原因 （ 1） 铁水中碳、硅含苞欲放量过低，含硫量过高； （ 2） 浇注温度过高； （ 3） 冒口颈过大、过短，造成局部过热严重，或重口太小，补缩不好； （ 4） 铸件在清理、运输过程中，受冲击过大。 3、 防止方法 （ 1） 控制铁水化学成分在规定的范围内； （ 2） 降低浇注温度； （ 3） 合理设计冒口系统； （ 4） 铸件在清理、运输过程中避免过度冲击。 十二、气孔 1、 特征 气孔的孔壁光滑明亮，形状有圆形、梨形和针状，孔的尺寸有大有小，产生在铸件表面或内部。 铸件内部的气孔在敲碎后或机械加工时才能被发现。 2、 产生原因 （ 1） 小炉料潮湿、锈蚀严重或带有油污，使铁水含气量太多、氧化严重； （ 2） 出铁孔、出铁槽、炉衬、浇包衬未洪干； （ 3） 浇注温度较低，使气体来不及上浮和逸出； （ 4） 炉料中含铝量较 高，易造成氢气孔； （ 5） 砂型透气性不好、型砂水分高、含煤粉或有机物较多，使浇注时产生大量气体且不易排出。 3、 防止方法 （ 1） 炉料要妥善管理，表面要清洁； （ 2） 炉缸、前炉、出铁口、出铁槽、浇包必须烘干； （ 3） 提高浇注温度； （ 4） 不使用铝量过高的废钢； （ 5） 适当降低型砂的水分、控制煤粉加入量，扎通气孔等。 十三、缩松、疏松 5 1、 特征 分散、细小的缩孔，带有树枝关结晶的称缩松，比缩松更细小的称疏松。常出现在热世部位。 2、 产生原因 （ 1） 铁水中碳、硅含量过低，收缩大； （ 2） 浇注 速度太快、浇注温度过高，使得液态收缩大； （ 3） 浇注系统、冒口设计不当，无法实现顺序凝固； （ 4） 冒口太小，补缩不充分。 3、 防止方法 （ 1） 控制铁水的化学成分在规定范围内； （ 2） 降低浇注速度和浇注温度； （ 3） 改进浇冒口系统，利用顺序凝固； （ 4） 加大冒口体积，保证充分补缩。 十四、反白口 1、 特征 铸件断口内部出现白口组织，边缘部分出现灰口。 2、 产生原因 （ 1） 碳、硅含量较高的铁水，含氢量过高； （ 2） 炉料中带入的铬等白口形成元素过多； （ 3） 元素偏析严重； 3、 防止方法 （ 1） 控制化学成分、碳、硅含量不宜过高； （ 2） 炉衬、包衬要烘干；型砂水分不宜过高； （ 3） 加强炉料管理，减少带入白口化元素。 锻造过程中常见的失效形式与防止措施 1、氧化 （ 1）钢的氧化特征 在氧化性气氛中加热时，钢与氧、二氧化碳、水蒸气、二氧化硫等发 生互相作用生成铁的氧化物，在钢材表面形成了氧化铁皮。 （ 2）影响钢氧化的因素 影响钢氧化的因素很多，主要是加热温度、加热时间、炉气成分 和钢的化学成分等。 （ 3）防止氧化的措施 减少金属 与氧的接触时间，如采用快速加热、感应加热等，以减少 金属在高温下保温停留的时间。在保护性介质中加热，常用的保护性介质有：气体介质；液体介 质，例如在玻璃液中加热，在盐浴炉中加热；固体介质，例如把金属埋在石墨粉中加热，涂抹玻璃 润滑剂加热等。采用先进加热技术，如在悬浮介质中加热（光亮加热）。 2、脱碳 （ 1）脱碳的特征 脱碳是指钢加热时表层含碳量降低的现象。 （ 2）影响钢脱碳的因素 影响钢脱碳的因素主要有钢的化学成分、加热温度、保温时间和炉 气成分等。钢的化学成分对脱碳有很大影响。 钢中含碳量愈高，脱碳倾向愈大。 （ 3）防止脱碳的措施 工件加热时，尽可能地降低加热温度及在高温下的停留时间，合理地 选择加热速度，以缩短加热的总时间。控制加热气氛，使之呈现中性或采用保护性气体加热，在脱氧 良好的盐浴炉中加热，要比普通箱式炉中加热的脱碳倾向小。热压力加工过程中，如果生产中断，应 降低炉温，如停顿时间很长，则应将坯料从炉内取出或随炉降温。进行冷变形成形时，尽可能减少中 间退火次数及降低中间退火温度。高温加热时。钢的表面用覆盖物或涂料进行保护，以防止氧化与脱 碳。 6 3、折叠 （ 1） 折叠的特征 折叠与周围金属的流线方向一致；折叠尾端一般成小圆角。有时，折叠之前 先有折皱，这时折叠尾端一般呈枝杈形；折叠两侧有较重的氧化、脱碳现象。 （ 2）折叠的类型和形成原因 各种锻件的折叠形式和位置一般是有规律的，折叠的类型和形成 原因有以下几种：由两股（或多股） 金属 对流汇合而形成折叠；由一股金属的急速大量流动将邻近部 分的表层金属带着流动，两者汇合而形成折叠；由于变形金属发生弯曲、回流而形成折叠；部分金属 局部变形，被压入另一部分 金属内形成折叠。 （ 3）防止折叠的措施 合理选择毛坯尺寸；清除毛坯上毛刺和氧化皮；提高模具光洁度；增大 模具圆角半径；加强润滑；注意锻造时的送进量和操作方法等。 4、裂纹 （ 1）裂纹的特征 裂纹一般与流线成一定的夹角，尾部是尖的 。 具有裂纹的锻件加热后，裂纹 附近有严重脱碳现象，冷却裂纹则没有这种现象。由于冷校正及冷切边引起的裂纹。在裂纹周围有滑 移带等冷变形痕迹。 （ 2）裂纹形成的原因分析 材料的断裂一般有两种形式：一种是断裂面平行于最大切应力或最 大切应变方向的切断，另一种是断裂面垂直于最大正应 力或最大正应变方向的正断。 锻造生产中，除了由模具给工件施加压力外。还有由于变形不均匀引起的附加应力、温度不均匀 引起的热应力和因组织转变不同时进行而产生的组织应力，这些都可以使锻件产生裂纹。 （ 3）防止裂纹产生的措施 1）变形时尽量减小拉应力。三向等压应力不仅不会使裂纹扩展，而且微小未被氧化的裂纹 在高的三向压应力作用下被锻合。低塑性材料采用反推力挤压及带套筒镦粗可防止开裂。挤压和拔长 时减小附加应力，是防止开裂的非常有效的措施。 2）选择合适的变形温度。变形 温度低，冷变形硬化严重，塑性下降；变形温度过高，则易 引起过热与过烧。 3）控制应变速度。应变速度对低塑性材料有很大的影响，应根据具体材料选用合适的锻造 设备，以控制变形速度。 4）中间退火。冷变形程度过大，往往引起锻件开裂，经过中间退火，可以消除硬化和变形 引起的部分缺陷。 5）提高材料的塑性。材料晶界上出现低熔点物质和脆性化合物，在锻造时易引起开裂，应 尽量避免这些缺陷。 5、锻件其他常见的失效形式 锻造生产中，锻件其他常见的失效形式见表。 锻件其他常见的失 效形式 失效种类 主要特征 产生的原因及影响 过热 一般指金属由于加热温度过高引起粗 大晶粒的现象。 加热温度过高或在规定的锻造与 热处理温度范围内停留时间太长引 起的 过热组织由于 晶粒 粗大，将使力学 性能降低，尤其是冲击性能 过烧 过烧严重的金属，镦粗时轻轻一击就 开裂，拔长时在过烧处出现横向裂口 过烧部位的晶粒特别粗大。裂纹间的 表面呈浅灰蓝色。过烧的铝合金锻件， 表面呈黑色或暗黑色，并且表面形成鸡 皮状气泡。从组织上看，一般以晶界出 现氧化 和熔化现象为特征 加热温度过高或高温加热时间过 长引起的。炉中的氧及金属晶粒间的 空隙，并与铁、硫、碳等氧化，形成 了易熔相，破坏晶粒间的联系 7 铜脆 锻造时锻件表面龟裂。高倍显微镜下 观察时，有淡黄色的铜（或铜的固溶体） 沿晶界分布 炉内残余氧化铜屑，加热时氧化铜 还原为自由铜，铜在高温下沿奥氏体 晶界扩展，削弱了晶粒间的联系。另 外，当钢中含铜量 0.2%时，在氧化 性气氛中加热，在氧化皮下形成富铜 层，也引起铜脆 大晶粒 锻件在低倍显微镜下观察，晶粒粗大 始锻温度过高和变形程度不足；终 锻温度过高；变形程度落入临界变形 区 ；铝合金变形程度 过大，形成织 构；高温合金变形温度过低，形成混 合变形组织等，均能形成粗大晶粒 粗晶使锻件的塑性、韧性降低，疲 劳性能明显下降 晶粒不均匀 锻件某些部位的晶粒特别粗大，某些 部位却较小，形成整个锻件内部晶粒大 小不均 耐热钢及高温合金对晶粒不均匀特别 敏感 变形不均匀使晶粒破碎不一或局 部区域变形程度落入临界变形区，高 温合金局部加工硬化，淬火加热时局 部晶粒粗大 晶粒不均匀使锻件的持久性能、疲 劳性能等明显下降 冷硬现象 热锻后锻件内部仍保留冷变形组织， 锻件强度和硬度比正常的热锻高，但塑 性和韧性 下降 变形时温度偏低或变形速度过快 以及锻后冷却速度过快，再结晶引起 的软化跟不上变形引起的强化，从而 出现热加工后的冷硬现象 脱碳层堆积 锻件 上局部地方出现脱碳层堆积，该 处硬度低于正常组织的硬度 这种缺陷是由于锻造工艺不当引 起的。 龟裂 锻件表面出现较浅的龟状裂纹 原材料含 Cu、 Sn等易熔元素量过 多；高温长时间加热时，钢表面铜析 出、表面晶粒粗大、脱碳，或经多次 加热的表面；加热时，燃料中含硫量 过高，造成锻件表面增硫；锻件成 形 中受拉应力的表面（例如，未充满的 凸出部分或受弯曲的部分）最容易产 生这种缺陷 穿流 穿流是流线分布不当的一种形式。在 穿流区，原先成一定角度分布的流线汇 合在一起。穿流区内、外晶粒大小常常 相关较悬殊 穿流产生的原因与折叠相似，它是 由两股金属或一股金属带着另一股 金属汇流而形成的，但穿流部分的金 属仍是一整体。穿流使锻件的力学性 能降低，尤其当穿流带两侧晶粒相差 较悬殊时，性能降低较明显 锻件流线分布不 当 锻件上发生流线切断、回流、涡流等 流线紊乱现象 模具设计不当或锻造方法选择不 合理，预先毛坯流线紊乱；操 作不当 及模具磨损使金属产生不均匀流动 焊接的主要缺陷 未焊透： 母体金属接头处中间（ X 坡口）或根部（ V、 U 坡口）的钝边未完全熔合在一起而留下的 局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接 8 件承受载荷时容易导致开裂。 造成未焊透的主要原因是：对口间隙过小、坡口角度偏小、钝边厚、焊接线能量小、焊接速度快、 焊接操作手法不当。 防治措施： 对口间隙严格执行标准要求，最好间隙不小于 2 。 对口坡口 角度，按照壁厚和 DL/T869-2004火力发电厂焊接技术规程的要求，或者按照 图纸的设计要求。一般壁厚小于 20 的焊口采用 V 型坡口，单边角度不小于 30，不小于 20 的 焊口采用双 V 型或 U 型等综合性坡口。 钝边厚度一般在 1 左右，如果钝边过厚，采用机械打磨的方式修整，对于单 V 型坡口， 可不留钝边。 根据自己的操作技能，选择合适的线能量、焊接速度和操作手法。 使用短弧焊接，以增加熔透能力。 (二 )裂纹 特征： 裂纹端部形状尖锐，应力集中严重，对承受交变和冲击载荷、静拉力影响较大，是焊缝中最 危 险的缺陷。 按其产生的原因可分冷裂纹、热裂纹和再热裂纹等。 (冷裂纹 )指在 200以下产生的裂纹，它与氢有密切关系，其产生的主要原因是： 1、对大厚工 件选用预热温度和焊后缓冷措施不合适。 2、焊材选用不合适。 3、焊接接头刚性大、工艺不合理 4、焊缝及其附近产生硬脆组织。 5、焊接规范选择不当。 (热裂纹 )指在 300以上产生的裂纹 (主要是凝固裂纹 )，其产生的主要原因是： 1、成份的影响。 焊接纯奥氏体钢、某些高镍合金钢和有色金属时易出现。 2、焊缝中含有较多的硫等有害杂质元 素。 3、焊接条件及接头状选择不当。 (再热裂纹 )即消除应力退火裂纹。指在高强度钢的焊接区，由于焊后热处理或在高温下使用，在热 影响区产生的晶界裂纹，其产生的主要原因是： 1、消除应力退火的热处理条件不当。 2、合金成分的影响。如铬、钼、钒、铌、硼等元素具有增大再热裂纹的倾向。 3、焊材、焊接 规范选择不当。 4、结构设计不合理造成大的应力集中。 防止焊接裂纹产生的措施 ： (1)严格控制器材和焊材中有害杂质的含量 (2)对因线膨胀系数大易产生焊接热裂纹的材料，焊接时采用小规范不摆动焊接，减少热量输入 (3)采用低氢、超低氢焊接材料或工艺措施，降低焊缝氢量，必要的焊后马上进行消氢处理 (4) 焊前对待焊处及两恻进行认真清理，焊接时对熔池采取良好的保护措施 (5)对易淬火钢和钢性大的构件，焊前预热，焊时保温，焊后暖冷，必要的采取焊后消除焊接残余应 力的相应处理 (三 )气孔 特征： 在焊接过程中，因气体来不及及时逸出而在焊缝金属内部或表面所形成的空穴。 其产生的原因是： 1、焊条、焊剂烘干不够。 2、焊接工艺不够稳定，电弧电压偏高，电弧过长，焊速过快和电流过 小。 3、填充金属和母材表面油、锈等未清除干净。 4、未采用后退法熔化引弧点。 5、预热温 度过低。 6、未将引弧和熄弧的位置错开 7、焊接区保护不良，熔他面积过大。 8、交流电源易出现 气孔，直流反接的气孔倾向最小。 预防措施： 母材、焊丝按照要求清理干净。 焊条按照要求烘培。 防风措施严格，无穿堂风等。 选用合适的焊接线能量参数，焊接速度不能过快，电弧 不能过长，正确掌握起弧、运 9 条、息弧等操作要领。 氩弧焊时保护气流流量合适，氩气纯度符合要求。 (四 )偏析： 在焊接时因金属熔化区域小、冷却快，容易造成焊缝金属化学成分分布不均匀，从而形成 偏析缺陷，多为条状或线状并沿焊缝轴向分布。 (五 )咬边与烧穿： 这类缺陷属于焊缝的外部缺陷。当母体金属熔化过度时造成的穿透（穿孔）即为烧 穿。在母体与焊缝熔合线附近因为熔化过强也会造成熔敷金属与母体金属的过渡区形成凹陷，即是咬 边。 根据咬边处于焊缝的上下面，可分为外咬边（在坡口开口大的一面）和内咬边 （在坡口底部一面）。 咬边也可以说是沿焊缝边缘低于母材表面的凹槽状缺陷。 (六 )未熔合： 固体金属与填充金属之间（焊道与母材之间），或者填充金属之间（多道焊时的焊道之 间或焊层之间）局部未完全熔化结合，或者在点焊（电阻焊）时母材与母材之间未完全熔合在一起， 有时也常伴有夹渣存在。 原因分析：造成未熔合的主要原因是焊接线能量小，焊接速度快或操作手法不恰当。 防治措施： 适当加大焊接电流，提高焊接线能量； 焊接速度适当，不能过快； 熟练操作技能，焊条（枪）角度正确。 (七 )夹渣与夹杂物： 熔化焊 接时的冶金反应产物，例如非金属杂质（氧化物、硫化物等）以及熔渣， 由于焊接时未能逸出，或者多道焊接时清渣不干净，以至残留在焊缝金属内，称为夹渣或夹杂物。视 其形态可分为点状和条状，其外形通常是不规则的，其位置可能在焊缝与母材交界处，也可能存在于 焊缝内。另外，在采用钨极氩弧焊打底 +手工电弧焊或者钨极氩弧焊时，钨极崩落的碎屑留在焊缝内 则成为高密度夹杂物（俗称夹钨）。 原因分析： 焊件清理不干净、多层多道焊层间药皮清理不干净、焊接过程中药皮脱落在熔池中 等； 电弧过长、焊接角度部队、焊层过厚、焊接线能量小、 焊速快等，导致熔池中熔化 的杂质未浮出而熔池凝固。 防治措施： 焊件焊缝破口周围 10 15 表面范围内打磨清理干净，直至发出金属光泽； 多层多道焊时，层间药皮清理干净； 焊条按照要求烘培，不使用偏芯、受潮等不合格焊条； 尽量使用短弧焊接，选择合适的电流参数； 焊接速度合适，不能过快。 课后习题 1.什么是合金的流动性？什么是液态合金的充型能力？二者有何区别和联系？ 答： 液态金属的流动性指液态金属本身的流动能力，与金属成分，温度杂质含量及物理性质有关。 充型能力是指 液态金属充满型腔而获得的结构完整轮廓清晰的能力，与液态金属自身性能和金 属种类及铸型等有关 液态金属的浇动性是通过浇注流动 的方法衡量的，以式样的长度或某处的厚薄程度表示其流动 性；而充型能力的影响影响因素很多，故用流动性表示其充型能力，因此液态金属的流动性可以认为 10 是确定条件下的充型能力。 2.铸造合金的收缩可分为那三个阶段？缩孔、缩松、铸造应力及铸件变形各在哪 个收缩阶段内形成？他们对铸件的质量各有何影响？ 答 ;液态收缩、凝固收缩、固态收缩 ; 缩孔、缩松主要是液态收缩和凝固收缩阶段中形成；缩孔和缩松在铸件凝固 时形成一些孔洞， 降低了铸件的力学性能和气密性，严重时可能使铸件成为废品；铸造应力、变形发生在固态收缩阶段， 随着温度的降低就睡在铸件内产生应力，引起变形或开裂。 3.什么是偏析？如何防止和消除晶内偏析？ 答： 铸件中出现化学成分不均匀的现象叫做偏析。为了防止和消除晶内偏析，在生产中常采用缓 慢冷却或孕育处理的方法。消除：若偏析已经产生。则可采用扩散退火的将其消除。 4.哪类铸造铝合金应用最为广泛？为什么铝合金 容易产生“针孔”缺陷？该如何 防止？ 答： 铸造铝硅合金应用最广泛；铝合金在熔炼和浇注时，会吸入大量的氢气，由液态转 变成固态 时，当氢的含量超过了其溶解度时即以气泡的形式析出。但是被铝液表面形成的三氧化二铝薄膜阻碍， 就会在凝固过程中形成细小、分散的气孔，即通常所说的针孔。防止：对铝合金液体惊醒精炼处理， 提高合金化学能力。 5.塑性变形的机理是什么 ?提高金属的塑性最常用的措施是什么 ? 答： （ 1）对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力作用产生相对滑移，或晶体的部分晶 格相对于某晶面沿一定方向发生切变。多晶体的塑性变形可视为多个单晶体塑性变形的综合效应 ,既 包含各个单晶体的塑性变形 ,又伴随晶粒之间的滑移和转动另外晶粒大小 ,均匀程度 及杂质等都对多晶 体的塑性变形产生影响。 （ 2）选用纯金属和低碳钢；使金属组织为固溶体；提高金属塑性变形温度； 使金属在三向受压条件下变形 6.金属材料的流线组织是怎样形成的？它的存在有何利弊？ 答： （ 1）金属材料在热塑性变形加工（轧制、锻造）时，随工件外形的变化，其内部粗大枝晶 及各种夹杂物沿着最大主变形方向被拉长，使他们变成为条带状、线状，宏观上呈现一条条细线，这 个就是热加工流线。流线的存在使材料具有各向异性。（ 2）它使材料顺纤维方向的强度、塑性和韧 性增加，垂直纤维方向的同类性能下降，力学性能出现各向异性。 7.冷轧钢板与热轧钢板相比有什么优缺点？ 答： （ 1）冷板采用冷扎加工表面无氧化皮，质量好。热轧钢板采用热扎加工表面有氧化皮，板 厚有下差。（ 2）热轧钢板韧性和表面平整性差，价格较低，而冷轧板的伸展性好，有韧性，但是价 格较贵。（ 3）不电镀的热扎钢板表面成黑褐色，不电镀的冷扎板表面是灰色，电镀后可从表面的光 滑程度来区分，冷扎板的光滑度高于热扎钢板（ 4）冷轧板硬度高，加工相对困难些，但是不易变形， 强度较高 8.拉伸件常见的缺陷是什么？主要造成原因是什么？ 答： （ 1）裂纹和破裂 产生的原因主要是由于局部毛坯受到的拉应力超 过了强度极限所致（ 2） 皱纹和折纹 产生的原因主要因为局部毛坯受压引起失稳和材料流向不均引起局部材料堆积而产生 皱纹（ 3）拉伸件内径偏大 凹模磨损，顶出力过大，料厚过小（ 4）棱线不清 压力机的压力不够； 冲模的导向不好；工作部分间隙不均匀，或凸模及凹模安装不正确（ 5）刚性差 压料面的进料阻力 11 太小，材料塑性变形不够引起的。（ 6）表面划痕 凹模圆角部分光洁度不够；由于脏物落入凹模中 或拉深油不干净；如果压料面是由镶块组成的，则由于镶块结合不好；由于工艺补充部分过小，通过 凹模口的划痕没有被切去（ 7）表面粗糙和 滑移线 表面粗糙的缺陷是材料本身晶粒度过大引起的。 （ 8）拉伸件口部起皱 顶出力不足；液压机油温过高；液压机漏油原材料本身有波纹（ 9）拉伸件拉 伤 模具拉伤拉；伸油中有杂质；压边力太大；拉伸面不平（ 10）拉伸内径小 顶出力不足；液压机油 温过高；液压机漏油料厚过大（ 11）拉伸件外观有磕伤 碰伤等 零件在取放中存在磕碰；零件在周 转中造成磕碰 9.焊接冶金过程的特点是什么？焊条的药皮和焊剂在反应过程中起什么作用？ 答： 电弧的温度高；反应时间短，即熔池存在时间短；熔池体积小，而反应接触面大；熔池反应 是运动的 ，焊接时熔池不断移动参加反应的物质不断改变使得焊接冶金反应更加复杂 。 药皮在焊接过程中造气，起保护作用，防止空气进入焊缝；冶金作用如脱氧、脱硫、脱磷和渗合金等； 并具有稳弧、脱渣等作用，以保证焊条具有良好的工艺性能，形成美观的焊缝。焊剂可以去除焊接面 的氧化物，降低焊料熔点和表面张力，尽快达到钎焊温度。保护焊缝金属在液态时不受周围大气中有 害气体影响。使液态钎料有合适流动速度以填满钎缝。 10.焊条电弧焊的特点是什么？ 答： 1.工艺灵活，适应性强 2.应用范围广 3.易于分散焊接应力和控制焊接变形 4.设备简单， 成本较低 5.焊接生产率低，劳动强度大 6.焊缝质量依赖性强。 11.焊接熔池过程的特点是什么？在结晶过程中会产生哪些焊接缺陷，如何防止焊 接缺陷？磷和硫在焊接过程中会带来哪些问题？ 答： 特点：熔池中冶金反应不充分，化学成分有较大的不均匀性。 缺陷有：结晶裂纹（凝固裂纹），气孔，夹渣，偏析 . 磷和硫在质量分数超过 0.04%时，极易产生裂纹。硫以硫化铁和锰化铁的形式存在，其中硫化铁在熔 池结晶时，易发生偏析，呈片状或链状存在于晶体中。磷以磷化二铁，磷化三铁的形式存在，形成低 熔点的共晶产物，他们分布于晶界上，减 弱晶粒之间的结合力，本身硬而脆，增加焊缝金属的冷脆性， 容易引起焊缝的热裂纹和冷裂纹。 12.焊接裂纹产生的机理是什么？如何防止裂纹的产生？ 答： 焊接裂纹，按照产生的机理可分为：冷裂纹、热裂纹、再热裂纹和层状撕裂裂纹几大类。 冷裂纹： 冷裂纹是在焊接过程中或焊后，在较低的温度下，大约在钢的马氏体转变温度（即 Ms 点） 附近，或 300200以下（或 T 0.5Tm， Tm 为以绝对温度表示的熔点温度）的温度区间产生的 热裂纹：热裂纹是在高温下产生的，从凝固温度范围至 A3 以上温度，热裂纹都是沿奥氏体晶界开裂， 呈锯齿状。 再热裂纹：再热裂纹是指一些含有钒、铬、钼、硼等合金元素的低合金高强度钢、耐热钢的焊接接头， 再加热过程中，发生在热影响区的粗晶区，沿原奥氏体晶界开裂的裂纹。 层状撕裂：主要是由于钢板内存在着分层（沿轧制方向）的夹杂物（特别是硫化物），在焊接时产生 的垂直于轧制方向（板厚方向）的拉伸应力作用下，在钢板中热影响区或稍远的地方，产生“台阶” 12 式，与母材轧制表面平行的层状开裂。 防止措施：选用合适的母材，加工工艺方面；焊条焊前烘干，去油除污，焊件加热到合适的温度。焊 去应力。 13.分析热影响区的组织和性能。 答： 热影响区 分四个区域： 1.过热区：具有过热组织或晶粒显著增大的区域，组织为奥氏体晶粒，因其温度过高，奥氏体晶粒急 剧增大，其塑形明显下降，冲击韧度下降 20%-30%，对于易淬火钢，此区脆性更大。是热影响区中 性能最差的区域。 2.细晶区：组织为正火组织，此区力学性能优于母材。 3.不完全重结晶区：此区珠光体已转变为奥氏体，部分铁素体溶入奥氏体，尚未溶入奥氏体的铁素体 晶粒不断长大。空冷时，奥氏体又析出较细的铁素体，到 Ar1 线时，残余奥氏体直接转变为共析组织 珠光体，为溶入奥氏体的铁素体晶粒保持下来。该区金相组织不均匀，力学性能较差。 4.再结晶区：焊前经过冷变形加工的工件，由于母材有晶格畸形及碎晶组织，当加热到此温度区时， 就会产生回复及再结晶而细化。其力学性能提高，焊前未冷加工的焊件不存在再结晶区。 14.分析焊接应力产生产生的原因及应力的类型。 答：焊件的局部加热和冷却，使得焊缝区的金属加热时的热膨胀量及冷却时的收缩量都大，并受两侧 金属所制约。当受热膨胀不能自由伸长而被塑形压缩，向厚度方向展宽；冷却时同样不能自由缩短， 由于焊件各部分收缩不一致必然导致焊缝区乃至整个焊件产生应力和变形，这种焊接构件由焊接而产 生的内应力成为焊接应力；焊后残余在 焊件内的焊接应力成为焊接残余应力 。