习题三
1． 可采用哪些措施获得并细化等轴晶？ 1） 2） 3）
2． 分析缩孔、缩松的形成原因和条件。
铸件冷却凝固时，由于温度降低和液-固相变，合金的液态收缩与凝固收缩大于固态收缩，往往在最后凝固的部位出现孔洞，容积大而且集中的为孔洞；细小而且分散的孔洞为缩松，称缩孔，
缩孔——结晶温度范围窄，逐层凝固的合金 缩松——结晶温度范围宽，糊状凝固的合金
3． 阐述灰铸铁件和球墨铸铁缩松的倾向性，二者为何具有“自补缩”的性质？ 二者的共同特点，奥氏体枝晶迅速布满铸件断面，铸件长期处于凝固状态；且奥氏体枝晶具有很强连成骨架的能力，使补缩难以进行。所以，两种铸铁都有产生缩松的可能性。
灰铸铁，石墨为片状，枝晶尖端与液体接触，长速快。石墨长大时体积膨胀大部分作用在枝晶间的液体上，迫使液体通过枝晶间的管道填充枝晶间、由于液态收缩和凝固收缩形成的细小孔洞，可降低灰铸铁缩松的严重程度。即灰铸铁的“自补缩”能力。灰铸铁件一般不需要冒口。
球墨铸铁，石墨为球状，四周为奥氏体外壳，石墨通过碳原子的扩散长大。当共晶团长大到相互接触后，石墨的膨胀力只有一小部分作用在液体上，大部分作用在相邻的共晶团或奥氏体枝晶上，趋向把他们挤开。如铸性刚度不够，膨胀力将迫使型壁外移，铸件膨胀，共晶团间隙扩大，铸件断面布满显微缩松。如铸型刚度足够，石墨的膨胀力反传回铸件，有可能将缩松压合。这是的球铁也可看作是具有“自补缩”能力。
减小G/R，加大成分过冷，促进内生生核； 孕育处理、变质处理，增加晶核数目，细化晶粒；
促进液相流动、加强搅拌，促使枝晶熔断和晶粒增殖，增加游离晶数目。
4． 为什么时效处理后铸件内的应力可以得到缓解？
如铸件存在残余应力，必然使晶格产生畸变，畸变晶格上的原子势能较高，极不稳定。铸件经时效处理，由于受到温度变化或振动等作用，原子有足够的时间和条件不断发生能量交换，能量趋于均衡。畸变的晶格得以恢复，铸件变形，应力可被减弱或消除。
5． 裂纹的种类？如何区分？ 裂纹：热裂、冷裂
区分时可根据裂纹的断口的颜色，或裂纹走向、分叉程度等进行判断。
6． 砂型铸造T形梁，尺寸如下图示，从厚部浇入金属。分析冷却过程铸件内部应力的状况，形成原因。冷却至室温后是否有残余应力？如有，方向如何？是否会形成变形，如何变形？
由于冷却速度不同引起的应力 - 热应力；厚15mm的薄区先凝固，冷却快，收缩受上面厚部阻碍，薄受拉，厚受压；继续冷却到较低温度，厚部冷却快，薄受压，厚受拉；
残余应力：薄受压，厚受拉； 变形：两边上翘。
8.生产下左图示箱形灰铸铁机床铸件。出现贯穿箱体的裂纹缺陷，局部的裂纹形貌如下右图箭头示。判断缺陷类型，说明原因。
a）裂纹分析：从照片无法判断断口氧化情况。但是，裂纹比较直而且规则，外形呈连续直线和圆滑曲线状。铸件壁被整齐地贯穿拉断，断口干净。根据这些特征，判断为冷裂。
b）冷裂形成条件及机理：当铸件冷却到较低温度时，铸造应力超过合金的强度极限而产生。形成铸造应力的原因可以是机械阻碍收缩、热应力和相变应力。
9.使用含氮树脂砂生产铸钢件，退火后，在靠近冒口的铸件表面出现深浅不同的垂直小孔，内表光滑，在断面上形态如下图示。判断缺陷类型，说明形成这类缺陷通常要具备的条件及形成机理。
a）铸件退火和表面清理后，表面氧化层脱落，暴露出图示小孔洞，这是典型的反应性气孔缺陷，又被称作皮下气孔。
b）皮下气孔孔是一种反应性气孔。在高温金属液作用下，在金属液-铸型界面处产生化学反应，产生气体。反应产物会以原子状态溶解到液体金属中。造成铸件表层气体浓度增高。当表层凝固，激冷晶粒生长成微小的柱状晶，溶质再分配导致在凝固前沿溶质富集，在微缩孔和氧化物表面形成气泡，晶周的小气孔随着也长成细长条状。
10.生产下右图示铸钢套筒铸件。在筒壁出现裂纹缺陷，如下左图示。判断缺陷类型，说明形成这类缺陷通常要具备的条件及形成机理。
则，分叉，外形呈撕裂特征。根据这些特征，初步判断为热裂。
a）裂纹分析：从照片无法判断断口氧化情况。但是，裂纹外观形状曲折而不规
b）热裂形成条件及机理：当铸件接近固相线，凝固即将结束，晶界上可能还有少量液相存在时，合金呈脆性，强度和塑性都很低。如果这时铸造应力超过合金的强度极限，极易开裂。铸件收缩受阻可以形成应力；铸件壁厚差异过大，先凝固的薄壁收缩，可以使厚壁受拉而开裂。
11.支座铸件已设计下列两个铸造工艺方案。问：1)各工艺方案是按什么凝固顺序原则设计的？2)各有什么优点和缺点？
1）上左图方案按顺序凝固原则设计工艺。金属从厚壁处经过冒口浇入，在最后充填区的热节（厚壁处）设置冷铁。整个铸件从左至右温度逐渐升高。如果冒口设计正确，这种工艺保证铸件内部致密，但工艺出品率低（浇冒口重量大）。铸件内部温差大，导致内应力会加大，裂纹倾向大。
2) 上右图方案按同时凝固原则设计工艺。不设冒口。金属从薄壁处浇入，最后充填厚壁处，并在该处设置冷铁。力图使整个铸件温度均匀。这种工艺浇冒口重量小，工艺出品率高。将缩孔留在铸件内部。铸件内部温差小，因而内应力小，裂纹倾向小。
3)假设铸件材质为Cu-5%Al，要求致密，应当选用那个方案？
4)假设铸件材质为Cu-10%Sn，铸件不要求渗漏检查，选用那个方案？说明理由。
3）Cu-5%Al凝固温度区间窄，倾向逐层凝固，形成集中缩孔。应当选用上左图方案，按顺序凝固原则设计工艺。
4）Cu-10%Sn凝固温度区间宽，倾向糊状凝固，形成分散缩孔。此铸件要求不高，不做渗漏检查，应当选用上右图方案，按同时凝固原则设计工艺。
12．用什么方法能够获得如下图示凝固组织为柱状晶的铸件？说明原理。
原理：1）维持底部激冷，择优生长；2）铸型要置于保温炉内
以保证G/R足够大，形成比较小的成分过冷，不会内生生长；型壁保温、加热，不生核；3）抑止流动；4）顶部切除；
凝固科学基础 习题三答案
