7）绘出浇注系统图形
2. 铸钢件、球铁件较易产生皮下气孔，请分析成因和防止办法。 答：（一）铸钢件皮下气孔的成因
（1） 氢引起的皮下气孔 如果钢液脱氧不好，而在金属的硬皮（或氧化膜）附近氢的浓度又高，则有可能发生2[H]+FeO→H2O+Fe的反应，生成的水就附着在生长着的晶粒上成为气泡的核心，此后，凝固过程中析出的氢和由界面侵入的氢都向气泡核心集中，使气泡长的。气泡来不及逸出时，就成为皮下气孔。 液态金属中氢含量过高的原因主要有：
1） 液中含有少量的铝，并发生反应2Al+3H2O→Al2O3+6[H]
2） 炉衬，铁液包未烘干，在湿型中流动时间过长。与水蒸气发生反应产生初生氢。
对应的防治措施：选用的炉料，孕育剂的含铝量要低，要干净（干的和没有铁锈，油污等）；减少铁液和水汽相接触地时间和量；浇铸时型内具有较强的还原气氛（如型砂中加入煤粉）以降低氢，氮的分压。（2分） （2） 氮引起的皮下气孔
当钢液浇入树脂砂型中时，含氮树脂受热迅速分解出包括氨气在内的许多成分的气体，其中活性氨气在金属—铸型界面瞬间分解为初生态的[N]和[H]. 当氮富集程度达到临界值时,在钢液凝固过程中,其溶解度降低,而以分子态析出,并以微小的氧化物质点气膜,微小缩孔和型,芯表面微孔气膜生成气泡核.气泡在脱落和迁移过程中来不及逸出,被凝固于铸件表层,形成富集氮的皮下气孔.
相应的防治措施:从上述皮下气孔的形成,可知注意排气和减少树脂分解的气氛与金属界面接触时间; 加入占砂质量的2%-3%的黑色或红色氧化铁粉;严格控制氮的含量;降低砂中树脂的加入量, 以及采用低氮.无氮呋喃树脂等 ,不过树脂砂芯,砂型表面通常均要涂敷涂料,如果涂料具有高度高温气密性,或呈烧结玻璃体,即使铸钢件采用含氮达3%甚至5%-7%的树脂均应该是可行的.（2分） (二)球铁的皮下气孔
实践经验表明,镁含量是影响皮下气孔的重要因素.在相同的铸型条件下,浇入原铁液时铸件中很少有皮下气孔,用经过球化处理的铁液浇注,铸件中就容易出现皮下气孔,而且铁液中如果残留镁量高,则皮下气孔严重.有人认为界面上发生如下反应:Mg+H2O→MgO+2[H]↑ MgS+H2O→MgO+H2S↑ 如果浇铸系统设计
不当,铁液进入型腔不稳定,就可能既促进镁蒸气的析出,又破坏了金属氧化膜的完整性,造成更多的气体侵入金属液内,可能引起更多的气孔.
对应的防治措施: 最主要的是控制铸型中的水分;其次是保证铁液平稳地充满砂型型腔;提高浇注温度以利于气体扩散,使铸件表层局部含气量降低,减少皮下气孔发生的几率;型砂中加入煤粉之类的附加物以增加铸型中气氛的还原性,延缓或降低界面上进行的某些化学反应.（1分）
3. 浇注系统的基本类型有哪几种? 各有何特点？ 答：1.封闭式浇注系统 特点：封闭式浇注系统有较好的阻渣能力，可防止金属液卷入气体，消耗金属少，清理方便。主要缺点是：进入型腔的金属液流速度高，易产生喷溅和冲砂，使金属氧化，使型内金属液发生扰动、涡流和不平静。因此，主要应用于不易氧化的各种铸铁件。对容易氧化的轻合金铸件，采用漏包浇注的铸钢件和高大的铸铁件，均不宜使用。 2.开放式浇注系统
主要优点是进入型腔时金属液流速度小，充型平稳，冲刷李小，金属氧化轻。适用于轻合金铸件、球铁件等。漏包浇注的铸钢件也宜采用开放式浇注系统，但直浇道不能呈充满态，以防钢水外溢，造成事故。主要缺点是，阻渣效果稍差，内浇道较大，金属消耗略多。
按内浇道在铸件上的位置分为（一）顶注式浇注系统 优点是容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔的方面的缺陷；充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的顺序凝固和冒口的补缩；冒口尺寸小，节约金属；内浇道附近受热较轻；结构简单，易于清除。缺点是易造成冲砂缺陷；金属液下落过程中接触空气，出现激溅、氧化、卷入空气等现象，使充型不平稳。易产生砂孔、铁豆、气孔和氧化夹杂物缺陷；大部分浇注时间，内浇道工作在非淹没状态，相对地说，横浇道阻渣条件较差。
（二）底注式浇注系统 特点是充型后金属的温度分布不利于顺序凝固和冒口补缩；内浇道附近容易过热，导致缩孔、缩松和结晶粗大等缺陷；金属液面在上升中容易结皮，难保证高达的薄壁铸件充满，易形成浇不到、冷隔等缺陷，金属消耗量浇道。（三）中间注入式浇注系统它兼有顶注式和底注式浇注系统的优缺点。由于内浇道在分型面上开设，故极为方便，广为应用。适用于高度不大的中等壁厚的铸件。（四）阶梯式浇注系统 优点是金属液首先由最低层内浇道充型，随着型内液面上升，自下而上地、顺序地流经各层内浇道。因而充型平稳，型腔内气体排出顺利。充型后，上部金属液温度高于下部，有利于顺序凝固和冒口的补缩，铸件组织致密。易避免缩孔、缩松。冷隔和浇不到等铸造缺陷利用多内浇道，可减轻内浇道附近的局部过热现象。主要缺点是：造型复杂，有时要求几个水平分型面，要求正确的计算和结构设计。
4. 何谓冒口、冒口有效补缩距离？请画出铸钢板件、杆件、阶梯形铸钢件，加 与不加冷铁有效补缩距离示意图。
答：1）设置冒口是常用的铸造工艺措施，冒口常设置在铸件的厚壁处或热节部
位，主要用于防止缩孔、缩松、裂纹和变形等铸件缺陷。（2分）
2）冒口的有效补缩距离为冒口作用区与末端区长度之和，它是确定冒口数目的依据，与铸件结构、合金成分及凝固特性、冷却条件、对铸件质量要求的高低等各种因素有关，简称为冒口补缩距离。（2分） 3）（5分）
板件及杆件铸钢冒口的补缩距离
a) 板形件 b)杆形件
阶梯形铸钢件冒口补缩距离
1-冒口 2-铸件
l1=3.5T2 l2=3.5T3-T1 l3=3.5T3-T1+110mm
冷铁对冒口补缩距离的影响
a) 板件 b) 杆件
1-冒口 2-冷铁 3-铸件
5. 铸造零件图如下图所示，试确定它们的浇注位置及分型面，并简要说明理由。 （注：将浇注位置及分型面的方案画在下图中，在答题纸上阐述相应的理由。） （1）伞形齿轮毛坯 ZG45
下 上
伞形齿轮毛坯 ZG45
伞形齿轮毛坯的浇注位置和分型面的方案如右图所示，由轮齿面是重要的加工面，分型面应是铸件的最大截面处。
（2）卷筒 ZG45
下 上
卷筒 ZG45
卷筒浇注位置和分型面的方案如左图所示，圆筒形铸件的重要表面是内、外圆柱面，要求加工后金相组织均匀，无缺陷，其最优浇注位置应是内、外圆柱面呈直立状态。
2013-2014学年第二学期铸造工艺学试题（B卷）
一、选择题
1. 灰口铸铁适合于制造床身、机架、底座、导轨等结构，除了铸造性和切削性优良外，还因为（B ）
A. 抗拉强度好 B. 抗压强度好 C. 冲击韧性好 2. 为了消除铸造热应力，在铸造工艺上应保证（ B ）
A. 顺序（定向）凝固 B. 同时凝固 C. 内浇口开在厚壁处 3. 制造模样时，模样的尺寸应比零件大一个（ C ） A. 铸件材料的收缩量 B. 机械加工余量 C. 铸件材料的收缩量＋机械加工余量 4. 下列零件适合于铸造生产的有（ A）
A. 车床上进刀手轮 B. 螺栓 C. 自行车中轴 5. 直浇口的主要作用是（A ）
A. 形成压力头，补缩 B. 排气 C. 挡渣 6. 普通车床床身浇注时，导轨面应该（B ）
A. 朝上 B. 朝下 C. 朝左侧
7. 由于（ C ）在结晶过程中收缩率较小，不容易产生缩孔、缩松以及开裂等缺陷，所以应用较广泛。
A. 可锻铸铁 B. 球墨铸铁 C. 灰铸铁 8. 为提高合金的流动性，生产中常采用的方法（A ）
A. 适当提高浇注温度 B. 加大出气口 C. 延长浇注时间 9．金属型铸造主要适用于浇注的材料是（ B）
A. 铸铁 B. 有色金属 C. 铸钢 10. 浇注温度过高时，铸件会产生（ B）
A. 冷隔 B. 粘砂严重 C. 夹杂物
二、填空题
1. 侵入性气孔的形成条件是当金属-铸型界面上气体压力p气＞ 金属液表面包括表面张力在内的反压力∑p ，机械粘砂的形
成条件是铸型中某个部位受到的金属液的压力P金＞ 渗入临界压力 。 2. “铸造收缩率”K＝ LM-LJ?100% ；起模斜度是指 LJ为了方便起模，在模样、芯盒的出模方向留有一定斜度，以免损坏砂型或砂芯，这个斜度，称为起模斜度。 。 3. 铸件的凝固方式是按 凝固区域宽度大小 来划分的，有 逐层凝固 、 中间凝固 和 糊状凝固