材料加工工藝復習題.pdf

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1 材料加工工藝復習題 (注：復習題內(nèi)容可能有漏缺，只做參考，建議先從課后習題看起，前面鑄、 鍛、焊的內(nèi)容較長，不一定全考，選擇重點復習?。? 常見鑄造缺陷產(chǎn)生的原因及防止方法 一、 澆不到 1、 特征 鑄件局部有殘缺、常出現(xiàn)在薄壁部位、離澆道最遠部位或鑄件上部。殘缺的邊角圓滑光亮不粘砂。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 澆注溫度低、澆注速度太慢或斷續(xù)澆注； （ 2） 橫澆道、內(nèi)澆道截面積??； （ 3） 鐵水成分中碳、硅含量過低； （ 4） 型砂中水分、煤粉含量過多，發(fā)氣量大，或含泥量太高，透氣性不良； ] （ 5） 上砂型高度不夠 ，鐵水壓力不足。 3、 防止方法 （ 1） 提高澆注溫度、加快澆注速度，防止斷續(xù)澆注； （ 2） 加大橫澆道和內(nèi)澆道的截面積； （ 3） 調(diào)整爐后配料，適當提高碳、硅含量； （ 4） 鑄型中加強排氣，減少型砂中的煤粉，有機物加入量； （ 5） 增加上砂箱高度。 二、 未澆滿 1、 特征 鑄件上部殘缺，直澆道中鐵水的水平面與鑄件的鐵水水平面相平，邊部略呈圓形。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 澆包中鐵水量不夠； （ 2） 澆道狹小，澆注速度又過快，當鐵水從澆口杯外溢時，操作者誤認為鑄型已經(jīng)充滿，停澆過早。 3、 防止方法 （ 1） 正確估計澆包中的鐵水量； （ 2） 對澆道狹小的鑄型，適當放慢澆注速度，保證鑄型充滿。 三、 損傷 1、 特征 鑄件損傷斷缺。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 鑄件落砂過于劇烈，或在搬運過程中鑄件受到?jīng)_撞而損壞； （ 2） 滾筒清理時，鑄件裝料不當，鑄件的薄弱部分在翻滾時被碰斷； （ 3） 冒口、冒口頸截面尺寸過大；冒口頸沒有做出敲斷面（ 凹槽）?；蚯贸凉裁翱诘姆椒ú徽_， 使鑄件本體損傷缺肉。 3、 防止方法 （ 1） 鑄件在落砂清理和搬運時，注意避免各種形式的過度沖撞、振擊，避免不合理的丟放； 2 （ 2） 滾筒清理 時嚴格按工藝規(guī)程和要求進行操作； （ 3） 修改冒口和冒口頸尺寸，做出冒口頸敲斷面，正確掌握打澆冒口的方向。 四、 粘砂和表面粗糙 1、 特征 粘砂是一種鑄件表面缺陷，表現(xiàn)為鑄件表面粘附著難以清除的砂粒；如鑄件經(jīng)清除砂粒后出現(xiàn)凹 凸不平的不光滑表面，稱表面粗糙。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 砂粒太粗、砂型緊實度不夠； （ 2） 型砂中水分太高，使型砂不易緊實； （ 3） 澆注速度太快、壓力過大、溫度過高； （ 4） 型砂中煤粉太少； （ 5） 模板烘溫過高，導致表面型砂干枯；或模板烘溫過低，型砂粘附在模板上。 3、 防止方法 （ 1） 在透氣性足夠的情況下，使用較細原砂，并適當提高型砂緊實度； （ 2） 保證型砂中穩(wěn)定的有效煤粉含量； （ 3） 嚴格控制砂水分； （ 4） 改進澆注系統(tǒng)，改進澆注操作、降低澆注溫度； （ 5） 控制模板烘烤溫度，一般與型砂溫度相等或略高。 五、 砂眼 1、 特征 在鑄件內(nèi)部或表面充塞有型砂的孔眼。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 型砂表面強度不夠； （ 2） 模樣上無圓角或拔模斜度小導致鉤砂、鑄型損壞后沒修理或沒修理好就合箱； （ 3） 砂型在澆注前放置時間過長，風干后表面強度降低； （ 4） 鑄型在合箱 時或搬運過程中損壞； （ 5） 合箱時型內(nèi)浮砂未清除干凈，合箱后澆口杯沒蓋好，碎砂掉進鑄型。 3、 防止方法 （ 1） 提高型砂中粘士含量、及時補加新砂，提高型砂表面強度； （ 2） 模樣光潔度要高，并合理做出拔模斜度和鑄造圓角。損壞的鑄型要修好后再合箱； （ 3） 縮短澆注前砂型的放置時間； （ 4） 合箱或搬運鑄型時要小心，避免損壞或掉入砂型腔砂粒； （ 5） 合箱前清除型內(nèi)浮砂，并蓋好澆口。 六、 披縫和脹砂 1、 特征 披縫常出現(xiàn)在鑄件分型面處，是垂直于鑄件表面，且厚薄不均勻的薄片狀金屬突起物。 脹砂是鑄 件內(nèi)、外表面局部脹大，形成不規(guī)則的瘤狀金屬突起物。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 緊實度不夠或不勻； （ 2） 面砂強度不夠、或型砂水分過高； （ 3） 液態(tài)金屬壓頭過大、澆注速度太快。 3 3、 防止方法 （ 1） 提高鑄型緊實度、避免局部過松； （ 2） 調(diào)整混砂工藝、控制水分，提高型砂強度； （ 3） 降低液態(tài)金屬的壓頭、降低澆注速度。 七、 抬箱 1、 特征 鑄件在分型面處有大面積的披縫，使鑄型外形尺寸發(fā)生變化。抬箱過大，造成跑火 —— 鐵水自分 型面外溢，嚴重時造成澆不足缺陷。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 砂箱未緊固、壓 鐵質(zhì)量不夠或去除壓鐵過早； （ 2） 澆注過快，沖擊力過大； （ 3） 模板翅曲。 3、 防止方法 （ 1） 增加壓鐵重量，特鐵水凝固后再去除壓鐵； （ 2） 降低澆包位置，降低澆注速度； （ 3） 修正模板。 八、 掉砂 1、 特征 鑄件表面上出現(xiàn)的塊狀金屬突起物，其外形與掉落的砂塊很相似。在鑄件其它部位，則往往出現(xiàn) 砂眼或殘缺。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 模樣上有深而小的凹槽，同于結構特征或拔模斜度小，起模時將砂型帶壞或震裂； （ 2） 緊實度不勻，鑄型局部強度不足； （ 3） 合箱、搬運鑄型時，不小心使鑄型局部砂 塊掉落。 3、 防止方法 （ 1） 模樣拔模斜度要合適、表面光潔； （ 2） 鑄型緊實度高且均勻； （ 3） 合箱、搬運過程中，操作小心。 九、 錯型（錯箱） 1、 特征 鑄件的一部分與另一部分在分型面的接縫處錯開，發(fā)生相對位移，使鑄件外形與圖紙不相符合。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 模樣制作不良，上下模沒有對準或模樣變形； （ 2） 砂箱或模板定位不準確，或定位銷松動； （ 3） 擠壓造型機上零件磨損，例如正壓板下襯板、反壓板軸承的磨損等； （ 4） 澆注時用的套箱變形，搬運、圍箱時不注意，使上下鑄型發(fā)生位移。 3、 防止方法 （ 1） 加強模板的檢查和修理；定 （ 2） 經(jīng)常檢查砂箱、模板的定位銷及銷孔、并合理地安裝； （ 3） 檢查擠壓造型機的有關零件，及時調(diào)整，磨損大的要更換； （ 4） 定期對套箱整形。脫箱后的鑄型在搬運時要小心。在面澆注的砂型，應該做一排砂型圍一排。 4 十、 灰口和麻點 1、 特征 鑄件斷口呈灰黑色或出現(xiàn)黑色小點，中心部位較多，邊部較少，金相觀察可見到片狀石墨。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 鐵水化學成分不合要求，碳、硅含量過高； （ 2） 爐前孕育的鉍加入澆包內(nèi)過早或過遲，或是鉍量不足。 3、 防止方法 （ 1） 正確選擇化學成分，合理配料，使鐵水中碳、硅量在規(guī)定范圍內(nèi)； （ 2） 增加鉍的加入量并嚴格爐前孕育工藝。 十一、裂紋（熱裂、冷裂） 1、 特征 鑄件外部或內(nèi)部有穿透或不穿透的裂紋。熱裂時帶有暗色或黑色的氧化表面斷口外形曲折。冷裂是 較干凈的脆性裂紋，斷口較平，具有金屬光澤或輕微的氧化色澤。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 鐵水中碳、硅含苞欲放量過低，含硫量過高； （ 2） 澆注溫度過高； （ 3） 冒口頸過大、過短，造成局部過熱嚴重，或重口太小，補縮不好； （ 4） 鑄件在清理、運輸過程中，受沖擊過大。 3、 防止方法 （ 1） 控制鐵水化學成分在規(guī)定的范圍內(nèi)； （ 2） 降低澆注溫度； （ 3） 合理設計冒口系統(tǒng)； （ 4） 鑄件在清理、運輸過程中避免過度沖擊。 十二、氣孔 1、 特征 氣孔的孔壁光滑明亮，形狀有圓形、梨形和針狀，孔的尺寸有大有小，產(chǎn)生在鑄件表面或內(nèi)部。 鑄件內(nèi)部的氣孔在敲碎后或機械加工時才能被發(fā)現(xiàn)。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 小爐料潮濕、銹蝕嚴重或帶有油污，使鐵水含氣量太多、氧化嚴重； （ 2） 出鐵孔、出鐵槽、爐襯、澆包襯未洪干； （ 3） 澆注溫度較低，使氣體來不及上浮和逸出； （ 4） 爐料中含鋁量較 高，易造成氫氣孔； （ 5） 砂型透氣性不好、型砂水分高、含煤粉或有機物較多，使?jié)沧r產(chǎn)生大量氣體且不易排出。 3、 防止方法 （ 1） 爐料要妥善管理，表面要清潔； （ 2） 爐缸、前爐、出鐵口、出鐵槽、澆包必須烘干； （ 3） 提高澆注溫度； （ 4） 不使用鋁量過高的廢鋼； （ 5） 適當降低型砂的水分、控制煤粉加入量，扎通氣孔等。 十三、縮松、疏松 5 1、 特征 分散、細小的縮孔，帶有樹枝關結晶的稱縮松，比縮松更細小的稱疏松。常出現(xiàn)在熱世部位。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 鐵水中碳、硅含量過低，收縮大； （ 2） 澆注 速度太快、澆注溫度過高，使得液態(tài)收縮大； （ 3） 澆注系統(tǒng)、冒口設計不當，無法實現(xiàn)順序凝固； （ 4） 冒口太小，補縮不充分。 3、 防止方法 （ 1） 控制鐵水的化學成分在規(guī)定范圍內(nèi)； （ 2） 降低澆注速度和澆注溫度； （ 3） 改進澆冒口系統(tǒng)，利用順序凝固； （ 4） 加大冒口體積，保證充分補縮。 十四、反白口 1、 特征 鑄件斷口內(nèi)部出現(xiàn)白口組織，邊緣部分出現(xiàn)灰口。 2、 產(chǎn)生原因 （ 1） 碳、硅含量較高的鐵水，含氫量過高； （ 2） 爐料中帶入的鉻等白口形成元素過多； （ 3） 元素偏析嚴重； 3、 防止方法 （ 1） 控制化學成分、碳、硅含量不宜過高； （ 2） 爐襯、包襯要烘干；型砂水分不宜過高； （ 3） 加強爐料管理，減少帶入白口化元素。 鍛造過程中常見的失效形式與防止措施 1、氧化 （ 1）鋼的氧化特征 在氧化性氣氛中加熱時，鋼與氧、二氧化碳、水蒸氣、二氧化硫等發(fā) 生互相作用生成鐵的氧化物，在鋼材表面形成了氧化鐵皮。 （ 2）影響鋼氧化的因素 影響鋼氧化的因素很多，主要是加熱溫度、加熱時間、爐氣成分 和鋼的化學成分等。 （ 3）防止氧化的措施 減少金屬 與氧的接觸時間，如采用快速加熱、感應加熱等，以減少 金屬在高溫下保溫停留的時間。在保護性介質(zhì)中加熱，常用的保護性介質(zhì)有：①氣體介質(zhì)；②液體介 質(zhì)，例如在玻璃液中加熱，在鹽浴爐中加熱；③固體介質(zhì)，例如把金屬埋在石墨粉中加熱，涂抹玻璃 潤滑劑加熱等。采用先進加熱技術，如在懸浮介質(zhì)中加熱（光亮加熱）。 2、脫碳 （ 1）脫碳的特征 脫碳是指鋼加熱時表層含碳量降低的現(xiàn)象。 （ 2）影響鋼脫碳的因素 影響鋼脫碳的因素主要有鋼的化學成分、加熱溫度、保溫時間和爐 氣成分等。鋼的化學成分對脫碳有很大影響。 鋼中含碳量愈高，脫碳傾向愈大。 （ 3）防止脫碳的措施 工件加熱時，盡可能地降低加熱溫度及在高溫下的停留時間，合理地 選擇加熱速度，以縮短加熱的總時間?？刂萍訜釟夥?，使之呈現(xiàn)中性或采用保護性氣體加熱，在脫氧 良好的鹽浴爐中加熱，要比普通箱式爐中加熱的脫碳傾向小。熱壓力加工過程中，如果生產(chǎn)中斷，應 降低爐溫，如停頓時間很長，則應將坯料從爐內(nèi)取出或隨爐降溫。進行冷變形成形時，盡可能減少中 間退火次數(shù)及降低中間退火溫度。高溫加熱時。鋼的表面用覆蓋物或涂料進行保護，以防止氧化與脫 碳。 6 3、折疊 （ 1） 折疊的特征 折疊與周圍金屬的流線方向一致；折疊尾端一般成小圓角。有時，折疊之前 先有折皺，這時折疊尾端一般呈枝杈形；折疊兩側(cè)有較重的氧化、脫碳現(xiàn)象。 （ 2）折疊的類型和形成原因 各種鍛件的折疊形式和位置一般是有規(guī)律的，折疊的類型和形成 原因有以下幾種：由兩股（或多股） 金屬 對流匯合而形成折疊；由一股金屬的急速大量流動將鄰近部 分的表層金屬帶著流動，兩者匯合而形成折疊；由于變形金屬發(fā)生彎曲、回流而形成折疊；部分金屬 局部變形，被壓入另一部分 金屬內(nèi)形成折疊。 （ 3）防止折疊的措施 合理選擇毛坯尺寸；清除毛坯上毛刺和氧化皮；提高模具光潔度；增大 模具圓角半徑；加強潤滑；注意鍛造時的送進量和操作方法等。 4、裂紋 （ 1）裂紋的特征 裂紋一般與流線成一定的夾角，尾部是尖的 。 具有裂紋的鍛件加熱后，裂紋 附近有嚴重脫碳現(xiàn)象，冷卻裂紋則沒有這種現(xiàn)象。由于冷校正及冷切邊引起的裂紋。在裂紋周圍有滑 移帶等冷變形痕跡。 （ 2）裂紋形成的原因分析 材料的斷裂一般有兩種形式：一種是斷裂面平行于最大切應力或最 大切應變方向的切斷，另一種是斷裂面垂直于最大正應 力或最大正應變方向的正斷。 鍛造生產(chǎn)中，除了由模具給工件施加壓力外。還有由于變形不均勻引起的附加應力、溫度不均勻 引起的熱應力和因組織轉(zhuǎn)變不同時進行而產(chǎn)生的組織應力，這些都可以使鍛件產(chǎn)生裂紋。 （ 3）防止裂紋產(chǎn)生的措施 1）變形時盡量減小拉應力。三向等壓應力不僅不會使裂紋擴展，而且微小未被氧化的裂紋 在高的三向壓應力作用下被鍛合。低塑性材料采用反推力擠壓及帶套筒鐓粗可防止開裂。擠壓和拔長 時減小附加應力，是防止開裂的非常有效的措施。 2）選擇合適的變形溫度。變形 溫度低，冷變形硬化嚴重，塑性下降；變形溫度過高，則易 引起過熱與過燒。 3）控制應變速度。應變速度對低塑性材料有很大的影響，應根據(jù)具體材料選用合適的鍛造 設備，以控制變形速度。 4）中間退火。冷變形程度過大，往往引起鍛件開裂，經(jīng)過中間退火，可以消除硬化和變形 引起的部分缺陷。 5）提高材料的塑性。材料晶界上出現(xiàn)低熔點物質(zhì)和脆性化合物，在鍛造時易引起開裂，應 盡量避免這些缺陷。 5、鍛件其他常見的失效形式 鍛造生產(chǎn)中，鍛件其他常見的失效形式見表。 鍛件其他常見的失 效形式 失效種類 主要特征 產(chǎn)生的原因及影響 過熱 一般指金屬由于加熱溫度過高引起粗 大晶粒的現(xiàn)象。 加熱溫度過高或在規(guī)定的鍛造與 熱處理溫度范圍內(nèi)停留時間太長引 起的 過熱組織由于 晶粒 粗大，將使力學 性能降低，尤其是沖擊性能 過燒 過燒嚴重的金屬，鐓粗時輕輕一擊就 開裂，拔長時在過燒處出現(xiàn)橫向裂口 過燒部位的晶粒特別粗大。裂紋間的 表面呈淺灰藍色。過燒的鋁合金鍛件， 表面呈黑色或暗黑色，并且表面形成雞 皮狀氣泡。從組織上看，一般以晶界出 現(xiàn)氧化 和熔化現(xiàn)象為特征 加熱溫度過高或高溫加熱時間過 長引起的。爐中的氧及金屬晶粒間的 空隙，并與鐵、硫、碳等氧化，形成 了易熔相，破壞晶粒間的聯(lián)系 7 銅脆 鍛造時鍛件表面龜裂。高倍顯微鏡下 觀察時，有淡黃色的銅（或銅的固溶體） 沿晶界分布 爐內(nèi)殘余氧化銅屑，加熱時氧化銅 還原為自由銅，銅在高溫下沿奧氏體 晶界擴展，削弱了晶粒間的聯(lián)系。另 外，當鋼中含銅量＞ 0.2%時，在氧化 性氣氛中加熱，在氧化皮下形成富銅 層，也引起銅脆 大晶粒 鍛件在低倍顯微鏡下觀察，晶粒粗大 始鍛溫度過高和變形程度不足；終 鍛溫度過高；變形程度落入臨界變形 區(qū) ；鋁合金變形程度 過大，形成織 構；高溫合金變形溫度過低，形成混 合變形組織等，均能形成粗大晶粒 粗晶使鍛件的塑性、韌性降低，疲 勞性能明顯下降 晶粒不均勻 鍛件某些部位的晶粒特別粗大，某些 部位卻較小，形成整個鍛件內(nèi)部晶粒大 小不均 耐熱鋼及高溫合金對晶粒不均勻特別 敏感 變形不均勻使晶粒破碎不一或局 部區(qū)域變形程度落入臨界變形區(qū)，高 溫合金局部加工硬化，淬火加熱時局 部晶粒粗大 晶粒不均勻使鍛件的持久性能、疲 勞性能等明顯下降 冷硬現(xiàn)象 熱鍛后鍛件內(nèi)部仍保留冷變形組織， 鍛件強度和硬度比正常的熱鍛高，但塑 性和韌性 下降 變形時溫度偏低或變形速度過快 以及鍛后冷卻速度過快，再結晶引起 的軟化跟不上變形引起的強化，從而 出現(xiàn)熱加工后的冷硬現(xiàn)象 脫碳層堆積 鍛件 上局部地方出現(xiàn)脫碳層堆積，該 處硬度低于正常組織的硬度 這種缺陷是由于鍛造工藝不當引 起的。 龜裂 鍛件表面出現(xiàn)較淺的龜狀裂紋 原材料含 Cu、 Sn等易熔元素量過 多；高溫長時間加熱時，鋼表面銅析 出、表面晶粒粗大、脫碳，或經(jīng)多次 加熱的表面；加熱時，燃料中含硫量 過高，造成鍛件表面增硫；鍛件成 形 中受拉應力的表面（例如，未充滿的 凸出部分或受彎曲的部分）最容易產(chǎn) 生這種缺陷 穿流 穿流是流線分布不當?shù)囊环N形式。在 穿流區(qū)，原先成一定角度分布的流線匯 合在一起。穿流區(qū)內(nèi)、外晶粒大小常常 相關較懸殊 穿流產(chǎn)生的原因與折疊相似，它是 由兩股金屬或一股金屬帶著另一股 金屬匯流而形成的，但穿流部分的金 屬仍是一整體。穿流使鍛件的力學性 能降低，尤其當穿流帶兩側(cè)晶粒相差 較懸殊時，性能降低較明顯 鍛件流線分布不 當 鍛件上發(fā)生流線切斷、回流、渦流等 流線紊亂現(xiàn)象 模具設計不當或鍛造方法選擇不 合理，預先毛坯流線紊亂；操 作不當 及模具磨損使金屬產(chǎn)生不均勻流動 焊接的主要缺陷 ㈠ 未焊透： 母體金屬接頭處中間（ X 坡口）或根部（ V、 U 坡口）的鈍邊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頭的機械強度，在未焊透的缺口和端部會形成應力集中點，在焊接 8 件承受載荷時容易導致開裂。 造成未焊透的主要原因是：對口間隙過小、坡口角度偏小、鈍邊厚、焊接線能量小、焊接速度快、 焊接操作手法不當。 防治措施： ⑴對口間隙嚴格執(zhí)行標準要求，最好間隙不小于 2 ㎜。 ⑵對口坡口 角度，按照壁厚和 DL/T869-2004《火力發(fā)電廠焊接技術規(guī)程》的要求，或者按照 圖紙的設計要求。一般壁厚小于 20 ㎜的焊口采用 V 型坡口，單邊角度不小于 30，不小于 20 ㎜的 焊口采用雙 V 型或 U 型等綜合性坡口。 ⑶鈍邊厚度一般在 1 ㎜左右，如果鈍邊過厚，采用機械打磨的方式修整，對于單 V 型坡口， 可不留鈍邊。 ⑷根據(jù)自己的操作技能，選擇合適的線能量、焊接速度和操作手法。 ⑸使用短弧焊接，以增加熔透能力。 (二 )裂紋 特征： 裂紋端部形狀尖銳，應力集中嚴重，對承受交變和沖擊載荷、靜拉力影響較大，是焊縫中最 危 險的缺陷。 按其產(chǎn)生的原因可分冷裂紋、熱裂紋和再熱裂紋等。 (冷裂紋 )指在 200℃以下產(chǎn)生的裂紋，它與氫有密切關系，其產(chǎn)生的主要原因是： 1、對大厚工 件選用預熱溫度和焊后緩冷措施不合適。 2、焊材選用不合適。 3、焊接接頭剛性大、工藝不合理 4、焊縫及其附近產(chǎn)生硬脆組織。 5、焊接規(guī)范選擇不當。 (熱裂紋 )指在 300℃以上產(chǎn)生的裂紋 (主要是凝固裂紋 )，其產(chǎn)生的主要原因是： 1、成份的影響。 焊接純奧氏體鋼、某些高鎳合金鋼和有色金屬時易出現(xiàn)。 2、焊縫中含有較多的硫等有害雜質(zhì)元 素。 3、焊接條件及接頭狀選擇不當。 (再熱裂紋 )即消除應力退火裂紋。指在高強度鋼的焊接區(qū)，由于焊后熱處理或在高溫下使用，在熱 影響區(qū)產(chǎn)生的晶界裂紋，其產(chǎn)生的主要原因是： 1、消除應力退火的熱處理條件不當。 2、合金成分的影響。如鉻、鉬、釩、鈮、硼等元素具有增大再熱裂紋的傾向。 3、焊材、焊接 規(guī)范選擇不當。 4、結構設計不合理造成大的應力集中。 防止焊接裂紋產(chǎn)生的措施 ： (1)嚴格控制器材和焊材中有害雜質(zhì)的含量． (2)對因線膨脹系數(shù)大易產(chǎn)生焊接熱裂紋的材料，焊接時采用小規(guī)范不擺動焊接，減少熱量輸入． (3)采用低氫、超低氫焊接材料或工藝措施，降低焊縫氫量，必要的焊后馬上進行消氫處理． (4) 焊前對待焊處及兩惻進行認真清理，焊接時對熔池采取良好的保護措施． (5)對易淬火鋼和鋼性大的構件，焊前預熱，焊時保溫，焊后暖冷，必要的采取焊后消除焊接殘余應 力的相應處理． (三 )氣孔 特征： 在焊接過程中，因氣體來不及及時逸出而在焊縫金屬內(nèi)部或表面所形成的空穴。 其產(chǎn)生的原因是： 1、焊條、焊劑烘干不夠。 2、焊接工藝不夠穩(wěn)定，電弧電壓偏高，電弧過長，焊速過快和電流過 小。 3、填充金屬和母材表面油、銹等未清除干凈。 4、未采用后退法熔化引弧點。 5、預熱溫 度過低。 6、未將引弧和熄弧的位置錯開 7、焊接區(qū)保護不良，熔他面積過大。 8、交流電源易出現(xiàn) 氣孔，直流反接的氣孔傾向最小。 預防措施： ⑴母材、焊絲按照要求清理干凈。 ⑵焊條按照要求烘培。 ⑶防風措施嚴格，無穿堂風等。 ⑷選用合適的焊接線能量參數(shù)，焊接速度不能過快，電弧 不能過長，正確掌握起弧、運 9 條、息弧等操作要領。 ⑸氬弧焊時保護氣流流量合適，氬氣純度符合要求。 (四 )偏析： 在焊接時因金屬熔化區(qū)域小、冷卻快，容易造成焊縫金屬化學成分分布不均勻，從而形成 偏析缺陷，多為條狀或線狀并沿焊縫軸向分布。 (五 )咬邊與燒穿： 這類缺陷屬于焊縫的外部缺陷。當母體金屬熔化過度時造成的穿透（穿孔）即為燒 穿。在母體與焊縫熔合線附近因為熔化過強也會造成熔敷金屬與母體金屬的過渡區(qū)形成凹陷，即是咬 邊。 根據(jù)咬邊處于焊縫的上下面，可分為外咬邊（在坡口開口大的一面）和內(nèi)咬邊 （在坡口底部一面）。 咬邊也可以說是沿焊縫邊緣低于母材表面的凹槽狀缺陷。 (六 )未熔合： 固體金屬與填充金屬之間（焊道與母材之間），或者填充金屬之間（多道焊時的焊道之 間或焊層之間）局部未完全熔化結合，或者在點焊（電阻焊）時母材與母材之間未完全熔合在一起， 有時也常伴有夾渣存在。 原因分析：造成未熔合的主要原因是焊接線能量小，焊接速度快或操作手法不恰當。 防治措施： ⑴適當加大焊接電流，提高焊接線能量； ⑵焊接速度適當，不能過快； ⑶熟練操作技能，焊條（槍）角度正確。 (七 )夾渣與夾雜物： 熔化焊 接時的冶金反應產(chǎn)物，例如非金屬雜質(zhì)（氧化物、硫化物等）以及熔渣， 由于焊接時未能逸出，或者多道焊接時清渣不干凈，以至殘留在焊縫金屬內(nèi)，稱為夾渣或夾雜物。視 其形態(tài)可分為點狀和條狀，其外形通常是不規(guī)則的，其位置可能在焊縫與母材交界處，也可能存在于 焊縫內(nèi)。另外，在采用鎢極氬弧焊打底 +手工電弧焊或者鎢極氬弧焊時，鎢極崩落的碎屑留在焊縫內(nèi) 則成為高密度夾雜物（俗稱夾鎢）。 原因分析： ⑴焊件清理不干凈、多層多道焊層間藥皮清理不干凈、焊接過程中藥皮脫落在熔池中 等； ⑵電弧過長、焊接角度部隊、焊層過厚、焊接線能量小、 焊速快等，導致熔池中熔化 的雜質(zhì)未浮出而熔池凝固。 防治措施： ⑴焊件焊縫破口周圍 10～ 15 ㎜表面范圍內(nèi)打磨清理干凈，直至發(fā)出金屬光澤； ⑵多層多道焊時，層間藥皮清理干凈； ⑶焊條按照要求烘培，不使用偏芯、受潮等不合格焊條； ⑷盡量使用短弧焊接，選擇合適的電流參數(shù)； ⑸焊接速度合適，不能過快。 課后習題 1.什么是合金的流動性？什么是液態(tài)合金的充型能力？二者有何區(qū)別和聯(lián)系？ 答： 液態(tài)金屬的流動性指液態(tài)金屬本身的流動能力，與金屬成分，溫度雜質(zhì)含量及物理性質(zhì)有關。 充型能力是指 液態(tài)金屬充滿型腔而獲得的結構完整輪廓清晰的能力，與液態(tài)金屬自身性能和金 屬種類及鑄型等有關 液態(tài)金屬的澆動性是通過澆注流動 的方法衡量的，以式樣的長度或某處的厚薄程度表示其流動 性；而充型能力的影響影響因素很多，故用流動性表示其充型能力，因此液態(tài)金屬的流動性可以認為 10 是確定條件下的充型能力。 2.鑄造合金的收縮可分為那三個階段？縮孔、縮松、鑄造應力及鑄件變形各在哪 個收縮階段內(nèi)形成？他們對鑄件的質(zhì)量各有何影響？ 答 ;液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮 ; 縮孔、縮松主要是液態(tài)收縮和凝固收縮階段中形成；縮孔和縮松在鑄件凝固 時形成一些孔洞， 降低了鑄件的力學性能和氣密性，嚴重時可能使鑄件成為廢品；鑄造應力、變形發(fā)生在固態(tài)收縮階段， 隨著溫度的降低就睡在鑄件內(nèi)產(chǎn)生應力，引起變形或開裂。 3.什么是偏析？如何防止和消除晶內(nèi)偏析？ 答： 鑄件中出現(xiàn)化學成分不均勻的現(xiàn)象叫做偏析。為了防止和消除晶內(nèi)偏析，在生產(chǎn)中常采用緩 慢冷卻或孕育處理的方法。消除：若偏析已經(jīng)產(chǎn)生。則可采用擴散退火的將其消除。 4.哪類鑄造鋁合金應用最為廣泛？為什么鋁合金 容易產(chǎn)生“針孔”缺陷？該如何 防止？ 答： 鑄造鋁硅合金應用最廣泛；鋁合金在熔煉和澆注時，會吸入大量的氫氣，由液態(tài)轉(zhuǎn) 變成固態(tài) 時，當氫的含量超過了其溶解度時即以氣泡的形式析出。但是被鋁液表面形成的三氧化二鋁薄膜阻礙， 就會在凝固過程中形成細小、分散的氣孔，即通常所說的針孔。防止：對鋁合金液體驚醒精煉處理， 提高合金化學能力。 5.塑性變形的機理是什么 ?提高金屬的塑性最常用的措施是什么 ? 答： （ 1）對于單晶體是由于金屬原子某晶面兩側(cè)受切應力作用產(chǎn)生相對滑移，或晶體的部分晶 格相對于某晶面沿一定方向發(fā)生切變。多晶體的塑性變形可視為多個單晶體塑性變形的綜合效應 ,既 包含各個單晶體的塑性變形 ,又伴隨晶粒之間的滑移和轉(zhuǎn)動另外晶粒大小 ,均勻程度 及雜質(zhì)等都對多晶 體的塑性變形產(chǎn)生影響。 （ 2）選用純金屬和低碳鋼；使金屬組織為固溶體；提高金屬塑性變形溫度； 使金屬在三向受壓條件下變形 6.金屬材料的流線組織是怎樣形成的？它的存在有何利弊？ 答： （ 1）金屬材料在熱塑性變形加工（軋制、鍛造）時，隨工件外形的變化，其內(nèi)部粗大枝晶 及各種夾雜物沿著最大主變形方向被拉長，使他們變成為條帶狀、線狀，宏觀上呈現(xiàn)一條條細線，這 個就是熱加工流線。流線的存在使材料具有各向異性。（ 2）它使材料順纖維方向的強度、塑性和韌 性增加，垂直纖維方向的同類性能下降，力學性能出現(xiàn)各向異性。 7.冷軋鋼板與熱軋鋼板相比有什么優(yōu)缺點？ 答： （ 1）冷板采用冷扎加工表面無氧化皮，質(zhì)量好。熱軋鋼板采用熱扎加工表面有氧化皮，板 厚有下差。（ 2）熱軋鋼板韌性和表面平整性差，價格較低，而冷軋板的伸展性好，有韌性，但是價 格較貴。（ 3）不電鍍的熱扎鋼板表面成黑褐色，不電鍍的冷扎板表面是灰色，電鍍后可從表面的光 滑程度來區(qū)分，冷扎板的光滑度高于熱扎鋼板（ 4）冷軋板硬度高，加工相對困難些，但是不易變形， 強度較高 8.拉伸件常見的缺陷是什么？主要造成原因是什么？ 答： （ 1）裂紋和破裂 產(chǎn)生的原因主要是由于局部毛坯受到的拉應力超 過了強度極限所致（ 2） 皺紋和折紋 產(chǎn)生的原因主要因為局部毛坯受壓引起失穩(wěn)和材料流向不均引起局部材料堆積而產(chǎn)生 皺紋（ 3）拉伸件內(nèi)徑偏大 凹模磨損，頂出力過大，料厚過?。?4）棱線不清 壓力機的壓力不夠； 沖模的導向不好；工作部分間隙不均勻，或凸模及凹模安裝不正確（ 5）剛性差 壓料面的進料阻力 11 太小，材料塑性變形不夠引起的。（ 6）表面劃痕 凹模圓角部分光潔度不夠；由于臟物落入凹模中 或拉深油不干凈；如果壓料面是由鑲塊組成的，則由于鑲塊結合不好；由于工藝補充部分過小，通過 凹?？诘膭澓蹧]有被切去（ 7）表面粗糙和 滑移線 表面粗糙的缺陷是材料本身晶粒度過大引起的。 （ 8）拉伸件口部起皺 頂出力不足；液壓機油溫過高；液壓機漏油原材料本身有波紋（ 9）拉伸件拉 傷 模具拉傷拉；伸油中有雜質(zhì)；壓邊力太大；拉伸面不平（ 10）拉伸內(nèi)徑小 頂出力不足；液壓機油 溫過高；液壓機漏油料厚過大（ 11）拉伸件外觀有磕傷 碰傷等 零件在取放中存在磕碰；零件在周 轉(zhuǎn)中造成磕碰 9.焊接冶金過程的特點是什么？焊條的藥皮和焊劑在反應過程中起什么作用？ 答： 電弧的溫度高；反應時間短，即熔池存在時間短；熔池體積小，而反應接觸面大；熔池反應 是運動的 ，焊接時熔池不斷移動參加反應的物質(zhì)不斷改變使得焊接冶金反應更加復雜 。 藥皮在焊接過程中造氣，起保護作用，防止空氣進入焊縫；冶金作用如脫氧、脫硫、脫磷和滲合金等； 并具有穩(wěn)弧、脫渣等作用，以保證焊條具有良好的工藝性能，形成美觀的焊縫。焊劑可以去除焊接面 的氧化物，降低焊料熔點和表面張力，盡快達到釬焊溫度。保護焊縫金屬在液態(tài)時不受周圍大氣中有 害氣體影響。使液態(tài)釬料有合適流動速度以填滿釬縫。 10.焊條電弧焊的特點是什么？ 答： 1.工藝靈活，適應性強 2.應用范圍廣 3.易于分散焊接應力和控制焊接變形 4.設備簡單， 成本較低 5.焊接生產(chǎn)率低，勞動強度大 6.焊縫質(zhì)量依賴性強。 11.焊接熔池過程的特點是什么？在結晶過程中會產(chǎn)生哪些焊接缺陷，如何防止焊 接缺陷？磷和硫在焊接過程中會帶來哪些問題？ 答： 特點：熔池中冶金反應不充分，化學成分有較大的不均勻性。 缺陷有：結晶裂紋（凝固裂紋），氣孔，夾渣，偏析 . 磷和硫在質(zhì)量分數(shù)超過 0.04%時，極易產(chǎn)生裂紋。硫以硫化鐵和錳化鐵的形式存在，其中硫化鐵在熔 池結晶時，易發(fā)生偏析，呈片狀或鏈狀存在于晶體中。磷以磷化二鐵，磷化三鐵的形式存在，形成低 熔點的共晶產(chǎn)物，他們分布于晶界上，減 弱晶粒之間的結合力，本身硬而脆，增加焊縫金屬的冷脆性， 容易引起焊縫的熱裂紋和冷裂紋。 12.焊接裂紋產(chǎn)生的機理是什么？如何防止裂紋的產(chǎn)生？ 答： 焊接裂紋，按照產(chǎn)生的機理可分為：冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂裂紋幾大類。 冷裂紋： 冷裂紋是在焊接過程中或焊后，在較低的溫度下，大約在鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（即 Ms 點） 附近，或 300~200℃以下（或 T＜ 0.5Tm， Tm 為以絕對溫度表示的熔點溫度）的溫度區(qū)間產(chǎn)生的 熱裂紋：熱裂紋是在高溫下產(chǎn)生的，從凝固溫度范圍至 A3 以上溫度，熱裂紋都是沿奧氏體晶界開裂， 呈鋸齒狀。 再熱裂紋：再熱裂紋是指一些含有釩、鉻、鉬、硼等合金元素的低合金高強度鋼、耐熱鋼的焊接接頭， 再加熱過程中，發(fā)生在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)，沿原奧氏體晶界開裂的裂紋。 層狀撕裂：主要是由于鋼板內(nèi)存在著分層（沿軋制方向）的夾雜物（特別是硫化物），在焊接時產(chǎn)生 的垂直于軋制方向（板厚方向）的拉伸應力作用下，在鋼板中熱影響區(qū)或稍遠的地方，產(chǎn)生“臺階” 12 式，與母材軋制表面平行的層狀開裂。 防止措施：選用合適的母材，加工工藝方面；焊條焊前烘干，去油除污，焊件加熱到合適的溫度。焊 去應力。 13.分析熱影響區(qū)的組織和性能。 答： 熱影響區(qū) 分四個區(qū)域： 1.過熱區(qū)：具有過熱組織或晶粒顯著增大的區(qū)域，組織為奧氏體晶粒，因其溫度過高，奧氏體晶粒急 劇增大，其塑形明顯下降，沖擊韌度下降 20%-30%，對于易淬火鋼，此區(qū)脆性更大。是熱影響區(qū)中 性能最差的區(qū)域。 2.細晶區(qū)：組織為正火組織，此區(qū)力學性能優(yōu)于母材。 3.不完全重結晶區(qū)：此區(qū)珠光體已轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，部分鐵素體溶入奧氏體，尚未溶入奧氏體的鐵素體 晶粒不斷長大?？绽鋾r，奧氏體又析出較細的鐵素體，到 Ar1 線時，殘余奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣参鼋M織 珠光體，為溶入奧氏體的鐵素體晶粒保持下來。該區(qū)金相組織不均勻，力學性能較差。 4.再結晶區(qū)：焊前經(jīng)過冷變形加工的工件，由于母材有晶格畸形及碎晶組織，當加熱到此溫度區(qū)時， 就會產(chǎn)生回復及再結晶而細化。其力學性能提高，焊前未冷加工的焊件不存在再結晶區(qū)。 14.分析焊接應力產(chǎn)生產(chǎn)生的原因及應力的類型。 答：焊件的局部加熱和冷卻，使得焊縫區(qū)的金屬加熱時的熱膨脹量及冷卻時的收縮量都大，并受兩側(cè) 金屬所制約。當受熱膨脹不能自由伸長而被塑形壓縮，向厚度方向展寬；冷卻時同樣不能自由縮短， 由于焊件各部分收縮不一致必然導致焊縫區(qū)乃至整個焊件產(chǎn)生應力和變形，這種焊接構件由焊接而產(chǎn) 生的內(nèi)應力成為焊接應力；焊后殘余在 焊件內(nèi)的焊接應力成為焊接殘余應力 。