2025年新版鑄造大賽工藝設(shè)計(jì)題目及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在灰鑄鐵HT250的熔煉過程中，為抑制石墨粗大化并提高珠光體含量，最經(jīng)濟(jì)有效的合金加入順序是A.先加Cu后加SnB.先加Sn后加CuC.Cu與Sn同時(shí)加入D.僅加Cu不加Sn答案：A2.采用呋喃樹脂自硬砂生產(chǎn)2.3t機(jī)床床身時(shí)，若型砂24h抗拉強(qiáng)度要求≥0.8MPa，最適合的固化劑是A.磷酸B.對(duì)甲苯磺酸C.硫酸乙酯D.氯化銨答案：B3.某鋁合金缸蓋需滿足0.1MPa水壓下1min無滲漏，其低壓鑄造升液速度應(yīng)控制在A.15mm/sB.45mm/sC.80mm/sD.120mm/s答案：B4.在熔模鑄造中，為降低型殼950℃下的高溫蠕變，面層撒砂材料應(yīng)優(yōu)先選用A.鋯英砂B.熔融石英砂C.鉻鐵礦砂D.硅砂答案：A5.球墨鑄鐵QT7002的鑄態(tài)組織中，珠光體體積分?jǐn)?shù)低于70%時(shí)，最可能的原因是A.殘留Mg量0.02%B.終硅量2.7%C.冷卻速度30℃/minD.碳當(dāng)量4.9%答案：D6.采用EPC負(fù)壓消失模工藝生產(chǎn)45鋼閥體時(shí)，負(fù)壓度突然由0.05MPa降至0.02MPa，最可能出現(xiàn)的缺陷是A.粘砂B.冷隔C.積碳D.滲碳答案：C7.對(duì)于壁厚差達(dá)到40mm的球鐵齒輪箱體，為實(shí)現(xiàn)無冒口鑄造，最合理的設(shè)計(jì)措施是A.覆砂鐵型+冷鐵B.發(fā)熱冒口+保溫板C.直接砂型+鉻鐵礦砂D.石墨型+抽氣答案：A8.在3D打印砂型（呋喃樹脂噴射）中，為提高角部強(qiáng)度，噴射分辨率應(yīng)不低于A.150dpiB.300dpiC.600dpiD.1200dpi答案：C9.某鎳基高溫合金葉片采用定向凝固，抽拉速度由5mm/min降至3mm/min，則一次枝晶間距將A.增大15%B.增大30%C.減小15%D.減小30%答案：D10.在鐵型覆砂鑄造中，覆砂層厚度由8mm減至4mm，其蓄熱系數(shù)變化趨勢(shì)為A.線性增大B.線性減小C.指數(shù)增大D.指數(shù)減小答案：A二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分；多選少選均不得分）11.下列措施可同時(shí)提高鑄鋼ZG270500的屈服強(qiáng)度與沖擊韌性的有A.添加0.8%NiB.添加0.05%VC.降低碳含量至0.22%D.提高過熱至1680℃E.采用SiCa變質(zhì)答案：A、B、C12.關(guān)于擠壓鑄造Al9Si3Cu合金，下列說法正確的有A.比壓≥80MPa可基本消除縮松B.金屬型溫度200℃時(shí)，最佳加壓開始時(shí)間為固相率15%C.擠壓鑄造件T6熱處理后屈服強(qiáng)度可提高約35%D.二次加壓壓力需高于一次加壓E.擠壓鑄造允許的最大壁厚可達(dá)80mm答案：A、B、C13.在大型船用螺旋槳CuMnAl青銅鑄造中，為防止Al?O?夾雜，可采取A.氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹B.加入0.05%CaC.采用底注式澆注D.澆口設(shè)置陶瓷泡沫過濾E.金屬型石墨涂料厚度1.5mm答案：A、C、D14.采用VRH（真空置換硬化）水玻璃砂工藝時(shí)，影響硬化速度的因素有A.CO?流量B.真空度0.06MPa保持時(shí)間C.水玻璃模數(shù)D.原砂角形系數(shù)E.型砂溫度答案：B、C、D、E15.對(duì)于激光選區(qū)熔化（SLM）制備的18Ni300馬氏體時(shí)效鋼，下列后處理可同時(shí)提高尺寸精度與疲勞壽命的有A.熱等靜壓B.雙重時(shí)效C.噴丸強(qiáng)化D.化學(xué)蝕刻去支撐E.深冷處理答案：A、B、C、E三、判斷改錯(cuò)題（每題2分，共10分；先判斷對(duì)錯(cuò)，再改正錯(cuò)誤部分）16.在鐵素體球墨鑄鐵中，提高終硅量至3.2%可顯著降低韌脆轉(zhuǎn)變溫度。答案：錯(cuò)。改正：提高終硅量至3.2%會(huì)升高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，應(yīng)控制在2.2%以內(nèi)。17.熔模鑄造背層涂料的粘度通常高于面層涂料，以保證型殼透氣性。答案：錯(cuò)。改正：背層涂料粘度低于面層，便于快速干燥并排出水汽。18.采用EPC工藝生產(chǎn)灰鑄鐵時(shí)，模樣密度越高，越有利于減少積碳缺陷。答案：錯(cuò)。改正：模樣密度應(yīng)控制在0.022g/cm3以下，過高會(huì)加劇積碳。19.在低壓鑄造輪轂時(shí)，升液管內(nèi)壁噴涂BN涂料可顯著減少AlFeSi金屬間化合物粘附。答案：對(duì)。20.對(duì)于厚大斷面鑄鋼件，采用發(fā)熱保溫冒口可完全取消補(bǔ)貼，實(shí)現(xiàn)無補(bǔ)貼工藝。答案：錯(cuò)。改正：仍需設(shè)置最小補(bǔ)貼高度以保證補(bǔ)縮通道暢通。四、簡(jiǎn)答題（每題8分，共24分）21.某企業(yè)采用樹脂砂生產(chǎn)50t重機(jī)床立柱，材質(zhì)HT300，最大壁厚180mm，要求導(dǎo)軌面硬度190230HBW。請(qǐng)給出防止石墨粗大與導(dǎo)軌面硬度不足的綜合工藝路線（含化學(xué)成分、冷鐵、孕育、開箱時(shí)間）。答案：（1）化學(xué)成分：C3.13.2%，Si1.61.8%，Mn0.81.0%，P≤0.08%，S≤0.08%，Cu0.40.6%，Sn0.040.06%，碳當(dāng)量CE=3.94.0%。（2）冷鐵：導(dǎo)軌面下方放置石墨冷鐵，厚度80mm，間距150mm，冷鐵預(yù)熱至150℃。（3）孕育：出鐵槽加入0.4%SiBa孕育劑，澆注隨流加入0.1%硫氧孕育劑，控制孕育衰退時(shí)間≤8min。（4）開箱時(shí)間：澆注后28h打箱，確保鑄件中心溫度≤300℃，防止二次石墨化。（5）結(jié)果：導(dǎo)軌面硬度210HBW，石墨長度34級(jí)，珠光體量≥90%。22.說明在大型不銹鋼閥體（ZG08Cr18Ni9，重量3.5t）采用消失模鑄造時(shí)，如何系統(tǒng)解決表面滲碳問題，并給出檢測(cè)方法與判定指標(biāo)。答案：（1）模樣材料：選用STMMA共聚料，密度0.018g/cm3，含碳量≤60%。（2）涂料：高鋁質(zhì)耐火骨料，涂層厚度1.8mm，120℃烘干后透氣率≥400。（3）負(fù)壓：澆注過程負(fù)壓度0.06MPa，保持至鑄件凝固結(jié)束。（4）澆注溫度：1600℃，提高過熱降低粘度，減少模樣分解產(chǎn)物滯留。（5）檢測(cè)：每爐附鑄φ25×100mm試棒，加工后采用GB/T4336直讀光譜測(cè)定表面2mm內(nèi)碳含量，判定指標(biāo)：C≤0.08%。（6）若超標(biāo)，采用900℃×2h空冷退火，可使碳降至0.06%以下。23.針對(duì)汽車渦輪增壓器Inconel713C葉片熔模鑄造，列出獲得完整柱狀晶組織的定向凝固工藝窗口（溫度梯度GL、抽拉速度V、GL/V比值），并說明GL/V對(duì)雀斑缺陷的影響規(guī)律。答案：（1）溫度梯度GL：3050K/cm；（2）抽拉速度V：36mm/min；（3）GL/V比值：812K·min/cm2；（4）當(dāng)GL/V＜6時(shí)，雀斑缺陷密度＞20個(gè)/cm2；GL/V＞12時(shí)雀斑消失，但晶粒細(xì)化，持久性能下降；（5）最佳窗口：GL=40K/cm，V=4mm/min，GL/V=10K·min/cm2，可獲無雀斑柱狀晶，900℃/310MPa持久壽命≥85h。五、計(jì)算題（共31分）24.（10分）某球墨鑄鐵件模數(shù)M=2.5cm，采用覆砂鐵型無冒口工藝，鐵型壁厚δ=40mm，覆砂層厚15mm，材質(zhì)密度ρ=7.1g/cm3，比熱容c=0.5J/(g·K)，凝固潛熱L=230J/g，鑄件澆注溫度T_p=1350℃，鐵型初始溫度T_m=20℃，鐵型熱擴(kuò)散率a=0.04cm2/s。求理論凝固時(shí)間τ，并判斷是否需要設(shè)置補(bǔ)貼。答案：Chvorinov公式修正：τ=(ρc(T_pT_m)+ρL)M2/(2b2λΔT)其中b=覆砂層熱阻系數(shù)=√(λ覆·τ覆)=0.85；λ=鐵型導(dǎo)熱系數(shù)=0.05cal/(cm·s·K)=0.21J/(cm·s·K)；ΔT=1330K代入得τ=7.1×0.5×1330+7.1×230)×6.25/(2×0.852×0.21×1330)=(4721.5+1633)×6.25/(2×0.7225×0.21×1330)=6354.5×6.25/403=98s≈1.6min因模數(shù)＜3cm，且鐵型蓄熱足夠，無需補(bǔ)貼。25.（11分）低壓鑄造A356輪轂，重量m=12kg，平均壁厚d=12mm，升液管直徑φ=60mm，充型時(shí)間t=8s，要求液面上升速度v=180mm/s，計(jì)算：（1）所需鋁液流量Q；（2）升液管截面積是否足夠；（3）若采用氮?dú)饧訅海笃鹗技訅核俣?dp/dt)?（鋁液密度ρ=2.4g/cm3，g=9.8m/s2）。答案：（1）Q=Av=π(0.03)2×0.18=0.000509m3/s=0.509L/s（2）理論流量Q_m=m/(ρt)=12/(2.4×8)=0.625L/s＞0.509L/s，截面積不足，應(yīng)改為φ70mm，則Q'=0.693L/s＞0.625L/s，滿足。（3）p=ρgh=2.4×9.8×1.44=33.8kPa，(dp/dt)?=p/t=33.8/8=4.2kPa/s。26.（10分）大型鑄鋼軋機(jī)機(jī)架材質(zhì)ZG25，需進(jìn)行焊補(bǔ)，焊補(bǔ)區(qū)體積V=500cm3，碳當(dāng)量CE=0.45%，為防止冷裂，需計(jì)算預(yù)熱溫度T_p。采用公式T_p=350√(CE0.05)+0.004σ_b，其中σ_b=550MPa。若現(xiàn)場(chǎng)只能達(dá)到180℃，提出兩種替代措施并給出參數(shù)。答案：T_p=350√0.4+2.2=350×0.632+2.2=223℃。現(xiàn)場(chǎng)僅180℃，措施：（1）采用低氫焊條J607，擴(kuò)散氫≤4mL/100g，可降低預(yù)熱50℃；（2）焊后立即200℃×2h后熱，可補(bǔ)償預(yù)熱不足30℃。綜合后180℃+低氫+后熱，可防裂。六、綜合分析題（共40分）27.（20分）閱讀下列情景并回答問題：某風(fēng)電輪轂（材質(zhì)QT40018AL，重量18t，最大壁厚120mm，輪廓尺寸φ4200mm×1600mm）原采用粘土砂有冒口工藝，存在加工后石墨漂浮、低溫沖擊不合格（20℃Akv＜10J）。企業(yè)擬改為鐵型覆砂+無冒口+旋轉(zhuǎn)澆注，要求：（1）給出鐵型覆砂層厚度、材質(zhì)、涂料配方及烘干制度；（2）設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)澆注轉(zhuǎn)速與澆注時(shí)間匹配關(guān)系；（3）列出低溫沖擊提升的關(guān)鍵控制點(diǎn)與檢測(cè)頻次；（4）計(jì)算新工藝材料成本對(duì)比（粘土砂→鐵型覆砂），給出噸鑄件節(jié)約金額（粘土砂成本180元/t，鐵型覆砂一次性投入120萬元，壽命3000次，覆砂成本420元/t，人工+能耗+折舊合計(jì)110元/t）。答案：（1）覆砂層厚度25mm，鉻鐵礦砂+4%酚醛樹脂+1.2%固化劑，涂料：鋯英粉90%+酚醛樹脂10%，酒精溶劑，比重1.7g/cm3，涂兩遍，每遍0.3mm，烘干200℃×45min。（2）旋轉(zhuǎn)澆注：轉(zhuǎn)速n=8rpm，澆注時(shí)間t=55s，線速度v=πDn/60=π×4.2×8/60=1.76m/s，保證層流充型，F(xiàn)r=0.25。（3）低溫沖擊控制：①終硅≤2.4%，Ni加入0.4%；②強(qiáng)化孕育，隨流孕育0.25%BiFe+0.15%Sb，孕育衰退≤6min；③開箱溫度≤250℃，防止共晶團(tuán)粗大；④每爐附鑄Y型試塊，20℃Akv檢測(cè)，頻次：首件+每5件抽檢，要求Akv≥12J。（4）成本：粘土砂單噸180元；鐵型覆砂：一次性120萬元÷3000次=400元/件，覆砂+人工等420+110=530元/t，合計(jì)930元/18t=51.7元/t，節(jié)約128.3元/t，年產(chǎn)200件，年節(jié)約46.2萬元，投資回收2.6年。28.（20分）某航天用Ti6Al4V整體艙體（φ600mm×800mm，壁厚4mm）采用石墨型+離心+真空澆注，要求獲得α+β魏氏組織評(píng)級(jí)≤2級(jí)，探傷A級(jí)。試從以下方面給出完整工藝方案：（1）石墨型材料、涂層及真空度；（2）離心機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定與G值；（3）澆注溫度與冷卻速率匹配；（4）常見缺陷（冷隔、α層、氣孔）防止；（5）給出X射線檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與補(bǔ)焊判廢條款。答案：（1）石墨型：高純石墨ρ=1.82g/cm3，抗折強(qiáng)度45MPa，涂層：ZrO?+酒精膠體，厚度0.15mm，900℃焙燒1h，真空度≤5×10?2Pa。（2）轉(zhuǎn)速：n=√(G×g×103/(π2D))，取G=80，D=0.6m，n=√(80×9.8×1000/(π2×0.6))=364rpm，實(shí)際采用370rpm。（3）澆注溫度：T_p=T_L