材料与加工技术铸造

铸造材料与加工技术（研2011）尤芳怡副教授1编辑ppt铸造前言铸造是人类掌握较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。公元前3200年，美索不达米亚出现铜青蛙铸件。公元前13～前10世纪之间，中国已进入青铜铸件的全盛时期，工艺上已达到相当高的水平，如商代的重875Kg的司母戊方鼎、战国的曾侯乙尊盘和西汉的透光镜等都是古代铸造的代表产品。

司母戊方鼎西汉透光镜2编辑ppt前言18世纪的工业革命后，铸件进入为大工业服务的新时期。进入20世纪，铸造的发展速度很快，先后开发出球墨铸铁，可锻铸铁，超低碳不锈钢以及铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等铸造金属材料，并发明了对灰铸铁进行孕育处理的新工艺。50年代以后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯、负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺。3编辑ppt1.铸造的定义铸造是一种生产零件毛坯的传统型行业。它是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。它具有适用性强、成本低等优点，主要体现在以下几个方面。4编辑ppt2.铸造的优点1)铸件不受零件大小，结构形状复杂的限制；几乎所有的合金都能浇铸成铸件；既适用于单件、小批量生产，又适用于成批、大量生产。2)铸件形状和尺寸与零件相近(某些精密铸造产品甚至无需加工)，节省金属材料和切削加工工时，且废件和废料可以回炉重熔，生产周期短。因此，与机械加工等工艺相比，铸造以其特有的优点在国民经济中起着举足轻重的作用。5编辑ppt6编辑ppt3.铸造的分类按照造型方法和成型方式，铸造可以分为砂型铸造和特种铸造两类。7编辑ppt3.1砂型铸造以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。8编辑ppt3.1砂型铸造9编辑ppt3.1.1粘土砂铸造粘土砂铸造是以原砂为造型材料，以粘土和水为粘接剂生产铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。按照铸型浇注时的不同状态可以分为粘土砂湿型(潮模)、粘土砂干型和粘土砂表干型铸造。10编辑ppt11编辑ppt3.1.2消失模铸造消失模铸造（又称实型铸造）是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。与传统铸造技术相比，消失模铸造技术具有与无伦比的优势，被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”、“铸造工业的绿色革命”。12编辑ppt3.1.2消失模铸造消失模铸造有下列特点：1)铸件质量好，成本低。材质不限，大小皆宜；尺寸精度高，表面光洁，减少清理，节省机加；内部缺陷大大减少，组织致密。

2)可实现大规模、大批量生产。自动化流水线生环保。可以大大改善作业环境、降低劳动强度、减少能源消耗。13编辑ppt3.1.2消失模铸造14编辑ppt3.1.2消失模铸造15编辑ppt3.1.2消失模铸造16编辑ppt3.1.2消失模铸造17编辑ppt3.1.3V法造型真空密封造型铸造方法，又称负压造型国外取英文Vacuum（真空）一词的字头，而简称之为V法。

V法造型有下列特点：1)V法造型不采用粘接剂，因而可使造型和铸件落砂清理劳动量大大减轻，旧砂回用率可达95%。2)V法造型的材料利用率高，铸件废品率低，内外质量好，从而降低铸件成本。18编辑ppt3.1.3V法造型a.将预先加热好的塑料薄膜在负压作用下，吸贴到模样，模板的整个表面上，然后在薄膜上均匀地喷上快干涂料。b.将带有抽气室的沙箱放上。c.充填不加粘结剂，水分及附加物的干沙，边加砂边微微振动，以保证干沙填满砂箱。刮平，并在砂箱顶部再覆盖料膜，通过砂箱箱壁抽真空。d.翻箱、起模，由于大气压力的作用，塑料薄膜均匀地贴在砂型上，而使型砂处于紧实状态，取出模样，达到硬度为90度左右的砂型。e.合型，铸型的负压状态一直维持到浇注，铸件凝固完成后。f.负压解除后，铸型自行溃散，可方便地从铸型干砂中取出铸件。19编辑ppt3.1.3V法造型20编辑ppt3.1.3V法造型21编辑ppt3.1.4水玻璃砂造型以水玻璃（硅酸钠）为粘接剂制造铸型的铸造方法称为水玻璃砂铸造。水玻璃砂溃散性差，旧砂再生困难，但也有许多优点：1)水玻璃砂成本低；2)生产过程中没有刺激性或有毒气体溢出、污染小、有利于环保等等;3)水玻璃砂高温退让性好，铸件尺寸精度及表面质量好。22编辑ppt3.1.4水玻璃砂造型目前常用的硬化方法主要有以下两种：1.普通CO2气硬法；优点：①设备简单，操作方便，使用灵活，成本低廉②硬化速度快，强度高，铸件精度高；缺点：①水玻璃加入量大(7-8％)；含水量大，易吸潮；冬季硬透性差；②溃散性差，旧砂再生困难，大量旧砂被废弃，造成环境的碱性污染。23编辑ppt3.1.4水玻璃砂造型2.有机酯自硬法优点：①型(芯)砂具有较高的强度，水玻璃加入量可降至3.5%以下；②型(芯)砂溃散性好，清砂容易，旧砂易干法再生，回用率≥80％，可减少水玻璃砂排放；③铸件质量和尺寸精度可与树脂砂相媲美，生产成本低，劳动条件好。缺点：①型芯砂硬化速度较慢；②流动性较差。因此，目前生产中有时采用复合硬化工艺，如：短时吹CO2达到起模强度后先起模，再吹热空气、或烘干、或利用有机酯固化。24编辑ppt水玻璃主要参数：1)模数模数是指水玻璃中SiO2和Na2O的摩尔数比：M=MSiO2/MNa2O=1.033ω(SiO2)/ω(Na2O)式中，ω(SiO2)、ω(Na2O)分别为硅酸钠中SiO2和Na2O的质量分数(%)铸造生产中吹CO2硬化时小型芯采用较高模数(M=2.7-3.2),中等型芯采用中等模数(M=2.3-2.6)；生产周期长的大型(芯)采用低模数(M=2.0-2.2)。采用有机脂作为固化剂的水玻璃模数一般为(M=2.2-2.5),冬季取上限。25编辑ppt水玻璃主要参数：2)波美度铸造上习惯于用波美度(°Be′)来表示水玻璃的密度，波美度(°Be′)与密度ρ的换算关系如下：ρ=144.3/(144.3-波美度)常用水玻璃的波美度为41-49°Be′波美度越小水玻璃密度越低，含固量越少，水的质量分数越高；反之亦然。26编辑ppt水玻璃的改性水玻璃在存放过程中会产生缩聚，形成凝胶，即老化现象。水玻璃的存放时间越长、模数越高、浓度越大则”老化”越严重。1)物理改性利用磁场、超声波、高频或加热向水玻璃体系提供能量。但其效果不持久。2)化学改性往水玻璃中加入少量含有极性基团的化合物，提高聚硅酸的稳定性，阻止老化进行。如加入：丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸盐等。3)物理-化学改性实际生产中通常采用物理改性与化学改性相结合的方法使水玻璃具有持久的改性效果。如高压釜中加聚丙烯酰胺来改性“老化”的水玻璃。27编辑ppt水玻璃砂的再生水玻璃砂的再生目前主要有以下三种方法：干法再生、湿法再生、干热联合再生。1)干法再生工作过程分为预再生、再生、除尘三个阶段，Na2O去除率达40-50%，且除尘阶段至关重要。2)湿法再生①Na2O去除率可达80%以上，甚至超过90%；②再生砂回用率高，可达95%以上；③再生砂可作为造型的面砂和单一砂使用；④对酯硬化水玻璃旧砂，能有效去除残留酯，延长再生砂混后的可使用时间。3)干热联合再生为提高砂粒表面水玻璃模的脱模效率，将旧砂加热到180-200℃(酯硬化加热到300-350℃)，使水玻璃失水脆化，然后再进行撞击、摩擦，可提高Na2O去除率，可达50%以上。28编辑pptCO2-有机酯复合硬化水玻璃工艺用CO2吹使型硬化到脱模强度，脱模后有机酯继续硬化，吹完CO2再放置3-6小时即可进行合箱浇注。单独使用有机酯，酯加入量为水玻璃的8-15%，此方法有机酯加入量只需4-6%，但水玻璃加入量相应提高0.5-1%29编辑ppt3.1.5树脂砂铸造树脂砂铸造是以树脂为粘接剂制备型(芯)砂的铸造方法。树脂砂造型可分为：热法覆膜树脂砂、热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂、呋喃树脂自硬砂等。树脂砂铸造具有如下特点：1.树脂砂硬化后强度高，特别适合于机器造型，能造出复杂、薄壁的铸件；2.铸件组织致密，力学性能好。3.粘接剂价格昂贵，对空气有污染，工作环境差。30编辑ppt3.1.5树脂砂铸造31编辑ppt3.2特种铸造特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造(如熔模铸造、水泥砂铸造、陶瓷型铸造等)和以金属为主要铸型材料的特种铸造(如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等)两类。32编辑ppt3.2.1金属型铸造

金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。(1)金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样的合金，其抗拉强度平均可提高约25％，屈服强度平均提高约20％，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；(2)铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;(3)铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约15～30％；33编辑ppt3.2.1金属型铸造金属型铸造的生产效率高，工序简单，易实现机械化和自动化。但金属型也具有如下缺点：1)金属型制造成本高；2)金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等缺陷；3)金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件质量的影响甚为敏感，需要严格控制。

34编辑ppt3.2.2熔模精密铸造熔模精密铸造又称失蜡法铸造，是铸造行业中的一项优异的工艺技术，其应用非常广泛。它不仅适用于各种类型、各种合金的铸造，而且生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其它铸造方法要高，甚至其它铸造方法难于铸得的复杂、耐高温、不易于加工的铸件，均可采用熔模精密铸造铸得。35编辑ppt3.2.2熔模精密铸造—应用如航空喷气发动机的叶片、叶轮、喷嘴等形状复杂，尺寸精确以及表面光洁的耐热合金零件，采用传统方法很难加工制得。36编辑ppt3.2.2熔模精密铸造—应用37编辑ppt3.2.2熔模精密铸造—过程38编辑ppt3.2.3陶瓷型铸造

陶瓷型铸造是在砂型熔模铸造的基础上发展起来的一种新工艺。陶瓷型是利用质地较纯、热稳定性较高的耐火材料作造型材料；用硅酸乙酯水解液作粘结剂，在催化剂的作用下，经灌浆、结胶、起模、焙烧等工序而制成的。采用这种铸造方法浇出的铸件，具有较高的尺寸精度和表面光洁度，所以这种方法又叫陶瓷型精密铸造。39编辑ppt3.2.3陶瓷型铸造

40编辑ppt3.2.3陶瓷型铸造

41编辑ppt3.2.3陶瓷型铸造

42编辑ppt3.2.4压力铸造

将熔融合金在高压、高速条件下充型并在高压下冷却凝固成型的一种精密铸造方法，简称压铸，其最终产品是压铸件。高压、高速充填压型是压铸的两大特点。它常用的压射比压是从几千至几万KPa，甚至高达2×105kPa。充填速度约在10～50m/s，有些时候甚至可达100m/s以上。充填时间很短，一般在0.01～0.2s范围内。43编辑ppt3.2.4压力铸造

44编辑ppt3.2.4压力铸造——模具45编辑ppt3.2.4压力铸造——产品46编辑ppt3.2.5低压铸造

低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。47编辑ppt3.2.6连续铸造

利用贯通的结晶器在一端连续地浇入液态金属，从另一端连续地拔出成型材料的铸造方法称为连续铸造。结晶器一般用导热性较好，具有一定强度的材料，如铜、铸铁、石墨等制成，壁中空，空隙中间通冷却水以增强其冷却作用。铸出的成型材料有方形、长方形、圆形、平板型、管形或各种异形截面。48编辑ppt3.2.6连续铸造——示意图49编辑ppt3.2.6连续铸造——生产现场50编辑ppt3.2.7离心铸造

离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力的作用下充填铸型和凝固成型的一种铸造方法。目前离心铸造主要用于生产离心铸管、缸盖、轧辊、轴套瓦盖及其他各种轮类铸件。51编辑ppt3.2.7离心铸造

离心铸造的特点如下：1)金属液能在铸型中形成中空的圆柱形自由表面，这样便可不用型芯就能铸出中空的铸件，大大简化了套筒，管类铸件的生产过程；2)离心铸造工艺可提高金属充填铸型的能力，一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产；3)由于离心力的作用，改善了补缩条件，离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、夹杂等缺陷也较少；4)消除或大大节省浇注系统和冒口方面的金属消耗；5)铸件易产生偏析，铸件内表面较粗糙,内表面尺寸不易控制。52编辑ppt3.2.7离心铸造

53编辑ppt3.2.7离心铸造

54编辑ppt4.1铸铁

铸铁是含碳大于2.1%的铁碳合金，它是将铸造生铁(部分炼钢生铁)在炉中重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件具有优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，价格低等特点。

55编辑ppt4.1铸铁铸铁名称代号牌号表示方法示例灰铸铁HTHT100蠕墨铸铁RuTRuT420球墨铸铁QTQT400-18黑心可锻铸铁白心可锻铸铁珠光体可锻铸铁KTHKTBKTZKTH300-6KTB350-04KTZ450-06耐磨铸铁MTMTCu1PTi-200抗磨白口铸铁抗磨球墨铸铁KmTBKmTQKmTBMn5Mo2CuKmTQMn6冷硬铸铁LTLTCrMoR耐蚀铸铁耐蚀球墨铸铁STSTQSTSi15RSTQA15Si5耐热铸铁耐热球墨铸铁RTRTQRTCr2RTQA16奥氏体铸铁AT56编辑ppt4.1铸铁

白口铸铁：白口铸铁中的碳全部以渗碳体（Fe3C）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3C，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料。57编辑ppt4.1铸铁

灰口铸铁；铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。58编辑ppt4.1铸铁可锻铸铁：可锻铸铁是用碳、硅含量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件，再经过长时间高温退火处理，使渗碳体分解出团絮状石墨而成，即可锻铁是一种经过石墨化处理的白口铸铁。59编辑ppt4.1铸铁球墨铸铁：在铁水浇注前加一定量的球化剂，使铸铁中石墨球化。由于碳(石墨)以球状存在于铸铁基体中，改善其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性大大提高。并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点，现已广泛替代可锻铸铁及部分铸钢、锻钢件、如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。60编辑ppt4.1铸铁——冲天炉熔炼61编辑ppt4.1铸铁

62编辑ppt4.1铸铁——电炉

63编辑ppt4.1铸铁——产品

64编辑ppt4.2铸钢铸钢可以分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造特种钢3类。1)铸造碳钢。以碳为主要合金元素并含有少量其他元素的铸钢。含碳<0.25％铸造低碳钢含碳0.25%～0.6%铸造中碳钢含碳>0.6％铸造高碳钢2)铸造低合金钢，含有锰、铬、铜等合金元素的铸钢。合金元素总量一般小于5％，具有较大的冲击韧性，并能通过热处理获得更好的机械性能。铸造低合金钢比碳钢具有较优的使用性能，能减小零件质量，提高使用寿命。3)铸造特种钢为适应特殊需要而炼制的合金铸钢称为铸造特种钢。它的品种繁多，通常含有一种或多种的高量合金元素，用以获得某种特殊性能。如含锰11％～14％的高锰钢能耐冲击磨损；以铬或铬镍为主要合金元素的各种不锈钢，具有耐蚀或耐高温性能。65编辑ppt4.2铸钢——表示方法1)按力学性能验收：如ZG200-400；其中200为屈服强度，400为抗拉强度2)按化学成分验收：碳钢：如ZG25其中25为碳的名义质量分数(万分比)；合金钢：如ZG15Cr1Mo1V15为碳以万分表示的名义质量分数，1为Cr和Mo的名义质量分数，V的质量分数小于0.9%故只标元素符号。1)Mn含量为0.9-1.4%只标符号不标含量，<0.9%不标符号；2)Mo含量为0.15-0.9%只标符号不标含量，<0.15%不标符号；3)其他元素含量为0.5-0.9%时只标符号不标含量，<0.5%不标符号；66编辑ppt4.2铸钢——牌号铸钢牌号屈服强度σ或σ0.2/MPa抗拉强度σb/MPa断后伸长率δ(%)断面收缩率Ψ(%)ZG200-4002004002540ZG230-4502304502232ZG270-5002705001825ZG310-5703105701521ZG340-640340640101867编辑ppt4.2铸钢——铸造低合金钢的分类钢种牌号浇注温度铸造低合金钢ZG30Mn、ZG40Mn1540-1550ZG20MSi1540-1550ZG35Mn1530-1540ZG45MnSi1530-1540ZG35SMnMo1530-1540ZG20MnMo1550-1570ZG40Cr11540-1550ZGCr5Mo1550-157068编辑ppt4.2铸钢——铸造特种钢的分类高锰钢ZGM13-1、ZGM13-2、…1420-1470铸造不锈钢ZG1Cr131540-1560ZG2Cr13ZG1Cr18Ni9Ti1570-1580耐热铸钢ZG35Cr24Ni4SiN1500-1510ZG40Cr25Ni201500-1510ZG35Cr26NNi121500-1510ZG30Cr18MnMn12Ni4Si2N1500-151069编辑ppt4.2铸钢——熔炼70编辑ppt4.2铸钢——熔炼设备

71编辑ppt4.2铸钢——熔炼设备

72编辑ppt4.2铸钢——产品73编辑ppt4.3铸造铝合金可以用金属铸造成形工艺直接获得零件的铝合金称为铸造铝合金。铸造铝合金主要可以分为铝硅合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌系合金。目前国标中列有15种铝硅合金、6种铝铜合金、3种铝镁合金和两种铝锌合金。74编辑ppt4.3铸造铝合金1)铝硅系合金良好的铸造性能和耐磨性能，热膨胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大，含硅量在10％～25％。添加0.2％～0.6％镁的铝硅合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。2)铝铜系合金铝铜合金，含铜4.5％～5.3％合金强化效果最佳，适当加入猛和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。75编辑ppt4.3铸造铝合金3)铝镁系合金铝镁合金是密度最小(2.55g/cm3)，强度很高的铸造铝合金；含镁12％的镁铝合金强化效果最佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰。4)铝锌系合金铝锌系合金为改善性能常加入硅、镁等元素，被常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可使用，经变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。76编辑ppt4.3铸造铝合金合金牌号ZAlSi7MgZAlSi7MgAZAlSi12ZAlSi9MgZAlSi5Cu1Mg……合金代号ZL101ZL101AZL102ZL104ZL105……合金牌号ZAlCu5MnZAlCu5MnAZAlCu4ZAlCu5MnCdAZAlCu5MnCdVA……合金代号ZL201ZL201AZL203ZL204AZL205A合金牌号ZAlMg10ZlMg5Si1ZlMg8Zn1合金代号ZL301ZL303ZL305合金牌号ZAlZn111Si7ZAlZn6Mg合金代号ZL401ZL40277编辑ppt4.3铸造铝合金——产品78编辑ppt4.4铸造铜合金铸造铜合金是工业上广泛应用的一种铸造合金材料。铸造铜合金具有良好的机械性能、铸造性能、导热性能、耐蚀性，而且铸件组织细密，因而被广泛应用于汽车、轮船、石油化工等产品中。铸造铜合金可以分为两大类，即黄铜与青铜。1)黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金。在铸造黄铜中又因加入其它合金元素而形成锰黄铜、铝黄铜、硅黄铜、铅黄铜等。2)在铜合金中不以锌为主加元素的统称为青铜，如锡青铜、铝青铜、铅青铜等。

79编辑ppt4.4铸造铜合金分类合金牌号举例合金名称黄铜锰黄铜ZCuZn38Mn2Pb238-2-2锰黄铜铝黄铜ZCuZn31Al231-2Al铝黄铜硅黄铜ZCuZn16Si416-4硅黄铜铅黄铜ZCuZn40Pb240-2铅黄铜青铜锡青铜ZCuSn10Pb510-5锡青铜铝青铜ZCuAl9Mn29-2铝青铜铅青铜ZCuPb20Sn520-5铅青铜80编辑ppt4.4铸造铜合金——产品81编辑ppt4.4铸造铜合金——产品82编辑ppt5.造型材料

制造铸型的材料统称为造型材料。主要包括：原砂、粘接剂、附加物和涂料等。5.1原砂砂子是最主要的造型原材料，原砂按其使用范围可以分为硅砂和特种砂两大类。

83编辑ppt5.1.1硅砂

硅砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2，除此之外还含有长石、云母、铁的氧化物、碳酸盐以及粘土等矿物。纯净的石英砂颜色为乳白色、或无色半透明状，被铁的氧化物污染时常呈淡黄色或浅红色。

84编辑ppt5.1.1硅砂

85编辑ppt5.1.1硅砂

硅砂的主要性能指标有SiO2含量和硅砂颗粒度：

分级代号最小SiO2含量应用9898铸钢件型砂、芯砂9696小型铸钢件或大中型铸铁件的型砂、芯砂93939090中小型铸铁件型砂、芯砂858586编辑ppt5.1.1硅砂铸造用硅砂的粒度采用铸造用实验筛进行分析，其筛号和筛孔尺寸符合下表：筛号6122030405070100140200筛孔尺寸/mm3.351.700.850.600.430.300.210.150.1060.0587编辑ppt5.1.2特种砂

除硅砂外的各种铸造用砂均称为特种砂。常用的特种砂有：石灰石砂、镁砂、橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、刚玉砂、高铝矾土等。与硅砂比特种砂具有耐火度高、导热性好、热膨胀小，抗熔渣侵蚀能力强等特点。

88编辑ppt5.1.2特种砂

常用特种砂种类如下：

原砂类别主要组成密度(g/cm3)莫氏硬度耐火度/℃热导率线膨胀系数温度/℃热导率/[W/m·k]温度/℃线膨胀系数/×10-5/K石灰石砂CaCO3约2.83约2300(700-900分解)12007.11720-12001.36锆砂ZrSiO44.0-4.77-82430（1500分解）10002.09-3.3020-12000.55镁砂MgO3.35-3.586-7200012002.554-5.8620-14001.4刚玉砂Al2O33.8-3.992000-205012002.38-5.27520-15800.889编辑ppt5.1.2特种砂

原砂类别主要组成密度(g/cm3)莫氏硬度耐火度/℃热导率线膨胀系数温度/℃热导率/[W/m·k]温度/℃线膨胀系数/×10-5/K耐火熟料3Al2O3·2SiO22.4-2.455-6175012002.68-3.43320-13200.45石墨(电极)C2.01-2.5812100-3000100043.96(117.23)0-10000.14(0.26)铬铁矿砂FeO·Cr2O34-4.85.5-61900--100-11000.82橄榄石砂(MgFe)2SiO43.2-3.66-71700-180010001.67--钛铁矿砂FeTiO3约4.64-61450----90编辑ppt5.1.2特种砂

铬铁矿砂：铸造用铬铁矿砂主要化学成分为Cr2O3，铬铁矿砂受热体积膨胀稳定、热传导率高、激冷效果好。与熔融金属接触时不仅具用很好的抗碱性渣的作用，不与氧化铁等起化学反应，而且本身具有固相烧结的特点，因而能很好地防止熔融金属的渗透，避免产生粘砂缺陷。

91编辑ppt5.1.2特种砂

橄榄石砂：1.导热性能好，热澎胀缓慢均匀、不易产生夹砂；

2.无游离SiO2存在，无硅砂危害，生产环境好；

3.耐火度高(1750℃)抗金属氧化物浸蚀能力强，能有效防止铸件化学、机械粘砂，铸件表面质量好，尺寸准确，合格率高；

4.镁橄榄石砂熔点高，化学性能稳定，对铁的氧化物和碱性炉渣有很高的抗浸蚀能力，易回收。92编辑ppt5.2涂料

覆盖在型腔和型芯表面，以改善其表面耐火性、化学稳定性、抗金属液冲刷性、抗粘砂性、抗粘型性等性能的铸造辅助材料，统称为铸型涂料。涂料按载体可以分为水基涂料和醇基涂料；按用途可以分为防粘砂涂料、合金化涂料和隔热涂料；按涂料的使用状态可以分为液态、稠状、膏状和粉状。93编辑ppt5.2涂料

5.2.1涂料的作用1)填平型(芯)表面小空隙，提高型腔(芯)表面平整度，从而降低铸件表面粗糙度值，提高铸件表面质量和使用性能;2)增加砂型(芯)表面强度和抗粘砂的能力，防止或减少铸件粘砂、砂眼、夹砂缺陷;3)便于铸件落砂和清理，减少落砂和清理劳动量，提高铸件落砂和清理效率;94编辑ppt5.2.1涂料的作用

4)含有金属粉末的涂料，能使铸件表面合金化和晶粒细化，改善铸件材料质量;5)通过不同涂料来减缓或加速铸件表面的冷却速度，或制造氧化氛围，防止不锈钢铸件的增碳;6)涂料用于树脂砂可以防止或减缓某些树脂砂热解产物对铸件的不良影响;

7)涂料用于金属型铸造，能够提高金属型的使用寿命，控制铸件的不同激冷速度，使铸件获得所需金相组织。95编辑ppt5.2涂料

5.2.2涂料的主要性能涂料本身应具有一定的物理性能，涂挂时还应有良好的工艺性能，使用时应具有好的工作性能。性能指标物理性能密度(g/cm3)水基：1.28-1.35至1.80-2.40(根据牌号不同)有机溶剂:1.18-1.25至1.60-2.20(根据牌号不同)固体含量满足其他性能时，尽可能高悬浮性(%)一级:水基(6h)>95，有机(2h)>90二级:水基(6h)≥90-95，有机(2h)≥85-90条件黏度(Φ6流杯)/s水基:10-30(根据牌号不同，要求不同)有机溶剂:6-1296编辑ppt5.2.2涂料的性能

性能指标工艺性能涂刷性滑爽，不把砂型(表面)砂粒带起不流淌性垂直表面涂刷，涂料不往下流淌，不形成滴痕，不堆积渗透性渗入砂层深度2-3倍砂粒直径流平性涂覆后砂型(芯)涂层表面能自动清除刷痕工作性能涂层耐磨性一级:<0.50g(64r/min)二级:≥0.50-1.00g(64r/min)抗裂纹性涂层在烘干和浇注时都不产生裂纹发气性一般<20mL/g，个别<30mL/g抗粘砂性能防止铸件产生机械粘砂和化学粘砂97编辑ppt5.2.3涂料的组成涂料由五类原辅材料配制而成，包括：耐火材料、载体、悬浮剂、粘接剂、添加剂等。1.耐火材料耐火材料又称耐火填料其主要作用是防止铸件粘砂，使铸件表面得到较低的表面粗糙度。耐火材料需具有高的耐火度，适度的烧结点和细度，不被金属液及金属氧化物所润湿，不与型砂起化学反应，热膨胀系数小，资源丰富，价格便宜等特点。98编辑ppt5.2.3涂料的组成耐火材料的种类及主要物化性能：种类矿物组成耐火度/℃高温化学性质烧结型石英粉SiO21710酸性较好镁砂粉MgO2800碱性差橄榄石粉(Mg,Fe)2SO41750-1800碱性较差铬铁矿粉FeO·Cr2O32180中性好锆英粉ZrSO42190弱酸性好电熔刚玉粉Al2O32000-2500中性差铝矾土粉3Al2O3·2SiO2≥1770中性较差石墨粉C2100-3000中性差99编辑ppt5.2.3涂料的组成针对不同的合金种类耐火粉料的选择：铸造合金推荐用涂料耐火粉料的种类厚大型铸钢件锆英粉中型铸钢件锆英粉、刚玉粉、铬铁矿粉、高铝矾土粉薄小型铸钢件高铝矾土粉、石英粉碱性合金钢铸件镁砂粉、橄榄石粉厚大型铸铁件锆英粉、土状石墨粉、鳞片石墨粉中型铸铁件土状石墨粉、鳞片石墨粉、高铝矾土粉、石英粉薄小型铸铁件、有色金属铸件土状石墨粉、滑石粉100编辑ppt5.2.3涂料的组成2.载体载体又称载液、溶剂或分散介质。1)载体的作用：使耐火粉料分散在其中，形成便于涂覆膏状或浆状涂料。2)常用载体种类：有水和有机溶剂两种。以水为载体的称为水基涂料，以有机溶剂为载体的称为有机溶剂涂料。其中以醇类做载体的涂料称为醇基涂料。101编辑ppt5.2.3涂料的组成3.悬浮剂1)悬浮剂的作用:促进涂料中的固体耐火材料在水中呈悬浮状态，使涂料成为均匀的悬浊液，防止沉淀，并易于涂刷。2)悬浮剂的选择:水基涂料常用的悬浮剂有：钠膨润土、活化膨润土、羧甲基纤维素钠(CMC)、聚丙烯酰胺(PAM)等。醇基涂料常用的悬浮剂有：有机膨润土、锂膨润土、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)等。102编辑ppt5.2.3涂料的组成4.粘接剂粘接剂的作用是将涂料中的耐火粉料等组分粘接起来，使涂料层具有一定的强度和耐磨性，并将涂层和基体粘接在一起。粘接剂的分类如下：分类粘接剂无机粘接剂(高温粘接剂)亲水型水玻璃、硅溶胶、磷酸盐、硫酸盐、聚合氯化铝憎水型有机膨润土有机粘接剂(低温粘接剂)亲水型糖浆、纸浆废液、糊精、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚醋酸乙烯乳液(白乳胶)、水溶性酚醛树脂、天然树脂憎水型沥青、煤焦油、松香、酚醛树脂、干性植物油、合脂、硅酸乙酯、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)103编辑ppt5.2.3涂料的组成5.添加剂为了改善涂料的某些性能添加的少量附加物称为添加剂。如：1)防腐剂防止水基涂料发酵、腐败、变质的添加剂。2)消泡剂消除涂料中气泡的添加剂。3)活化剂提高涂料对型芯渗透能力的添加剂。104编辑ppt6.铸件缺陷

铸件缺陷是铸造生产过程中，由于种种原因，在铸件表面和内部产生的各种缺陷的总称。铸件缺陷是导致铸件性能低下，使用寿命短，失效和报废的主要原因。分析铸件缺陷的形貌特点、产生原因及其形成过程，目的是防止、减少和消除铸件缺陷。

105编辑ppt6.铸件缺陷

铸件缺陷可以分为如下8类：

缺陷类型名称特征多肉类缺陷飞翅(飞边)垂直于铸件表面上厚薄不均匀的薄片状金属突起物。常出现在铸件分型面和芯头部位毛刺铸件表面上刺状金属凸起薄片。常出现在分型面、铸型和型芯的裂缝处，形状不规则抬型(抬箱)由于金属液的浮力使上型或砂芯局部或全部抬起、使铸件高度增加胀砂铸件内外表面局部胀大，重量增加冲砂砂型或砂芯表面局部砂子被金属液冲刷掉，在铸件表面的相应部位上形成粗糙、不规则的金属瘤状物。常位于浇口附近，被冲刷掉的砂子，往往在铸件的其他部位形成砂眼106编辑ppt6.铸件缺陷

缺陷类型名称特征多肉类缺陷掉砂砂型或砂芯的局部砂块在机械力的作用下掉落，使铸件表面相应部位形成的块状金属物外渗物铸件表面渗出来的金属物。多成颗粒状，一般出现在铸件的自由表面上。

107编辑ppt6.铸件缺陷

孔洞类缺陷针孔出现在铸件表层或内部的成群小孔，一般为针对形状。铸件表面在机械加工1~2mm后可以去掉的圆孔称表面针孔。在机械加工或热处理以后才能发现的长孔称皮下气孔气孔孔的表面一般较光滑，主要为梨形、椭圆形和圆形大孔。一般大孔常孤立存在，小孔成群或分散分布缩孔铸件在凝固的过程中，由于补缩不良而产生的孔洞。常出现在铸件最后凝固的部位或壁厚急剧变化处。孔的形状极极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶缩松铸件断面上出现的分散而细小的缩孔，常出现在厚壁处。有时借助放大镜才能发现。铸件有缩松缺陷的部位，在气密性试验时可能渗漏疏松(显微缩松)铸件缓慢凝固区出现的很细小的孔洞108编辑ppt6.铸件缺陷

裂纹、冷隔类缺陷冷裂铸件表面出现的宽度均匀的裂纹。断面有金属光泽或有轻微氧化色，断口常穿过晶粒延伸到整个断面热裂裂纹有氧化色，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和发展，外形曲折而不规则白点(发裂)钢中主要因氢的析出而引起的缺陷。在纵向断面上，它呈现近似圆形或椭圆形的银白色斑点；在横断面宏观磨片上，腐蚀后则呈现为毛细裂纹，故又称发裂冷隔在铸件上穿透或不穿透，边缘成圆角状的缝隙。多出现在铸件薄壁处、金属流汇合处、激冷部位等浇注断流铸件表面某一高度可见的接缝。接缝的某些部分粘接在一起热处理裂纹铸件在热处理过程中，出现的穿透或不穿透的裂纹。其断面有氧化现象109编辑ppt6.铸件缺陷

表面类缺陷沟槽铸件表面产生较深(大于5mm)V型凹痕。多发生在铸件的上、下表面鼠尾铸件表面出现较浅(小于5mm)的带有锐角的凹坑夹沙结疤(夹沙)铸件表面产生的疤片状金属突起物。其表面粗糙，疤片状凸起物与铸件之间夹有一层砂机械粘沙渗透粘沙铸件的部分或整个表面上，粘附着一层砂粒和金属的机械混合物。去除粘砂层时可以看到金属光泽化学粘沙(烧结粘沙)铸件的部分或整个表面上，牢固地粘附一层由金属氧化物、砂子和粘土相互作用而生产的低熔点化合物，硬度高。只能用砂轮磨去表面粗糙铸件表面粗糙、凹凸不平。但未与砂结合或化合缩陷铸件的厚断面或断面交接处上平面的塌陷现象，缩陷的下面，有时有缩孔。缩陷有时也出现在铸件孔的内表面上皱皮铸件上不规则的皱褶状的表皮。一般带有较深的网状沟槽110编辑ppt6.铸件缺陷

残缺类缺陷浇不到铸件上部产生缺肉，其边角略呈圆形，浇注口未浇满，顶面与铸件平齐未浇满铸件残缺或轮廓不完整。常出现在远离浇口的部位及薄壁处。其浇注系统是充满的跑火铸件分裂面以上的部分产生的严重凹陷。有时会沿未充满的型腔表面产生飞翅的残片型漏(漏箱)铸件内有严重的空壳状残缺。铸件完全呈壳状，铸内部已无金属，铸型底部有残留的多余金属损伤(机械损伤)铸件受机械磕碰或挤压而破损、残缺111编辑ppt6.铸件缺陷

形状及重量差错类缺陷超重铸件的重量超出重量误差的上限拉长由于凝固时铸件收缩阻力大而造成铸件的部分尺寸比图样尺寸大变形铸件由于铸造或热处理冷却速度不一，收缩不均，发生翘曲造成铸件几何尺寸与图样不符错芯由于砂芯在分芯面处错开，铸件孔腔出现与图样不符的形状错型(错箱)铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开偏芯(漂芯)由于型芯在金属液作用下飘浮移动，铸件内孔位置偏离图样要求的位置，使形状、尺寸不符合112编辑ppt7.粘砂缺陷粘砂模式：(1)机械粘砂：金属液由表层向砂型的砂粒间渗透，形成砂粒与浸入金属成为一体的渗透粘砂；(2)化学粘砂：砂型与金属液化学反应较强时，形成低熔点化合物；(3)热粘砂：砂型耐火度低时，铸型表面层的砂粒彼此严重熔接在一起，形成热粘砂。113编辑ppt液态金属成型件的结构设计一、砂型铸造工艺对铸件结构的要求二、合金铸造性能对铸件结构的要求三、不同成形工艺对铸件结构的要求114编辑ppt一、砂型铸造工艺对铸件结构的要求1.铸件的外形设计原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺实例分析：115编辑ppt实例分析116编辑ppt实例分析117编辑ppt2.铸件的内腔设计原则：减少形芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产生；简化造型工艺，降低成本。铸件内腔设计减少型芯的数量，避免不必要的型芯；便于型芯的稳定、排气和铸件的清理。118编辑ppt少型芯的数量，避免不必要的型芯实例分析：119编辑ppt实例分析120编辑ppt便于型芯的稳定、排气和铸件的清