铸造黏土砂.ppt

1 2铸造用粘土及其铸型 造型 造芯方法 原砂 再生砂 粘结剂 其它附加物混制的混合物 1 2 1粘结剂分类 1 2 2铸造用粘土 1 砂型 芯 无需烘干 不存在硬化过程 2 生产灵活性大 生产率高 生产周期短 易于实现机械化和自动化生产 3 材料成本低 节省能源消耗 生产占地少 砂箱使用寿命长 4 易产生夹砂结疤 鼠尾 粘砂 气孔 砂眼 胀砂等缺陷 一 湿度 1 2 3湿型砂性能 二 透气性 三 强度 四 流动性 五 可塑性与韧性 六 抗夹砂结疤缺陷的能力 七 发气量和有效煤粉含量 膨胀缺陷 湿型铸造特有 湿度 常见的检测方法有 1 水分 moisturecontent 3 紧实率 compactability 2 手捏感觉 含水量 3 4 5 透气性 1 定义 紧实的型砂能让气体通过而逸出的能力称为透气性 2 透气性对铸件质量的影响 1 透气性不良 发生呛火 产生气孔 浇不到等缺陷 2 透气性过高 砂粒间隙大 易产生铸件表面和机械粘砂 目前 国内外普遍采用的气钟式及电动式透气性测定仪 均是将标准试样让一恒压气源经其排气 通过测定气源进入试样之前的压力来表征试样材料透气性 测得压力值越高说明透气性越差 反之则说明透气性好 透气性的测定及表示 流动性 1 定义 型砂在外力或自重作用下 沿模样与砂粒之间相对移动的能力称为流动性 规律 等轴状 对称性好 粉末 粗颗粒粉末的流动性好 粒度组成中 极细粉末占的比例愈大 流动性愈差 但是 粒度组成向偏粗的方向增大时 流动性变化不明显 流动性50克粉末从标准的流速漏斗流出所需的时间 单位为秒 50克 其倒数是单位时间内流出粉末的重量 俗称为流速 测量方法 1流动性采用测松装密度的漏斗来测定 标准漏斗 又称流速计 是用150目金刚砂粉末 在40秒内流完50克来标定和校准的 美国标准还规定用孔径1 5英寸的标准漏斗测定流动性差的粉末 测量方法 2采用粉末自然堆积角 又称安息角 休止角 试验测定流动性 让粉末通过一粗筛网自然流下并堆积在直径为一英寸的圆板上 当粉末堆满圆板后 以粉末锥的高度衡量流动性 粉末锥的底角称为安息角 也可作为流动性的量度 锥愈高或安息角愈大 则表示粉末的流动性愈差 反之则流动性愈好 可塑性与韧性 1 可塑性 1 定义 型砂在外力作用下变形 外力去除后仍保持所赋予形状的能力 2 可塑性的获得 粘土被水润湿形成一层薄膜覆盖在砂粒上 外力作用时砂粒沿薄膜产生滑移 3 检测标准 型砂极限应变值 型砂标准试样的湿压强度 104MPa 型砂标准试样破坏前的变形量 cm 2 韧性 1 定义 型砂抵抗外力破坏的性能 2 影响因素 3 检测标准 粘土含量 含水量 粉尘和杂质含量等 落球法或跌碎法 破碎指数e越大 表示韧性越好 湿型砂用原材料 包括原砂 粘土 附加物及水 骨料 粘结剂 湿型砂的制造过程 1 原材料的选择 2 制定型砂的配方 3 进行各原材料的混制 一 石英质原砂 原砂 1 石英质原砂的组成 2 石英质原砂的粒度 3 原砂对铸造过程的影响 二 非石英质原砂 矿物组成中不含或只含少量游离SiO2的原砂 石英质原砂的粒度 1 定义 砂粒的粗细程度和砂粒的粗细分布 2 原砂粒度的决定因素 原砂的颗粒大小及分布与颗粒的形状 颗粒的大小及分布 用细度表示 过筛法 用相邻三个筛号数表示 原砂比表面积数值表示法 ISO细度 一种直接表示砂粒的平均尺寸的方法 按粒形分类 方角形 椭圆形 铸造原砂颗粒形状的表示方法 用角形因 系 数表示 E 1 3为圆砂形 E 1 3 1 5为多角形砂 E 1 5为尖角形砂 1 3常用粘土砂型 粘土被水湿润后具有粘结性和可塑性 粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物所组成的土状材料 是湿型砂的主要粘结剂 烘干后硬结 具有干强度 硬结的粘土加水后又能恢复粘结性和可塑性 具有较好的复用性 粘土是由各种含铝硅酸盐矿物的岩石经过长期的风化 热液蚀变或沉积变质作用等生成的 粘土表面带有电荷和可交换性阳离子 粘土的粘结机理 1 粘土颗粒间的粘结机理 粘土在水中形成粘土 水胶体体系 膨润土和粘土的分类 钠膨润土 PNa 交换性阳离子为钠离子且占阳离子交换容量的50 或50 以上 钙膨润土 PCa 交换性阳离子为钙离子且占阳离子交换容量的50 或50 以上 钙钠膨润土 PCaNa 任一交换性阳离子量均占阳离子交换容量的50 以下 且钙的含量较多 钠钙膨润土 PNaCa 任一交换性阳离子量均占阳离子交换容量的50 以下 且钠的含量较多 附加物 附加物的作用是使型砂具有特定的性能 并改善铸件的表面质量 1 煤粉 煤粉可以有效防止铸件表面产生粘砂缺陷 减少夹砂 结疤缺陷 改善型砂的流动性和柔韧性 改善铸件的表面光洁度 2 淀粉 减少夹砂结疤类缺陷和冲蚀缺陷 提高型砂韧性和可塑性 便于起模 减少砂孔缺陷 湿型型砂制备 初定型砂性能 拟定型砂配方 实验室配砂 确定型砂性能和配方 型砂制备 旧砂的特性及其处理 失效粘土 距表面一定深度 若干毫米 之内的粘土 在高温金属液作用下失去结构水 丧失粘结能力 成为失效粘土 也称死粘土 旧砂的特性 1 产生一层失效粘土 死粘土 层 2 出现鲕化 鱼卵石化 现象 5 惰性膜熔点低 会造成铸件表面不光洁 3 惰性膜和残留焦炭提高型砂的适宜含水量 4 煤粉等碳质附加物 降低了型砂膨胀缺陷倾向 6 粘土在热作用下失效或部分失效 以粉尘状态存在于旧砂中 增加旧砂的含泥量 7 砂中的铁块 铁豆和砂块等杂物 影响旧砂的再利用 湿型砂的混制工艺 1 碾轮式混砂机混砂 混合和揉搓作用较好 混制的型砂质量较高 但生产率低 多用于面砂的混制 2 摆轮式混砂机混砂 生产效率高 而且在混砂机内能鼓风冷却型砂 但混制的型砂质量较碾轮式的差 多用于机械化程度较高的铸工车间混制单一砂和背砂 3 叶片式泥砂机混砂 仅有混合作用而无搓揉作用 只用于混制背砂或粘土含量低的单一砂 1 5铸造缺陷 1 定义 浇注金属时 砂型 芯 表面层受热而发生膨胀和强度的变化 因此而引起的铸件缺陷 统称为膨胀缺陷 2 分类 湿砂型时 主要产生夹砂 结疤和鼠尾缺陷 有机物粘结剂的砂型或砂芯中产生的毛刺缺陷 3 夹砂 夹砂缺陷在类型上有两种 夹砂与结疤 如图所示 型砂的膨胀与其矿物组成及紧实程度有关 1 硅砂的膨胀随温度的升高而不断增大 在573 温度时 发生 石英向 石英的转变 线膨胀总量达1 375 这种膨胀又称 低温膨胀 2 型砂紧实度不太高时 砂粒间孔隙大 砂型受热砂粒 低温膨胀 时可以无阻地自由微观膨胀 砂型的宏观膨胀就小 犹如砂型能自行适应和吸收 低温膨胀 如型砂的紧实度较大 砂型的受热膨胀受阻 会导致砂型宏观膨胀增大 出现膨胀缺陷的可能性增大 3 解释 膨胀缺陷 的 膨胀 应力理论 认为 膨胀缺陷经过三个阶段 即 a 砂型表面受热迅速膨胀 b 砂型表层脱离砂型本体而凸起 c 砂型表层 干砂层 破裂 金属侵入而造成夹砂 夹砂产生倾向 铸型表层膨胀力 高湿度弱砂带强度 高湿度弱砂带的热湿拉强度越低 产生夹砂的倾向越大 提高型砂热湿拉强度的作用对防止夹砂 效果好 4 鼠尾 鼠尾的形成过程如图所示 它常出现在铸件的平面上 特别是铸件的下平面上 消除鼠尾的根本措施是 减少膨胀力 可在型砂中加入减少砂型膨胀量的附加物 最有效的是加入纤维物和木屑 5 毛刺 由于砂型 芯 受热膨胀导致开裂成缝 金属液渗入缝中所形成的刺状金属突起物 称为毛刺 砂型 芯 的工作表面开裂缝呈网状时 所形成的网状金属毛刺称为脉纹 硅砂的受热膨胀 是产生毛刺与脉纹的根本原因 型砂组成不合理 如颗粒筛号比较集中 会增加砂型的宏观膨胀量 铸铁的碳 硅和磷含量高 金属液的流动性好 都会加剧铸件表面的毛刺量 砂型局部过热 冒口太接近砂芯头部位等都易使砂型 芯 开裂成缝而形成毛刺 为了防止毛刺 要求浇注时 芯砂或型砂有较高的热变形量 砂型热变形量过低时 可采用下列措施改进 1 控制细粉含量 使之低于8 12 2 加木屑1 2 3 对水分和型 芯 砂混碾质量应严加控制 等等 二 充填缺陷 金属液充填铸型型腔时 充填得不完整 或金属液机械冲击或冲刷而导致铸型损坏所产生的铸件缺陷 称为充填缺陷 充填缺陷可分为 金属液流动缺陷 金属液机械致损缺陷两类 1 金属液流动缺陷流动缺陷是指 金属液充填铸型型腔不完整 造成的铸件缺陷 流动缺陷主要包括 冷隔 皱皮与皱纹 浇不到 飞翅等 1 冷隔 冷隔呈 裂纹 状缝隙 但缝隙带有圆角的棱边 如图所示 产生冷隔的原因是 金属液流动能力弱 浇注速度过慢 型腔内空气未驱赶尽 消除措施包括 提高浇注温度 增加金属液的流动性 改进浇注系统和排气能力 2 皱皮与皱纹 铸件整个表面布满绵延不绝的皱纹 这种表面缺陷称为皱皮 如图所示 合金中有易氧化的元素 如Mn Si且含量较高时 象硅锰低合金钢ZG20 MnSi 极易形成皱纹 又称水平流痕 其形成过程为 a 在钢液的充型过程中 随着型腔内上升液面温度的降低液面形成氧化膜 液面继续上升使氧化膜粘附于型壁上 钢液面漫过氧化膜留下痕迹 b 当液面温度下降到凝固温度范围时 液面结壳 更严重地阻碍型腔内液面的上升运动 但型腔内液面克服阻力 突破液面壳之阻力漫过它继续上升 结果在 金属 铸型 界面上留下痕迹 即 皱纹 铸钢薄壁件表面上易出现的这种皱纹缺陷 其防止的根本措施为 提高钢液在型腔内的上升速度 不低于18mm s 采用还原性气氛保护上升的金属液面 使型腔中CO CO2 H2 H2O的比值增大 3 浇不到 铸件不完整有停止流动的流头残迹 浇不到缺陷形成的主要原因是 浇注温度不够 浇道过小 金属时排气孔数量不够 消除浇不到缺陷的措施有 提高浇注温度 加大浇道尺寸 改进排气系统 三 侵入性气孔缺陷 1 定义 金属液在凝固过程中 陷入金属中的气泡在铸件中形成的孔洞 或 在铸件内部 表面或近于表面处有大小不等的光滑孔眼 2 形状及颜色 气孔的形状有圆的 长的 不规则的 气孔的形状详见下图 有单个的 也有聚集成片的 颜色为白色或带一层暗色 有时表面还覆有一层氧化皮 3 位置 气孔可分布在铸件的任何位置 可分为 内部气孔 皮下气孔 表面气孔 内部气孔存在于铸件的内部 目视检查无法发现 皮下气孔成串横列于铸件表面以下1 3mm 一般为圆球形 团球形 泪滴形或长针形 表面气孔存在于铸件毛坯表面 落砂清理后可以发现 4 气孔的种类 从气孔的形成原因或形成机理来分类 气孔可分为5种类型 A 侵入气孔 B 裹携气孔 或卷入气孔 C 析出气孔 D 内生式反应气孔 E 外生式反应气孔 1 侵入气孔 定义 从浇注到铸件表面凝固成固体壳的期间 外部气体源 型砂 芯砂等 发生的气体侵入型腔内的金属液中 形成气泡而产生的气孔 称为侵入气孔 形成该气孔的气体来自外部气体源 所以侵入气孔是一种外生式气孔 目视特征 i 形状 圆球形 团球形的异形孔洞 有时是梨形气孔 如图4 11示 ii 孔壁表面面貌 孔壁平滑 iii 尺寸大小 尺寸通常较大 最大尺寸达几毫米以上 形成机理 分三个阶段形成 第一阶段 气体侵入金属液 第二阶段 型壁上气泡形成 第三阶段 气泡在型腔金属液中的滞留或排出 防治措施 防止侵入性气体应主要从减小pA 增加气体进入金属液的阻力和使气泡容易从金属液中浮出等方面入手 i 减少砂型 芯 在浇注时的发气量 严格控制湿型的水分含量等 ii 使浇注时产生的气体容易从砂型