造型材料--复习PPT课件.ppt

第一章湿型 湿型铸造特点 湿型砂性能 检测与检测方法 湿型砂用原材料及其质量要求 湿型砂制备及质量控制 1 第一节湿型铸造特点 一 粘土砂类别1 根据合箱和浇注时的状态不同分类 1 湿型砂 不要烘干 直接浇注 2 干型砂 浇注前将整个砂型放入窑中烘干 3 表面烘干型砂 浇注前对型腔表层烘干一定深度 一般5 10mm 大件20mm 保持砂型内部为湿型 2 2 根据造型时的情况分类 1 面砂 是指特殊配制的在造型时铺覆在模样表面 形成型腔表面的型砂 直接接触金属液 其质量对铸件影响大 2 背砂 面砂背后 填充砂用的砂 不直接与金属注接触 3 单一砂 在浇注中小型铸件时 耗砂量不大 不分面砂 背砂 用单一砂砂 第一节湿型铸造特点 3 二 湿型铸造特点1 湿型铸造的基本特点 砂型 芯 无需烘干 不存在硬化期2 主要优点 P663 容易产生的铸造缺陷 P66 67 第一节湿型铸造特点 4 第二节湿型砂性能要求 检测原理及方法 1 直接影响铸件质量和造型工艺的湿型砂性能种类P672检测方法 1 在线控制 快速取样 自动出结果 反映现场情况 2 线外控制 实验室常用方法 时间长 效率低 不能及时反映现场情况 天然砂 火成岩经长期风化 或停留原地 或经水力 风力 冰川等多次搬运后 沉积而成的天然矿物 按沉积地不同分为 山砂 海砂 湖砂 河砂 风积砂等 人造砂 是由石英岩或石英砂岩经人工破碎而得到的 5 湿型砂在线控制性能标准 紧实率 过筛能力 堆重比 单位体积的砂重 水分 剪切强度 抗压强度 砂温等 偏重造型性能 发气性 灼烧减量 透气性 抗夹砂性等较难检测 现代工厂多采用在线控制与线外控制相结合的方法 6 1 透气性 型芯砂允许气体通过并逸出的能力透气性不易过高 过高会容易使铸件造成粘砂缺陷透气性不易过低 过低会容易使铸件造成气孔缺陷一般情况下 透气性控制在100 120透气性的检测方法 标准法 快速法 一 粘土型砂质量指标体系 7 一 粘土型砂质量指标体系 2 含水量 水分在型砂中所占质量分数含水量不易过高 过高会使型砂残留强度高 脆性大 不易落砂含水量不易过低 过低使型砂混合不均匀 粘土没有充分湿润 韧性低 起模性差 易冲砂 掉砂 粘结力低一般情况下 控制型砂含水量在3 4 5 8 一 粘土型砂质量指标体系 含有最适宜水分含量的型砂 具有良好的综合性能指标实际生产中 判断型砂含水量是否合适 根据手捏砂团时 是否沾手来判断型砂干 湿程度 根据手捏砂团时 感觉砂发散 柔韧 易变形来判断型砂的可塑性 根据手捏砂团和折断砂团时的用力来判断型砂的强度 根据砂团落地时的破碎情况来判断型砂的韧性 9 一 粘土型砂质量指标体系 3 紧实率 型 芯砂紧实前后的体积变化型砂的紧实率对水非常敏感 含水量的微小变化将引起型砂紧实率的较大变化 紧实率 筒高 紧实距离 筒高 最适宜含水量的型砂 其紧实率通常表现在45左右 实际生产中 一般控制范围在43 47 即能获得最适宜的含水量 即能获得良好的型砂综合性能 10 流动性定义判定砂型流动性的方法 种P71图2 1 5 发气量发气性测试仪 11 湿态强度强度不足时会出现 破损 塌落 砂眼 胀砂 跑火 强度过高 粘土加入量多 成本增加 混砂 紧实 落砂困难 湿态抗压强度 表明起模后砂型 芯 本身及其受外力作用时能够保持形状的能力 普通机器造型 0 06 0 12MPa 高压造型0 09 0 20MPa仅采用抗压强度有缺陷 还需抗剪切 抗拉 劈裂强度等 一 粘土型砂质量指标体系 12 一 石英质原砂 原砂的含泥量泥分 是指原砂中直径小于20 m的颗粒 含泥量 指原砂中泥分所占的质量分数 原砂含泥量过高 会发生下列情形 降低型芯砂的透气性 增大型芯砂的含水量 增加型芯砂的脆性 增加有机粘结剂的加入量粘土砂用原砂的含泥量应 2 有机粘结剂类型芯砂用原砂的含泥量应 0 3 第三节造型材料及其质量要求 13 一 石英质原砂 2 原砂的颗粒组成 粒度 颗粒组成 是指原砂颗粒尺寸大小和颗粒大小的分布情况 通常采用筛分法来确定原砂颗粒大小 筛分使用铸造标准试验筛 采用三筛分布确定砂粒大小的分布状态 粒度的表示方法 符号法 累积曲线法 平均细度法 平均尺寸 14 一 石英质原砂 符号法 是用数字和符号构成表示原砂粒度的一组代号 如果在主要粒度组成中 前筛余留砂量大于后筛 在粒度代号后加Q表示 反之加H表示 国家标准 铸造用硅砂 GB9442 88 按主要粒度组成将原砂粒度分组AFS平均细度计算方法 反映原砂平均颗粒尺寸 15 一 石英质原砂 原砂的粒形系数原砂的颗粒形状可用粒形系数来定量地表示 多角形E 1 3 1 6 尖角形E 1 6 圆形E 1 0 1 3 国家标准 铸造用硅砂 GB9442 88 按角形系数将原砂粒形分类 16 一 石英质原砂 比表面积 是指单位重量原砂的表面积 原砂比表面积越大 则砂粒直径越小理论比表面积 将同一筛号上的砂粒假想成相同直径的球体所具有的表面积实际比表面积 实验测出的表面积 17 一 石英质原砂 原砂的耐火度与烧结点原砂耐火度 是指材料抵抗高温作用而不熔化的能力 原砂的耐火度主要取决于原砂的矿物成分和颗粒度 一般认为 原砂中 石英含量越高 颗粒越粗大 杂质含量越低 耐火度则越高 18 一 石英质原砂 原砂烧结点 原砂颗粒表面或砂粒间的混杂物开始熔化 冷却后 砂粒之间相互粘连且不分开的温度 烧结点是原砂各种组合成分耐火性能综合反映 原砂烧结点比耐火度要低 通常在砂型铸造中 烧结点能间接反映出原砂SiO2含量 是原砂主要性能指标之一 烧结点 1350 1250 1150 SiO2含量 94 90 87 19 二 非石英质原砂 铸造用非石英质原砂主要有 镁砂橄榄石砂锆砂铬铁矿砂等 20 石英砂显酸性 易与金属液中的碱金属形成低共熔点硅酸盐 使铸件粘砂 石英砂热膨胀大 常使铸件产生夹砂 21 三 铸造用粘土 1 粘土的概念粘土是岩石经过长期风化后 分解和沉积而成的由细小结晶质粘土矿物组成的土状材料2 粘土的作用铸造用粘土主要是用来做粘土砂的粘结剂 22 三 铸造用粘土 3 粘土按晶体结构分类高岭石组 包括高岭石 珍珠陶土 地开石等伊利石组 包括伊利石 海绿石等蒙脱石组 包括蒙脱石 贝得石 绿脱石等常用铸造粘土有高岭石组和蒙脱石组 23 三 铸造用粘土 4 粘土矿物晶体的基本结构单位粘土矿物的晶格中都包含着两种基本结构单位 硅氧四面体铝氧八面体 底氧 顶氧 24 蒙脱石结构 25 高岭石结构 26 三 铸造用粘土 5 粘土中的水分粘土在润湿状态下通常有三种水分存在 吸附水 这种水分在105 温度下即能去除 层间水 粘土单位晶层间定向排列的极性水和阳离子吸附的阳离子水化膜 27 三 铸造用粘土 结构水 晶格水 直接参与构成粘土矿物晶格的OH水层间水和结构水必须加热到更高温度才能去除粘土晶层表面的吸附水 其密度和粘滞度较大 在阳离子的周围也能吸附一层定向排列的水分子 形成水化阳离子 28 三 铸造用粘土 6 粘土的粘结机理带负电荷的粘土颗粒将极性水分子吸附在自己的周围 形成胶团的水化膜 依靠粘土颗粒间的公共水化膜 通过其中的水化阳离子起 桥 的作用 使粘土颗粒相互连结起来 29 三 铸造用粘土 7 粘土颗粒与砂粒之间的粘结机理砂粒因破碎而带微量负电荷 也能吸附极性水分子在其周围作定向排列 依靠粘土颗粒与砂粒之间的公共水化膜 通过水化阳离子的 桥 作用 使粘土砂获得湿强度 30 三 铸造用粘土 粘土的干态粘结机理 烘干过程中粘土逐步失水 使砂粒和粘土颗粒之间相互靠近 紧密接触而产生附着作用 继续失去水分 使水化膜进一步变薄 粘土和砂粒之间通过 强大 的附着力紧紧拉在一起而产生 干 强度 31 三 铸造用粘土 8 铸造用粘土分类 铸造用粘土可分为两大类 膨润土和普通粘土分别用符号 P 和 N 来表示 膨润土又分为 钠基膨润土和钙基膨润土分别用符号 PNa 和 PCa 表示 32 三 铸造用粘土 粘土负电性及带负电的原因粘土颗粒表面一般带有负电荷 其原因有二 一是破键 二是离子置换 破键 粘土片状结晶体受到外界环境的影响 边缘处的Al O Si O离子键断裂形成不饱和键 33 三 铸造用粘土 晶体内部离子置换 粘土在成矿过程中 单位晶层内硅氧四面体中的Si4 被Al3 所置换 铝氧八面体中的Al3 部分地被Mg2 Fe2 所置换 使单位晶层电荷不平衡 呈现出较大的负电性 Si4 Al3 Al3 Mg2 34 破键是高岭石类粘土颗粒带负电的主要原因 而蒙脱石类膨润土中只有很小一部分电荷是由破键产生的 离子置换是蒙脱石类粘土颗粒带负电的主要原因 而高岭石晶体中很少发生离子置换 35 三 铸造用粘土 交换性阳离子粘土中能被交换出来的吸附阳离子称为交换性阳离子 阳离子交换容量粘土中所含交换性阳离子的数量称为阳离子交换容量 主要交换性阳离子用来置换的阳离子占阳离子总容量的50 以上 则称其为主要交换性阳离子 如为钠离子 则称为钠膨润土 用PNa表示如为钙离子 则称为钙膨润土 用PCa表示 36 三 铸造用粘土 为使负电荷得到平衡 粘土矿物通常吸附一些阳离子 如Ca2 Mg2 Na K 等 这些阳离子有机会被其他阳离子所替换 国家标准 膨润土中如果某一交换性阳离子量与任一交换性阳离子量均少于阳离子总容量的50 则以含量相对较多的两种离子表示 如PNaCa PNaMg按粘土的pH值分为 酸性膨润土和碱性膨润土分别用符号 S 和符号J表示 37 三 铸造用粘土 膨润土活化利用粘土晶体内的离子交换性质 可以向粘土中加入某种物质 人为地改变膨润土中的离子种类 从而改变膨润土的属性 达到改变膨润土的工艺性能 这种利用离子交换处理技术称为膨润土的活化处理 所加入的物质称为活化剂 38 三 铸造用粘土 目前我国开采的膨润土几乎都是钙基膨润土 往往满足不了生产要求 活化处理是唯一方法 常用的活化剂 Na2CO3Na2CO3在水中能完全电离成Na 和CO32 使溶液中的Na 浓度增加 逐步将钙基膨润土中的Ca2 置换出来 被置换出的Ca2 与CO32 生成CaCO3 不溶于水 从而使交换反应进行完全 钙膨润土经活化处理后与天然钠膨润土的性能相近 39 三 铸造用粘土 Na2CO3的加入量 3 7 占膨润土 一般取4 5 加入量不足或过多 都会影响膨润土的粘结性 Na2CO3的加入方式 可在混砂时以干态状态进入混砂机内 一般做法是先溶入水后 再随水加入混砂机内 现有已活化的膨润土商品销售 40 三 铸造用粘土 11 粘土的复水性粘土在受热后仍能吸水的性质称为复水性 这是粘土型砂可以多次回用的主要原因 但如果加热温度过高 使粘土失去结构水 粘土的矿物结构一旦遭到破坏 致使粘土成为不再具有粘结性的失效粘土 也称死粘土 这也是粘土型砂反复使用后性能变坏的主要原因 41 三 铸造用粘土 13 粘土对型砂性能的影响 湿压强度粘土量增加 湿抗压强度增高 增加到一定程度 容易成团 强度不再增加 膨润土砂的湿压强度比普通粘土砂高很多 湿强度随水份增加存在极大值 42 三 铸造用粘土 透气性在水分最适宜状态下 透气性随膨润土量的增加而提高透气性与水分关系与湿压强度类似 但数值要高一些 与重量最低值相当 43 干压强度 44 四 附加物 型砂中除了含有原砂 粘土 水分以外 有时人为的加入一些其他材料 以使型砂具有某些特殊性能 并改善铸件的表面质量 这些材料统称为附加物 常用的铸造附加物有 煤粉 渣油 又称重油 淀粉 糊精 45 一 煤粉 主要指标 高品位的煤粉应具有以下性能指标 灰分 5 硫分 1 光亮碳10 左右 固定碳 50 煤粉作用 预防铸件机械粘砂 改善铸件表面质量煤粉在高温作用下所产生的碳氢化合物挥发分与还原性气氛发生气相热解而在金属与铸型界面上析出一层光亮碳 有效的阻止了界面反应 对防止机械粘砂 提高铸件表面质量有显著作用 防止金属液被氧化 堵塞孔隙 阻止金属液渗入 减少膨胀应力 46 二 渣油 渣油分类渣油 又称重油 通常分为常压渣油 减压渣油 裂化渣油铸造常用的是常压渣油和减压渣油主要成分大分子的油分 石蜡 胶质和沥青质物理特性呈深褐色粘稠膏状物主要作用 与煤粉配合使用 能增强煤粉防粘砂效果 提高型砂流动性 便于造型紧实 47 二 渣油 减弱型砂对型模的粘附作用 改善起模性能 改善型砂韧性 提高型砂表面抗风干性能和强度应用使用前用轻柴油稀释成粘度合适的渣油液渣油与轻柴油配比为90 10 60 10加入量一般在1 0 左右 面砂中 缺点浇注时发出大量烟气 污染环境 所以不能用渣油液全部代替湿型砂中的煤粉 48 第二章无机化学粘结剂类型 芯 砂 1 水玻璃及其硬化机理2 水玻璃砂的配制3 水玻璃砂存在的问题及解决途径4 水玻璃砂性能指标及其检测 49 无机化学粘结剂种类及硬化方法 50 水玻璃砂的特点 硬化速度快 用CO2硬化 一只砂芯只需几秒到几分钟 用酯硬化 一只砂芯也只需5 15分钟 硬化强度高 用CO2硬化 抗压强度可高达1 6 1 8MPa 用酯硬化后 24小时抗拉强度可高达1 3MPa 砂型 芯 尺寸精度高 制取水玻璃的原材料来源广 价格便宜 浇注后溃散性差 旧砂再生困难 51 水玻璃砂的特点 与粘土砂比较具有许多优点 1 流动性好 容易紧实 劳动强度低 2 硬化速度快 生产周期短 生产率高 3 硬化强度高 砂型芯的尺寸精度易保证 铸件产生缺陷少 提高铸件成品率 4 可取消或缩短烘烤时间 降低成本 改善劳动环境 主要缺点 旧砂溃散性差 硬化后保存性差 52 一 钠水玻璃基本参数及质量要求 1 水玻璃模数 水玻璃模数是指水玻璃中SiO2与Na2O的摩尔数之比模数是铸造用水玻璃的主要技术指标之一 水玻璃模数大 SiO2的相对含量高 粘性大 特别注意 SiO2相对含量高 不说明水玻璃中Na4SiO4的质量分数高 53 2 密度 含固量和粘度 水玻璃密度 密度主要取决于水玻璃中水的质量分数 而不是水玻璃模数 密度与水玻璃中水的质量分数成反比关系密度大 水玻璃粘稠 不宜与砂均匀混合密度小 相对水的质量分数高 粘结力低密度过大或过小 都不适合用作水玻璃砂的粘结剂 54 3 水玻璃特性表示法 模数只能反映水玻璃中SiO2和Na2O的相对含量 而不能表示水玻璃中硅酸钠含量的多少因此 水玻璃的性质必须同时用两个指标表示 模数和密度 波美度 d 144 3 144 3 Be 比水重 d 144 3 144 3 Be 模数和密度过大 其硬化速度太快 保存性差 不利于造型铸造用水玻璃常选用 模数 2 0 3 0 密度 1 32 1 68g cm3 Be35 54 水玻璃的模数和密度均影响着水玻璃的粘度 水玻璃的粘度随着密度的增加而增加 水玻璃的粘度随着模数的增加而增加 55 二 硬化机理 1 用CO2硬化 水玻璃溶液的水解平衡 由于水玻璃的固有特性 决定了溶液存在水解平衡Na2O mSiO2 n 1 H2OmSiO2 nH2O 2NaOH当吹入CO2气体 因为CO2是一种脱水能力极强的气体 它能顺利的从砂粒间的缝隙流过 增加了与水玻璃的接触面积 使水玻璃部分脱水 在脱水过程中 与水玻璃中的水反应形成碳酸 导致水玻璃的PH值骤然降低而达到迅速硬化 56 二 硬化机理 CO2 2NaOH Na2CO3 H2O Q 放热 硅酸分子间不断脱水缩合形成长链硅酸溶胶 再进一步脱水形成网状结构的硅酸凝胶薄膜 包覆在砂粒表面 从而将砂粒粘结在一起 使砂型具有一定的强度 57 二 硬化机理 吹CO2方法 插管法 盖罩法 脉冲法 真空法 插管法 硬化深度大 用于中大型砂型 芯 盖罩法 硬化深度浅 用于小型砂型 芯 脉冲法 在总的吹气时间不变的情况下节省CO2 真空法 又称VRH CO2法 真空置换硬化法 影响硬化速度与硬化强度的因素 吹气压力和吹气时间 58 二 硬化机理 3 自硬化 自硬化技术的开发利用 为水玻璃砂的生产开辟了一条新的途径 自硬化水玻璃砂特点 硬化反应过程是在型 芯 砂中自行完成 所以 借助于自硬化的方法可制作更大的砂型 芯 具有较大的生产灵活性 自硬化水玻璃砂的组成 主要由原砂 水玻璃 自硬化剂及为改善型芯砂的某些性能而添加的附加物组成 自硬化的要求 硬化剂应具有潜伏性 能够延缓水玻璃的硬化反应速度 便于控制 自硬化剂的种类 粉状硬化剂 硅铁粉 赤泥 有机酯等 59 二 硬化机理 1 粉状硬化剂自硬砂 硅铁粉 其潜伏催化作用体现在粘结剂的反应由慢速逐渐加快 最后随粘结剂的胶凝和硬化而放热 潜伏催化作用是基于硅铁粉中的硅与氧具有很强的亲和力 水解反应的结果使水玻璃严重脱水而硬化硅铁粉的缺点 因反应过程中析出无色 无味 易爆的氢气而不再继续使用 60 二 硬化机理 2 酯硬化剂自硬砂酯硬化水玻璃砂的历史并不长 属于一种生产新工艺硬化剂采用多种有机酯的混合物硬化机理 酯和水玻璃水解反应生成有机酸和醇 有机酸提供氢离子与水玻璃水解析出的氢氧根离子结合使酯进一步水解析出硅酸溶胶 并促使朝着生成大的凝聚的硅酸分子方向移动 当它在三维空间任意生长时 就形成凝胶 导致水玻璃硬化 酯硬化特点 硬化速度快酯硬化速度 与环境温度与湿度有直接关系 61 一 出砂性差及解决途径 影响水玻璃砂出砂性的因素有 水玻璃的模数 水玻璃砂的高温强度和残留强度模数越低 出砂性就越差高温强度和残留强度越高 出砂性就越差水玻璃砂的残留强度随温度的变化呈双峰特性 62 CO2硬化水玻璃砂的加热温度与残留强度的关系 改善水玻璃砂出砂性差的途径 1 在水玻璃砂中加入附加物 有机物 无机物 铸造用粘土 高铝矾土 63 一 出砂性差及解决途径 有机附加物 如糖类 树脂类 油类 纤维素类材料 这些材料在高温下挥发 汽化或燃烧碳化 能在一定程度上破坏水玻璃粘结膜的完整性 可显著改善水玻璃砂在600 的出砂性 但在800 以上 水玻璃熔化会弥合有机物造成的粘结膜的不完整性 故效果并不明显 64 一 出砂性差及解决途径 无机附加物 如铝 钙 镁等金属氧化物 能在高温下与熔融硅酸钠形成高熔点相 使800 残留强度峰值后移 高温相变膨胀后 因收缩系数不同而造成裂纹 形成脆化膜 破坏水玻璃膜的完整性 高岭土 膨润土 高铝矾土等也都有不同程度的改善水玻璃砂的出砂性的功能 65 2 减少水玻璃用量 选用高品位的原砂 中等粗细 砂粒集中 形状圆整 表面光洁 尝试有机酯做硬化剂 可在获得相同工艺性能的前提下 减少其使用量 水玻璃改性减少水玻璃用量还有一个优点是 在改善水玻璃砂出砂性的同时 可有效的降低水玻璃砂发气性 减少铸件气孔缺陷 一 出砂性差及解决途径 66 一 出砂性差及解决途径 3 降低易熔物的含量减少钠的存在量 是提高水玻璃熔融温度 降低残留强度的关键 如选用高模数 低粘度的水玻璃 或改用钾水玻璃 锂水玻璃等就其粘结力而言 Na K Li就其出砂性而言 Li K Na就抗吸湿性而言 Li水玻璃最好 但价格高4 采用石灰石砂替代硅砂 67 用水玻璃砂铸造生产铸铁件及厚 大型铸钢件时 常出现铸件粘砂甚至严重粘砂现象防止粘砂的途径 铸铁件 可在水玻璃砂中加入适量的煤粉 3 6 或在铸型表面刷涂料 二 粘砂及解决途径 68 二 粘砂及解决途径 铸钢件 型 芯 表面刷涂料 在水玻璃砂中加易熔的硅酸盐材料 如冶金炉渣 加入少量的氧化铁 氧化锰等这些都能促使铸钢件表面形成容易清除的玻璃体物质 这种玻璃体物质与铸件表面结合力较弱 且收缩系数与金属不同 因此 能很容易的从铸件表面剥落 69 水玻璃砂吹CO2硬化后 放置一段时间 有时在型 芯 表面会出现象 白霜 一样的物质 这种现象称为表面粉化 严重降低型 芯 的表面强度 浇注时容易产生冲砂缺陷 白霜 的成分 NaHCO3 白霜 的形成原因 是由于水玻璃砂中含水量过高或CO2过多引起的Na2CO3 H2O NaHCO3 NaOHNa2O CO2 H2O 2NaHCO3NaHCO3随水分向外迁移到型 芯 表面 三 型 芯表面粉化及解决途径 70 三 型 芯表面粉化及解决途径 防止表面粉化的方法 1 控制水玻璃砂含水量不宜过高 2 吹CO2时间不宜过长 3 制好的型 芯 不要久放 4 在水玻璃砂中加入适量糖浆 占砂重1 71 第三章有机化学粘结剂类型 芯 砂 第一节合脂及合脂砂第二节植物油及油砂第三节树脂及树脂砂第四节自硬树脂砂第五节覆膜砂及壳型芯 72 3 砂芯粘结剂的分类 按粘结剂的比强度将砂芯用粘结剂分为三组 比强度 0 5 对亲水有机类 脲醛 脲呋喃 对憎水有机类 酚醛 酚呋喃 对有机无机混合类 有机酯 水玻璃 比强度 0 3 0 5 对亲水有机类 糊精 对憎水有机类 合脂 渣油 对亲水无机类 水玻璃 磷酸盐 73 3 砂芯粘结剂的分类 比强度 0 3 对亲水有机类 糖浆 对憎水有机类 沥青 松香 对亲水无机类 水泥 粘土 对有机无机混合类 硅酸 乙醚比强度指每1 的粘结剂可获得芯砂干拉强度值也可以按其硬化工艺及硬化温度进行分类 74 第一节合脂及合脂砂 一 合脂1 合脂及其组成合脂的概念 合成脂肪酸蒸馏残渣 的简称 即用石蜡为原料 经过氧化 皂化分离 真空蒸馏制取合成脂肪酸过程中的残渣 合脂的组成 稀碱液可溶成分 高碳脂肪酸和羟基酸 稀碱液不溶但可皂化 羟基酸的缩聚物 其中 羟基酸分子中既含有羧基 COOH 又含有羟基OH的有机化合物 也称醇酸缩聚物是羟基酸与羟基酸和羟基酸与脂肪酸形成的酸类 75 一 合脂 稀碱液不溶又不皂化 中性氧化物及少量的未氧化石蜡等 合脂中的不溶但可皂化成分使合脂具有较强的粘结力 加热时能够快速硬化 具有较高的强度 是合脂中起粘结硬化作用的主要组成部分 在铸造用合脂中 可皂化成分含量越高 合脂的质量越好 76 二 合脂砂 3 合脂砂的特性 1 湿强度低 一般只有2 0 4 0KPa 增加合脂加入量 湿强度降低 提高合脂砂湿强度的措施 加入少量的粘土 加入量一般为0 5 2 但每增加1 的粘土 合脂砂的干强度则会下降10 15 同时加入膨润土和糊精加入量 膨润土 1 5 2 0 糊精 1 0 1 8 湿强度可高达12 20KPa 同时干强度下降也减少 77 二 合脂砂 2 流动性差合脂在常温下粘度大 流动性差 造芯时不易紧实 解决合脂砂流动性差的方法 尽可能减少合脂的使用量 在合脂砂中加入少量 0 5 的油类粘结剂 选用粒度分布较均匀 杂质含量较少的圆形原砂 降低合脂粘度正确控制稀释比 改煤油为汽油作稀释剂 控制粉状材料加入量 可用脱模剂或用煤油擦洗芯盒 预防粘附芯盒 78 二 合脂砂 3 蠕变性大蠕变性 是指制作好的合脂砂型 芯 在湿态下放置时或在烘干过程中逐渐变形的现象 合脂砂的蠕变性大是由于合脂的粘度特性所决定的 粘度大 流动性差 紧实度低 湿强度低 在自重作用下砂粒下滑 引起型芯变形防止方法 在芯砂中加入糊精等附加物 以提高湿强度 增加砂芯中的芯骨或改变芯骨形状 烘干时采用成型烘芯板 湿态砂芯要轻拿轻放 烘干时采用高温入炉 快速加热即使表面快速硬化 造芯时尽量舂紧 79 二 合脂砂 4 吸湿性差合脂是憎水材料 其硬化反应是不可逆的 因此 在不加其他水溶性附加物时 合脂砂吸湿性很小 但通常合脂砂中常加入某些水溶性材料 如糊精 纸浆等 故吸湿性明显增大 5 发气量大合脂砂的发气量是随着烘干温度的变化而变化的 烘干温度低 发气量大 烘干温度高 发气量低 6 容让性和出砂性良好当合脂粘结剂在 300 时发生快速分解 500 时开始燃烧 至600 时开始失去强度 故其容让性和出砂性良好 80 二 合脂砂 4 合脂砂的应用及注意问题合脂砂通常用于制作砂芯 使用时应注意下列问题 注意烘干温度和烘干工艺 烘干时 废气尽快排出炉外 以免影响烘干效果 较大砂芯出炉后冷却较慢 仍有冒烟现象 应注意通风与排烟 合脂硬化主要是靠羟基酸的缩聚反应 烘干时不存在氧不足现象 砂芯在烘干未冷却时 干强度不足 不应搬动 以免损坏砂芯 81 一 树脂的种类 硬化机理及选用 铸造上常用树脂有 呋喃树脂和酚醛树脂呋喃树脂 是以糠醇为基础的 因在其结构上特有的 呋喃环 而得名 呋喃树脂按其基本成分分为 糠醇呋喃树脂脲呋喃树脂酚呋喃树脂甲醛呋喃树脂脲 酚呋喃共聚物 82 一 树脂的种类 硬化机理及选用 1 糠醇呋喃树脂主要是由糠醇单体在酸催化作用下缩聚而成的线性分子结构的糠醇树脂硬化机理 糠醇分子在加热或催化作用下 呋喃环中的一个双键被打开 发生加聚反应后形成不溶不熔的三维结构而硬化用这种树脂做粘结剂 型砂性能并不理想 而且 价格昂贵 姑且不用 83 一 树脂的种类 硬化机理及选用 2 脲醛呋喃树脂 呋喃 型 主要是由糠醇 尿素和甲醛在乌洛托品的催化作用下缩合而成的液态先行树脂 即由糠醇改性的液态脲醛树脂摩尔比约为 尿素 甲醛 糠醇 1 2 95 0 92其中 糠醇是一种改性材料 可提高其耐热性能 获得高热强度 物理特性 淡黄色 深褐色 粘稠液体 硬化机理 由于呋喃环上的不饱和双键等活性反应基团的存在 通过加热或在某些酸性催化剂作用下 分子间连续发生脱水缩聚以及双键间聚合等交联反应 反应的结果由粘稠液体转变为大分子质量的体型结构而导致迅速硬化 84 一 树脂的种类 硬化机理及选用 脲醛呋喃树脂特点 综合性能好 价格低廉 硬化速度容易控制 应用较为广泛 但是 在加热时 脲醛逸出NH3 氨又分解成氮和氢 同时向金属中扩散 所以 树脂含氮量越高 铸件产生气孔缺陷的可能性越大 增加糠醇含量 意味着树脂中 氮的含量降低 可提高树脂的热强度 降低发气性 降低吸湿性 延长存储期 但增加砂芯脆性 我国的呋喃 型属于这一类树脂 85 一 树脂的种类 硬化机理及选用 3 酚醛呋喃树脂 呋喃 型 主要是由糠醇 苯酚和甲醛三种单体在二价金属离子的作用下 生成高邻位线性结构的液态缩聚树脂 即由糠醇改性的液态酚醛树脂 我国的呋喃 型热芯盒属于这一类树脂 特点 这种树脂强度低 脆性大 溃散性和流动性较差 增加糠醇含量 可提高砂芯强度 改善硬透性 延长树脂存储期 但成本提高 用途 这类树脂因不含氮或含极少量氮 因此 主要用于铸钢件和球墨铸铁件 86 一 树脂的种类 硬化机理及选用 5 脲醛 酚醛共聚呋喃树脂主要是由尿素 苯酚 甲醛和糠醇四种成分缩聚而成的呋喃树脂 简称共聚树脂 特点 这种树脂具有脲呋喃和酚呋喃的共同优点 由于加入了脲醛 从而改善了酚呋喃树脂的硬化性能 型砂综合性能好 应用性广 用途 用于球铁件和铸钢件 含氮量在1 0 左右 用于铸铁件和有色合金件 含氮量 1 0 87 第三节树脂及树脂砂 二 呋喃树脂的技术指标呋喃树脂按糠醇含量分成三级 88 第三节树脂及树脂砂 三 催化剂催化剂又称硬化剂 固化剂 催化剂的作用 与粘结剂共同作用促进硬化反应 对催化剂的要求 在室温下应处于潜伏状态 常采用中性或弱酸性盐 在特定条件下被激活成强酸 促使树脂砂迅速硬化 89 三 催化剂 催化剂的种类 国内常用催化剂有 无机酸 有机酸 无机酸主要是磷酸如氯化铵 硝酸铵 磷酸铵的水溶液 有机酸主要是磺酸如笨磺酸 対甲苯磺酸 对氯笨磺酸 酚磺酸 萘磺酸 90 三 催化剂 1 氯化铵和尿素的水溶液用途 主要用于呋喃 型树脂砂作热芯盒配比 氯化铵 尿素 水 1 3 3密度 1 15 1 18g cm3pH值 6 0 6 4 91 三 催化剂 配制 将水加热60 70 加入尿素 并搅拌 加入氯化铵并继续搅拌 当因溶解吸热而使温度下降时 再加热搅拌直至全部溶解至透明的液体为止 92 三 催化剂 作用 氯化铵主要起硬化作用硬化机理 氯化铵是酸性盐 水解后使酸性增强 同时与呋喃 型树脂中的游离甲醛反应生成强酸 促使树脂砂硬化 尿素的作用 是与树脂在硬化反应中逸出的甲醛起反应 从而减少甲醛的刺激性气味 改善劳动环境加入量 一般为20 占树脂质量 93 三 催化剂 2 无机酸铸造常用无机酸是浓度为75 85 磷酸水溶液用于高氮树脂时 树脂砂强度较高 用于低氮树脂时 常温强度比用有机酸较低 但高温强度较高 但是 旧砂及再生砂中残留磷酸盐较多 旧砂再利用时会使强度有所下降 94 三 催化剂 3 有机酸 主要是有机磺酸 如对氯苯磺酸 酚磺酸 对甲苯磺酸 萘磺酸 苯磺酸有机酸在再生砂中的残留酸量很少 如对甲苯磺酸在400 时能全部烧掉 催化能力的顺序是 对氯苯磺酸 酚磺酸 萘磺酸 对甲苯磺酸 苯磺酸酸性催化剂的用途 有机 无机酸催化剂主要用于自硬树脂砂 95 第三节树脂及树脂砂 四 树脂砂1 热芯盒是由液态热固性树脂粘结剂和催化剂按一定比例配制而成的型 芯砂 热芯盒用树脂 脲呋喃树脂 又称呋喃 型 热芯盒用催化剂 氯化铵与尿素的水溶液 配比 氯化铵 尿素 水 1 3 3 或 乌洛托品水溶液 配比 乌洛托品 水 1 1 2 热芯盒用附加物 氧化铁粉 可防止气孔 渗碳三氯化铁 可加快低温下的硬化速度硅烷 可提高砂芯强度 96 1 热芯盒 3 热芯盒法制芯存在的问题 因尿素受热分解 刺激气味大 厚 薄相差大的砂芯 硬化不均匀 厚处还未硬化好 薄处可能已经过烧 用于铸钢件和球铁铸件时 容易产生皮下气孔和针孔 可加入占原砂重量0 3 1 0 的氧化铁 铸钢件渗碳 可加入占原砂重量3 6 的氧化铁 必须使用金属芯盒 成本高 树脂砂可使用时间有限 97 四 树脂砂 2 冷芯盒 扩散气体冷芯盒 是由液态树脂粘结剂和原砂按一定比例配制而成的树脂砂 在气体催化剂作用下固化的一种树脂型 芯砂 冷芯盒用树脂 是由两种可溶性有机材料组成 液体苯酚树脂 GP201 和聚异氰酸酯 GP202 配比 1 1 冷芯盒用催化剂 三乙胺 C2H5 3N 气体 固化机理 苯酚树脂结构中的氢氧根 OH 和聚异氰酸酯结构中的异氰酸根 NCO 在气体催化剂三乙胺 C2H5 3N 作用下 结合生成氨基甲酸酯树脂 反应的结果由液态转变成固态 从而达到硬化目的 98 2 冷芯盒 3 冷芯盒法制芯的特点 出砂性良好 存储性良好 可用于各类合金铸件 铸钢 铸铁 铸铜等 苯酚树脂和聚异氰酸酯的液态混合物是易燃品 对皮肤过敏 三乙胺气体属强碱性 且易燃 有毒 应在30 以下储存 99 第四节自硬树脂砂 自硬树脂砂造型 制芯 是将原砂 树脂及催化剂混合均匀后 填充到砂箱 芯盒 中 稍加紧实 在室温下于砂箱 芯盒 内自行硬化成形过程 100 第四节自硬树脂砂 1 自硬砂用树脂及催化剂 呋喃树脂 脲呋喃树脂 呋喃 型 酚呋喃树脂 呋喃 型 脲 酚呋喃共聚物 酚醛树脂 热固性 热塑性 糠醇树脂 很少单独使用 自硬树脂砂用催化剂 磷酸 磺酸 101 第四节自硬树脂砂 9 自硬砂常见铸件缺陷及预防措施 1 粘砂由于树脂在500 左右开始热分解 砂粒间的粘结桥遭到破坏 树脂砂的高温强度降低 允许砂粒自由移动 在液态金属的静压力作用下 金属液很容易渗入 造成铸件粘砂 102 9 自硬砂常见铸件缺陷及预防措施 预防粘砂途径 铸型芯表面涂耐火涂料 或适当减低浇注温度 适当增加硅烷或糠醇含量以提高树脂的耐热性 在树脂砂中加入氧化铁粉 0 5 2 或少量的石英粉 以提高树脂砂的热强度 尽可能避免使用超过可使用时间的树脂砂 尽可能避免使用过粗和过于集中的原砂 尝试采用铬铁矿砂作为原砂 103 9 自硬砂常见铸件缺陷及预防措施 2 热裂当浇注厚壁铸件时 由于冷硬树脂砂芯不能被烧透而在表面形成一层坚硬的碳化层 阻碍了铸件的收缩 引起热裂 预防热裂途径 适当降低树脂的加入量 不盲目追求强度 加入适量的过氧化物 以破坏碳化层的形成 104 第五节覆膜砂及壳芯 型 一 覆膜砂1 覆膜砂的概念 用途2 覆膜砂用原材料及其配比3 覆膜砂的混制二 壳芯 型 的制造1 翻斗法制作壳型2 吹砂法制作壳芯3 壳型 芯 铸造生产中经常出现的问题4 壳型 芯 的特点 105 一 覆膜砂 1 覆膜砂的概念 覆膜砂是将树脂粘结剂均匀包覆在砂粒表面形成的干散型砂 芯 砂 覆膜砂是上世纪40年代随着壳型芯的诞生而出现的造型 芯 用混合料的新产品 70年代引入我国 2 覆膜砂的用途 主要用于要求铸件表面光洁和尺寸精度较高的铸件 如液压件 凸轮轴 曲轴 履带板等铸钢铁件和汽车 拖拉机 液压阀体等 106 3 覆膜砂用原材料及其配比 2 粘结剂 覆膜砂用粘结剂为 酚醛树脂 酚醛树脂的物理特性 软化点 70 110 形状及颜色 淡黄色片状 条状 颗粒状 酚醛树脂的加入量 壳型 3 5 6 占砂重 壳芯 1 5 4 0 占砂重 107 3 覆膜砂用原材料及其配比 3 催化剂 乌洛托品水溶液 乌洛托品学名 六亚甲基四胺 是甲醛和氨的反应产物 水溶液配比 乌洛托品 水 1 1 1 5 催化剂的加入量 10 15 占树脂重 乌洛托品加入量不能过少 过少则带入的氮少 使过多的未形成体型结构的酚醛树脂重新软化或熔化 增大型芯的变形量 但抗开裂能力增强 乌洛托品加入量不能过多 过多会使型芯的线膨胀率增大而变形量减少 易开裂 108 3 覆膜砂用原材料及其配比 4 附加物 硅砂粉 2 占砂重 提高壳芯高温强度 硬脂酸钙 0 25 0 35 占砂重 防止覆膜砂存放时结块 提高覆膜砂流动性 氧化铁粉 0 25 占砂重 提高壳芯热塑性 防止飞刺及皮下气孔 109 一 覆膜砂 4 覆膜砂的混制覆膜砂混制通常有冷法 温法 热法三种方法 最常用的是热法覆膜工艺 将原砂加热到130 160 在间歇式混砂机内加入热砂与树脂混匀 树脂被熔化并包覆在砂粒表面 当砂温降到105 110 时 加入乌洛托品水溶液 混匀 吹风冷却 降温至80 左右 加入硬脂酸钙混匀 当砂温降至70 左右时出砂 经破碎 筛分 备用 若存砂斗中 应将覆膜砂冷却到30 以下 以免结块 110 二 壳型 芯 实践发现 铸造生产中 砂芯 型 直接承受液体金属作用只是表面一层数毫米厚的砂壳 其余的砂只起支撑这一层砂壳的作用 壳法铸造由此诞生 壳型 芯 的制造方法通常有两种 翻斗法和吹砂法 1 翻斗法 用于制造壳型2 吹砂法 用于制造壳芯 吹砂法又分为顶吹法和底吹法 111 二 壳型 芯 3 壳型 芯 铸造生产中经常出现的问题 1 脱壳 是壳型芯背部脱砂 掉砂 的现象脱壳经常发生的部位 壳型芯自由悬挂的部分完全受重力作用的部分脱壳的原因 树脂熔点低 硬化速度慢 模板转动不平稳 模板表面温度不均匀 模样及芯盒局部过冷 112 3 壳型 芯 铸造生产中经常出现的问题 覆膜砂中有水分或酒精 乌洛托品加入量偏高或偏低 树脂膜太厚或太薄 型芯不致密 导热性差 吹砂压力过高或过低 吹砂时间过长或过短 硬脂酸钙加入量偏高 结壳时间太长 结壳太厚 113 3 壳型 芯 铸造生产中经常出现的问题 2 表面疏松 表面强度低 疏松的原因 覆膜砂熔点太低 覆膜砂流动性差 排气不好 特别是在深凹处 砂斗内砂量不足或砂斗高度不够 吹砂空气量不足 吹砂压力低 吹砂时间短 芯盒局部过热或过冷 原砂颗粒太粗 114 3 壳型 芯 铸造生产中经常出现的问题 3 浇注时破裂 崩裂 主要原因 一是因为树脂强度完全丧失 二是因为覆膜砂热应力或脆性过大影响因素 型芯热强度太低 结壳太薄 严重脱壳 硅砂纯度过高 粒度过于集中 热膨胀大 硬化不足或过烧 浇注前已产生裂纹加入适量水玻璃或添加适量的锆砂可改善崩裂现象 115 3 壳型 芯 铸造生产中经常出现的问题 4 铸件表面粗糙 粘砂 主要原因 原砂颗粒太粗 壳型芯的致密性差 热强度低 树脂加入量少 覆膜砂中有杂质 使用分型剂过量 烘烤过度 壳型芯表面强度低 116 3 壳型 芯 铸造生产中经常出现的问题 5 出砂性差酚醛树脂在供氧不足的情况下 使覆膜砂在高温作用下形成坚硬的残碳骨架 结焦 一方面阻碍铸件冷却时的收缩 另一方面使出砂困难 主要原因 砂芯热强度太高 原砂中硅石粉含量高 树脂加入量偏高 浇注温度偏低 落砂过早解决办法 尽量降低树脂加入量 控制六亚甲基四胺的加入量 适量添加如高锰酸钾等氧化剂附加物等 均可有效改善覆膜砂的容让性和出砂性 117 3 壳型 芯 铸造生产中经常出现的问题 6 铸件表面产生橘皮面 皱纹或凹坑 常发生在低碳和低合金铸铁和铸钢件表面改善措施 采用激冷砂 非石英质原砂或在硅砂中添加适量的非石英质原砂 增大壳型芯的通气面积 减少型腔内的压力 型芯表面刷涂料 118 3 壳型 芯 铸造生产中经常出现的问题 7 气孔 皮下气孔 通常在生产铸钢件 部分球铁件和较复杂的薄壁铸铁件时 易发生此类缺陷 主要原因有二 粘结剂中含有六亚甲基四胺受热分解出 这两种气体的化学结合能较低 进而分解成原子进入液态金属导致气孔发生 119 第四章铸造用涂料 一 涂料的作用砂型 芯 表面刷涂料是提高表面强度和抗粘砂能力 防止铸件粘砂 夹砂 砂眼等铸造缺陷 获得表面光洁的铸件 减少落砂和清理劳动量的最有效的措施之一涂料的主要作用 降低铸件表面粗糙度 防止粘砂 加固铸型表面层 防止冲砂 使铸件表面合金化 细化晶粒 120 第四章铸造用涂料 二 涂料的组成 要求及应用涂料的种类 水基涂料 醇基涂料 快干涂料 铸造用涂料主要组成 耐火粉料粘结剂载液 溶剂 悬浮剂 稳定剂或稠化剂 添加剂 包括 表面活性剂 消泡剂 防腐剂 防潮剂 防渗剂 减水剂 着色剂 还原剂 氧化剂 助溶剂等 121 二 涂料的组成 要求及应用 1 耐火粉料 耐火粉料是涂料最基本的组成材料铸铁件 石墨粉 鳞片状 粉状 鳞片状石墨粉的耐火度高 但不易涂刷均匀 主要用于较大型的铸铁件上 通常大都使用粉状石墨 或两者混合物 铸钢件 石英粉 锆砂粉石英粉有天