第三章金属液态砂型成形工艺1

1、u 砂型铸造是铸造生产的最重要生产方式砂型铸造是铸造生产的最重要生产方式 他的铸件产量占全部铸件的他的铸件产量占全部铸件的 80 90 %。u 研究砂型铸造工艺，对提高铸造生产水平和研究砂型铸造工艺，对提高铸造生产水平和铸件质量非常重要。铸件质量非常重要。第三章第三章 金属液态砂型成形工艺金属液态砂型成形工艺1. 液态金属与铸型的界面作用及伴生缺陷液态金属与铸型的界面作用及伴生缺陷u 研究液态金属与铸型界面作用的现象和机理研究液态金属与铸型界面作用的现象和机理u 可能引起的铸造缺陷及防止方法可能引起的铸造缺陷及防止方法金属液态砂型成形工艺的主要内容金属液态砂型成形工艺的主要内容金属液态砂型成形

2、工艺的主要内容金属液态砂型成形工艺的主要内容2. 造型材料造型材料u 作为材料作为材料，它包括两层内容，它包括两层内容：l 型、芯、涂料等所用的原材料型、芯、涂料等所用的原材料l 原材料的混合料原材料的混合料u 作为科学作为科学，它研究下列内容，它研究下列内容：l 混合料的组成、配比、制备工艺、工艺性能及其测试方法；混合料的组成、配比、制备工艺、工艺性能及其测试方法；l 原材料、混合料的性能与铸件质量的关系；原材料、混合料的性能与铸件质量的关系； l 开发新的造型方法和造型材料；开发新的造型方法和造型材料； l 旧砂再生工艺和设备。旧砂再生工艺和设备。 耐火骨料耐火骨料粘结剂、固化剂粘结剂、固

3、化剂附加物附加物 型砂型砂芯砂芯砂涂料涂料 3. 金属液态成形工艺设计基础金属液态成形工艺设计基础u 液态金属充填铸型的方法和原理；液态金属充填铸型的方法和原理；u 液态金属补缩铸件的方法和原理；液态金属补缩铸件的方法和原理；u 液态成形工艺对铸件质量的影响。液态成形工艺对铸件质量的影响。 （如尺寸精度、表面质量、内部质量）（如尺寸精度、表面质量、内部质量）液态成形工艺设计：液态成形工艺设计：根据金属液态成形工艺设计原理编制铸件生产工艺过程的技术文件。根据金属液态成形工艺设计原理编制铸件生产工艺过程的技术文件。如铸造工艺图、铸型装配图、模板装配图、芯盒装配图、工艺卡铸造工艺图、铸型装配图、模板

4、装配图、芯盒装配图、工艺卡等。 重点研究：重点研究：金属液态砂型成形工艺的主要内容金属液态砂型成形工艺的主要内容3.1 3.1 砂型成形方法和工作条件砂型成形方法和工作条件 一、一、 砂型成形方法砂型成形方法原砂（或再生砂）、粘结剂（包括固化剂）和附加物经原砂（或再生砂）、粘结剂（包括固化剂）和附加物经混制而成型砂（或芯砂）。混制而成型砂（或芯砂）。 利用机械设备把型砂（或芯砂）制成砂型（或砂芯）的工利用机械设备把型砂（或芯砂）制成砂型（或砂芯）的工艺过程称为艺过程称为造型制芯造型制芯。 造型制芯过程中，型（芯）砂在外力作用下成型并达到一造型制芯过程中，型（芯）砂在外力作用下成型并达到一定的紧

5、实度或密度而成为砂型（或砂芯）定的紧实度或密度而成为砂型（或砂芯） 3.1 3.1 砂型成形方法和工作条件砂型成形方法和工作条件 一、一、 砂型成形方法砂型成形方法砂砂 型型 型砂型砂在外力作用下而成型的物体，具有一定的在外力作用下而成型的物体，具有一定的紧实度紧实度。紧实度紧实度 砂型的密度。砂型的密度。 在砂型制造过程中，外力的大小影响砂型的紧实度：在砂型制造过程中，外力的大小影响砂型的紧实度：粘土砂粘土砂砂斗中砂斗中普通造型机普通造型机高压造型机高压造型机紧实度紧实度1.15 1.25约约1.651.73.1 3.1 砂型成形方法和工作条件砂型成形方法和工作条件 一、一、 砂型成形方法砂

6、型成形方法造型制芯是金属液态砂型成形最基本的工序，通常分为：造型制芯是金属液态砂型成形最基本的工序，通常分为：手工造型：手工造型：机器造型：机器造型：利用简单的器械进行砂型（芯）的制作利用简单的器械进行砂型（芯）的制作 利用造型机和制芯机进行砂型（芯）的制作利用造型机和制芯机进行砂型（芯）的制作 3.1 3.1 砂型成形方法和工作条件砂型成形方法和工作条件 一、一、 砂型成形方法砂型成形方法手工造型的特点：手工造型的特点：u 操作方便灵活，适应性强操作方便灵活，适应性强u 生产率低生产率低u 劳动强度大劳动强度大u 铸件质量不易保证铸件质量不易保证 适用于单件小批量生产适用于单件小批量生产 3

7、.1 3.1 砂型成形方法和工作条件砂型成形方法和工作条件 一、一、 砂型成形方法砂型成形方法机器造型的特点：机器造型的特点：u 生产效率高生产效率高u 劳动条件好劳动条件好u 劳动强度低劳动强度低u 铸件的表面质量好、尺寸精度高铸件的表面质量好、尺寸精度高适用于成批大量生产适用于成批大量生产 3.1 3.1 砂型成形方法和工作条件砂型成形方法和工作条件 二、二、 砂型的特点砂型的特点砂型中微孔的物理特性决定了砂型的特点。砂型中微孔的物理特性决定了砂型的特点。具有一定强度的微孔具有一定强度的微孔多孔隙体系。多孔隙体系。砂型的结构砂型的结构 孔隙率孔隙率n 反映微孔的数量反映微孔的数量物理特性：

8、物理特性：l 颗粒形状：圆形、多角形、尖角形颗粒形状：圆形、多角形、尖角形l 堆积方式：立方体、菱柱、角锥堆积方式：立方体、菱柱、角锥砂型的砂型的容重、导热性、热膨胀、透气性容重、导热性、热膨胀、透气性与与n有关。有关。 物理特性：物理特性： 微孔尺寸微孔尺寸 反映微孔的大小反映微孔的大小影响砂型的影响砂型的抗渗透能力抗渗透能力 u 颗粒大小颗粒大小u 颗粒形状颗粒形状u 堆积方式堆积方式 影响因素：影响因素：三、三、 砂型的工作条件砂型的工作条件时间段为：液态金属充型和凝固阶段。时间段为：液态金属充型和凝固阶段。1. 工作条件工作条件 液态金属充满型腔前：液态金属充满型腔前： 热作用、冲击、

9、冲刷热作用、冲击、冲刷 液态金属充满型腔后：液态金属充满型腔后： 热作用、压力、物化反应热作用、压力、物化反应 铸件表层结壳：铸件表层结壳： 界面产生气隙、阻碍铸件收缩界面产生气隙、阻碍铸件收缩2. 界面作用界面作用 热作用热作用传热、传质传热、传质l 在金属和砂型间有热交换、水分和气体迁移、砂型膨胀在金属和砂型间有热交换、水分和气体迁移、砂型膨胀铸件产生铸件产生 夹砂结疤夹砂结疤2. 界面作用界面作用 机械作用机械作用冲击、冲刷、静压力冲击、冲刷、静压力l 如果砂型表层强度不够，金属液将冲坏型壁如果砂型表层强度不够，金属液将冲坏型壁 铸件产生铸件产生 表面缺陷表面缺陷 l 如果砂型整体强度不

10、够，型壁在金属液静压力作用下发生移动如果砂型整体强度不够，型壁在金属液静压力作用下发生移动 铸件产生铸件产生 尺寸误差缺陷尺寸误差缺陷（胀箱、肥大）（胀箱、肥大）2. 界面作用界面作用 化学和物理化学作用化学和物理化学作用造型材料本身、造型材料与液造型材料本身、造型材料与液态金属发生化学和物理化学反应态金属发生化学和物理化学反应 l 造型材料自身的分解和化学反应，可改变界面气氛和压力造型材料自身的分解和化学反应，可改变界面气氛和压力 铸件产生铸件产生 气孔气孔l 金属液与造型材料起化学和物化反应金属液与造型材料起化学和物化反应 铸件产生铸件产生 粘砂、表面成分改变、气孔粘砂、表面成分改变、气孔

11、 l 如果条件不利，就会影响液态金属的充填和凝固，使铸如果条件不利，就会影响液态金属的充填和凝固，使铸件产生缺陷，影响铸件质量。所以，件产生缺陷，影响铸件质量。所以，铸型要具备一定的工铸型要具备一定的工艺性能艺性能，以适应界面上的各种作用。，以适应界面上的各种作用。l 研究铸件铸型界面作用发生的原理、过程及效果，对于研究铸件铸型界面作用发生的原理、过程及效果，对于提高铸件质量非常重要。提高铸件质量非常重要。在浇注和凝固过程中在浇注和凝固过程中 铸型处于传热、传质、传力及化学反应的工作铸型处于传热、传质、传力及化学反应的工作条件下。条件下。3.2 3.2 液态金属与砂型的物理作用液态金属与砂型的

12、物理作用 一、一、 传热与传质现象传热与传质现象传传 热热 物体间的热量交换物体间的热量交换传传 质质 物体间的物质交换物体间的物质交换在砂型铸造中，传热与传质相互影响，其过程比较复杂。在砂型铸造中，传热与传质相互影响，其过程比较复杂。 1. 金属与砂型的传热金属与砂型的传热u热流方向：热流方向： 铸件铸件 铸型铸型 大气大气 u传热方式：传热方式： 对流、辐射、导热对流、辐射、导热u关键部位：关键部位： 界面界面 u关键数值：关键数值：研究金属与砂型的传热 l 铸件铸件/砂型砂型l 铸件铸件/砂芯砂芯 l 铸件铸件/冷铁冷铁l 铸型铸型/大气大气l 材料热物性参数材料热物性参数l 边界条件边

13、界条件影响传热的因素：影响传热的因素： 体系温度体系温度 砂型热物性砂型热物性 几何条件几何条件 合金性能合金性能l 金属液浇注温度金属液浇注温度l 砂型初始温度砂型初始温度 l 环境温度环境温度l 铸件的形状与壁厚铸件的形状与壁厚l 涂料层厚度涂料层厚度 l 砂型厚度砂型厚度l 合金热物性合金热物性l 相变与相变潜热相变与相变潜热2. 砂型温度场砂型温度场 砂型受热后将发生一系砂型受热后将发生一系列的变化，这些变化对铸件质列的变化，这些变化对铸件质量影响很大。量影响很大。 所以，人们对砂型温度所以，人们对砂型温度场进行研究，借助场进行研究，借助 砂型温度砂型温度场场 来分析金属对砂型的加热来

14、分析金属对砂型的加热过程及产生伴生缺陷的可能性，过程及产生伴生缺陷的可能性，合理控制型砂性能和浇注工艺，合理控制型砂性能和浇注工艺，防止产生铸造缺陷。防止产生铸造缺陷。 （1）确定砂型温度场的方法）确定砂型温度场的方法u 实验法实验法u 解析计算法解析计算法u 数值模拟法数值模拟法（2）砂型温度场的特点）砂型温度场的特点 近界面处近界面处（型壁处）（型壁处）升温快，型外部温升温快，型外部温度低。度低。 砂型内各层初期温砂型内各层初期温度梯度大，随时间度梯度大，随时间增加温度梯度逐渐增加温度梯度逐渐变小。变小。（3）影响砂型温度场的主要因素）影响砂型温度场的主要因素u 金属浇注量和浇注温度金属浇

15、注量和浇注温度u 砂型热物性值砂型热物性值u 型腔结构型腔结构3. 水分迁移（传质）水分迁移（传质）水分迁移水分迁移 浇注时砂型在热作用下，界面处表面层的水分向砂型里层浇注时砂型在热作用下，界面处表面层的水分向砂型里层迁移的过程。迁移的过程。 湿型在浇注后开箱时常常会发现：紧贴铸件的一层砂，强度很湿型在浇注后开箱时常常会发现：紧贴铸件的一层砂，强度很高，几乎不含水分；但距表面一定距离（高，几乎不含水分；但距表面一定距离（25mm）的砂层，水分）的砂层，水分特别多，强度很低。这就是水分迁移造成的结果。特别多，强度很低。这就是水分迁移造成的结果。（1）砂型的区域划分）砂型的区域划分水分迁移后，根据

16、砂型中各层水分含量将砂型划分成水分迁移后，根据砂型中各层水分含量将砂型划分成4个区域：个区域： 名名 称称温温 度度水水 分分强强 度度界界 面面干砂区（烘干区）干砂区（烘干区） D 100 极少极少高高-蒸发蒸发-凝聚凝聚水分饱和凝聚区水分饱和凝聚区 M约约100 多多很低很低水分未饱和凝聚区水分未饱和凝聚区 U 100 较多较多较低较低未受影响区（正常区）未受影响区（正常区）G常温常温适宜适宜正常正常M区是高湿度、低强度区：区是高湿度、低强度区：l 抗拉强度低时，使抗拉强度低时，使D区脱离砂型区脱离砂型l 抗压强度低时，使抗压强度低时，使D区向里推移区向里推移（2）水分迁移过程）水分迁移过

17、程铸型浇注时，铸件铸型浇注时，铸件/铸型界面处的砂型在热作用下形成温度场：铸型界面处的砂型在热作用下形成温度场： 4. 热膨胀和热应力热膨胀和热应力热膨胀热膨胀材料受热后发生体积膨胀的现象。材料受热后发生体积膨胀的现象。 砂型受热后，造型材料的体积将发生变化。砂型受热后，造型材料的体积将发生变化。 （1）热膨胀）热膨胀u石英砂的热膨胀量最大石英砂的热膨胀量最大u锆英砂的热膨胀量最小锆英砂的热膨胀量最小所以石英砂铸型易产生膨胀类缺陷。所以石英砂铸型易产生膨胀类缺陷。对于粘土砂：对于粘土砂：体积变化体积变化石英砂石英砂粘粘 土土膨胀膨胀 （点阵拉长和相变）（点阵拉长和相变）收缩收缩 （失水）（失水

18、）砂型膨胀砂型膨胀砂多土少砂多土少膨胀量愈大膨胀量愈大u砂型温度愈高砂型温度愈高u热变化率愈大热变化率愈大影响砂型膨胀量的因素：影响砂型膨胀量的因素：u砂型紧实度大砂型紧实度大u原砂粒度大、粒度集中原砂粒度大、粒度集中u热变化率大热变化率大膨胀量大膨胀量大热应力热应力材料由于受热而引起的应力。材料由于受热而引起的应力。 （2）热应力）热应力u砂箱的阻碍砂箱的阻碍u铸件结构的阻碍铸件结构的阻碍热压应力热压应力 = f （砂型膨胀量、砂型韧性、砂型受阻程度）（砂型膨胀量、砂型韧性、砂型受阻程度）型砂在热膨胀过程中如果受阻，则砂型将产生热压应力。型砂在热膨胀过程中如果受阻，则砂型将产生热压应力。 愈

19、小愈小 愈小愈小 愈好愈好 愈弱愈弱注意：不是铸型受热温度愈高热压应力愈大。注意：不是铸型受热温度愈高热压应力愈大。因为热压应力是铸型膨胀量和铸型韧性的函数，当温度升高时，虽然因为热压应力是铸型膨胀量和铸型韧性的函数，当温度升高时，虽然膨胀量大，但韧性变好，反而使压应力小于低温的。膨胀量大，但韧性变好，反而使压应力小于低温的。 二、二、 膨胀类缺陷膨胀类缺陷由于砂型受热膨胀而引起的铸件缺陷主要有：由于砂型受热膨胀而引起的铸件缺陷主要有： 夹砂结疤、鼠尾、毛翅夹砂结疤、鼠尾、毛翅1. 夹砂结疤和鼠尾夹砂结疤和鼠尾湿型铸造湿型铸造中最常发生的缺陷。中最常发生的缺陷。 形成部位形成部位夹砂结疤夹砂结

20、疤鼠鼠 尾尾型腔下平面、浇冒口附近型腔下平面、浇冒口附近型腔上平面、浇冒口附近型腔上平面、浇冒口附近（1）特征）特征根据缺陷形成的不同阶段，具有下列特征：根据缺陷形成的不同阶段，具有下列特征： u鼠尾鼠尾型壁表面呈带状翘起，但不破裂型壁表面呈带状翘起，但不破裂u沟槽沟槽型壁表面呈带状凸起，但不破裂型壁表面呈带状凸起，但不破裂u夹砂夹砂凸起后破裂，但不折断凸起后破裂，但不折断u结疤结疤破裂后折断破裂后折断 （2）形成机理）形成机理在浇注过程中，砂型表层被金属液烘烤加热（主要是热辐射），使砂型在浇注过程中，砂型表层被金属液烘烤加热（主要是热辐射），使砂型里外层之间产生温度差，导致：里外层之间产生温

21、度差，导致： u水分迁移形成水分凝聚区；水分迁移形成水分凝聚区；u砂型里外层膨胀量不同且受阻而形成较大的表层（烘砂型里外层膨胀量不同且受阻而形成较大的表层（烘干层）热压应力。干层）热压应力。砂型受热砂型受热（形成温度梯度）（形成温度梯度）水分迁移水分迁移（形成（形成M区）区）砂型膨胀砂型膨胀（形成（形成D区热压应力）区热压应力）D区区M 区产生相对滑移趋势区产生相对滑移趋势鼠尾鼠尾当当M 区抗拉强度低时区抗拉强度低时D区区凸起凸起开裂开裂折断折断沟槽沟槽夹砂夹砂结疤结疤当当D区应力区应力 M 区剪切应力时区剪切应力时D区边缘翘起区边缘翘起夹砂结疤倾向夹砂结疤倾向D区热压应力区热压应力M区抗拉强

22、度（热湿拉强度）区抗拉强度（热湿拉强度）出发点：提高砂型的热湿拉强度和降低热压应力。出发点：提高砂型的热湿拉强度和降低热压应力。 （3）防止措施）防止措施l 原砂：原砂： 粒度分散，粒度分散，SiO2含量适当含量适当 l 粘土：粘土： 用用PNa或或PCa活化活化 l 附加物：附加物：l 水分：水分： 控制型砂含水量，降低含泥量控制型砂含水量，降低含泥量 造型材料方面：造型材料方面：煤煤 粉粉渣渣 油油热湿拉强度热湿拉强度少量少量热压强度热压强度大量大量出发点：提高砂型的热湿拉强度和降低热压应力。出发点：提高砂型的热湿拉强度和降低热压应力。 （3）防止措施）防止措施l缩短浇注时间；缩短浇注时间

23、；l合理设计浇注系统和选择浇注位置；合理设计浇注系统和选择浇注位置； （避免局部型壁烘烤时间过长和过热）（避免局部型壁烘烤时间过长和过热）l铸型排气通畅铸型排气通畅l铸型紧实度均匀，不宜过大铸型紧实度均匀，不宜过大 工艺方面：工艺方面：二、二、 膨胀类缺陷膨胀类缺陷由于铸型受热膨胀而引起的铸件缺陷主要有：由于铸型受热膨胀而引起的铸件缺陷主要有： 夹砂结疤、鼠尾、毛翅夹砂结疤、鼠尾、毛翅2. 毛翅毛翅树脂砂树脂砂中最常发生的缺陷。中最常发生的缺陷。 金属液渗入到由热应力引起的砂型（芯）表面层裂纹中金属液渗入到由热应力引起的砂型（芯）表面层裂纹中而形成的表面缺陷。而形成的表面缺陷。 三、金属液对铸

24、型的机械作用三、金属液对铸型的机械作用 1. 金属液对砂型表面的冲刷和冲击作用金属液对砂型表面的冲刷和冲击作用 l浇注时的冲刷和冲击浇注时的冲刷和冲击l凝固前的静压力。凝固前的静压力。流动金属对型壁的摩擦力。流动金属对型壁的摩擦力。 （1）冲刷）冲刷u铸型表面高温强度铸型表面高温强度 低低u铸型激冷作用铸型激冷作用 弱弱u合金浇注温度合金浇注温度 高高抗冲刷能力抗冲刷能力 差差金属液对型壁表面的作用力为：金属液对型壁表面的作用力为： （2）冲击）冲击u铸型表面高温强度铸型表面高温强度 低低u合金浇注速度合金浇注速度 快快u流动方向流动方向 正正抗冲击能力抗冲击能力 差差gFvP2动当铸型表面的

25、抗冲刷冲击能力差时，型壁表面就可能被破坏。当铸型表面的抗冲刷冲击能力差时，型壁表面就可能被破坏。2. 砂眼砂眼铸件表面或内部充塞着型砂的空洞，也称砂孔。铸件表面或内部充塞着型砂的空洞，也称砂孔。 这是湿型铸造的常见缺陷这是湿型铸造的常见缺陷 u表面质量差表面质量差（1）对铸件质量的影响）对铸件质量的影响u铸件渗漏铸件渗漏u应力集中应力集中2. 砂眼砂眼铸件表面或内部充塞着型砂的空洞，也称砂孔。铸件表面或内部充塞着型砂的空洞，也称砂孔。 这是湿型铸造的常见缺陷这是湿型铸造的常见缺陷 散落砂散落砂冲砂冲砂（2）形成原因）形成原因未排除未排除砂眼砂眼2. 砂眼砂眼铸件表面或内部充塞着型砂的空洞，也称

26、砂孔。铸件表面或内部充塞着型砂的空洞，也称砂孔。 这是湿型铸造的常见缺陷这是湿型铸造的常见缺陷 u提高铸型表面强度：提高铸型表面强度： 型砂配方合理、刷涂料型砂配方合理、刷涂料（3）防止措施）防止措施u合理设置浇冒口：合理设置浇冒口： 底注、缓流、排渣冒口底注、缓流、排渣冒口u严格执行操作规程：严格执行操作规程： 注意清理散落砂注意清理散落砂3. 型壁移动型壁移动型壁在液态金属压力的作用下发生退让（位移）的型壁在液态金属压力的作用下发生退让（位移）的现象。现象。四、气体和侵入性气孔四、气体和侵入性气孔 1. 砂型中的气体砂型中的气体 （1）气体来源）气体来源u型腔、微孔中的空气型腔、微孔中的空

27、气u浇注时卷进的空气浇注时卷进的空气u热作用下砂型产生的气体：热作用下砂型产生的气体： H2O、 H2、CO、CO2、N2、CH4u金属凝固析出的气体金属凝固析出的气体（2）界面气氛）界面气氛根据浇注时产生的各种气体含量的不同，金属与砂型的根据浇注时产生的各种气体含量的不同，金属与砂型的界面可有界面可有三种气氛三种气氛：界面气氛影响着金属与铸型的界面作用。界面气氛影响着金属与铸型的界面作用。 u还原性气氛还原性气氛CO, H2 为主为主u氧化性气氛氧化性气氛CO2, O2 为主为主u中性气氛中性气氛 N2 为主为主（3）气孔分类）气孔分类u析出性气孔析出性气孔金属液在凝固时由于溶解度的降低析金

28、属液在凝固时由于溶解度的降低析出气体而形成的气孔。出气体而形成的气孔。 u反应性气孔反应性气孔金属液的某些成分之间或金属液与造金属液的某些成分之间或金属液与造型材料、冷铁、熔渣进行化学反应产生气体而形成的型材料、冷铁、熔渣进行化学反应产生气体而形成的气孔。气孔。 u侵入性气孔侵入性气孔造型材料在热作用下产生的气体以及造型材料在热作用下产生的气体以及空气侵入金属液中而形成的气孔。空气侵入金属液中而形成的气孔。 根据气孔中气体的来源将气孔分为三类：根据气孔中气体的来源将气孔分为三类： 2. 侵入性气孔侵入性气孔 2. 侵入性气孔侵入性气孔 （1）气孔特点）气孔特点 形成部位形成部位 气体来源气体来

29、源 特征特征l 浇注位置的上表面浇注位置的上表面l 靠近砂芯的表面靠近砂芯的表面l 型、芯产生的气体型、芯产生的气体l 卷入的气体卷入的气体l 数量少，容积大数量少，容积大l 孔壁光滑，表面氧化孔壁光滑，表面氧化l 呈梨形、椭圆形、圆形呈梨形、椭圆形、圆形（2）形成机理）形成机理气孔形成条件气孔形成条件腔阻静气PPPP式中：式中：型腔中金属液面压力气泡进入金属液的阻力气泡处的金属静压力界面处气泡压力腔阻静气PrPghPP)2()(2. 侵入性气孔侵入性气孔 关于四种压力在浇注过程中的变化见下图：关于四种压力在浇注过程中的变化见下图：关于四种压力在浇注过程中的变化见下图：关于四种压力在浇注过程中

30、的变化见下图：铸型的发气性、透气性对气孔的产生影响很大铸型的发气性、透气性对气孔的产生影响很大 ： u发气速度发气速度 快快u发气量发气量 大大u发气温度发气温度 低低易产生气孔易产生气孔气孔形成的影响因素气孔形成的影响因素 ： u铸型特性：铸型特性： 发气性、透气性发气性、透气性u金属液特性：金属液特性： 粘度、表面张力、润湿角粘度、表面张力、润湿角 u浇注条件：浇注条件： 浇注温度、浇注位置、冒口设置浇注温度、浇注位置、冒口设置（3）防止措施）防止措施 控制铸型发气性控制铸型发气性 增加铸型透气性增加铸型透气性 降低浇注温度降低浇注温度l 减少发气物质减少发气物质l 降低发气速度降低发气速

31、度l 提高发气温度提高发气温度l 扎气眼扎气眼l 使用透气性好的背砂使用透气性好的背砂3.3 3.3 液态金属与铸型的化学和物理化学作用液态金属与铸型的化学和物理化学作用一、一、 反应性气孔反应性气孔反应性气孔是由于液体金属与铸型界面的物质发生气体反反应性气孔是由于液体金属与铸型界面的物质发生气体反应造成的。应造成的。通常发生在通常发生在铸钢件和球墨铸铁件铸钢件和球墨铸铁件中，中，树脂砂生产的铸件树脂砂生产的铸件也也易产生。易产生。1. 气孔特点气孔特点 形成部位形成部位 孔中气体成分孔中气体成分 特征特征l 分布均匀、致密，空洞细长分布均匀、致密，空洞细长l 孔壁光滑，表面未氧化孔壁光滑，表

32、面未氧化铸件表皮下铸件表皮下13mm处处。所以也称。所以也称皮下气孔皮下气孔。 H2 CO N22. 形成机理形成机理 金属液与界面气体反应形成气泡核心，金属液中的气体金属液与界面气体反应形成气泡核心，金属液中的气体向气泡核心扩散使其长大形成气泡。向气泡核心扩散使其长大形成气泡。 根据形核气体的不根据形核气体的不同，同，气孔形成机理分为：气孔形成机理分为： l CO 学说学说l H 学说学说l N 学说学说各种学说适合各自的合金材质和造型材料。各种学说适合各自的合金材质和造型材料。二、二、 粘砂现象粘砂现象粘砂粘砂铸件表面上粘附着一层难以清除的砂粒或含砂物质。铸件表面上粘附着一层难以清除的砂粒

33、或含砂物质。二、二、 粘砂现象粘砂现象粘砂粘砂铸件表面上粘附着一层难以清除的砂粒或含砂物质。铸件表面上粘附着一层难以清除的砂粒或含砂物质。l 降低表面质量降低表面质量l 增加清理难度增加清理难度l 不利机械加工不利机械加工u 对铸件质量的影响对铸件质量的影响铸件厚壁处铸件厚壁处浇冒口附近浇冒口附近凹槽凹槽小芯表面小芯表面u 形成部位形成部位热作用剧烈或时间长热作用剧烈或时间长1. 粘砂的类型及鉴别粘砂的类型及鉴别 （1） 类型类型机械粘砂机械粘砂金属渗入砂型微孔中，将砂粒钩联下来。金属渗入砂型微孔中，将砂粒钩联下来。化学粘砂化学粘砂金属氧化物渗入砂型微孔中并与砂粒起反应。金属氧化物渗入砂型微孔

34、中并与砂粒起反应。（2） 鉴别鉴别部位部位方法方法机械粘砂机械粘砂化学粘砂化学粘砂铸件表面铸件表面肉眼观察肉眼观察白色毛刺白色毛刺灰黑蜂窝状灰黑蜂窝状金相观察金相观察分清砂与金属分清砂与金属分不清分不清粘砂层粘砂层测电阻测电阻小小大大化学法化学法剩单个砂粒剩单个砂粒剩连体物剩连体物2. 机械机械粘砂粘砂也称也称渗透粘砂、物理粘砂渗透粘砂、物理粘砂粘砂程度的评价：粘砂程度的评价：用金属渗入到砂型微孔中的深度来评价。用金属渗入到砂型微孔中的深度来评价。 渗入深度渗入深度 半层砂粒半层砂粒 两层砂粒两层砂粒粘砂程度粘砂程度表面粗糙表面粗糙轻度粘砂轻度粘砂严重粘砂严重粘砂（1） 形成机理形成机理毛细理

35、论：毛细理论： 机械粘砂是金属液与型砂微孔的毛细现象引起的机械粘砂是金属液与型砂微孔的毛细现象引起的。 金属液在静压力、动压力和砂型毛细管作用下，向砂型微孔中深入，这金属液在静压力、动压力和砂型毛细管作用下，向砂型微孔中深入，这时界面存在着下列力：时界面存在着下列力： 型腔中金属液面压力的毛细压力金属液与砂型微孔作用压力界面处砂型微孔中气体和金属液的动、静压力之腔毛气金PPPP力的平衡：力的平衡：气腔毛金PPPP金属液能够渗入砂型微孔的金属液能够渗入砂型微孔的临界压力为临界压力为 ：毛腔气临PPPP渗入条件：渗入条件：rPPPPcos2腔气临金砂型微孔半径；金属液对砂型的润湿角金属液界面张力；

36、式中：r渗入条件：渗入条件：rPPPPcos2腔气临金工业纯铁对有关材料的润湿角：工业纯铁对有关材料的润湿角：氧化性气氛氧化性气氛弱氧化性气氛弱氧化性气氛中性气氛中性气氛石英砂石英砂5283110镁镁 砂砂92107113（2） 影响因素影响因素 金属液凝固时间金属液凝固时间 砂型特点砂型特点 界面特性界面特性 金属液静压力金属液静压力l 浇注温度高浇注温度高l 铸件热节大铸件热节大l 激冷能力差，发气量小激冷能力差，发气量小l 微孔尺寸大微孔尺寸大l 表面张力表面张力l 界面润湿性界面润湿性热作用时间长热作用时间长 易粘砂易粘砂易粘砂易粘砂l 铸件高度铸件高度l 浇注位置浇注位置（3） 防治

37、措施防治措施 缩小砂型孔隙缩小砂型孔隙 缩短热作用时间缩短热作用时间 加附加物加附加物 调整金属液静压力调整金属液静压力l 使用细砂使用细砂l 提高紧实度提高紧实度l 刷涂料刷涂料l 控制浇注温度控制浇注温度l 铸型表面使用激冷材料铸型表面使用激冷材料l 改善界面润湿条件改善界面润湿条件l 适当增加发气量适当增加发气量煤粉、重油、煤泥（铸铁件）煤粉、重油、煤泥（铸铁件）3. 化学化学粘砂粘砂化学粘砂是化学粘砂是铸钢件和大型铸铁件铸钢件和大型铸铁件容易产生的铸造缺陷，一般容易产生的铸造缺陷，一般分为易分为易剥离型和难剥离型剥离型和难剥离型。 （1） 粘砂层结构粘砂层结构l Fe3O4l Fe2O

38、3l FeO粘砂层粘砂层 = 金属氧化层金属氧化层 + 烧结层（低熔点化合物）烧结层（低熔点化合物） 金属氧化层金属氧化层在不同的浇注条件下（铸件材质、铸型种类），各种氧化铁的相对含量不同。在不同的浇注条件下（铸件材质、铸型种类），各种氧化铁的相对含量不同。如果界面氧化性气氛很强，则由低价如果界面氧化性气氛很强，则由低价转化为高价氧化铁的量就多转化为高价氧化铁的量就多 。三种氧化铁的性能：三种氧化铁的性能： 氧化物氧化物熔点熔点 组织组织对石英的对石英的润湿性润湿性结晶时结晶时体积变化体积变化FeO1370致密致密润湿润湿小小Fe3O41590疏松疏松不润湿不润湿大大Fe2O3 1600疏松疏松不润湿不润湿大大l 正硅酸铁（正硅酸铁（2FeO.SiO2） 晶体晶体 粘砂层粘砂层 = 金属氧化层金属氧化层 + 烧结层（低熔点化合物）烧结层（低熔点化合物） 烧结层烧结层硅酸铁硅酸铁FeO与造型材料发生反应，可生成：与造型材料发生反应，可生成： 其它