东北大材料成型工艺学（上）课件03-3金属液态砂型成形工艺（三）

四、气体和侵入性气孔

1.砂型中的气体（1）气体来源型腔、微孔中的空气浇注时卷进的空气热作用下砂型产生的气体：

H2O、

H2、CO、CO2、N2、CH4金属凝固析出的气体（2）界面气氛根据浇注时产生的各种气体含量的不同，金属与砂型的界面可有三种气氛：界面气氛影响着金属与铸型的界面作用。

还原性气氛——CO,H2

为主氧化性气氛——CO2,O2

为主中性气氛——N2

为主（3）气孔分类析出性气孔——金属液在凝固时由于溶解度的降低析出气体而形成的气孔。

反应性气孔——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气孔。

侵入性气孔——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。

根据气孔中气体的来源将气孔分为三类：

2.侵入性气孔2.侵入性气孔（1）气孔特点形成部位气体来源特征浇注位置的上表面靠近砂芯的表面型、芯产生的气体卷入的气体数量少，容积大孔壁光滑，表面氧化呈梨形、椭圆形、圆形（2）形成机理气孔形成条件式中：2.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：铸型的发气性、透气性对气孔的产生影响很大：

发气速度快发气量大发气温度低易产生气孔气孔形成的影响因素：铸型特性：发气性、透气性金属液特性：粘度、表面张力、润湿角浇注条件：浇注温度、浇注位置、冒口设置（3）防止措施控制铸型发气性增加铸型透气性降低浇注温度减少发气物质降低发气速度提高发气温度扎气眼使用透气性好的背砂§3.3液态金属与铸型的化学和物理化学作用一、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应造成的。通常发生在铸钢件和球墨铸铁件中，树脂砂生产的铸件也易产生。1.气孔特点形成部位孔中气体成分特征分布均匀、致密，空洞细长孔壁光滑，表面未氧化铸件表皮下1～3mm处。所以也称皮下气孔。

H2

CON22.形成机理金属液与界面气体反应形成气泡核心，金属液中的气体向气泡核心扩散使其长大形成气泡。根据形核气体的不同，气孔形成机理分为：

CO学说

H学说

N学说各种学说适合各自的合金材质和造型材料。

Fe+H2O→FeO+2H

(H→H2)

FeO+C→Fe+CO

二、粘砂现象粘砂——铸件表面上粘附着一层难以清除的砂粒或含砂物质。二、粘砂现象粘砂——铸件表面上粘附着一层难以清除的砂粒或含砂物质。降低表面质量增加清理难度不利机械加工

对铸件质量的影响铸件厚壁处浇冒口附近凹槽小芯表面

形成部位热作用剧烈或时间长1.粘砂的类型及鉴别（1）类型机械粘砂——金属渗入砂型微孔中，将砂粒钩联下来。化学粘砂——金属氧化物渗入砂型微孔中并与砂粒起反应。（2）鉴别部位方法机械粘砂化学粘砂铸件表面肉眼观察白色毛刺灰黑蜂窝状金相观察分清砂与金属分不清粘砂层测电阻小大化学法剩单个砂粒剩连体物2.机械粘砂也称渗透粘砂、物理粘砂粘砂程度的评价：用金属渗入到砂型微孔中的深度来评价。

渗入深度<半层砂粒<两层砂粒>两层砂粒粘砂程度表面粗糙轻度粘砂严重粘砂（1）形成机理毛细理论：机械粘砂是金属液与型砂微孔的毛细现象引起的。

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：

力的平衡：金属液能够渗入砂型微孔的临界压力为：渗入条件：渗入条件：工业纯铁对有关材料的润湿角：氧化性气氛弱氧化性气氛中性气氛石英砂52°83°110°镁砂92°107°113°（2）影响因素金属液凝固时间砂型特点界面特性金属液静压力浇注温度高铸件热节大激冷能力差，发气量小微孔尺寸大表面张力界面润湿性热作用时间长易粘砂易粘砂铸件高度浇注位置（3）防治措施缩小砂型孔隙缩短热作用时间加附加物调整金属液静压力使用细砂提高紧实度刷涂料控制浇注温度铸型表面使用激冷材料改善界面润湿条件适当增加发气量煤粉、重油、煤泥（铸铁件）3.化学粘砂化学粘砂是铸钢件和大型铸铁件容易产生的铸造缺陷，一般分为易剥离型和难剥离型。（1）粘砂层结构Fe3O4Fe2O3FeO粘砂层=金属氧化层+烧结层（低熔点化合物）

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。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。三种氧化铁的性能：

氧化物熔点℃组织对石英的润湿性结晶时体积变化FeO1370致密润湿小Fe3O41590疏松不润湿大Fe2O3>1600疏松不润湿大正硅酸铁（2FeO.SiO2）晶体粘砂层=金属氧化层+烧结层（低熔点化合物）

烧结层硅酸铁FeO与造型材料发生反应，可生成：

其它尚有MnO、Na2O与硅酸铁形成的多元化合物。上述各种硅酸铁的含量与铸件冷却速度有关。

（1）粘砂层结构偏硅酸铁（FeO.2SiO2）晶体玻璃状硅酸铁（mFeO.nSiO2）玻璃体化学粘砂的形成包括两部分：1粘砂层的形成；2粘砂层与铸件的结合

金属液的表面氧化与砂粒：与粘土：金属氧化物（2）形成机理金属氧化物易于向砂型空隙中渗透，并与砂粒、粘结剂反应形成化合物：

粘砂层的形成

粘砂层的形成

粘砂层与铸件的结合粘砂层的结合部位有两处:铸件与氧化层，氧化层与烧结层

氧化层的作用可将氧化层分为三层：

薄（氧化气氛弱）－→II、III层薄厚（氧化气氛强）－→II、III层厚氧化层分界厚度为h临

h临为粘砂的临界厚度（约为100μm）氧化层与金属的连接强度与下列因素有关：

氧化层厚度氧化层密度氧化层化学成分>h临：粘砂层（烧结层）易清除（II、III层断开）<h临：粘砂层（烧结层）不易清除氧化层厚度

烧结层的作用

所以，即使氧化层很薄，但低熔点化合物（烧结层）冷却后形成玻璃体，也可使化学粘砂层清理掉，获得光滑