鑄造黏土砂

1、,,,1.2 鑄造用粘土及其鑄型,造型、造芯方法,原砂（再生砂）+粘結(jié)劑+其它附加物混制的混合物。,1.2.1 粘結(jié)劑分類(lèi),1.2.2 鑄造用粘土,1)砂型（芯）無(wú)需烘干，不存在硬化過(guò)程；,2)生產(chǎn)靈活性大，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)；,3)材料成本低，節(jié)省能源消耗，生產(chǎn)占地少，砂箱使用壽命長(zhǎng)；,4)易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤、鼠尾、粘砂、氣孔、砂眼、脹砂等缺陷。,（一）濕度,1.2.3 濕型砂性能,（二）透氣性,（三

2、）強(qiáng)度,（四）流動(dòng)性,（五）可塑性與韌性,（六）抗夾砂結(jié)疤缺陷的能力,（七）發(fā)氣量和有效煤粉含量,膨脹缺陷，濕型鑄造特有,濕 度,常見(jiàn)的檢測(cè)方法有：,1.水分（moisture content）,3.緊實(shí)率（compactability）,2.手捏感覺(jué),含水量：3～4.5%,透 氣 性,1.定義：緊實(shí)的型砂能讓氣體通過(guò)而逸出的能力稱(chēng)為透氣性,2.透氣性對(duì)鑄件質(zhì)量的影響,1)透氣性不良：發(fā)生嗆火，產(chǎn)生氣孔、澆不到等缺陷。,2)透氣性過(guò)

3、高：砂粒間隙大，易產(chǎn)生鑄件表面和機(jī)械粘砂。,目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用的氣鐘式及電動(dòng)式透氣性測(cè)定儀，均是將標(biāo)準(zhǔn)試樣讓一恒壓氣源經(jīng)其排氣，通過(guò)測(cè)定氣源進(jìn)入試樣之前的壓力來(lái)表征試樣材料透氣性。測(cè)得壓力值越高說(shuō)明透氣性越差，反之則說(shuō)明透氣性好。,透氣性的測(cè)定及表示：,流動(dòng)性,1.定義：型砂在外力或自重作用下，沿模樣與砂粒之間相對(duì)移動(dòng)的能力稱(chēng)為流動(dòng)性。,規(guī) 律： 等軸狀(對(duì)稱(chēng)性好)粉末、粗顆粒粉末的流動(dòng)性好； 粒度組成中，極細(xì)粉末占

4、的比例愈大，流動(dòng)性愈差，但是，粒度組成向偏粗的方向增大時(shí)，流動(dòng)性變化不明顯。,流動(dòng)性 50克粉末從標(biāo)準(zhǔn)的流速漏斗流出所需的時(shí)間，單位為秒／50克，其倒數(shù)是單位時(shí)間內(nèi)流出粉末的重量，俗稱(chēng)為流速。,測(cè)量方法-1 流動(dòng)性采用測(cè)松裝密度的漏斗來(lái)測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)漏斗(又稱(chēng)流速計(jì))是用150目金剛砂粉末，在40秒內(nèi)流完50克來(lái)標(biāo)定和校準(zhǔn)的。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定用孔徑1／5英寸的標(biāo)準(zhǔn)漏斗測(cè)定流動(dòng)性差的粉末。,測(cè)量方法-2 采用粉末

5、自然堆積角(又稱(chēng)安息角/休止角)試驗(yàn)測(cè)定流動(dòng)性。讓粉末通過(guò)一粗篩網(wǎng)自然流下并堆積在直徑為一英寸的圓板上。當(dāng)粉末堆滿(mǎn)圓板后，以粉末錐的高度衡量流動(dòng)性，粉末錐的底角稱(chēng)為安息角，也可作為流動(dòng)性的量度。錐愈高或安息角愈大，則表示粉末的流動(dòng)性愈差，反之則流動(dòng)性愈好。,可塑性與韌性,1.可塑性,1)定義：型砂在外力作用下變形，外力去除后仍保持所賦予形狀的能力。,2)可塑性的獲得：粘土被水潤(rùn)濕形成一層薄膜覆蓋在砂粒上，外力作用時(shí)砂粒沿薄膜產(chǎn)生滑移。,

6、3)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：,型砂極限應(yīng)變值：,型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣的濕壓強(qiáng)度（104MPa）,型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣破壞前的變形量（cm）,2.韌性,1)定義：型砂抵抗外力破壞的性能。,2)影響因素：,3)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn),粘土含量、含水量、粉塵和雜質(zhì)含量等,落球法或跌碎法,破碎指數(shù)e越大，表示韌性越好,濕型砂用原材料,包括原砂、粘土、附加物及水。,骨料,粘結(jié)劑,濕型砂的制造過(guò)程：,1.原材料的選擇,2.制定型砂的配方,3.進(jìn)行各原材料的混制,（一）石英質(zhì)原砂,原 砂,1

7、.石英質(zhì)原砂的組成,2.石英質(zhì)原砂的粒度,3.原砂對(duì)鑄造過(guò)程的影響,（二）非石英質(zhì)原砂,礦物組成中不含或只含少量游離SiO2的原砂。,石英質(zhì)原砂的粒度,1)定義：砂粒的粗細(xì)程度和砂粒的粗細(xì)分布,2)原砂粒度的決定因素,原砂的顆粒大小及分布與顆粒的形狀。,① 顆粒的大小及分布,?用細(xì)度表示。,?過(guò)篩法，用相鄰三個(gè)篩號(hào)數(shù)表示。,?原砂比表面積數(shù)值表示法。,ISO細(xì)度，一種直接表示砂粒的平均尺寸的方法,?按粒形分類(lèi),□-△：方角形,○-□：橢

8、圓形,?鑄造原砂顆粒形狀的表示方法：,?用角形因（系）數(shù)表示：,E=1.3為圓砂形，E=1.3~1.5為多角形砂，E=1.5為尖角形砂。,1.3 常用粘土砂型,粘土被水濕潤(rùn)后具有粘結(jié)性和可塑性；,粘土主要是由細(xì)小結(jié)晶質(zhì)的粘土礦物所組成的土狀材料，是濕型砂的主要粘結(jié)劑。,烘干后硬結(jié)，具有干強(qiáng)度；,硬結(jié)的粘土加水后又能恢復(fù)粘結(jié)性和可塑性，具有較好的復(fù)用性。,粘土是由各種含鋁硅酸鹽礦物的巖石經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的風(fēng)化、熱液蝕變或沉積變質(zhì)作用等生成的

9、。,粘土表面帶有電荷和可交換性陽(yáng)離子。,粘土的粘結(jié)機(jī)理,1)粘土顆粒間的粘結(jié)機(jī)理,粘土在水中形成粘土—水膠體體系。,,,,膨潤(rùn)土和粘土的分類(lèi),?鈉膨潤(rùn)土（PNa）：交換性陽(yáng)離子為鈉離子且占陽(yáng)離子交換容量的50％或50％以上,?鈣膨潤(rùn)土（PCa）：交換性陽(yáng)離子為鈣離子且占陽(yáng)離子交換容量的50％或50％以上,?鈣鈉膨潤(rùn)土（PCaNa）：任一交換性陽(yáng)離子量均占陽(yáng)離子交換容量的50％以下，且鈣的含量較多；,?鈉鈣膨潤(rùn)土（PNaCa）：任一交換性

10、陽(yáng)離子量均占陽(yáng)離子交換容量的50％以下，且鈉的含量較多；,附加物,附加物的作用是使型砂具有特定的性能，并改善鑄件的表面質(zhì)量。,1.煤粉,煤粉可以有效防止鑄件表面產(chǎn)生粘砂缺陷，減少夾砂、結(jié)疤缺陷，改善型砂的流動(dòng)性和柔韌性，改善鑄件的表面光潔度。,2.淀粉,減少夾砂結(jié)疤類(lèi)缺陷和沖蝕缺陷；提高型砂韌性和可塑性；便于起模；減少砂孔缺陷。,濕型型砂制備,初定型砂性能,擬定型砂配方,實(shí)驗(yàn)室配砂,確定型砂性能和配方,型砂制備,,,,,,,,舊砂的特性

11、及其處理,,失效粘土,距表面一定深度（若干毫米）之內(nèi)的粘土，在高溫金屬液作用下失去結(jié)構(gòu)水，喪失粘結(jié)能力，成為失效粘土，也稱(chēng)死粘土。,,,,,,舊砂的特性,1)產(chǎn)生一層失效粘土（死粘土）層。,2)出現(xiàn)鮞化（魚(yú)卵石化）現(xiàn)象。,5)惰性膜熔點(diǎn)低，會(huì)造成鑄件表面不光潔。,3)惰性膜和殘留焦炭提高型砂的適宜含水量。,4)煤粉等碳質(zhì)附加物，降低了型砂膨脹缺陷傾向。,6)粘土在熱作用下失效或部分失效，以粉塵狀態(tài)存在于舊砂中，增加舊砂的含泥量。,7)

12、砂中的鐵塊、鐵豆和砂塊等雜物，影響舊砂的再利用。,濕型砂的混制工藝,1.碾輪式混砂機(jī)混砂。混合和揉搓作用較好，混制的型砂質(zhì)量較高，但生產(chǎn)率低。多用于面砂的混制。,2.擺輪式混砂機(jī)混砂。生產(chǎn)效率高，而且在混砂機(jī)內(nèi)能鼓風(fēng)冷卻型砂，但混制的型砂質(zhì)量較碾輪式的差，多用于機(jī)械化程度較高的鑄工車(chē)間混制單一砂和背砂。,3.葉片式泥砂機(jī)混砂。僅有混合作用而無(wú)搓揉作用，只用于混制背砂或粘土含量低的單一砂。,1.5 鑄造缺陷,（1）定義：澆注金屬時(shí)，砂型

13、（芯）表面層受熱而發(fā)生膨脹和強(qiáng)度的變化，因此而引起的鑄件缺陷，統(tǒng)稱(chēng)為膨脹缺陷。 （2）分類(lèi)：濕砂型時(shí)，主要產(chǎn)生夾砂、結(jié)疤和鼠尾缺陷；有機(jī)物粘結(jié)劑的砂型或砂芯中產(chǎn)生的毛刺缺陷。,（3）夾砂,夾砂缺陷在類(lèi)型上有兩種：夾砂與結(jié)疤，如圖所示。 型砂的膨脹與其礦物組成及緊實(shí)程度有關(guān)： 1）硅砂的膨脹隨溫度的升高而不斷增大，在573℃溫度時(shí)，發(fā)生β-石英向α-石英的轉(zhuǎn)變，線(xiàn)膨脹總量達(dá)1.375%，這

14、種膨脹又稱(chēng)“低溫膨脹”。 2）型砂緊實(shí)度不太高時(shí)，砂粒間孔隙大，砂型受熱砂?！暗蜏嘏蛎洝睍r(shí)可以無(wú)阻地自由微觀(guān)膨脹，砂型的宏觀(guān)膨脹就小，猶如砂型能自行適應(yīng)和吸收“低溫膨脹”；如型砂的緊實(shí)度較大，砂型的受熱膨脹受阻，會(huì)導(dǎo)致砂型宏觀(guān)膨脹增大，出現(xiàn)膨脹缺陷的可能性增大。,3）解釋“膨脹缺陷”的“膨脹-應(yīng)力理論”認(rèn)為：膨脹缺陷經(jīng)過(guò)三個(gè)階段。即： a.砂型表面受熱迅速膨脹， b.砂型表層脫離砂型本體而凸起，

15、 c.砂型表層（干砂層）破裂、金屬侵入而造成夾砂。 夾砂產(chǎn)生傾向 = 鑄型表層膨脹力/高濕度弱砂帶強(qiáng)度。 高濕度弱砂帶的熱濕拉強(qiáng)度越低，產(chǎn)生夾砂的傾向越大。 提高型砂熱濕拉強(qiáng)度的作用對(duì)防止夾砂，效果好。,（4）鼠尾,鼠尾的形成過(guò)程如圖所示。它常出現(xiàn)在鑄件的平面上，特別是鑄件的下平面上。 消除鼠尾的根本措施是：減少膨脹力，可在型砂中加入減少砂型膨脹量的附加物，最有效的是加入纖維

16、物和木屑。,（5）毛刺,由于砂型（芯）受熱膨脹導(dǎo)致開(kāi)裂成縫，金屬液滲入縫中所形成的刺狀金屬突起物，稱(chēng)為毛刺。砂型（芯）的工作表面開(kāi)裂縫呈網(wǎng)狀時(shí)，所形成的網(wǎng)狀金屬毛刺稱(chēng)為脈紋。 硅砂的受熱膨脹，是產(chǎn)生毛刺與脈紋的根本原因?！　⌒蜕敖M成不合理（如顆粒篩號(hào)比較集中）會(huì)增加砂型的宏觀(guān)膨脹量；鑄鐵的碳、硅和磷含量高，金屬液的流動(dòng)性好，都會(huì)加劇鑄件表面的毛刺量；砂型局部過(guò)熱，冒口太接近砂芯頭部位等都易使砂型（芯）開(kāi)裂成縫而形成毛

17、刺。,為了防止毛刺，要求澆注時(shí)，芯砂或型砂有較高的熱變形量。砂型熱變形量過(guò)低時(shí)，可采用下列措施改進(jìn)： 　　1）控制細(xì)粉含量，使之低于8%~12%； 2）加木屑1~2%； 3）對(duì)水分和型（芯）砂混碾質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)加控制；等等。,二、充填缺陷,金屬液充填鑄型型腔時(shí)，充填得不完整，或金屬液機(jī)械沖擊或沖刷而導(dǎo)致鑄型損壞所產(chǎn)生的鑄件缺陷，稱(chēng)為充填缺陷。 充填缺陷可分為：金屬液流動(dòng)缺陷、金屬

18、液機(jī)械致?lián)p缺陷兩類(lèi)。 （1）金屬液流動(dòng)缺陷 流動(dòng)缺陷是指：金屬液充填鑄型型腔不完整，造成的鑄件缺陷。 流動(dòng)缺陷主要包括：冷隔、皺皮與皺紋、澆不到、飛翅等。,1）冷隔：冷隔呈“裂紋”狀縫隙，但縫隙帶有圓角的棱邊，如圖所示。,產(chǎn)生冷隔的原因是：金屬液流動(dòng)能力弱、澆注速度過(guò)慢、型腔內(nèi)空氣未驅(qū)趕盡。 消除措施包括：提高澆注溫度、增加金屬液的流動(dòng)性、改進(jìn)澆注系統(tǒng)和排氣能力。,2）皺皮

19、與皺紋：鑄件整個(gè)表面布滿(mǎn)綿延不絕的皺紋，這種表面缺陷稱(chēng)為皺皮。如圖所示。,合金中有易氧化的元素，如Mn、Si且含量較高時(shí)（象硅錳低合金鋼ZG20、MnSi），極易形成皺紋，又稱(chēng)水平流痕。　　其形成過(guò)程為：a.在鋼液的充型過(guò)程中，隨著型腔內(nèi)上升液面溫度的降低液面形成氧化膜，液面繼續(xù)上升使氧化膜粘附于型壁上，鋼液面漫過(guò)氧化膜留下痕跡；b.當(dāng)液面溫度下降到凝固溫度范圍時(shí)，液面結(jié)殼，更嚴(yán)重地阻礙型腔內(nèi)液面的上升運(yùn)動(dòng)，但型腔內(nèi)液面克服阻力

20、，突破液面殼之阻力漫過(guò)它繼續(xù)上升，結(jié)果在“金屬/鑄型”界面上留下痕跡，即：皺紋。 　　鑄鋼薄壁件表面上易出現(xiàn)的這種皺紋缺陷，其防止的根本措施為：提高鋼液在型腔內(nèi)的上升速度（不低于18mm/s）；采用還原性氣氛保護(hù)上升的金屬液面，使型腔中CO/CO2、H2/H2O的比值增大。,3）澆不到：鑄件不完整有停止流動(dòng)的流頭殘跡,澆不到缺陷形成的主要原因是：澆注溫度不夠、澆道過(guò)小，金屬時(shí)排氣孔數(shù)量不夠。 消除澆

21、不到缺陷的措施有：提高澆注溫度、加大澆道尺寸、改進(jìn)排氣系統(tǒng)。,,三、侵入性氣孔缺陷,（1）定義：金屬液在凝固過(guò)程中，陷入金屬中的氣泡在鑄件中形成的孔洞?；颉霸阼T件內(nèi)部、表面或近于表面處有大小不等的光滑孔眼”。 （2）形狀及顏色：氣孔的形狀有圓的、長(zhǎng)的、不規(guī)則的（氣孔的形狀詳見(jiàn)下圖）；有單個(gè)的、也有聚集成片的；顏色為白色或帶一層暗色，有時(shí)表面還覆有一層氧化皮。,（3）位置：氣孔可分布在鑄件的任何位置。可分為：

22、 內(nèi)部氣孔、皮下氣孔、表面氣孔。 內(nèi)部氣孔存在于鑄件的內(nèi)部，目視檢查無(wú)法發(fā)現(xiàn)； 皮下氣孔成串橫列于鑄件表面以下1~3mm，一般為圓球形、團(tuán)球形、淚滴形或長(zhǎng)針形； 表面氣孔存在于鑄件毛坯表面，落砂清理后可以發(fā)現(xiàn)，,（4）氣孔的種類(lèi)：,從氣孔的形成原因或形成機(jī)理來(lái)分類(lèi)，氣孔可分為5種類(lèi)型： A. 侵入氣孔; B. 裹攜氣孔（或卷入氣孔）; C. 析出

23、氣孔; D. 內(nèi)生式反應(yīng)氣孔; E. 外生式反應(yīng)氣孔。,1) 侵入氣孔,①.定義：從澆注到鑄件表面凝固成固體殼的期間，外部氣體源（型砂、芯砂等）發(fā)生的氣體侵入型腔內(nèi)的金屬液中，形成氣泡而產(chǎn)生的氣孔，稱(chēng)為侵入氣孔。 形成該氣孔的氣體來(lái)自外部氣體源，所以侵入氣孔是一種外生式氣孔。,②.目視特征,i.形狀――圓球形、團(tuán)球形的異形孔洞；有時(shí)是梨形氣孔，如圖4－11示。 ii.孔

24、壁表面面貌：孔壁平滑。 iii.尺寸大小：尺寸通常較大，最大尺寸達(dá)幾毫米以上。,③.形成機(jī)理,分三個(gè)階段形成：第一階段，氣體侵入金屬液；第二階段，型壁上氣泡形成；第三階段，氣泡在型腔金屬液中的滯留或排出。,④.防治措施,防止侵入性氣體應(yīng)主要從減小pA，增加氣體進(jìn)入金屬液的阻力和使氣泡容易從金屬液中浮出等方面入手： i.減少砂型（芯）在澆注時(shí)的發(fā)氣量。嚴(yán)格控制濕型的水分含量等。 ii.

25、使?jié)沧r(shí)產(chǎn)生的氣體容易從砂型（芯）中排出。如多扎出氣孔等。 iii.提高氣體進(jìn)入金屬液的阻力。如表面施用涂料等。,2) 析出氣孔,①.定義：以原子態(tài)溶解于金屬液中的氫、氮?dú)怏w元素，金屬液凝固時(shí)它們以分子態(tài)氣相析出，形成氣泡而使鑄件產(chǎn)生的氣孔，稱(chēng)為析出氣孔。由于氫析出而形成的析出氣孔，稱(chēng)為氫氣孔；由于氮析出而形成的析出氣孔，稱(chēng)為氮?dú)饪住?②.目視特征： i.尺寸、形狀和分布：孔洞小，約1m