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,1.2.2 鑄造用粘土,1)砂型（芯）無需烘干，不存在硬化過程；,2)生產(chǎn)靈活性大，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，易于實現(xiàn)機械化和自動化生產(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；,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、）強度,（四）流動性,（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,常見的檢測方法有：,1.水分（moisture content）,3.緊實率（compactability）,2.手捏感覺,含水量：3～4.5%,透 氣 性,1.定義：緊實的型砂能讓氣體通過而逸出的能力稱為透氣性,2.透氣性對鑄件質(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

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

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

5、自然堆積角(又稱安息角/休止角)試驗測定流動性。讓粉末通過一粗篩網(wǎng)自然流下并堆積在直徑為一英寸的圓板上。當(dāng)粉末堆滿圓板后，以粉末錐的高度衡量流動性，粉末錐的底角稱為安息角，也可作為流動性的量度。錐愈高或安息角愈大，則表示粉末的流動性愈差，反之則流動性愈好。,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：粘土被水潤濕形成一層薄膜覆蓋在砂粒上，外力作用時砂粒沿薄膜產(chǎn)生滑移。,

6、3)檢測標(biāo)準(zhǔn)：,型砂極限應(yīng)變值：,型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣的濕壓強度（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.原砂對鑄造過程的影響,（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。,?過篩法，用相鄰三個篩號數(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,□-△：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)過長期的風(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離子。,粘土的粘結(jié)機理,1)粘土顆粒間的粘結(jié)機理,粘土在水中形成粘土—水膠體體系。,,,,膨潤土和粘土的分類,?鈉膨潤土（PNa）：交換性陽離子為鈉離子且占陽離子交換容量的50％或50％以上,?鈣膨潤土（PCa）：交換性陽離子為鈣離子且占陽離子交換容量的50％或50％以上,?鈣鈉膨潤土（PCaNa）：任一交換性陽離子量均占陽離子交換容量的50％以下，且鈣的含量較多；,?鈉鈣膨潤土（PNaCa）：任一交換性

10、陽離子量均占陽離子交換容量的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,實驗室配砂,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（魚卵石化）現(xiàn)象。,5)惰性膜熔點低，會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.擺輪式混砂機混砂。生產(chǎn)效率高，而且在混砂機內(nèi)能鼓風(fēng)冷卻型砂，但混制的型砂質(zhì)量較碾輪式的差，多用于機械化程度較高的鑄工車間混制單一砂和背砂。,3.葉片式泥砂機混砂。僅有混合作用而無搓揉作用，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，砂型

13、（芯）表面層受熱而發(fā)生膨脹和強度的變化，因此而引起的鑄件缺陷，統(tǒng)稱為膨脹缺陷。 （2）分類：濕砂型時，主要產(chǎn)生夾砂、結(jié)疤和鼠尾缺陷；有機物粘結(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，發(fā)生β-石英向α-石英的轉(zhuǎn)變，線膨脹總量達(dá)1.375%，這

14、種膨脹又稱“低溫膨脹”。 2）型砂緊實度不太高時，砂粒間孔隙大，砂型受熱砂?！暗蜏嘏蛎洝睍r可以無阻地自由微觀膨脹，砂型的宏觀膨脹就小，猶如砂型能自行適應(yīng)和吸收“低溫膨脹”；如型砂的緊實度較大，砂型的受熱膨脹受阻，會導(dǎo)致砂型宏觀膨脹增大，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)過三個階段。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/高濕度弱砂帶強度。 高濕度弱砂帶的熱濕拉強度越低，產(chǎn)生夾砂的傾向越大。 提高型砂熱濕拉強度的作用對防止夾砂，效果好。,（4）鼠尾,鼠尾的形成過程如圖所示。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)致開裂成縫，金屬液滲入縫中所形成的刺狀金屬突起物，稱為毛刺。砂型（芯）的工作表面開裂縫呈網(wǎng)狀時，所形成的網(wǎng)狀金屬毛刺稱為脈紋。 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（如顆粒篩號比較集中）會增加砂型的宏觀膨脹量；鑄鐵的碳、硅和磷含量高，金屬液的流動性好，都會加劇鑄件表面的毛刺量；砂型局部過熱，冒口太接近砂芯頭部位等都易使砂型（芯）開裂成縫而形成毛

17、刺。,為了防止毛刺，要求澆注時，芯砂或型砂有較高的熱變形量。砂型熱變形量過低時，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，充填得不完整，或金屬液機械沖擊或沖刷而導(dǎo)致鑄型損壞所產(chǎn)生的鑄件缺陷，稱為充填缺陷。 充填缺陷可分為：金屬液流動缺陷、金屬

18、液機械致?lián)p缺陷兩類。 （1）金屬液流動缺陷 流動缺陷是指：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：金屬液流動能力弱、澆注速度過慢、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：鑄件整個表面布滿綿延不絕的皺紋，這種表面缺陷稱為皺皮。如圖所示。,合金中有易氧化的元素，如Mn、Si且含量較高時（象硅錳低合金鋼ZG20、MnSi），極易形成皺紋，又稱水平流痕?！　∑湫纬蛇^程為：a.在鋼液的充型過程中，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，鋼液面漫過氧化膜留下痕跡；b.當(dāng)液面溫度下降到凝固溫度范圍時，液面結(jié)殼，更嚴(yán)重地阻礙型腔內(nèi)液面的上升運動，但型腔內(nèi)液面克服阻力

20、，突破液面殼之阻力漫過它繼續(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、澆道過小，金屬時排氣孔數(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：金屬液在凝固過程中，陷入金屬中的氣泡在鑄件中形成的孔洞。或“在鑄件內(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、長的、不規(guī)則的（氣孔的形狀詳見下圖）；有單個的、也有聚集成片的；顏色為白色或帶一層暗色，有時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?？煞譃椋?

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：,從氣孔的形成原因或形成機理來分類，氣孔可分為5種類型： 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，稱為侵入氣孔。 形成該氣孔的氣體來自外部氣體源，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.形成機理,分三個階段形成：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）在澆注時的發(fā)氣量。嚴(yán)格控制濕型的水分含量等。 ii.

25、使?jié)沧r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、氮氣體元素，金屬液凝固時它們以分子態(tài)氣相析出，形成氣泡而使鑄件產(chǎn)生的氣孔，稱為析出氣孔。由于氫析出而形成的析出氣孔，稱為氫氣孔；由于氮析出而形成的析出氣孔，稱為氮氣孔。 ②.目視特征： i.尺寸、形狀和分布：孔洞小，約1m