第一篇 金属液态成形与铸造工艺设计

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1、第一章砂型与砂芯制造第一节铸件综合质量观铸造生产的综合质量观铸件综合质量=交货期+价格+技术质量铸件技术质量包括外观质量和内在质量。外观质量要求形状、尺寸、重量准确，轮廓清晰，表面光洁。内在质量指化学成分、金相组织、力学性能、作用功能和缺陷状态符合技术要求。铸件质量分为三个质量等级：合格品、一等品、优等品。第二节铸型工作条件及其与金属的相互作用一、工作条件铸型将承受力、热和化学等的作用而发生一系列的物理变化和化学反应，对铸件的成形、性能及缺陷倾向带来严重的影响。二、铸型接触区与金属液直接相接触及受到其影响

2、的部分称为铸型接触区。铸型接触区的造型材料不仅参与蓄热，还进行液态金属和铸型组分之间的相互扩散和传质，析出或吸收气体，以及发生其它现象。金属液得以冷却、凝固，表面氧化形成金属氧化层。这种物理的、化学的变化对铸件的形成和质量均有直接影响。铸型表层化学作用区域一般可扩展到铸型内0.5~0.6mm深度，并受造型材料孔隙度、材料本性和合金性质的影响。图1-1铸型接触区三、金属与铸型接触区的相互作用1．热作用液态金属浇入铸型后，由于金属与铸型间存在很大的温差而发生强烈的热交换。在热作用下，铸型水分蒸发并发生迁移，使

3、铸型沿型壁出现较大的温度梯度和湿分梯度，从而使铸型各部分的强度发生变化。2．机械作用53液态金属会对铸型型壁产生冲击和冲刷作用，铸型还将承受液态金属的静压力。铸件凝固收缩时亦将受到铸型和砂芯的机械阻碍作用。这些力的作用有可能造成铸件砂眼、裂纹、变形及尺寸超差等缺陷。3．化学作用液态高温金属对铸型的热作用将使铸型在高温下析出气体，引起铸型中各种附加物、有机物的燃烧、分解和升华，可能使铸件产生气孔。比如，在有色合金铸造中，在通常的浇注温度下将发生下列化学反应：Mg+H2O=MgO+H2↑+434500J3Mg

4、+N2=Mg3N2+485700J2Al+3H2O=Al2O3+3H2↑反应产生的气体、氧化物和放出大量的反应热导致了铸件中气体、夹渣缺陷的形成和铸件的进一步氧化燃烧。第三节　砂型与砂芯一、对造型材料性能的基本要求1）型砂、芯砂应具有一定的强度，保证在造型、合箱、搬运和浇注过程中不变形，不损坏。2）良好的透气性。铸型或型芯中产生的气体能够通过砂粒间的空隙顺利排出型（芯）外，以消除或减少铸件中的气孔缺陷。3）对铸件收缩的可退让性（或容让性）。当铸件冷却收缩时，铸型会发生相应的变形和退让，图1-3。4）一定的

5、耐火度和化学稳定性。在高温液态金属作用下，造型材料不软化；不与液态金属发生化学反应；不产生或少产生反应性气体。5）良好的工艺性能，即在造型、制芯时不粘模，具有好的型（芯）砂流动性和可塑性；在铸件落砂和清理时具有好的出砂性。6）对于铝、镁合金，还要有保护性，以防止合金在浇注和凝固过程中氧化、燃烧。图1-3受收缩应力的铸件示意图图1－4粘土型砂结构示意图1－原砂粒2－粘土-水分胶体3－附加物4－透气孔隙二、湿型砂用原材料湿型砂一般常用粘土型砂，由原砂、粘土、附加物及水按一定比例混碾而成，其结构见图1-4。粘土

6、、附加物和水混合成浆，包覆并以薄膜形式把砂粒联结起来，使型砂具有一定强度和可塑性。型砂中的孔隙使其具有一定的透气能力。附加物通常是为了改善砂的某些性能而加入的。1．铸造用原砂原砂按矿物组成不同分为石英质原砂和非石英质原砂两类。53石英质原砂主要来自天然硅砂，以圆形颗粒为优。铸造用硅砂按二氧化硅含量分为7级（表1-3）。表1-3铸造用硅砂按Wsio2%分级（GB9442-88）分级代号98969390858075Wsio2（%）≥98≥96≥93≥90≥85≥80≥75W泥分（%）≤0.2,≤0.5,≤1.

7、0≤0.3，≤0.5，≤2.0≤1.0，≤2.0，≤10.0非石英质原砂主要有镁砂、橄榄石砂、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂等。镁砂主要成分是MgO,属碱性耐火材料，常用于高锰钢型砂或涂料。橄榄石砂组分主要为[（Mg,Fe）2SiO4]。用镁橄榄石砂替代石英砂生产高锰钢铸件，铸件表面质量良好，还可避免工人接触有害硅粉尘。锆砂主要矿物是锆英石（ZrSiO4），锆砂熔点高，锆砂热膨胀性小，其热导率、蓄热系数、密度都比硅砂高很多，故铸件在锆砂型内冷凝速度快，一定程度上可以细化晶粒，提高铸件力学性能。而且锆砂热化学稳定

8、性好，几乎不被熔融金属或金属氧化物浸润，有利于阻止金属液浸入铸型孔隙，可防止化学粘砂，减少机械粘砂缺陷。锆砂价贵较贵，一般只用其粉料配制抗粘砂涂料、涂膏。石灰石砂化学成分主要是CaCO3，经破碎、筛选后配制。石灰石砂无硅尘危害，铸件表面光洁，不粘砂，用于铸钢时成型流动性好。但是，石灰石砂硬度低，混制中易破碎，限制了其使用范围。2．粘土粘土是湿型砂的主体粘结剂。粘土被水湿润后具有粘结性和可塑性；烘干后硬结，具有干强度。重新湿润后