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•第2节砂型的结构•2.1型砂的基本结构•型（芯）砂的组成：原砂+粘结剂+附加物•如图，毛细管多孔系体系。第一章砂型结构及其工作条件原砂：硅砂SiO2、镁砂MgO、锆砂ZrO2。是骨干材料，占型砂总质量的82-99%。粘结剂：粘土、无机化学粘结剂（水玻璃、水泥等）、有机化学粘结剂（油砂、合脂砂、树脂砂）。以薄膜形式覆盖砂粒，使型砂具有必要的强度和韧性。附加物：改善型砂的工艺和使用性能。•2.2原砂的作用•a提供必要的耐高温和热物理性能，以保证充型、冷却、凝固顺利，获得优质铸件。•b提供众多孔隙，使砂型具有透气性、退让性。•2.3粘结剂的作用•粘结砂粒，形成型砂强度、韧性。•第3节铸型的工作条件•3.1工作条件恶劣：•力学作用：•浇注时冲击、冲刷—影响铸件的形状、夹砂；•充型后浮力、静压力---变形、尺寸精度；•冷却收缩—铸件应力、变形•热作用：•热辐射—铸型升温铸型内腔—气体压力升高，迁移•物理方面的作用：机械粘砂、铸渗等•化学方面的作用：•粘结剂燃烧、分解•界面化学反应•第2章金属与铸型的物理作用•第1节传热与传质•1.1铸型的传热及影响因素•1.传热的动力：热力学不平衡→平衡•2.热交换的主要形式：传导、对流和辐射•3.影响传热的因素：•(a)热的不平衡程度--温度梯度•(b)铸件和铸型的热物理性能:•蓄热系数：b=•热扩散率：a=λ/ρc•(c)几何因素：铸件的模数、铸型、涂料层厚度。•(d)相变、化学反应、传质。c1.2传质现象和型砂表面水分迁移1.型砂中的传质传质：一种物质在另一媒介物中传递2.铸造工艺中常见的传质现象：湿型风干、烘干、水分蒸发、迁移、凝聚吹气硬化有机粘结剂的燃烧、分解产生气体的扩散铸件表面的合金化砂型表层的水分迁移3.湿型砂的传热、传质特点通过两种方式传热：导热和蒸汽传递，形成三个特性区：b水分凝聚区没有温度梯度c凝聚区的强度影响铸件质量d铸件表面温度与干砂区厚度及蓄热系数有关。•第2节膨胀缺陷•2.1夹砂结疤、鼠尾、沟槽•a鼠尾：铸件表面有浅的方向性凹槽或不规则的折痕，无金属瘤状物，常在下表面≦5mm•b沟槽：铸件表面较深的边缘光滑的V形凹痕。•c夹砂结疤•夹砂：铸件表面局部突起的长条疤痕，边缘与铸件本体分离，下部夹砂或涂料层。•结疤：金属液在铸型的表面局部冲去了一块砂的地方出现了一块凸出的疤（2-10mm），脱落的砂夹在疤块中或铸件的其他部位，并伴有砂眼。•第3节液态金属的冲刷及其造成的缺陷•1.砂眼：铸件内部或表面充填有型砂的孔眼危害:影响铸件强度、表面损坏、发生渗漏•产生原因：（1）冲刷力大于高温强度或环境造成散落砂。•防止：a、提高表面强度（如合理的型砂配方、足够的紧实度、合理的烘烤规范及恰当的存放时间等）•b、正确设计浇冒口•c、正确操作（仔细进行造型、合箱和浇注）•2.抬箱和跑火：浮力大于上箱和压铁总质量•3.偏芯及形状不合格：冲刷和浮力的作用•第4节型壁移动•1.概念：金属浇入铸型后型壁发生位移的现象•2.原因:型壁膨胀；紧实度低。•3.影响：尺寸、缩沉；缩松、不致密•4.防止措施：•a、静压头小的铸造工艺•b、提高砂型密度和硬度•c、用耐火度高和导热性好原砂•d、降型砂水分•e、加附加物•第5节气体和侵入性气孔•1.主要成分：H2、N2、CO、CO2、O2•CO/CO2表征铸型气氛还原性的标志。•2.影响•（1）气氛呈中性或还原性有利防止金属渗透；呈氧化性利渗砂内粘砂。•（2）有机物分解易导致铸件表面增碳•（3）反应性气孔的产生与界面反应有关•3.因素•a、粘结剂的种类和含量：•b、浇注温度：浇注温度高，产生的气体量多•第3章金属与铸型化学与物化作用•第1节反应性气孔•1.金属与铸型、金属与溶渣或金属液内某些元素、化合物之间发生反应形成的气孔。•2.又称皮下气孔，CO，H2。3.特点：分布均匀表皮下1-3mm处•数量多、尺寸小，孔径为1--3ｍｍ•多呈细长形,铸钢件中为针孔状•表面光滑,呈银白色(铸钢件),或呈金属光亮色,或发暗•第3节粘砂现象•1.粘砂：铸件表面粘附难清除的型砂。发生厚壁、浇冒口、凹槽、小砂芯的表面、热节。•2.影响：•损坏铸件外观•加大清理工作量•加速刀具磨损•影响某些机器的工作效率和寿命。•3.种类•我国标准：分机械粘砂和化学粘砂两大类•4.防止机械粘砂的措施（从铸型方面考虑）•a减小型芯表面微孔尺寸：细砂、加石英粉、高紧实度、涂料•b加入能适当提高铸型背压或产生隔离层的附加物（如煤粉）•c改用特种原砂（如铬铁矿砂）•d降低浇注温度和减少金属液压力•5.防止化学粘砂的措施•a、避免在界面处形成低熔点化合物。•造型材料：耐火度高、热化学稳定性好的造型材料，净化金属液•b、促使形成易剥离性粘砂层或剥离的烧结层•在界面处创造适量氧化气氛，或者加入氧化铁、氧化锰或者炉渣粉，或者加入有利于烧结的物质，或者使用易剥离烧结型涂料。第二篇砂型和砂芯的制造第一章湿型第一节湿型铸造特点1.粘土型砂据合型和浇注状态可分为：湿型（湿砂型或潮型）——砂型不烘干，直接浇干型——合型和浇注前送窑烘干。表面烘干型——型腔表层烘干一定深度。2.按造型可分为：背砂——填在面砂背面起填充作用的型砂。单一砂——不分面砂和背砂，只一种造型砂。面砂——造型时铺覆在模样表面，构成型腔表面层的型砂。3.湿型铸造法基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。主要优点：生产灵活，效率高，成本低，周期短；易实现机械化和自动化；省烘干设备、燃料、电力及空间；砂箱使用寿命长；容易落砂。主要缺点：易夹砂结疤、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。应用范围：流水生产和手工造型500Kg以下的铸件。4.表干型铸造法基本特点：表面层强度高、湿度小，浇注质大铸件时不易产生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。工艺规范：砂型表层烘干5–20㎜，或自然干燥。技术要求：采用粗砂，型砂水分要严格控制，在造型、制芯、合型、浇注等严格。5.干型铸造法基本特点:粘土砂湿型烘干。主要优点：提高强度、透气性、降发气量，减少气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷，涂料改善铸件表面。主要缺点：需烘干设备，燃料，吊车周期，砂箱寿命，成本增加，生产率降低，落砂比较困难，灰尘。应用范围：表面质量要求高，或结构特别复杂的单件或小批生产及大型、重型铸件。一、型（芯）砂应具备的性能（1）造型、制芯和合型阶段对型砂性能的要求。1.湿度：湿态强度和韧性，粘土砂须含适量水分。2.流动性：型（芯）砂沿模样（或芯盒表面）和砂粒间相对移动的能力。3.强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力。4.可塑性：型（芯）砂在外力作用下变形并保持形状的能力。第二节湿型砂性能、检测及方法5.韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。6.不粘模性：型（芯）砂粘附模样或芯盒表面的性质。（2）铸件浇注、冷却、落砂、清理要求。1.耐火度：型（芯）砂抵抗高温作用的性能。2.透气性：砂型让气体通过而逸出的能力。3.发气量和有效煤粉含量：型砂中煤粉或有机物（如重油、沥青等）受热挥发气体量称发气量；4.退让性：型砂随铸件收缩而体积减小的能力5.溃散性：型芯砂在清理时的溃散性能。•二、检测•（1）水分：型砂中含水质量百分数•测定：称50g型砂，红外烘干105-110℃，4-8min至恒重，称量质量变化。不代表型砂的干湿程度。•（2）手感：型砂是否容易成团、是否沾手。•（3）紧实率：用1MPa压力紧实，测量高度变化率。•紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高×100%•应用：加水量根据紧实率范围控制，称为最适宜水分。如：手工造型用型砂，在最适宜干湿状态下的紧实率接近50%，高压造型为35-45%，挤压造型为35-40%。•（4）透气性•在水封钟罩内吸入2000cm3空气，造成10g/cm2的压力条件，用秒表测出在该压力下2000cm3空气通过试样流出的时间t，并记下气压计读数（p）•（5）湿态强度•用标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力值表示。•指标：湿态抗压强度为主•普通机器造型0.06-0.12MPa，•高密度造型0.09-0.20MPa。•注意：表面强度常用表面硬度计。•2.7发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂）•（1）目的：防止机械粘砂•（2）煤粉及附加物可防止机械粘砂的机理：•浇注后高温烘烤→产生大量挥发分→高温下进行气相（分解）反应→砂粒表面沉积形成光泽碳→防止机械粘砂，提高表面光洁度。•（3）测量•方法一：采用测定型砂发气性的办法，将定量待测样品在密闭系统中加热，测定气体的容积或压力，或称量残留物的质量，判断发气量大小。方法二：如图2-1-13所示，称取经过干燥的型砂（排除水的干扰）盛入小舟→推入850℃（或者更高）的管式加热炉加热→产生的气体经冷凝进入带刻度的玻璃管中→测量大气压力下型砂的发气体积。一、铸造用原砂1.石英质原砂及应用石英砂——以石英为主要矿物成分的天然硅砂。特点：资源丰富，分布广易开采，价低，满足要求。第三节湿型砂用原料及质量要求对铸造用原砂质量要求（1）含泥量——含泥量指原砂中直径小于0.02mm（20µm）的细颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土，也包括细的砂子和其它非粘土质点。检测方法：利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，可将原砂中颗粒直径20µm与直径20µm的颗粒分开。称量烘干的原砂并置入烧杯中，加入水及分散剂，煮沸及搅拌使其充分分散；然后反复按规定时间沉淀，虹吸排除浑水和冲入清水。直到水清后，由烘干的残留砂样质量即可计算出原砂含泥量。（2）原砂的颗粒组成原砂的颗粒组成（粒度）——砂粒的粗细程度和分布测定方法：筛分法，用一套（11个）筛孔尺寸自大而小的铸造用试验筛来筛分已洗去泥分的干砂样。国家标准规定的铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸：筛子序号0102030405060708091011筛孔尺寸3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053相当筛号行业标准JB/T9156—19996122030405070100140200270原机标JB2488—816122428455575100150200260表1-2铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸(单位：mm)原砂粗细和颗粒分布特征的表示方法1）符号表示法。将铸造用试验筛筛分后所得到的各筛子上砂子质量，选出余留量之和为最大值的相邻三筛，即得该砂样的主要粒度组成部分，用相邻三筛的中间筛孔尺寸(单位为mm)小数点后的两位数作为粒度分组代号。表1-3铸造用硅砂按粒度分组分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm85604230211.70,0.850,0.6000.850,0.600,0.4250.600,0.425,0.3000.425,0.300,0.212,0.300,0.212,0.150151007050.212,0.150,0.1060.150,0.106,0.0750.106,0.075,0.0530.075,0.053,底盘2）列表法。列表法是用表格列出各筛上砂粒余留量，以表示粒度组成。表1-4江西湖口砂的颗粒组成（质量分数）筛孔尺寸/mm3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053底盘含泥量总量余留量（%）112.146.269.9624.740.8411.582.80.260.060.061.2299.88（3）原砂的颗粒形状：用光学显微镜或扫描电镜观察，可清楚看出砂粒的轮廓形状（即“粒形”）。铸造常用原砂的主要颗粒分类法：按粒形：圆形、钝角形、尖角形三种，用符号“○”、“□”、“△”表示。优点：来源广，价格低，能满足铸铁、铸钢和非铁合金要求硅砂的优缺点缺点：1.热膨胀系数大，573℃相变膨胀；2.热扩散率（物体使其内部温度趋于一致的能力。其值大，则物体内各点的温差小）比较低；3.蓄热系数（冷却能力，其值大，加快铸件凝固速度）比较低；4.易与铁的氧化物发生化学反应，对铸型与金属的界面反应起不良影响；5.合金钢或大型铸钢件，易粘砂，清砂十分困难；6.清砂工长期吸入硅石粉尘