材料成型方法与质量控制复习题

-1-材料成型方法及质量控制复习题铸造工艺1分析各因素对粘土砂强度、透气性、流动性的影响。强度：（1）粘土、水分的影响：随含水量增加，强度先增后减，随粘土量含量的增加，强度增大，后趋于平稳,膨润土的强度比粘土大（2）砂粒组成的影响：原砂颗粒越细，分布越广，强度越高（3）混砂质量的影响：混砂均匀度（4）失效粘土的影响：死粘土（5）紧实度的影响：在水土比不变情况下，随紧实度提高，强度增大透气性：（1）原砂颗粒组成的影响：直径大、大小单一的沙透气性好（2）型砂中的水分和粘土的影响：随水分增加，透气性先增后减，紧实条件一定时，紧实度越低透气性越好，超过一定值后水膜变厚，粘结力下降，紧实度高，透气性差（3）加入煤粉、氧化铁粉等附加物，型砂透气性降低（4）紧实度增大，透气性降低流动性：（1）原砂粒度：粒度大且均匀的原砂配制的型砂流动性好（2）原砂形状：圆形砂比多角形和尖角形砂配制的型砂流动性高（3）粘土含量：水土比不变时，粘土含量增加，砂流动性降低（4）附加物：型砂中加入重油或煤油，可显著提高流动性（5）混砂质量：加料顺序不对，型砂中出现团块降低流动性2画图并分析粘土的湿态粘结机理，影响湿态粘结强度的因素有哪些？粘土的湿态粘结机理：粘土在水中形成的粘土——水体系是胶体，带负电的粘土颗粒将极性水分子吸引在自己周围，形成胶体的水化膜，依靠粘土颗粒间的公共水化膜，通过其中的水化阳离子所起的“桥”或键的作用，使粘土颗粒相互联结起来。影响粘土湿态粘结强度因素：（1）粘土的矿物成分：膨润土比表面积：250~500m2/g，普通粘土比表面积：50~100m2/g（2）可交换阳离子的成分和数量：蒙脱石类粘土吸附的阳离子数量多于高岭石类粘土，Na+、K+的水化强度大于Ca2+、Mg2+（3）加水量-2-3何谓紧实率、过筛性？分析水分对粘土砂性能及铸件质量的影响。紧实率：指湿型砂用1MP的压力压实或者在锤击试样机上打击3次，其试样体积在紧实前后的变化百分率，用试样紧实前后高度变化的百分数来表示。）（试样筒高度紧实高度紧实率%对水分很敏感，水分有0.2%的变化，紧实率就能反映出来，国内外广泛采用紧实率作为控制型砂性能的一种重要检测方法过筛性：一定量型砂在滚动筛中过筛10min，通过筛的砂重与原来砂重百分比水分对粘土砂性能及铸件质量的影响：（1）水分太少：韧性差，不易起模，易破碎，铸型表面强度低，易产生沙眼、冲砂等缺陷（2）水分太多：A、不粘模性差，铸件表面质量差;B、流动性差湿强度低，易变形甚至塌箱;C、浇注时产生大量气体，产生浇不足、气孔等缺陷4简述壳芯法、热芯盒法、冷芯盒法和自硬法工艺原理。壳芯法：主要用于制造砂芯，较少用于制造铸型（1）原材料：覆膜砂=原砂+热塑性酚醛树脂+固化剂+附加物（2）制芯工艺：翻斗法和吹砂法（顶吹法和底吹法）芯盒温度：250-300℃加热时间：15~50s后倒出多余的覆膜砂，继续加热30~90s（3）特点●强度大，壁厚5~12mm既具有足够的强度，中空出砂性和退让性良好，可用较细原砂，铸件表面光洁●壳芯砂固化前干态松散，流动性好，可制造形状复杂型芯●室温下不固化，可保存几个月，固化后吸湿性小，可长期存放●芯砂消耗少●大型芯质量不稳定，酚醛树脂较贵热芯盒法：用于制造各种复杂砂芯（1）原材料：原砂+呋喃1型树脂+固化剂+附加物（2）制芯工艺：用液态热固性树脂粘结剂和催化剂配制成的芯砂，填入加热到一定温度的芯盒内，贴近芯盒表面的砂芯受热，其粘结剂在很短时间即可收缩而硬化。（3）特点：●树脂粘结剂货源广、品种多、成本低、混砂工艺较简单●砂芯制备简单、硬化快、生产效率高●砂芯常温强度高、浇注后砂芯溃散性好●在芯盒内硬化成形，尺寸精度较高、表面粗糙度值较低●使用过程中产生有刺激性的烟气●用于铸钢、部分球铁件和复杂形状的铸铁件易产生皮下气孔和针孔●砂芯厚度受限制，特别是截面尺寸有突变时，易出现某些截面硬化过度，而另一些截面硬化不足的现象，砂芯破损率大●砂芯取出后，需要硬化一段时间才能使用，存放砂芯需要占用较大的车间面积-3-冷芯盒法：节约能源，适用于大批量生产制芯工艺：将树脂砂填入芯盒，而后吹起硬化制成砂芯（三乙胺法和SO2法）。三乙胺法：树脂砂=原砂+树脂+催化剂（液态雾化）特点：●对原砂适用性广●固化迅速，固化后可以立即使用●芯砂流动性好，可以制造复杂的及各种尺寸的型芯●铸件表面光洁，可不用涂料●型芯可以长期存放●能量消耗是壳芯的1/7，热芯盒的1/3●溃散性好，固化均匀●粘结剂和固化剂均易燃，需很好储存●催化剂有毒，不能与皮肤接触●催化后排出的废气必须进行处理SO2法：SO2气体通过混有氧化剂的未硬化的型芯砂，形成强酸，使型芯固化特点：●热强度高—铸件尺寸精度和表面质量好，优于三乙胺法●出砂性好—可用于铝合金●树脂砂可用期长—不接触SO2气体不硬化●强度增加快—脱模强度为终强度的75~90%●发气量低—有机粘结剂砂中最低●节约能源，生产率高●腐蚀性大●过氧化剂为强氧化剂，易燃●过氧化剂和SO2对人有害自硬法：特别适用于大型单件和小批生产制芯工艺：将砂子、液态树脂及液态催化剂混合均匀后，填充到芯盒中，稍加紧实，即于室温下在芯盒内硬化成型。（酸硬化树脂自硬砂或酚醛尿烷树脂砂）（1）酸硬化树脂自硬砂：原砂+树脂+催化剂+偶联剂（2）酚醛尿烷树脂砂：液态酚醛树脂+液态聚异氰酸脂碱性催化剂特点：●硬化反应瞬间发生●硬透性好，硬化速度快●硬化强度高●落砂性极好●适用于薄壁铝合金件●高温强度差5画图表示顶吹法和底吹法制芯工艺过程及壳芯法主要特点。-4-壳芯法主要特点：●强度大，壁厚5~12mm既具有足够的强度，中空出砂性和退让性良好，可用较细原砂，铸件表面光洁●壳芯砂固化前干态松散，流动性好，可制造形状复杂型芯●室温下不固化，可保存几个月，固化后吸湿性小，可长期存放●芯砂消耗少●大型芯质量不稳定，酚醛树脂较贵6何谓水玻璃模数，如何调整模数？水玻璃（Na2O.mSiO2）模数M：钠水玻璃中SiO2和Na2O的物质的量的比值。MSiONaOSiONaOSiONaO22222260621033摩尔分子数摩尔分子数%/%/%%.-5-调整模数：降低模数：加入适量的NaOH，以提高其中的Na2O含量提高模数：可以加入HCl或NH4Cl等，用以中和部分Na2O7水玻璃CO2法硬化机理。硬化方法：插管法硬化、盖罩法硬化8画图并简述宽结晶温度范围和窄结晶范围合金停止流动机理。-6-窄结晶温度范围合金宽结晶温度范围合金窄结晶温度范围合金：在金属的过热量未散失尽以前纯液态流动，见图（a），为第一区。金属液继续流动，冷的前端在型壁上凝固结壳，见图（b），而后的金属液是在被加热了的沟道中流动，冷却强度下降。由于液流通过一区终点时，尚具有一定的过热度，将已凝固的壳重新熔化，为第二区。所以，该区是先形成凝固壳，又被完全熔化。第三区是未被完全熔化而保留下来的一部分固相区，在该区的终点金属液耗尽了过热热量。在第四区里，液相和固相具有相同的温度——结晶温度。由于在该区的起点处结晶开始较早，断面上结晶完毕也较早，往往在它附近发生堵塞，见图（c）宽结晶温度范围合金：在过热热量为散失尽以前，也以纯液态流动。温度下降到液相线以下时，液流中析出晶体，顺流前进，并不断长大。液流前端不断与冷的型壁接触，冷却最快，晶粒数量最多，使金属液的粘度增加，流速减慢。当晶粒达到某一临界数量时，便结成一个连续的网络，液流的压力不能克服此网络的阻力时，发生堵塞而停止流动。9影响金属液充型能力的因素有哪几类？包括哪些具体因素？第一类因素—金属性质方面：金属的密度、比热、结晶潜热、粘度、表面张力、结晶特点第二类因素—铸型性质方面：铸型密度、比热、导热系数、蓄热系数、温度、铸型涂料、铸型发气性、透气性第三类因素—浇注条件方面：液态金属浇注温度、静压头、压头损失、外力场第四类因素—铸件结构方面：铸件折算厚度R，R=V（铸件体积）/S（铸件的散热表面积），R=F（铸件断面积）/P（断面的周长），型腔的复杂程度引起的压头损失10浇注后根据湿砂型中温度、水分及强度变化分为哪几个区域？简述各区域的特点，画图表示各区中温度、水分及强度变化。-7-（1）完全烘干区：砂型被烘干，强度高，砂型表面层中自由水、化合水和结晶水汽化，产生大量气体。（2）水分饱和凝固区：水分达到饱和，强度最低，透气性低，温度为100度，向远离界面方向移动。（3）水分不饱和凝固区：水蒸汽在此凝结，水分含量高于正常区，随至型腔表面距离增加而减少。（4）正常区：未受金属热影响。11画图表示夹砂的几种类型，简述夹砂形成机理和防止措施。鼠尾：型腔下表面层在金属液流作用下发生翘起主要发生在铸件下部沟槽：在夹砂的早期阶段，砂型表面只是拱起，但不破裂，形成沟槽夹砂：由砂和金属混合层组成，铸型表层大部分剥离，但仍有一小部分与铸型本体相连，液态金属潜入剥离的砂层下面并凝固，清铲后形成不含砂粒的表面缺陷夹砂结疤：砂型表面一部分脱落，液态金属充填于此处，脱落的砂块移动至其它地方形成凸起，由砂和金属混合构成鼠尾沟槽夹砂夹砂结疤夹砂形成机理：砂型表面层热应力超出水分凝聚区的强度。由于砂型由许多薄层组成，浇注时，砂型表层温度高、膨胀量大，产生热压应力，而内层温度低，膨胀量小，产生热拉应力。导致平行于层的方向受到热剪应力，垂直于层的方向受到热拉应力。所以，当热应力足够大时，砂型被拱起、形成夹砂。防止措施：减少型砂受热膨胀,提高型砂热湿拉强度,防止砂型表层拱起与开裂（1）造型材料方面：用热膨胀率小原砂，减少型砂受热膨胀;用热湿拉强度高的膨润土；加入煤粉-提高热湿拉强度，降低砂型热应力（2）工艺操作和工艺设计方面：紧实度均匀；扎通气孔、铸型表面扎钉子---防止砂型表层拱起与开裂；内浇口不要过分集中、浇注时间尽量缩短、平板件采用倾斜浇注--减少膨胀（3）铸型结构方面：避免大平面，圆角要合适。12常用的鉴别机械粘砂和化学粘砂方法有哪些？机械粘砂：金属液钻入到砂型表面孔隙中，凝固后将砂粒机械地钩连在铸件表面，主要原因是物理因素化学粘砂：金属液表面氧化，氧化物与SiO2反应，生成低熔点铁硅酸盐，凝固后与砂粒一起粘附在铸件表面上，主要原因是化学因素宏观观察：砂粒间可看到渗入金属为机械粘砂，一片连续的蜂窝状物质为化学粘砂显微观察：金属毛刺与砂粒间有明显分界线为机械粘砂，连成一片渣子，分不清砂粒与金属边界为化学粘砂电测法：测量电阻值化学鉴别法：与盐酸反应13分析各因素对机械粘砂的影响和防止措施。-8-各因素对机械粘砂的影响：（1）铸件表面处于液体状态时间：时间长易产生机械粘砂（2）金属液压力P静：高大铸件下部更容易产生机械粘砂（3）金属液与砂型材料的润湿性：降低孔隙半径，增加润湿角均可以防止渗入（4）金属液的表面张力（取决于润湿性）（5）金属液的密度、比热容、凝固潜热和粘度：砂型相同时，保持液态时间长和粘度小的金属液渗入的深度较大（6）铸型种类：锆砂、镁砂、铬镁砂、铬铁矿砂蓄热系数高、与铁水不润湿（7）砂型表面砂粒间空隙：凡是可减小砂粒间隙的因素都可以减少粘砂防止措施：（1）使用细砂（2）提高铸型紧实度（3）湿砂型中加入煤粉（4）湿砂型中加入重油（5）采用非石英质原砂（6）降低浇注温度（7）涂覆涂料14侵入性气孔形成机理和防止措施。形成机理：砂型界面气体压力（P气）超过某一临界压力（P临），气体侵入到液态金属中形成气孔。腔阻静临气PPPPPP静—液态金属的静压力P阻—形成气泡时需要克服的阻力，,2RP阻P腔—型腔中金属液面上气体压力防止措施：（1）减少型砂发气性发气速度：采用低发气性粘结剂和附加物，尽可能低加入量和低的浇注温度。（2）型砂中形成合理气流方向：采用低透气率面砂，高透气率背砂，扎气眼。（3）增大气体侵入金属液阻力：砂型表面涂涂料。15低压铸造特点和差压铸造特点。低压铸造特点：（1）可用于铸造形状复杂的薄壁铸件（2）铸件力学性能（3）防止铸件产生气孔和非金属夹杂物（4）铸件合格率高（5）合金的工艺出品率较高（6）适用范围宽（7）生产效率较高差压铸造特点：（1