《金属-铸型的界面教学课件PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属-铸型的界面教学课件PPT（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第1篇 金属-铸型的界面作用金属材料 铸件质量 工艺过程第1章 砂型结构及其工作条件第1节 铸件质量的概念质量：指一组固有特性，满足要求的程度（ISO9000， GB/T19000-2000）铸件质量=铸件的技术质量+铸件价格+交货期质量对技术经济效果的影响：技术经济效果 E=质量的评定标准: 铸件的技术质量 技术质量标准JB/JQ82001-90，包括： 外观：尺寸、形状、表面粗糙度、表面缺陷； 尺寸准确、表面光洁、形状完整 内在质量：成分、组织、内部缺陷、力学性能。 无内部缺陷、组织状态好、力学性能好 三个质量等级 合格品：稳定地达到现行的国家标准，满足使用 要求 一等品：达到工业发达国
2、家80年代水平，国内先 进水平 优等品：达到同类铸件国际先进水平。 提高铸造产品质量的方法 技术：工艺、设备。 近净形化技术（Near net shape） 从结构上，铸件的内腔和外形一次成型接近零部件的最终形状，从而将机械加 工和组装工序减至最少；从尺寸精度和表面质量来看，使 铸件能达到产品的最终要求，做到无余量或少余量切削。 管理：先进的管理方法和工具。TQC、TQM、6、铸件 QMS管理系统。 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。 原砂：硅砂SiO2、镁砂MgO、锆砂ZrO。 是骨干材料，一般占型砂总质量的82%-9
3、9%。 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 原砂的重要作用 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。 孔隙率: n= 100% -微孔的容积 -砂型的总容积 不同型砂在不同条件下具有不同的孔隙率（见图1-1-2） 影响孔隙率的因素： a 堆垒形式，如图： 正方体：47.66%， 棱柱形(斜方)：39.54%， 角锥形：25.95%； b 颗粒分布：可用筛号表示。原
4、砂粒度分布分散的型砂孔 隙率小，有镶嵌效果； c 颗粒形态：圆形、多角形、尖角形。角形砂粒的孔隙率 和每个微孔的截面积都比圆形砂粒大； d 浇注过程的烧结、化学反应。 结论： a 孔隙率与砂粒直径无关，只取决于堆垒形式； b 孔隙大小既与孔隙率有关，又与砂粒大小、形态、分布 有关。 实际原砂： 颗粒形状多角形，孔隙率和截面积大些； 颗粒尺寸分布分散。 2.3 粘结剂的作用、流变性及对型（芯）砂的影响 作用：粘结性能，粘结砂粒。形成型砂强度、韧性。 粘结性能与流变特性有关，流变特性简称流变性，指流体在 力的作用下的变形和流动状态特点（度量流变性最常用的物 理量为粘度）。 （1）粘度的概念 流体层
5、间发生相对运动时，在流体内部两个流层的接触面上 产生阻碍层间运动的阻力，流体具有的这一性质称为流体的 粘性。 牛顿内摩擦定律： 或 式中：f -流体对流动的粘性阻力； -比例系数,为牛顿流体的动力粘度； -速度梯度,也称剪切速率。（2）液态粘结剂的分类 牛顿流体 广义牛顿流体满足 式中n为流变指数： n=1 真牛顿流体； 1n0 假塑性流体，随剪切速率的增大，流体表观粘 度下降。 n1 胀塑性流体，表观粘度随剪切速率的增加而增加 ； 粘塑性流体： 式中 *为塑性粘度； 为屈服值。 n=1 塑性流体（宾汉流体） 1n0 屈服-假塑性流体（卡森流体）。 n1 屈服-胀塑性流体。 流体的流动规律如图
6、所示 两种粘结剂对型砂的影响： 牛顿流体：型砂松散，如自硬砂； 粘塑性流体：塑性型砂，如粘土砂。 第3节 铸型的工作条件 3.1 工作条件恶劣：机械作用、热作用、化学作用 3.2 接触区的特性 铸型接触区：与金属液直接接触并受到影响的部分 厚度：型= /R材 b-蓄热系数 a-热扩散率 不同材质具有不同的a、b。 化学作用深度：0.5-0.6mm。取决于型砂的性质、空隙率 及液态金属的参数。 铸型接触区的结构和所受的影响 第一层：各种化合物和熔结聚集体（如氧化物、硫化物、 氮化物等）。 第二层：多晶形转化物、裂解、分解、胀裂、熟料化和莫 来石化的产物。 影响：机械：金属液冲刷、气流动力 化学：
7、化学反应 热作用：热蚀作用 影响铸型接触区的主要工艺参数 金属材料 化学活性 润湿性 热物理性能 铸型工作区特性 造型材料性能、粒度 涂料 铸件接触区 指在铸型影响下，铸件表面形成的凝固层。 本章重点： 熟悉铸件质量的等级、标准。 砂型的基本组成、结构和工作条件。 实践训练： 铸件价格的调查报告。包括不同材料、铸造方法、质量 等级的影响。 作业： 教材P13，第2题 O 第2章 金属与铸型的物理作用 第1节 传热与传质 铸件与铸型都存在传热与传质现象， 铸型的不同区域，传热和传质过程不同, 传热促进传质，传质影响传热。 1.1 铸型的传热及影响因素 传热的动力：热力学不平衡平衡（热力学第二定律
8、） 热交换的主要形式：传导、对流和辐射 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= 式中： ：热导率W/mk ：密度 kg/m3 c：比热容J/kgk 热扩散率：a=/c 辐射系数：（黑度） (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。 铸型-多孔体，受孔的影响，热导率比硅砂低得多 导热+辐射+对流 复杂 注意：热物理性能随温度而变化（见图2-2-1、2）。 12 型砂的受热过程及铸型温度场 铸型的温度状态（反映）铸型的变化的条件（影响） 铸件的形成过程 温度场：函数T=f（x，z，），通过 Fourier
9、方程 。 举例：40mm平板件，湿型粘土砂造型（初始水分） ，凝固过程的砂型温度场（图1-2-3）。 随着时间的推移，铸型温度由型腔表面剧热，逐步向内 增加。 含水铸型温度场的三个特性区及强度变化（图1-2-3） I区： 干砂区， I I区： 高水区， I I I区：温度水分降低区，、 型砂的受热过程：三个特性区由型腔表面向内延伸的过 程水分迁移的过程 I I强度最低区，高水区，此处强度称为热湿强度 图1-2-4 树脂砂铸件的温度分布 Tmax铸型各点所能达到的最高温度。 接近界面处Tmax超过粘结剂分解温度， 各种气体：O2、N2、CO、H2、CH4、H2S、SO2 结论： 应用： 树脂及催
10、化剂、附加物分解气氛的变化 高温强度的变化：随温度上升而急剧下降。大 于700强度极低。 树脂的焦化状态13 传质现象和型砂表面的水分迁移型砂中的传质传质: 混砂、造型、浇注过程都有传质现象。例：化学粘结剂的分解、水分迁移、吹气硬化、出气 、表面合金化等。 湿型砂的水分迁移 表层的几个区域（按水分的变化）： 干砂区D、饱和凝聚区（迁移区）M、未饱和凝聚区U、 未受影响区G。 U、G统称外部区。 两个界面： 蒸发界面 D-M 凝聚界面 M-U 迁移区的特点（见图1-2-6） a 蒸发界面的移动按抛物线轨迹 b 随着离开界面的距离迁移区不断加厚 c 迁移速度迅速降低。 凝聚区强度对铸造质量的影响：
11、凝聚区的抗压强度小于液 态金属静压力则产生型壁迁移。 影响：型壁迁移、夹砂类缺陷 影响凝聚区的因素（图1-2-7） 原始含水量 原砂、附加物。 粘土的种类 粘土的含量 砂型紧实度 型砂的温度 湿型砂的传热、传质特点 a 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 铸件的表面温度与干砂区的厚度及蓄热系数有关。 14 型砂受热时的膨胀 石英颗粒的多晶型转换 如图1-2-9 a 室温575，总线膨胀量为原长度的0.875% b 575时产生等温膨胀0.5%,总膨胀量1.375%. c T575，高温型石英收缩。 其它原砂的热膨胀
12、小于石英砂 铸型受热膨胀的两个阶段： 微观膨胀只减小砂粒间间隙，不引起砂型尺寸变化。 宏观膨胀砂型尺寸变化。引起铸造缺陷 影响膨胀的因素： a 温度越高，膨胀速度越大，见图1-2-11 b 紧实度：紧实度高，见图1-2-14 c 水分：含水量高，膨胀量减小，而温度越高，影响越 显著。图1-2-13 d 附加物：如图1-2-15、16 膨胀过程中的应力。见图1-2-17 第2节 膨胀缺陷（夹砂类和毛刺） 2.1 夹砂结疤（scab）、鼠尾（rattail sandline）、沟 槽（buckle） 形态（如图） a 鼠尾 锐角凹槽，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。
13、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：凸起的疤痕并拌有砂眼。 产生机理 a 表面膨胀表面压缩应力若堆垒方式不变则不能吸收 应力夹砂 b 高水层（凝聚层）热湿强度低 夹砂结疤发生趋向=铸件表面膨胀力/高水层强度 c 夹砂结疤的程度与型砂曝热裂纹发生的时间有关，而裂 纹发生时间又与水分、粘土有关。见图1-2-19。产生条件: 浇注时间长、铸件壁厚、外形平坦处。 防止措施: 减少型砂受热后的膨胀量 a 粒度分散的原砂 b 应用膨胀系数小的非石英质原砂 c 选用热湿拉强度高、热压应力低的膨润粘土 d 加煤粉、重油、木屑。 工艺措施 a 缩短浇注时间 b 合适的浇注系统平稳、分散减小冲刷和局部过热 c 平板件倾斜浇注 d 多扎气眼减少高水区的含水量、减小气体压力，促 使高水区后移。 e 修型时避免用压勺反复压大平面，防止分层。 f 在容易产生夹砂处插钉子或划沟槽。22 毛刺产生：金属液渗入到型（芯）裂纹处而形成（狭义）影响因素 a 原砂：非石英质砂不容易产生 b 粘结剂：（
