鑄造技術(shù)培訓(xùn)內(nèi)容

1、 鑄造技術(shù)培訓(xùn)第1章 基礎(chǔ)知識(shí)第1節(jié) 鑄鐵鑄鐵是一種含碳量在2.0%以上的鐵碳合金。碳、硅、錳、磷、硫是鑄鐵的主要合金元素，通常稱之為鑄鐵的五大元素。此外，鑄鐵中還含有多種微量元素，如：鈦、釩、鉻、銅、砷、鋁、鉛、鎂、鉍、錫等。1 鑄鐵的分類、特征及用途1）分類根據(jù)碳在鑄鐵中存在的形式和斷口特征，可將鑄鐵分為白口鑄鐵、灰口鑄鐵和麻口鑄鐵。根據(jù)石墨的形狀，灰口鑄鐵又可分為普通灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵。根據(jù)使用性能，鑄鐵可分為灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵、冷硬鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。根據(jù)化學(xué)成分，鑄鐵可分為普通鑄鐵和合金鑄鐵。按照合金元素的含量不同，合金鑄鐵又可分為低合金

2、鑄鐵（合金元素含量小于3%）、中合金鑄鐵（合金元素含量310%）和高合金鑄鐵（合金元素含量大于10%）。2）特征及用途鑄鐵的特征及主要用途見表7.1.1。表7.1.1序號(hào)名稱特征主要用途1.灰鑄鐵碳主要以片狀石墨形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈灰色用于要求抗拉強(qiáng)度100300MPa，對(duì)延伸率，耐磨性沒有特殊要求的機(jī)械零件，是適合用途廣泛的金屬材料2球墨鑄鐵鐵液經(jīng)球化處理，使石墨大部分或全部呈球狀，有時(shí)少量為團(tuán)絮狀的鑄鐵用于要求抗拉強(qiáng)度400900MPa，對(duì)延伸率和耐磨性有一定要求的機(jī)械零件，如汽缸、軸承座、打樁錘等3蠕墨鑄鐵鐵液經(jīng)蠕化處理，使石墨大部分呈蠕蟲狀的鑄鐵用于要求抗拉強(qiáng)度350400MPa，對(duì)

3、導(dǎo)熱性和耐熱疲勞性有一定要求的機(jī)械零件，如大功率柴油機(jī)氣缸蓋、排氣管等4可鍛鑄鐵（馬鐵）白口鑄鐵通過石墨化或氧化脫碳可鍛化處理，改變其金相組織和成分而獲得的有較高韌性的鑄鐵，其石墨呈團(tuán)絮狀用于要求抗拉強(qiáng)度300450MPa，對(duì)塑性和韌性具有一定要求的機(jī)械零件，如鐵路零件，汽車后橋等5白口鑄鐵碳主要以游離碳形式出現(xiàn)的鑄鐵，斷口呈銀白色用于高耐磨性的機(jī)械零件，如：耐磨機(jī)內(nèi)襯板和磨球等2 鑄鐵的凝固1） 碳當(dāng)量 碳當(dāng)量表示鑄鐵中硅和磷對(duì)鐵碳共晶綜合影響的指標(biāo)，用來估計(jì)某一鑄鐵成分在一定冷卻速度時(shí)接近共晶的程度。CE=C+1/3（Si+P）式中CE碳當(dāng)量（%）；C總碳含量（%）；Si硅含量（%）；P含

4、磷量（%）。2） 共晶度 普通鑄鐵中含碳量與共晶點(diǎn)含碳量的比值。反映鑄鐵成分接近共晶的程度。Sc=C/4.26-1/3（Si+P）Sc共晶度；C總碳含量（%）；Si硅含量（%）；P含磷量（%）。3） 鑄鐵冷卻曲線冷卻曲線反映鑄鐵合金的凝固結(jié)晶情況，是快速測(cè)定鑄鐵碳當(dāng)量和碳、硅含量的依據(jù)。典型的鑄鐵冷卻曲線見圖7.1.1。圖7.1.1 鑄鐵的冷卻曲線4） 鑄鐵的凝固結(jié)晶過程及其組織根據(jù)碳當(dāng)量或共晶度，鑄鐵可分為CE4.26%或Sc1為亞共晶鑄鐵、CE=4.26%或Sc=1為共晶鑄鐵、CE4.26%或Sc1為過共晶鑄鐵。表7.1.2 鑄鐵的組織鑄鐵類別按穩(wěn)定系結(jié)晶按介質(zhì)穩(wěn)定系結(jié)晶共晶鑄鐵F+G（G

5、共晶+C+G共析）P+Le+ C+G共析亞共晶鑄鐵F+G（G共晶+C+G共析）P+Le+ C+G共析過共晶鑄鐵F+G（G+G共晶+C+G共析）P+Le+ C+G共析注：1. Le（萊氏體）=A共晶+C共晶。2.F為鐵素體，G為石墨，P為珠光體，C為滲碳體。3 影響鑄鐵組織和性能的因素灰鑄鐵金相組織包括石墨與金屬基體兩個(gè)部分。1）鑄鐵中石墨的形狀、分布、大小和數(shù)量對(duì)鑄鐵機(jī)械性能有著重要影響。表7.1.3 鑄鐵的石墨形狀與其抗拉強(qiáng)度的關(guān)系石墨形狀抗拉強(qiáng)度（MPa）延長(zhǎng)率（%）片狀石墨鑄鐵（灰鑄鐵）1003000.5蠕蟲狀石墨鑄鐵3504001.0絮狀石墨鑄鐵（可鍛鑄鐵）350450210球狀石墨鑄

6、鐵400900212在石墨均勻分布的條件下，石墨尺寸越大，鑄鐵的性能越差。細(xì)小分布的石墨可有效地提高鑄鐵的力學(xué)性能。此外，鑄鐵中石墨的數(shù)量對(duì)力學(xué)性能亦產(chǎn)生一定影響，通常石墨數(shù)量越多，機(jī)械性能越差。2）灰鑄鐵的基體可分為鐵素體基體、鐵素體和珠光體混合基體、珠光體基體等三類。以鐵素體為基體的鑄鐵機(jī)械性能強(qiáng)度差、硬度和塑性亦較差。鐵素體和珠光體混合基體灰鑄鐵強(qiáng)度和硬度隨著珠光體數(shù)量的增多而提高。以珠光體為基體的灰鑄鐵強(qiáng)度和硬度均較高，并且隨著珠光體的細(xì)化而明顯提高。 鑄鐵中磷共晶若呈網(wǎng)狀存在時(shí)，其強(qiáng)度大大降低，脆性增加。因此磷共晶在鑄鐵中以分散孤立分布為好。鑄鐵基體中如果出現(xiàn)碳化物和自由滲碳體，則使

7、鑄鐵性能惡化，強(qiáng)度降低，脆性增加，硬度劇增，切削加工性能也變壞。因此對(duì)鑄鐵中的自由滲碳體和碳化物要嚴(yán)加限制。3）化學(xué)元素對(duì)組織與性能的影響見表7.1.4。表7.1.4化學(xué)元素對(duì)金相組織的影響對(duì)力學(xué)性能的影響碳、硅鑄鐵中碳、硅量增加，石墨粗大，數(shù)量增加，基體中鐵素體增加、珠光體減少。碳、硅量過低，鑄鐵中出現(xiàn)E型石墨，甚至出現(xiàn)麻口、白口組織。鑄鐵的強(qiáng)度和硬度低組織疏松。當(dāng)碳、硅量恰當(dāng)，使鑄件得到均勻分布的石墨和珠光體時(shí)，力學(xué)性能提高。碳、硅量過低，強(qiáng)度下降、硬度升高。硫、錳當(dāng)鑄鐵中錳量較低時(shí)，硫形成共晶體以及其他富鐵硫化物。當(dāng)錳量高時(shí)，則能形成高熔點(diǎn)MnS存在于鑄鐵中。過量的錳可增加鑄鐵中的珠光體

8、和化合碳。硫在鑄鐵中惡化鑄造性能，如降低流動(dòng)性，增加鑄件裂紋傾向。鑄鐵中錳與硫生產(chǎn)MnS后剩余的錳能顯著提高鑄鐵的強(qiáng)度和硬度。磷在鑄鐵中形成二元或三元磷共晶磷共晶本身硬而脆。鑄鐵的硬度隨著含磷量增加而提高，而韌性則隨之降低。銅、鎳阻礙珠光體分解，可使珠光體數(shù)量增多和細(xì)化，強(qiáng)化鐵素體能提高鑄鐵強(qiáng)度和硬度，又能防止白口的產(chǎn)生鉻、鉬、礬具有細(xì)化石墨和強(qiáng)化基體的作用，使鑄件得到細(xì)小均勻分布的珠光體基體能有效地提高鑄鐵的強(qiáng)度和硬度。但碳當(dāng)量低而Cr、Mo、V等元素含量過高，促使鑄鐵產(chǎn)生白口鈦在鑄件中多形成特殊碳化物。鈦可促使高碳當(dāng)量鑄鐵石墨細(xì)化能提高鑄鐵的強(qiáng)度和耐磨性4）鑄件冷卻速度對(duì)鑄鐵組織與性能的影

9、響:在保證析出石墨的冷卻速度范圍內(nèi)，冷卻速度慢，過冷度小，石墨粗大；反之石墨細(xì)化。冷卻速度過快，過冷度大，則形成細(xì)小的過冷石墨。影響鑄件冷卻速度的因素很多，主要有：（1） 鑄件壁厚的影響表7.1.5鑄件壁厚冷卻速度金相組織力學(xué)性能減少增加石墨細(xì)小，基體中珠光體數(shù)量增加，鐵素體量減少強(qiáng)度和硬度均有所提高過薄加劇局部或全部出現(xiàn)白口（滲碳體+珠光體）脆性和硬度增加，而韌性下降厚大很低石墨粗大，組織疏松，基體中鐵素體數(shù)量增加強(qiáng)度和硬度均降低（2）澆注溫度的影響澆注溫度高，冷卻速度慢，鑄件石墨粗大，鐵素體量增加，鑄件的強(qiáng)度和和硬度降低。反之，澆注溫度低，鑄件冷卻速度快，促進(jìn)石墨細(xì)化，增加珠光體數(shù)量，提高

10、鑄件強(qiáng)度和硬度。（3）鑄型材料的影響不同的鑄型材料與冷卻速度的關(guān)系見表7.1.6。表7.1.6鑄型材料與冷卻速度的關(guān)系試樣直徑（mm）平均冷卻速度（/mm）濕砂型干砂型預(yù)熱型金屬型3020.512.09.1353001.71.20.52.3（4）澆注系統(tǒng)的影響鐵液經(jīng)直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道進(jìn)入型腔，澆道附近的鑄件被加熱，降低了鑄件的冷卻速度，從而使該部分鑄件晶粒粗大，鐵素體量增加。冒口附近亦如此。4 普通鑄鐵件常見缺陷和防止方法1）常見的缺陷：氣孔、疏松、針孔、表面氣泡；冷隔、接縫、起皮；鐵豆；粗晶組織；縮孔：外縮孔、內(nèi)縮孔、縮松；熱裂、冷裂；材質(zhì)硬化，如局部硬化、白口化、反白口；澆不足、冷疤；

11、夾雜物；夾渣滓、包砂、夾砂、結(jié)疤；石墨漂浮；化學(xué)粘砂、機(jī)械粘砂；表面粗糙等。2）產(chǎn)生原因與防止方法：（1）氣孔氣孔產(chǎn)生的原因：鐵水中產(chǎn)生氣體的主要原因是熔化過程中鐵水的氧化，鐵水的氧化取決于所用的原材料及熔化氣氛中帶入的氧氣，以及澆包未烘干、冷鐵表面狀態(tài)不適當(dāng)（如有鐵銹、大氣中凝結(jié)的水分）等。氣孔防止方法： 獲得純凈的鐵水可減少氣體含量；使用無銹和無粘附雜物的干凈原材料。在熔化時(shí)還要根據(jù)熔化時(shí)設(shè)備采取適當(dāng)?shù)姆乐狗椒?。沖天爐熔化時(shí)關(guān)鍵在于避免過量的送風(fēng)，并保證有適當(dāng)?shù)牡捉垢叨?。電爐熔化時(shí)存在著鐵水與大氣接觸的問題，提高熔化溫度是必不可少的措施。保持鑄型內(nèi)適宜的水分。使鑄型中產(chǎn)生的氣體能夠從鑄型中

12、直接排出，設(shè)計(jì)鑄造工藝時(shí)提高鑄型的透氣性，開設(shè)透氣孔。（2）疏松呈分散狀態(tài)分布，每個(gè)空洞的尺寸較小。疏松不一定出現(xiàn)在鑄件的表層，鑄件內(nèi)部同樣存在。形成疏松的原因與氣孔相同，因此其防止方法與氣孔一樣。（3）針孔針孔是一種在鑄件表面局部區(qū)域存在，像針尖扎過的細(xì)小空洞的缺陷，往往出現(xiàn)于鑄件的表層或皮下。產(chǎn)生原因與氣孔和疏松一樣，主要由鐵水中的氧化物與碳反應(yīng)生成的一氧化碳，或鐵水與型砂接觸而產(chǎn)生的氣體，以及鑄型中的水分等引起的，它特別容易出現(xiàn)于薄壁鑄件。此外，在加入的孕育劑（硅鐵合金等）未充分干燥，鋁等特殊元素含量較多或澆注在強(qiáng)還原性氣氛中熔化的鐵水等情況下，也較易產(chǎn)生針孔。防止方法首先必須獲得純凈的

13、鐵水，適當(dāng)?shù)亟档蜐沧囟龋⒈M可能地縮短澆注時(shí)間。其次采用水分少的造型材料，以及避免在型砂中混入有機(jī)物等材料，是防止產(chǎn)生針孔的好方法。（4）縮孔鑄件的缺陷中，縮孔的產(chǎn)生比例最高。由于金屬從開始凝固直至冷卻到室溫的過程中，一般都產(chǎn)生體積收縮，但是對(duì)凝固過程中析出石墨的鑄鐵來說，由于石墨的析出會(huì)引起一定的體積膨脹。因而與其他金屬相比，鑄鐵產(chǎn)生的傾向要小得多。但也有難以避免的情況。防止方法：設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，盡可能減少壁厚差。設(shè)置足夠的冒口以補(bǔ)償厚壁部分的凝固收縮。但是過量的冒口不僅不經(jīng)濟(jì)，而且還會(huì)引起其它缺陷。為加速厚壁部分的冷卻，可使用冷鐵等。在可能的范圍內(nèi)提高碳硅含量，以促進(jìn)石墨化。使用不含阻礙石墨

14、化的雜質(zhì)元素的優(yōu)質(zhì)材料。為更有效地發(fā)揮冒口的作用，使用發(fā)熱保溫劑、冒口攪拌法以及補(bǔ)澆高溫鐵水等方法。（5）粗晶組織（縮松）在厚壁處由于冷卻緩慢，石墨得到了很好的成長(zhǎng)，形成粗大組織，有時(shí)即使用肉眼也能看出斷口顏色和光澤的差別。稍微粗點(diǎn)的組織并不是一種缺陷，但在壁厚極厚的鑄件中，如果化學(xué)成分調(diào)整不當(dāng)，碳硅過多時(shí)，往往呈現(xiàn)出極端粗大組織。如果此時(shí)再切斷凝固收縮時(shí)的鐵水補(bǔ)給，就會(huì)形成粗晶組織或縮松的缺陷?？s松的形成機(jī)理與縮孔一樣，它的特點(diǎn)是在局部凝固遲的部位匯集了鐵水中低熔點(diǎn)的物質(zhì)，而這些物質(zhì)收宿時(shí)已無法再得到鐵水的補(bǔ)給。防止方法與縮孔完全相同，但特別要注意含碳量。（6）澆不足，冷疤澆入鑄型的鐵水不能

15、完全澆到鑄型的每個(gè)角落，而使邊緣成圓角的情況稱為澆不足。最有效的防止方法是提高澆注溫度。此外，提高澆注速度、抑制型砂和涂料等產(chǎn)生氣體，以及使型內(nèi)的氣體順利排出型外等也很重要。（7）熱裂、冷裂熱裂和冷裂的產(chǎn)生條件完全相同，都是由于鐵水在凝固和冷卻過程中存在著不均勻的冷卻，使鑄件的某一部分在膨脹、收縮階段變形，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)鑄件經(jīng)受不住這個(gè)應(yīng)力時(shí)，便產(chǎn)生熱裂和冷裂。熱裂是鑄件在達(dá)到室溫前冷卻過程中產(chǎn)生的裂紋，它的斷口呈茶褐色或紫紅色。冷裂是冷卻后形成的裂紋，其斷口一般呈灰色。防止方法 設(shè)計(jì)鑄件時(shí)，盡量減少壁厚差。 設(shè)計(jì)鑄造工藝時(shí)，考慮壁厚不同時(shí)如何使整個(gè)鑄件均勻冷卻，如在厚壁處設(shè)置冷鐵等。在同一條

16、件下，由于碳當(dāng)量越高收縮越少，因此在允許范圍內(nèi)，也可考慮選用碳當(dāng)量高的鐵水。鑄型的強(qiáng)度不必過高，使鑄型能順利地適應(yīng)鑄件的收縮。（8）其他缺陷因型砂性能而產(chǎn)生的缺陷有包砂、夾砂、機(jī)械粘砂和表面粗糙等。其主要因素有：砂子的耐火度不夠。砂子粒度不恰當(dāng)而引起的透氣性差或表面粗糙。粘結(jié)劑過多而使透氣性不足。水分過多而造成強(qiáng)度不夠。過分緊實(shí)后鑄型強(qiáng)度過高而引起的透氣性不足。為防止由型砂引起的這些缺陷，可改善型砂本身的性能或改善造型條件等，同時(shí)結(jié)合型砂性能選用鑄造工藝是最有效的措施。第2節(jié) 鑄鋼1 鑄鋼的分類及組織特征含碳量低于2.0%的鐵-碳二元合金稱。鑄鋼可按化學(xué)成分分為：碳素鑄鋼和合金鑄鋼。碳素鑄鋼按

17、碳含量分為：C0.20%為低碳鑄鋼；C0.20.5%為中碳鋼；C0.5%為高碳鋼。合金鋼按合金元素含量分為：低合金鋼（一般合金元素總量在8%以下）和高合金鋼（一般合金元素總量在8%以上）。鑄鋼按用途可分為：結(jié)構(gòu)鑄鋼、耐磨鑄鋼、不銹鑄鋼、耐熱鑄鋼及工具鑄鋼等。鑄鋼按組織分為：珠光體類鑄鋼、鐵素體類鑄鋼、馬氏體類鑄鋼和奧氏體類鑄鋼等。2 鑄鋼的凝固特性和凝固方式的控制1）鋼液的流動(dòng)性液體金屬的鑄造性能，即液體金屬充填鑄型的能力好壞（稱為流動(dòng)性），決定著鑄件生產(chǎn)的難易程度。液體金屬的流動(dòng)性受到粘性、表面張力及成分的影響，但主要取決于澆注溫度至凝固溫度之間的溫度差和澆注開始至凝固結(jié)束的時(shí)間。溫差越大，

18、時(shí)間越長(zhǎng)，則流動(dòng)性越好。由于鑄鋼凝固開始的溫度（液相線溫度）比鑄鐵高，所以相同溫度鑄鐵的流動(dòng)性比鑄鋼好。為使鑄鋼流動(dòng)性良好，需過熱到較高的溫度，但這不僅會(huì)增加鋼水的吸氣量，而且也促使氧化，同時(shí)從鑄型材料的耐火度等方面也存在問題。所以澆注溫度應(yīng)不超過液相線以上約50為好。另外，鑄鋼也容易產(chǎn)生各種各樣的缺陷，因此不能制造壁厚極薄的鑄件。2）凝固組織與收縮量、縮孔澆入鑄型內(nèi)的鋼水，由于鑄型的熱傳導(dǎo)而散失熱量，并從與鑄型相接觸的表面層開始順序凝固并冷卻。鑄鋼件的凝固組織由最外層無方向性的細(xì)等軸晶，里層垂直于鑄型壁并具有方向性的柱狀晶（樹枝狀晶）及鑄件中心部分無方向性的粗等軸晶所組成。各結(jié)晶的大小取決于

19、凝固時(shí)的冷卻速度（隨鑄件壁厚及化學(xué)成分而變化）。鑄鋼在冷卻過程中體積會(huì)發(fā)生變化。鑄型內(nèi)鑄件的收縮分為液態(tài)時(shí)由于溫度下降而產(chǎn)生的液態(tài)收縮；鋼水凝固時(shí)所產(chǎn)生的凝固收縮；以及凝固后冷卻過程中所產(chǎn)生的固體收縮。鑄鋼的收縮顯然比鑄鐵要大得多。其中，固態(tài)收縮可在制造模型時(shí)由工藝設(shè)計(jì)人員根據(jù)實(shí)際情況用縮尺加以補(bǔ)正，而液態(tài)收縮和固態(tài)收縮必須用冒口來進(jìn)行補(bǔ)縮。為提高冒口的補(bǔ)縮效果，最好是從離冒口最遠(yuǎn)處向冒口方向順序凝固，冒口在最后凝固。這時(shí)凝固前沿始終保持有從冒口中流出來的鋼水，對(duì)凝固收縮充分進(jìn)行補(bǔ)縮，從而可以制得無縮孔的鑄件。這種使凝固向冒口方向進(jìn)行的過程稱作為方向性順序凝固，它是鑄鋼工藝人員在進(jìn)行鑄件工藝設(shè)

20、計(jì)時(shí)最基本、最重要的思路。3）凝固組織與裂紋鑄型中的鋼水，由于凝固和冷卻產(chǎn)生收縮。當(dāng)鑄件形狀復(fù)雜且強(qiáng)度較大時(shí)，自由收縮如受到阻礙便產(chǎn)生裂紋。因此希望鑄件形狀盡可能簡(jiǎn)單，凹凸和壁厚的變化也盡可能少些。例如：鑄件壁交叉成“T”型，交叉處圓角半徑小時(shí)，該部分鑄型層突出的形狀，鑄型散熱少，凝固也緩慢。結(jié)果該部分鑄件表面層的細(xì)等軸晶和柱狀晶壁其他部分薄弱。冷卻收縮而引起的拉應(yīng)力大，圓角處就產(chǎn)生裂紋。為防止裂紋，加大圓處的曲率半徑，但曲率半徑過大，增加此處的斷面積，使中心部分的冷卻緩慢。這樣雖然防止了表面裂紋，結(jié)果卻在內(nèi)部形成了縮孔。所以此時(shí)應(yīng)在鑄造工藝上下工夫，利用冷鐵、加強(qiáng)筋、局部采用高耐火度的型砂等

21、以使該部分方向性順序凝固良好。4）凝固組織與偏析處于熔融狀態(tài)的鋼水成分是均勻的，由鐵-碳狀態(tài)圖可知，凝固開始時(shí)，碳等溶質(zhì)元素少的結(jié)晶優(yōu)先析出，剩下的是富化了的溶質(zhì)元素的鋼液。所以，從微觀方面看，結(jié)晶與結(jié)晶之間的成分存在差別；從宏觀方面看，鑄件早凝固部分與晚凝固部分之間也存在著成分差別。這種現(xiàn)象任何鑄件都會(huì)發(fā)生，小型鑄件由于整體凝固速度快，因而不顯著，鑄件越大則越顯著。所以對(duì)于大型鑄件，特別是不能有偏析的部分，應(yīng)局部使用冷鐵，讓該部分凝固速度加快，從而減輕偏析。盡可能減少硫、磷等雜質(zhì)元素的含量，也是減輕偏析的有效方法。5）凝固與變形、殘余應(yīng)力鑄件凝固后要產(chǎn)生固態(tài)收縮。由于鑄件壁后不同，或者部位不

22、同造成冷卻速度差，緩慢冷卻部分產(chǎn)生拉應(yīng)力，快速冷卻部分產(chǎn)生壓應(yīng)力。這種應(yīng)力待鑄件完全冷卻后殘留下來，所以稱為殘余應(yīng)力。由于這種殘余應(yīng)力的作用，在受壓應(yīng)力側(cè)產(chǎn)生彎曲等變形，而對(duì)于大型鑄鋼件來說，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裂紋等缺陷。另外，在鑄件同一斷面內(nèi)部，冷卻速度快的表面層，與冷卻速度慢的中心部位之間也會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。凝固后冷卻速度慢的部分結(jié)晶晶粒粗大，強(qiáng)度也低。在殘余應(yīng)力大的情況下，外觀上雖然沒有裂紋產(chǎn)生，但在壁厚均勻化方面有困難時(shí)，可采用冷鐵與加強(qiáng)筋來緩和冷卻速度的不均勻性，或者提早開箱，將處于高溫狀態(tài)的鑄件移入加熱爐中緩慢冷卻。另外，也可采用估計(jì)變形情況來制造相應(yīng)的鑄型。但當(dāng)存在殘余應(yīng)力時(shí)，在機(jī)械加工

23、及長(zhǎng)期使用過程中會(huì)繼續(xù)變形，所以對(duì)于鑄鋼件來說，需要進(jìn)行充分消除應(yīng)力的退火熱處理。3 鑄鋼件常見缺陷和防止方法鑄造具有將復(fù)雜形狀零件簡(jiǎn)單成型的優(yōu)點(diǎn)，但由于生產(chǎn)方式是將材料從高溫液態(tài)急劇冷卻到室溫，而且是澆入用天然砂制成的鑄型中，所以要完全防止產(chǎn)生鑄造缺陷是困難的。因此在使用鑄鋼件時(shí)，應(yīng)了解鑄件的特性，切不可盲目要求鑄件無缺陷，并且適當(dāng)確定鑄件缺陷的允許范圍。當(dāng)然，另一方面在鑄造生產(chǎn)過程中，也應(yīng)當(dāng)努力探求缺陷的產(chǎn)生原因，以建立防止產(chǎn)生缺陷的措施。這樣除了可以提高質(zhì)量外，還可以取得提高工效和降低成本等方面的效果。1）鑄鋼件缺陷的分類按照缺陷產(chǎn)生的位置進(jìn)行分類見表7.1.7。表7.1.7分類缺陷的種

24、類內(nèi)部缺陷縮孔、粗晶組織、顯微縮孔表面缺陷高溫裂紋、低溫裂紋氣體缺陷夾砂、夾渣、包砂、沖砂粘砂、結(jié)疤、起格子冷隔、鐵豆、表面粗糙形狀不良漲箱、壁厚不均、掉砂、飛邊2)鑄造缺陷的特征、產(chǎn)生原因及防止方法(1)高溫裂紋（熱裂）高溫裂紋又稱熱裂,是危害性最大的缺陷之一。產(chǎn)生高溫裂紋的位置和特征:高溫裂紋產(chǎn)生在鑄件的熱節(jié)部分。所謂熱節(jié)乃是指鑄件中長(zhǎng)期保持高溫狀態(tài),并最后凝固和冷卻的部位。圖7.1.2 形成熱節(jié)的位置圖7.1.2中箭頭所示為按照形狀容易形成熱節(jié)的位置,鑄件轉(zhuǎn)角處和壁厚相交的地方都容易產(chǎn)生高溫裂紋。另外,熱節(jié)是隨鑄件各部分的凝固和冷卻速度的相對(duì)差別而變化的，因此當(dāng)并列使用冷鐵時(shí),冷鐵間也容

25、易產(chǎn)生裂紋。這是因?yàn)榕c放置冷鐵的位置相比，砂型部分成為熱節(jié)的緣故。高溫裂紋的斷口形狀,全部由小球狀的凹凸面所組成。這些小球狀凹凸面即是凝固時(shí)樹枝狀晶的端部,而熱裂則是在凝固過程處于液膜狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的。如將沿裂紋深度方向上的斷面研磨腐蝕后進(jìn)行觀察的話,則可看到脈狀偏析,而且高溫裂紋的端部與脈狀偏析相連。這是因?yàn)槟虝r(shí)在液膜期由于受到收縮而引起的拉應(yīng)力作用,使結(jié)晶間分離和擴(kuò)張,而成分濃縮的低熔點(diǎn)鋼液向擴(kuò)張?zhí)幜魅?在這種狀態(tài)下凝固,在濃縮鋼液不能充分補(bǔ)給的地方便形成高溫裂紋。產(chǎn)生高溫裂紋通常有以下三個(gè)必要條件：鑄件受到由于體積收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用；鑄件中存在熱節(jié)；鋼水補(bǔ)縮不充分。鑄件凝固冷卻時(shí)產(chǎn)生收

26、縮,如受到鑄型形狀的影響而不能自由收縮時(shí),即產(chǎn)生拉應(yīng)力,熱節(jié)部分則由于受到應(yīng)力集中的作用而產(chǎn)生高溫裂紋。此時(shí),如果濃縮鋼液能夠補(bǔ)縮裂紋則形成脈狀偏析,如果不能充分補(bǔ)縮則形成高溫裂紋。因此,作為防止高溫裂紋的措施,應(yīng)是使鑄型具有良好的退讓性,以減輕拉應(yīng)力。具體的說,就是采用高溫下能燃燒分解的有機(jī)物作粘結(jié)劑或附加材料。其次是減輕熱節(jié),常使用冷鐵和加強(qiáng)筋以加快熱節(jié)的冷卻。（2）低溫裂紋（冷裂）在鑄件冷卻不均勻和收縮不充分的情況下,當(dāng)冷卻到常溫附近時(shí),即產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。因此,在到達(dá)常溫附近的低溫時(shí),就以存在于拉應(yīng)力作用部位的切口為起點(diǎn),產(chǎn)生脆性開裂。這種脆性開裂稱作低溫裂紋，或稱為冷裂,容易造成嚴(yán)重

27、事故。冷裂紋的形狀為一根長(zhǎng)直線形龜裂,很少有分枝,斷面大都象個(gè)劈開面,與高溫裂紋不一樣,很容易識(shí)別。防止低溫裂紋的根本措施,是采用可減小內(nèi)應(yīng)力的冷卻方法。然而,實(shí)際中有很多困難,因此在可能產(chǎn)生低溫裂紋的場(chǎng)合,在落砂時(shí)在鑄件完全冷卻到常溫前就再加熱,可緩和內(nèi)應(yīng)力并改善組織。（3）氣體缺陷氣體缺陷包括氣孔、針孔和皮下氣孔等各種名稱的缺陷。在所有情況下,氣孔的形狀都帶圓形，并且是具有光滑內(nèi)表面的孔穴。這些氣體缺陷在鑄件所有部位都可能產(chǎn)生,但在鑄件薄壁部分的表皮下面更容易產(chǎn)生。另外,在使用不干凈的外冷鐵和內(nèi)冷鐵的地方也容易產(chǎn)生氣孔。氣體缺陷帶有圓形的事實(shí),表明了氣體缺陷是在鋼處于熔融狀態(tài)時(shí)形成的。鑄件

28、凝固時(shí),由于鋼中氫、氧和氮的溶解度減少而析出,形成的氣泡如不能上浮分離,便留在鑄件內(nèi)部形成鑄鋼件的氣體缺陷。氣體的來源有存在于鋼水中的氣體,澆注過程中吸入的氣體以及鑄型內(nèi)產(chǎn)生的氣體。因此,防止氣體缺陷的基本措施是,在熔化精煉過程中進(jìn)行脫氣,并充分進(jìn)行脫氧。澆注過程中吸入的氣體，可以通過改善澆注系統(tǒng)來減少澆注時(shí)的渦流加以避免。最成問題的是鑄型內(nèi)產(chǎn)生的氣體被鋼水吸收的問題。其防止措施,主要是鑄型透氣性要好,使產(chǎn)生的氣體盡快逸出鑄型。發(fā)氣量特別大的鑄型是濕型和有機(jī)粘結(jié)劑鑄型。對(duì)于濕型重要的是控制澆注時(shí)的鑄型水分。有機(jī)粘結(jié)劑常溫自硬鑄型中的鋼水吸氫量比干型要大得多，但在鉻鐵礦砂鑄型中鋼水的吸氫量可減少

29、到接近于干型。（4）夾砂和夾渣鋼中的非金屬夾雜物有脫氧產(chǎn)物和由外來夾雜物所造成的夾砂和夾渣等。脫氧產(chǎn)物形狀細(xì)小，所以在鑄鋼中的問題不大。而夾砂和夾渣,一般比較大而且形狀不規(guī)則。其產(chǎn)生的位置與氣體相同，大都在鑄件上表面的表皮下。砂子的來源為,鑄型局部開裂和受到?jīng)_刷而掉落下來的砂子，以及掉到澆道內(nèi)的面紗和涂料等。熔渣則來源于鋼包中與鋼水一起澆入鑄型中的熔渣,和澆道磚熔化下來的熔渣等。防止的措施是設(shè)置澆注系統(tǒng)方案，徹底清掃澆道以及提高澆道磚的質(zhì)量等,這樣就可防止砂子和熔渣從澆注系統(tǒng)進(jìn)入鑄型。改善鑄型質(zhì)量,防止?jié)沧⑦^程中型砂的剝落也是有必要的。但是，對(duì)于無法防止進(jìn)入鑄型的砂子，則應(yīng)在內(nèi)澆口的位置上下工

30、夫,使其集中到冒口中去，以避免殘留在鑄件本體中。（5）包砂和沖砂包砂和沖砂是鑄型高溫性能和澆注系統(tǒng)工藝不當(dāng)所造成的表面缺陷。鑄型表面由于熱膨脹而突起，使鑄件表面缺陷。有時(shí)相反，一部分鑄型剝落，使鑄件表面形狀凸出，這類缺陷名稱很多,即使是同一種現(xiàn)象也有不同名稱,這點(diǎn)必須注意。圖7.1.3 包砂系缺陷的模式圖包砂缺陷的模式如圖7.1.3所示。因中(a)稱作鼠尾,它是由于鋼水的流動(dòng)作用,鑄型受熱膨脹,一部分型砂被推向鑄件而形成的缺陷。在鑄件表面呈不規(guī)則的細(xì)小線條。圖中(b)稱作鼠尾或膨脹型包砂,其產(chǎn)生原因與鼠尾基本相同,鑄型表面的型砂剝離開來,但仍然和鑄型連在一起而沒有脫落,鋼水鉆入到開口的下面所形

31、成的包砂。圖中(c)稱為包砂或沖砂。鑄型膨脹開裂而剝落下來的砂子被沖到其他地方而形成的包砂，或沖砂和由澆入的鋼水沖刷鑄型而帶走的型砂所形成的包砂兩種,后者又叫作沖刷包砂。為了防止產(chǎn)生這些缺陷,主要是減少鑄型的熱膨脹或熱應(yīng)力。石英砂在574發(fā)生相變,膨脹很大,如果添加可以在574以下燃燒并產(chǎn)生空隙的可燃物,則可減少鑄型的熱膨脹。這方面的附加物有木屑、淀粉、糊精、煤粉和瀝青等。此外,由于包砂是型砂從溫度上升到100左右的鑄型表面層的脆弱層剝落下來而形成的現(xiàn)象,因此提高該層的連接強(qiáng)度也是有效的防止方法。(6)粘砂一般把型砂粘附在鑄件表面,造成清砂困難的現(xiàn)象稱作粘砂。根據(jù)粘砂產(chǎn)生的原因,可按表7.1.

32、8所示進(jìn)行分類。表7.1.8粘砂的分類按 形 態(tài) 分 類按 形 成 原 因 分 類滲透型粘砂鋼水滲入鑄型而形成的粘砂 非滲透型粘砂化學(xué)反應(yīng)而形成的粘砂型砂燒結(jié)而形成的粘砂滲透型粘砂:粘砂中最嚴(yán)重的就是滲透型粘砂?？梢哉f這都是鋼水滲透的結(jié)果，鋼水滲透鑄型內(nèi)的砂粒間隙，然后凝固，這時(shí)鋼和砂呈混合狀態(tài)，牢固地粘附在鑄件表面上，形成滲透粘砂。滲透型粘砂又稱機(jī)械粘砂。當(dāng)鋼水靜壓力超過下式臨界滲透壓力時(shí)即產(chǎn)生滲透：式中：p為臨界滲透壓力（達(dá)因/厘米2）；為鋼水的表面張力（達(dá)因/厘米）；為鋼水與鑄型的潤濕角；r為砂粒間有效空隙半徑（厘米）。這些因素中可以自由變動(dòng)的只有r，如果變小，則P增大，滲透就變得困難。

33、減小r的方法有，造型時(shí)充分緊實(shí)和加入細(xì)粉以減小砂粒間隙。因此在干型等中配入大量細(xì)粉，或者使用鋯砂也可以防止?jié)B透。但是，使用有機(jī)粘結(jié)劑的鑄型，例如常溫自硬鑄型，當(dāng)鑄型與鋼水接觸而被加熱時(shí)，粘結(jié)劑便分解燃燒而失去強(qiáng)度，即熱強(qiáng)度顯著降低。對(duì)于這類鑄型即使配入細(xì)粉也不能起到防止?jié)B透的效果。而使用鉻鐵礦砂則是最有效的防止?jié)B透辦法，這是因?yàn)殂t鐵礦砂如在11001300的溫度范圍內(nèi)短時(shí)間加熱，將由于固相反應(yīng)而燒結(jié)，可以得到很高的熱強(qiáng)度。非滲透型粘砂:非滲透型粘砂的起因有化學(xué)反應(yīng)引起的和由型砂熔融燒結(jié)引起的兩種。前者是由于鑄件表面形成的氧化鐵和氧化錳與型砂即石英砂產(chǎn)生反應(yīng)，生成硅酸鐵等，牢固地?zé)Y(jié)而形成的粘砂

34、。后者是在型砂耐火度低及大量配用水玻璃等低熔點(diǎn)粘結(jié)劑的情況下，僅僅是由于受到加熱引起熔融燒結(jié)而形成的粘砂。這些粘砂即使沒有金屬的滲透也會(huì)發(fā)生，但也有人認(rèn)為這是滲透型和非滲透型粘砂復(fù)合的結(jié)果。(7)起格子起格子為鑄件表面呈條狀隆起，是由鋼水流入鑄型裂縫而產(chǎn)生的。鑄型平坦部分也會(huì)產(chǎn)生起格子，但主要容易產(chǎn)生在鑄型轉(zhuǎn)角處。形成起格子的原因是砂的熱膨脹量大，因此硅砂常溫自硬鑄型用于大型鑄件時(shí)明顯出現(xiàn)起格子。加氧化鐵可有效防止起格子。另外,如果使用鉻鐵礦砂,則可以完全防止起格子。(8)冷隔和澆注不足冷隔和澆注不足都是鋼水流動(dòng)性不足時(shí)產(chǎn)生的鑄造缺陷。冷隔在鑄件表面呈不規(guī)則線狀,有壁厚部分分離的情況,也有壁厚

35、全部都分離開的情況。另外,冷隔附近常密集著非金屬夾雜物。造成這種現(xiàn)象的原因是澆入鑄型內(nèi)的鋼水溫度降低,鋼水表面生成氧化膜之故。為了防止冷隔,應(yīng)提高澆注溫度并加大澆注速度。澆注不足是指澆入的鋼水沒有完全充滿鑄型就凝固的一種缺陷,薄壁鑄件容易產(chǎn)生澆注不足。(9)縮孔關(guān)于縮孔的產(chǎn)生原因及其防止方法,前面已作了詳細(xì)敘述。它主要是冒口不能按照要求充分補(bǔ)縮時(shí)就產(chǎn)生縮孔,應(yīng)特別注意鑄件壁厚交叉的部分。(10)顯微縮孔鋼水凝固時(shí)形成樹枝狀晶，其主干凝固較快,而樹枝狀晶間由于溶質(zhì)元素濃化，成為最后局部凝固的部分，因而形成微小的縮孔（顯微縮孔），俗稱縮松。普通鑄鋼件中,顯微縮孔對(duì)鑄件質(zhì)量影響不大,但在要求鑄件氣密

36、性的場(chǎng)合則應(yīng)注意。這種缺陷與凝固特性有關(guān)，要完全防止是很困難的,但局部的使用冷鐵,加快冷卻速度則可以減輕縮松。第4節(jié) 安全生產(chǎn)和職業(yè)衛(wèi)生鑄造行業(yè)是一門古老的、傳統(tǒng)的熱加工制造業(yè)，作業(yè)環(huán)境很惡劣，如：粉塵、噪音、高溫等。如果作業(yè)環(huán)境不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，易得職業(yè)病。需要經(jīng)常了解國家和地方政在職業(yè)衛(wèi)生和健康和環(huán)境保護(hù)方面的法律法規(guī)，平時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1 作業(yè)環(huán)境應(yīng)配有防塵設(shè)備。2 進(jìn)入作業(yè)環(huán)境應(yīng)穿戴規(guī)定的勞防用品：如工作服（鞋）、安全帽、口罩、噪音超標(biāo)處應(yīng)帶防噪音耳塞等。3 夏天配備高溫休息室，做好防署降溫工作。4 定期給員工進(jìn)行體格檢查。第2章 生產(chǎn)流程 1 鑄件生產(chǎn)一般流程裝 爐配 料熔 煉 制

37、模合 箱配 料混 砂造型、芯 清 理落 砂開 箱澆 注熱處理出 廠檢 驗(yàn)2 本公司生產(chǎn)流程1）鑄鐵廠 砂模鑄造熔 煉裝 爐配 料制 模造型、芯 合 箱混 砂配 料清 理開 箱澆 注落 砂去除澆冒口表面清理檢 驗(yàn)缺陷補(bǔ)焊檢 驗(yàn)交 庫熱處理第3章 造型材料造型材料是鑄造生產(chǎn)的基本要素，也是鑄造生產(chǎn)中影響鑄件質(zhì)量及其生產(chǎn)成本的最重要因素之一，一直都是鑄造工作者所關(guān)心的熱點(diǎn)。鑄造的基本特點(diǎn)是將液態(tài)金屬注入有特定形狀內(nèi)腔的鑄型，待其凝固并冷卻后，即得到形狀與鑄型內(nèi)腔相同的金屬鑄件。所有用于制造鑄型的材料都可稱之為造型材料。在現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)中，用砂型制造的鑄件約占鑄件總產(chǎn)量的90%，造型材料介紹的僅是砂型鑄

38、造。1 造用原砂1）硅砂（1）硅砂的來源及分類鑄造用硅砂是指二氧化硅（SiO2）含量大于或等于75%，粒徑在0.0533.35mm之間的石英顆粒。石英密度為2.65g/cm3，莫氏硬度7級(jí)，純石英的熔化溫度為1713。我國鑄造生產(chǎn)中使用的硅砂根據(jù)其來源和加工方式可分為天然硅砂和人工硅砂兩大類。天然硅砂是由火成巖經(jīng)過風(fēng)化或變質(zhì)作用，逐漸破碎、細(xì)化，然后經(jīng)水流或風(fēng)力的搬運(yùn)沉積而形成的砂礦。人工硅砂是將石英巖或石英砂巖經(jīng)人工破碎篩選而成，其二氧化硅含量比天然硅砂高，但粒形不佳，多為尖角形。（2）硅砂的性能和技術(shù)條件硅砂的主要礦物成分為石英。石英在加熱和冷卻過程中發(fā)生同質(zhì)異構(gòu)結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化，如圖7.5

39、.1所示。鑄型在澆注條件下，當(dāng)鑄型溫度上升到573時(shí)，發(fā)生石英向石英的轉(zhuǎn)變，體積膨脹出0.45%；870時(shí)， 發(fā)生石英向鱗石英的轉(zhuǎn)變，體積膨脹出5.1%。硅砂中的雜質(zhì)主要為長(zhǎng)石、云母、鐵的氧化物、碳酸鹽及堿金屬和堿土金屬的氧化物等。它們的存在降低了砂子的耐火度和耐用性。（3）硅砂的分級(jí)鑄鐵件用硅砂見表7.5.1, 鑄鋼件用硅砂見表7.5.2。表7.5.1 鑄鐵件用硅砂等級(jí)項(xiàng) 目指 標(biāo)優(yōu)等砂一等砂合格砂二氧化硅含量（%）939085含泥量（%）0.10.30.7角形系數(shù)1.31.45-表7.5.2 鑄鋼件用硅砂等級(jí)項(xiàng) 目指 標(biāo)優(yōu)等砂一等砂合格砂二氧化硅含量（%）989796含泥量（%）0.20.

40、51.0角形系數(shù)1.31.45-（4）鑄造用硅砂的牌號(hào)2 造用粘結(jié)劑1）粘土美國陶瓷學(xué)會(huì)給粘土的定義是：粘土是細(xì)粒的巖礦，將其粉碎以后，加水潤濕，即呈可塑狀態(tài)；將這種可塑狀態(tài)的含水物質(zhì)烘干，則成為硬的塊狀物，將其脫水后的塊子在高溫下燒結(jié)，則成為堅(jiān)實(shí)的巖石樣塊狀物。按此定義，可稱為粘土礦物的品種有：膨潤土、耐火粘土、伊利土、硅鎂鋁上等。2）膨潤土 膨潤土的主要礦物相是蒙脫石，此外為伴生的雜質(zhì)。蒙脫石是三層結(jié)構(gòu)的片狀晶體，晶體單元間的連接不堅(jiān)固，所以膨潤土吸水能力強(qiáng)，吸水后體積膨脹大，濕態(tài)粘結(jié)性能也較好。鑄造膨潤土按其主要交換陽離子種類可分為：鈉基膨潤土、鈣基膨潤土、鈉鈣基膨潤土、鈣鈉基膨潤土。3

41、）耐火粘土耐火粘土主要組分是高嶺石類礦物。高嶺石是二層結(jié)構(gòu)的片狀晶體。由于晶體單元間的連接緊固，耐火粘土的吸水能力弱，吸水而致的體積膨脹不大，濕態(tài)粘結(jié)性能也較差。不過由于耐火粘土Al2O3/SiO2的比值較高，它的熔點(diǎn)和軟化點(diǎn)比膨潤土高得多，所以稱為耐火粘土。4）鑄造用水玻璃水玻璃是一種可溶于水的硅酸鹽，別名泡化堿。鑄造生產(chǎn)所用的水玻璃一般指鈉水玻璃，其化學(xué)式為Na2O·mSiO2·nH2O。水玻璃的硬化方法有以下幾種：加弱酸法（CO2氣體或有機(jī)酯）、加粉法（硅酸二鈣、硬石膏等）、脫水法。其中用CO2氣體和液體有機(jī)酯硬化劑是水玻璃砂最廣泛使用的硬化工藝。水玻璃粘結(jié)劑無味，對(duì)

42、健康無害，但其粘結(jié)強(qiáng)度不如樹脂砂高，而且由于是無機(jī)粘結(jié)劑，受熱不會(huì)燒掉，所以澆注以后型（芯）砂的潰散性成為問題。5）油類粘結(jié)劑 植物油粘結(jié)劑應(yīng)用最多的是桐油和亞麻油。它們都屬于干性油，這些干性油與空氣接觸和受熱時(shí)產(chǎn)生聚合而固化，制成的油砂芯經(jīng)澆注后，潰散性非常好，故特別適用于制作薄、細(xì)和形狀復(fù)雜的砂芯，且能獲得光潔內(nèi)腔的鑄件。6）鑄造用合成樹脂粘結(jié)劑 合成樹脂是以尿素、甲醛、苯酚及糠醇等為主要化工原料，在一定催化劑作用下，經(jīng)過縮聚而成的高分子量的化合物，如呋喃樹脂、酚醛樹脂等。合成樹脂按其加熱后的變化情況可分為熱固性樹脂和熱塑性樹脂兩大類。同時(shí)可按樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)將其劃分為：呋喃樹脂、酚醛樹脂和

43、酚脲烷系樹脂三大類。（1）自硬法用樹脂粘結(jié)劑自硬法用樹脂是在常溫下加入固化劑能自行硬化的合成樹脂粘結(jié)劑。根據(jù)使用固化劑種類不同，這種樹脂又可分為三類：酸固化的呋喃樹脂、酯固化的堿性酚醛樹脂和酚脲烷系樹脂。（2） 酸固化呋喃樹脂及其固化劑 呋喃樹脂一般由糠醇和尿醛或酚醛樹脂按一定比例縮聚而成。固化劑多用磺酸類。（3）酯固化堿性酚醛樹脂及其固化劑 堿性酚醛樹脂一般由苯酚和甲醛，在KOH或NaOH堿性物質(zhì)催化作用下，縮聚而成，具有低氣味、低毒性、鑄件熱裂傾向小等一系列優(yōu)點(diǎn)。固化劑通常采用有機(jī)酯，如甘油醋酸酯等。（4）酚脲烷系自硬樹脂 該樹脂系統(tǒng)由三組份組成。組分I為聚苯醚酚醛樹脂、組分II為聚酚異氰

44、酸，組分III為胺類催化劑。（5）殼型（芯）覆膜砂用樹脂該樹脂是由苯酚和甲醛，以酸為催化劑合成的高分子化合物。是一種熱塑性固體酚醛樹脂。覆膜砂的覆膜有熱法和溫法兩種。熱法覆膜是將砂子加熱到130左右后，加入到間歇式混砂機(jī)里，把固態(tài)樹脂顆粒加入，砂子的熱量使樹脂溶化，使之包覆在砂粒上。再加入六亞甲基四胺水溶液和硬脂酸鈣潤滑劑，使砂子冷卻到樹脂熔點(diǎn)之下。把覆膜砂破碎到砂粒大小，最后冷卻至室溫。溫法覆膜是將砂子加熱到50，把六亞甲基四胺和潤滑劑一起加入到間歇式混砂機(jī)里，把溶于酒精中的樹脂加入并向混砂機(jī)吹入溫空氣使溶劑揮發(fā)，砂子上均勻地覆上一層樹脂膜。把砂塊破碎并冷卻，覆膜砂就可使用。殼型法：將覆膜砂

45、傾入在預(yù)熱到240290的模板上或芯盒中，在經(jīng)過一定時(shí)間硬化后，通常大約為2min，把模板翻過來把未硬化的砂子倒回砂斗，留下一個(gè)2025mm厚的殼型，從模板上頂下來。冷卻后，把兩個(gè)半型用熱熔性粘合劑膠連起來。（6）熱芯盒法用樹脂及固化劑熱芯盒法用樹脂有糠醇改性的尿醛樹脂或酚醛改性的尿醛樹脂。固化劑常用酸類或酸性鹽。熱芯盒法：將砂子同粘結(jié)劑和固化劑混合，射入到加熱至250300的芯盒里，熱量使酸蒸汽從固化劑中釋發(fā)出來，促使樹脂迅速硬化。砂芯從芯盒中取出來以后繼續(xù)硬化，直到完全硬化。（7）冷芯盒用樹脂及固化劑冷芯盒用樹脂有兩組份系統(tǒng)組成，第一組分為聚芐醚酚醛樹脂，其中加有溶劑以使粘度降低而便于混砂

46、，第2組份是聚異氰酸酯，一般采用4，4二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI）。固化劑通常采用易揮發(fā)的三乙胺（TEA）或二甲基乙胺（DMEA），這兩種胺在常溫下都是液體，需用蒸發(fā)器使其成為蒸汽，然后再將與載體氣體混合，作為硬化氣體，導(dǎo)入芯盒。載體氣體目前多用CO2或氮。3 型（芯）砂 型（芯）砂又稱造型混合料，是將原砂、粘結(jié)劑和附加物混合而成的混合物。1）粘土砂粘土砂制成的鑄型，如不經(jīng)烘干在濕態(tài)下澆注金屬液，稱為粘土砂濕型，一般適用于中小型鑄件。如經(jīng)烘干后再澆注，則稱為粘土砂干型，適用于大型或厚重的鑄件。（1）粘土濕型砂（簡(jiǎn)稱濕型砂）砂粒之間原本是松散的，需要加入粘結(jié)劑將其粘結(jié)起來，使其具有強(qiáng)度才能用以

47、制造鑄型（芯）。濕型砂所用粘結(jié)劑以粘土為主（多為膨潤土），在此基礎(chǔ)上加入不同的輔料，以適應(yīng)不同要求。用粘土作粘結(jié)劑時(shí)，水是一個(gè)重要因素，因?yàn)閱问钦惩敛⒉荒苁剐蜕熬哂袕?qiáng)度，只有在它和水混合成粘稠的粘土膏后，才具有粘結(jié)能力。濕型砂的舊砂可反復(fù)使用，每次補(bǔ)加一些水、新粘土、煤粉之類的輔助物，再進(jìn)行混輾，便可恢復(fù)其原來性能。但隨著舊砂的反復(fù)使用，含泥量增加，砂粒破碎，燒結(jié)的煤粉、死粘土粘附在砂粒表面，這些都會(huì)影響到濕型砂性能，故對(duì)舊砂的一些指標(biāo)必須定期檢測(cè)。（2）粘土濕型砂的調(diào)制要想使粘土濕型砂具有最佳性能，混砂這個(gè)環(huán)節(jié)非常重要。濕型砂中的粘土膏的粘度比油、水玻璃、樹脂等鑄造用粘結(jié)劑高得多，混砂機(jī)必須

48、兼有混合和輾壓作用，才能使各種混合料混合均勻，每顆砂粒表面均勻包覆一層粘結(jié)劑膜。合理的加料順序，不但能減少混砂所需要能量，而且能明顯縮短混砂時(shí)間，且能同樣達(dá)到最佳強(qiáng)度。我們混砂時(shí)習(xí)慣先加干料（砂和粘土），干混一定時(shí)間，然后加水混勻。這樣在混干料時(shí)易使粉塵飛揚(yáng)，同時(shí)需要較長(zhǎng)混砂時(shí)間。如果先使砂和水混勻，后加粉狀粉，因?yàn)樗逊稚?，沒有水滴存在，加入粘土后只能形成大量較小的粘土球，壓開這些小粘土球就比較容易，需要能量較小。也就是說，用同樣混砂設(shè)備，得到質(zhì)量相同的型砂，所需的混輾時(shí)間就短。剛混好的濕型砂原則上不主張馬上使用，因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)條件下，混砂時(shí)間不可能完全充分，這就需要進(jìn)行“回性”處理，也就是

49、說把剛混好的型砂，將其送到具有一定容積的容積斗中，讓粘土自行再吸水膨脹完成充分調(diào)制過程，這樣的型砂才具有最佳性能。（3）粘土濕型砂的強(qiáng)度粘土濕型砂中起粘結(jié)作用的是粘土經(jīng)水調(diào)制而成的粘土膏，水分的增加有利于粘土膏的形成，型砂的強(qiáng)度也隨之提高。到水分剛能完全浸潤粘土?xí)r，全部的粘土都成為粘稠的粘土膏涂覆在砂粒表面上時(shí)，型砂的強(qiáng)度達(dá)到峰值。超過這一極限以后，再增加水分，粘土膏變稀，粘度下降，型砂的強(qiáng)度也急劇下降。用膨潤土配制濕型砂時(shí)，不管膨潤土加入量如何，型砂抗壓強(qiáng)度的峰值，都出現(xiàn)在粘土膏的水分為25%。用耐火粘土作型砂的粘結(jié)劑時(shí)，因吸水能力低，要達(dá)到型砂峰值強(qiáng)度所對(duì)應(yīng)的粘土膏水分約為1517%。（4

50、）粘土砂干型粘土砂干型由于烘干后提高了強(qiáng)度和透氣性，減少了發(fā)氣量，對(duì)于預(yù)防砂眼、脹砂和氣孔等缺陷非常有利，但由于生產(chǎn)周期長(zhǎng)，退讓性和潰散性差，又由于需進(jìn)窯烘干，惡化了生產(chǎn)條件和環(huán)境，故現(xiàn)已基本上被各種化學(xué)粘結(jié)劑砂所取代，并逐漸被淘汰的趨勢(shì)。2）化學(xué)粘結(jié)砂造型（芯）用的化學(xué)粘結(jié)劑有各式各樣，主要是各種有機(jī)合成樹脂或水玻璃，還有一些其它無機(jī)粘結(jié)劑，例如：水泥，是最早使用的粘結(jié)劑；硅酸乙酯，用于熔模鑄造；硅溶膠，也用于熔模鑄造。（1）化學(xué)粘結(jié)劑的硬化方式a. 自硬砂法（亦稱不烘干或冷硬法）用化學(xué)粘結(jié)劑砂制成鑄型（芯）后，通過硬化劑的作用，化學(xué)粘結(jié)劑發(fā)生不可逆的交聯(lián)反應(yīng)而硬化，從而賦予鑄型（芯）必要的

51、強(qiáng)度。由于粘結(jié)劑和固化劑，一接觸就開始反應(yīng)，混好的型砂應(yīng)有有限的工作時(shí)間，即稱為可使用時(shí)間。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)必須完成制作型（芯）的工作。如果超過這個(gè)可使用時(shí)間，型（芯）的終強(qiáng)度就會(huì)降低。可使用時(shí)間通常定義為型砂混合料的抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.1Mpa之前的這段時(shí)間?？墒褂脮r(shí)間通常約為脫模時(shí)間的1/31/4，可以通過控制硬化劑的種類和加入量進(jìn)行調(diào)節(jié)。脫模時(shí)間通常定義為混合后的型砂達(dá)到抗壓強(qiáng)度為0.35Mpa的這段時(shí)間，達(dá)到這個(gè)強(qiáng)度值時(shí)，大部分鑄型（芯）都可以起模，不會(huì)損壞或出現(xiàn)變形的危險(xiǎn)。終強(qiáng)度（最高強(qiáng)度）通常定義為完全硬化后的型砂所能達(dá)到的抗壓強(qiáng)度。鑄型（芯）通常不必取得最高強(qiáng)度之后進(jìn)行澆注，通常達(dá)到最高

52、強(qiáng)度80%的時(shí)候就可以澆注。b. 加熱硬化法混砂時(shí)加入的粘結(jié)劑和在常溫下不起作用或作用微弱的潛硬化劑，用此種混合料制成鑄型（芯）后，一經(jīng)加熱，潛硬化劑就起作用，從而使粘結(jié)劑硬化。c. 吹氣（霧）硬化法砂子和粘對(duì)劑先混合，造型（芯）后，吹入氣態(tài)固化劑或霧化于氣體介質(zhì)中的液態(tài)硬化劑，使其彌散于鑄型（芯）中，從而使粘結(jié)劑發(fā)生硬化反應(yīng)。硬化是在幾秒鐘之內(nèi)進(jìn)行的。（2）樹脂砂a. 呋喃樹脂自硬砂 呋喃樹脂自硬砂是采用呋喃樹脂和酸硬化劑。樹脂有尿醛酚醛和酚尿醛，均加入糠醇改性。硬化速度由使用的酸硬化劑加入量和酸的濃度來控制。樹脂加入量通常為0.81.5%，固化劑的加入量為樹脂的3060%，前者取決于砂子的

53、質(zhì)量，后者取決于砂溫和對(duì)固化速度的要求。b. 酯硬化堿性酚醛樹脂砂 堿性酚醛樹脂是一種低粘度、高堿性甲階酚醛樹脂，硬化劑為液態(tài)有機(jī)酯。砂子同硬化劑和樹脂通常在連續(xù)式混砂機(jī)內(nèi)進(jìn)行混合。樹脂加入量通常為1.22.0%，硬化劑為樹脂加入量的2030%。固化速度取決于所使用酯的種類。c. 尿烷樹脂自硬砂這類粘結(jié)劑由三部分組成，組分1是含羥基的酚醛樹脂；組分2為聚異氰酸酯；組分3為液態(tài)胺（固化劑）。組分1和組分2在組分3催化作用下，胺就會(huì)使樹脂和聚異氰酸酯發(fā)生反應(yīng)，生產(chǎn)出尿烷粘對(duì)劑，從而使型砂混合料很快發(fā)生固化。由于樹脂反應(yīng)過程中不產(chǎn)生任何低分子物質(zhì)，因而不會(huì)出現(xiàn)砂型（芯）內(nèi)外硬化速度不同的現(xiàn)象，硬透性

54、非常好。樹脂的總加入量（兩組分之和）通常為砂子的12%，第一組分與第二組分之比為55:45或60:40，固化劑的加入量為第一組分的0.40.8%。d. 水玻璃砂水玻璃是一種可溶于水的硅酸鹽。水玻璃的硬化方法有以下幾種：加弱酸法（CO2氣體或有機(jī)酯）、加粉法（硅酸二鈣、硬石膏等）或脫水法。其中用CO2氣體和液態(tài)有機(jī)酯硬化劑是水玻璃砂最廣泛使用的硬化工藝。吹CO2硬化水玻璃砂：把砂子和水玻璃混合，把混合好的型砂射入或舂入芯盒或模樣周圍，將CO2氣體吹入緊實(shí)的鑄型（芯）使之硬化。吹CO2硬化水玻璃砂所用水玻璃都為中低模數(shù)，模數(shù)為2.22.5，密度1.41.6g/cm3。水玻璃加入量通常為57%，吹C

55、O2氣體壓力控制在0.10.15Mpa，吹氣時(shí)間通常為1060S。真空置換硬化法（VRH）水玻璃砂：把砂子和水玻璃混合，并制成鑄型（芯），送入真空容器內(nèi)，進(jìn)行抽真空脫水硬化，然后再向容器內(nèi)吹入CO2氣體，進(jìn)行化學(xué)硬化。這種雙重硬化提高了水玻璃粘結(jié)強(qiáng)度，可大幅度降低水玻璃加入量，節(jié)約CO2氣體，從根本上改善了水玻璃砂的潰散性，有利于舊砂的再生和回用。水玻璃加入量一般為2.53.5%，吹氣壓力控制在2030Kpa，吹氣時(shí)間常用為3040S。酯硬化水玻璃砂：砂子同水玻璃和1012%（按水玻璃量）液體有機(jī)酯硬化劑進(jìn)行混合。酯水解后析出的酸同水玻璃反應(yīng)并使之膠凝，將砂子粘結(jié)硬化速度取決于有機(jī)酯種類，通常水玻璃加入量為2.53.5%。有機(jī)酯硬化劑通常是：二醋酸甘油酯（快速）、二醋酸乙二醇（中速）、三醋酸甘