4湿型砂铸件表面缺陷.docx

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1、湿型砂参考文集第四部分湿型铸件表面缺陷清华大学于震宗目录序论11粘砂缺陷21.1机械粘砂和化学粘砂21.1.1各种因素的影响21.2爆炸粘砂41.3热粘砂42砂孔、渣孔缺陷42.1砂孔52.1.1芯头与芯座间隙52.1.2脱模剂的作用52.1.3手工挖掘浇注系统52.1.4型砂品质52.2渣孔62.2.1熔炼、处理的渣滓62.2.2黑渣和石墨漂浮63夹砂缺陷73.1无涂料夹砂缺陷73.1.1夹砂缺陷形成原因73.1.2夹砂缺陷防止措施73.2涂层开裂夹砂缺陷84胀砂与收缩缺陷84.1湿砂型的胀砂84.1.1砂型硬度84.1.2提高砂型硬度的关键94.1.3砂型吃砂量不足94.1.4低烧接点型砂

2、94.2金属液收缩缺陷94.2.1收缩缺陷的形成94.2.2铸件渗漏115气孔缺陷115.1空气裹入气孔125.2气体侵入气孔125.2.1湿砂型发出气体125.2.2砂芯发出气体135.3反应生成气孔145.3.0氢气孔145.3.2CO气孔175.4氨氮气孔185.4.1氨氮气孔机理195.4.2其它来源氮气孔195.4.3氨氮气孔防止措施19砂型铸件的表面缺陷丁辰不序论比起其它铸造方法而言，湿砂型铸造固有的缺点是砂型强度、硬度低，含水分多，发气量大，型砂的韧性不高，流动性有限，造型起模时容易掉砂，浇铸时又易被冲蚀和与金属液起反应，因而最易产生铸件缺陷。湿砂型铸造最容易形成的铸件表面缺陷主

3、要为粘砂、夹砂、砂孔和渣孔、气孔、胀砂等多种。轻微的缺陷可以通过修补、打磨和机械加工后仍然可用，而明显的和严重的表面缺陷则只能作为废品重新回炉熔炼。国外技术先进的湿砂型铸造工厂废品率只有1%3%左右。而我国当前有很多铸造工厂的技术水平不高，原材料品质不善，缺乏有效的生产过程检测控制，造成铸件废品率居高不下。我国铸造行业总的来说废品率一般都在6%16%之间，有的甚至到20%以上。其中由于型砂引起的废品率大约占一半。因此有必要研究铸件缺陷的生成原因和防止措施。铸造工厂的技术人员经常感到对铸件的缺陷“捉摸不定”，“神出鬼没二很多情况下不知缺陷是怎么来的，后来又不知缺陷是怎样自己跑掉的。其主要原因为缺

4、陷是个复杂的多因素系统工程。一种缺陷的形成因素有多种，而且通常是多种因素同时起作用形成的。这些因素都控制在安全限度之内就不会产生缺陷。即使其中某一种因素稍微超出安全限度，也不一定会出现缺陷。但是，如果多种因素超出限度，或者又有某一因素严重超出限度，缺陷的生成就会经常化，废品连续不断。要想消除缺陷，虽然在具体条件下，某一特定因素可能是属于主要因素之一，也要尽一切可能使每一影响因素全处于安全范围内。否则仍然不能彻底消除铸件缺陷。这与口本等国在铸造行业推行TQC（Tota1Qua1ityContro1全面品质管理）时采用龟骨图的做法是类似的。以一家铸铁工厂的铸件表面出现机械粘砂查找原因所用鱼骨图为例

5、。列举出所有影响因素后，通过分析忽略一些不可改变的因素（如铸件壁厚、粗芯砂混人）。又通过检测排除一些不重要的因素，突出几种关键性因素，用方框显示。然后即可有针对性地采取措施重点解决这些影响因素。各铸造工厂的生产条件不同，不可能推荐出某一缺陷的标准鱼骨图，必须由工厂中从事品质保证人员会同相关技术人员和操作工人自行绘制。本文以下将选择粘砂、夹砂、砂孔和渣孔、胀砂和缩孔、气孔等最常见的湿型砂铸件缺陷分别进行讨论。重点分析湿型砂本身的品质对形成铸件缺陷的作用，也会涉及砂芯、涂料以及铸铁件材质等对铸件表面缺陷的影响。图2金相显微镜下机械粘砂1湿型铸件的粘砂缺陷铸铁件表面出现牢固粘附砂粒的现象就是粘砂缺陷

6、。通常可将粘砂缺陷分为机械粘砂、化学粘砂、爆炸粘砂和热粘砂。以下将讨论机械粘砂和化学粘砂的区别，并详细说明影响机械粘砂的各种因素和防治措施。然后也介绍爆炸粘砂和热粘砂的形成原因。1.1 机械粘砂和化学粘砂砂型铸件表面的机械粘砂是金属液直接钻入砂型砂粒间孔隙，靠金属的包围和钩连作用与砂粒连结在一起，没有发生化学反应。产生化学粘砂的原因是高温金属液可能被氧化而生成金属氧化物,主要产物是氧化亚铁FeO,其熔点为1370CoFeO与型砂的SiO2起化学反应生成硅酸亚铁（即铁橄榄石FeOSiO2）,化学反应如下：琏酸亚铁金属SiO2+2FeO2FeOSiO2硅酸亚铁的熔点极低，仅有122（C,因此流动性

7、很好，即使铸件表面已有凝固壳，新生成的硅酸亚铁仍呈液态，易于渗透入砂型孔隙中。凝结后的硅酸亚铁对铸件和型砂都有极强的粘结性，能够将型砂牢固粘附在铸件表面上而成个化学粘砂。砂粒用湿型砂生产铸铁件一般只形成机械粘砂，而不会形成化学粘砂。这是因为铁液中含有多量碳，不会产生大量氯化铁等金属氧化物。砂型中又含有相当多的煤粉，浇注时产生的还原性气氛能防止金属氧化物。原砂的SiO2含量较低也不是湿型铸铁件形成化学粘砂的必然条件。研究结果表明，使用Si2含量只有82%左右的黄河图3化学粘砂示意图风积砂，用湿型生产铸铁件并未发现有化学粘砂。凭肉眼区别两种粘砂是比较困难的，通常可用以下方法区分：显微观查：从粘砂层

8、上敲取一小块，用液体树脂固定并磨制成试样，用金相显微镜观察。如果是机械粘砂，可以清楚看到单个砂粒夹在金属之中。渗入的金属与砂粒间有明显的分界线，不存在任何化学反应产物。渗入的金属金相组识与铸件本体的金相组织一致（见图2）。如果是化学粘砂，则可以看见在粘砂层中有新生相将铸件和砂粒粘连（见图3）。电测：机械粘砂中连结物是金属，具有良好的导电能力。将万用电表的旋钮开到电阻测定档，用一个电极接触铸件，另一电极接触粘砂部位。如果电阻接近为零，表明粘砂是金属包裹砂粒形成的机械粘砂。如果显示有巨大电阻，表明粘砂部位已经形成不导电的硅酸亚铁，属于化学粘砂。化学鉴别：用扁铲凿下一小块粘砂块，浸入盛有浓盐酸的试管

9、中。如果缓慢发生气泡，一夜之后液体颜色由无色透明变为棕红色。反应终了时粘砂块消失，试管底部留下少数单个砂粒，说明是机械粘砂，铁质部分已被盐酸溶解成为氯化铁。化学反应式为：2Fe+6HCIf2FeCh+3H2t如果是化学粘砂，则气泡产生很少，酸液也没有明显的变化。最后的残留物是多孔性团絮状物质。1.1.1 各种因素对机械粘砂的影响实际生产经验表明，湿型铸件的重量一般不超过一、二百千克，壁厚大多不超过50mm,型砂中水分引起激冷效应使铸件外壳较快冷却和凝固，对型砂的加热作用并不过分严重。虽然铸铁用原砂中除了含有石英（熔点1715C）以外，还含有相当数量熔点较低的长石（熔点11701550C）、云母

10、（熔点11501400C）及其它矿物质，但同时铸铁湿型砂中含有的煤粉抑制了氧化铁的生成，因而不致引起化学反应。生产经验表明，湿型铸钢件一般也都是机械粘砂，而不是化学粘砂。这是因为湿型铸钢件都不是厚大铸件，而且所用硅砂含SiOz较高，铸件对型砂的热作用并不严重，不产生明显多的铁橄榄石。以下将分别讨论铸件产生机械粘砂的各种影响因素：图4松软砂型引起机械粘砂1.1.1.1 砂型紧实程度手工造型和震压造型的紧实程度如果较低，则砂型表面的砂粒比较疏松，砂型型腔的坑凹处和拐角处局部也都更容易出现疏松。如金属液钻入砂粒之间孔隙不深，将使铸件表面显得粗糙；钻入较深和包裹砂粒则形成机械粘砂。造型工人可以采取手指

11、塞紧、用冲锤的尖头冲紧砂型局部。高生产率的高密度造型是否有局部疏松，则取决于型砂流动性如何，因而很多工厂尽量降低型砂紧实率来提高型砂的流动性。在填砂和压实过程中采用微震提高砂型紧实程度是十分有效的。此外，也取决于紧实装置设定液压或气压的高低。图4为一灰铁汽车铸件出现机械粘砂，使用进口静压造型机，一箱两件。但液压系统的压力调节不适当，砂箱的压实比压较低；而且两件之间和与砂箱的吃砂量仅有25mm左右。砂型平面硬度只有5060,边缘侧面硬度不足40。1.1.1.2 型砂的粒度和透气性湿型的砂粒粗细一方面要保证浇注后排气通畅，另一方面湿型砂的透气能力又不可太高，以免金属液容易渗透入砂粒之间孔隙中。手工

12、造型生产小件的砂型上扎有较多排气孔，而且往往采用面砂，砂粒可以细些，面砂透气率4060大约已然合适。机器造型湿型单一砂的型砂粒度大致在70/140目，透气率大多在60-90的范围内。高密度砂型比较密实，则要求型砂有较高透气能力。粒度大多在50/140或140/50目，透气率较多集中在100140很多工厂的砂芯用原砂粒度比型砂粒度粗，例如汽车发动机缸体砂芯用原砂粒度为50/100目，长期生产会有大量芯砂混入型砂而使型砂粒度变粗。以致有些工厂的型砂透气率高达160以上，甚至达到200左右。除非在砂型表面喷涂料，否则铸件表面变得粗糙，甚至可能有局部机械粘砂。美国有一工厂在混制湿型砂时加入100、14

13、0目两筛细粒新砂5%来纠正型砂变粗现象，使型砂粒度维持在50/140的四筛分布。1.1.1.3 金属液压力金属液压力越高，机械粘砂就越严重。因此，高大铸件的底部比较容易形成机械粘砂。1.1.1.4 浇注温度和铸件壁厚金属液温度高，流动性好，就容易渗入砂粒之间孔隙而产生机械粘砂。但从避免铸件产生气孔、冷隔等缺陷考虑，浇注温度不可任意降低。生产复杂薄壁铸件时尤需较高浇注温度。1.1.1.5 砂型涂料生产重着较大的湿型铸件，可以向砂型的型腔喷刷醇基涂料，点燃后即可下芯与合型。一般上型可以不喷涂料，因为所受金属液压头比下型小。喷涂料的另一优点是提高了砂型表面耐冲刷能力。但是湿型用涂料的配方不同于砂芯用

14、涂料，其强度不可太高，必须与砂型强度匹配，否则可能使涂层开裂翘皮，并使铸件产生夹砂缺陷。对内腔要求不高的一般铸铁的湿砂型中如果有树脂芯或油砂芯，为了防止金属液钻入砂芯，可以在硬化后的砂芯表面局部容易渗透金属液处，涂抹用机油或其他粘结剂加石墨粉、石英粉或其它耐火粉料调制的涂料膏，凉干后即可下芯。当生产内腔清洁度和光洁度要求很高的铸铁件（如内燃机缸盖、机体、液压系统阀件等）时，必须对砂芯采取整体浸或浇涂料而后表面烘干。手工生产铸铁件时，常用软毛刷将土石墨粉细心涂刷在湿砂型和砂芯表面上。也有的喷土石墨与水混合液，晾干后即可浇注。石墨粉可以填塞孔隙，又不被铁液润湿，铁液难以钻入砂粒之间。美国Cater

15、Pi1IarW造工厂用高压造型大量生产工程机械大型发动机汽缸体，其克服机械粘砂的措施是靠对上、下砂型全面自动喷水基涂料。然后用大火焰喷枪自动喷烤，使涂层和砂型表层干燥。这种表面烘干的型砂所用膨润土、煤粉等材料的品种和加入量，以及型砂性能控制均不同于普通湿型砂。1.1.1.6 型砂的煤粉量湿型铸铁件防止粘砂和改善表面光洁程度最主要的型砂加入物是煤粉。但是市售煤粉良莠不齐。一般生产中等大小铸铁件型砂中有效煤粉量可能在3.57.0%,主要取决于煤粉品质和对铸态表面的要求不同。为了排除煤粉品质的影响，可以只用Ig型砂在900的发气量代表有效煤粉含量。例如普通机器造型的型砂发气量可以在2026m1g之间，高密度造型的型砂发气可以是1622m1g范围内。国外常用测定灼减量方法估计型砂中煤粉含量是否足够多。例如有些工厂要求型砂灼减量在3.05.0%o在实际生产中可以观看铸件的外表形貌就可以查觉出型砂所含有效煤粉量是否合适。如果铸件表面毛糙，而型砂的透气率和砂型紧实程