《金屬液態(tài)成形工藝》(哈工大魏尊杰主編)第一章知識點總結(jié)

1、第一章 金屬液態(tài)成形工藝及方法1鑄造用砂：掌握影響鑄造用砂性能的影響因素有哪些？石英砂的選用原則？特種鑄造 用砂種類，優(yōu)缺點及使用領(lǐng)域。（ 1）影響鑄造用砂性能的影響因素 礦物組成和化學(xué)成分：石英含量高的原砂具有較高的耐火度，復(fù)用性好。含泥量：對于用粘土作為粘結(jié)劑的型芯砂，導(dǎo)致鑄型和砂芯的強度及耐火度下降。對 于不用粘土作為粘結(jié)劑的型芯砂，原砂中的含泥量會降低其干強度和透氣性。顆粒組成：對型砂的強度、透氣性以及鑄型的尺寸精度與表面質(zhì)量都有很大的影響。 耐火度高，則鑄件表面質(zhì)量好，清砂容易。燒結(jié)點：對鑄件的表面質(zhì)量、型砂的復(fù)用性和鑄件清理的難易程度的影響比耐火度更 為顯著。（2）石英砂的選用原則

2、 應(yīng)根據(jù)合金種類、鑄件的大小和結(jié)構(gòu)、鑄型的種類（濕型或干型 ）、粘結(jié)劑種類、造型方法 （手工或機器 ）以及是否采用涂料等綜合考慮。硅砂中其他礦物都是有害雜質(zhì)，在高溫下都易形成低熔點化合物。硅砂越純，熔點越 高，復(fù)用性好但熱膨脹大，抗夾砂能力小。Si02 含量較低的硅砂熔點低，復(fù)用性差，但熱膨脹小，用于一般鑄鐵件，具有較好抗 夾砂能力；鑄鋼件澆注溫度高，型砂發(fā)氣量大，要求型砂耐火度高，透氣性好，故原砂中 SiO2 含量應(yīng)高；銅、鋁鑄件用砂一般要求顆粒細(xì)小，以獲得較低的表面粗糙度值，對SiO2含量要求并不高。對于樹脂砂、油砂、水玻璃砂，一般要求使用含泥量小的圓形原砂，以減少粘結(jié)劑的 用量；對于酸硬

3、化的樹脂砂，還要控制原砂中堿金屬及堿土金屬氧化物的含量；采用涂料 的鑄型，可以采用一些顆粒大、質(zhì)量差的原砂。（3）特種鑄造用砂種類，優(yōu)缺點及使用領(lǐng)域 鋯砂 鋯砂雖仍屬酸性耐火材料，但高溫時對氧化鐵的熱化學(xué)穩(wěn)定性高，而且基本上不被金 屬氧化物浸潤。鋯砂的熱導(dǎo)率比硅砂大一倍，蓄熱系數(shù)約為硅砂的1/3 ，故能使鑄件冷卻凝固較快并有良好的抗粘砂性能。做形狀復(fù)雜的鑄型時，可用它代替冷鐵對鑄件進(jìn)行激冷 , 細(xì)化結(jié)晶組織。鋯砂的熱膨脹系數(shù)只有硅砂的三分之一，一般不會造成型腔表面起拱和夾 砂。鋯砂具有一定放射性，使用中應(yīng)采取保護(hù)措施；處理過程復(fù)雜、產(chǎn)量少。 鋯砂可用做大型鑄鋼件或合金鋼鑄件的特殊型（芯 ）砂或

4、涂料、涂膏。 鎂砂 鎂砂熱膨脹率較硅砂小，沒有因相變引起的體積突然膨脹；堿性材料，不與 FeO 或 MnO 等起反應(yīng)。菱鎂礦煅燒技術(shù)較復(fù)雜，由其煅燒而來的鎂砂價格比硅砂貴 6 倍左右。適用于高錳鋼鑄件、高熔點合金鋼鑄件以及表面質(zhì)量要求較高的鑄鋼件的型、芯砂的涂料、涂膏，對于鑄造過程中熱應(yīng)力很大的型、芯也可采用鎂砂。 鉻鐵礦砂 鉻鐵礦熱化學(xué)性能穩(wěn)定，不與氧化鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在1700 以下加熱無相變，體積較穩(wěn)定，具有較強的激冷作用和抗液體金屬滲透能力。鉻鐵礦砂中含有雜質(zhì)時使其耐火度 降低，其中最有害的雜質(zhì)是碳酸鹽，在澆注時可分解出CO2，會使鑄件產(chǎn)生氣孔。國產(chǎn)鉻鐵礦砂量少且品位低，故仍需進(jìn)口 ,

5、價格偏高，目前主要用做大型合金鋼鑄件型、芯面砂和 抗粘砂涂料、涂膏。 耐火熟料 熱膨脹小，高溫下體積穩(wěn)定、耐火度高、抗渣性好。鐵及其氧化物對它們的浸潤性比 硅砂低。耐火熟料是一種典型的兩性氧化物，根據(jù)成分不同，在高溫時有時呈現(xiàn)顯著的堿 性，有時也呈現(xiàn)中性。依其性能特點，耐火熟料可以用做大型鑄鋼件的型、芯面砂、涂料 和涂膏，及熔模鑄造的模殼涂料。 橄欖石砂 熱膨脹量較硅砂小，且均勻膨脹，無相變。橄欖石砂不含化學(xué)結(jié)合水和碳酸鹽，使用 前不用進(jìn)行焙燒。橄欖石砂中不含游離SiO2，且不與鐵和錳的氧化物反應(yīng)，故無硅塵危害，具有較強的抗金屬氧化物侵蝕的能力，是一種較好的造型材料。橄欖石砂可用于中型 鑄鋼件

6、，特別是高錳鋼鑄件的面砂。國外多采用橄欖石砂 V 法生產(chǎn)高錳鋼鑄件，如爐箅、 道叉等。橄欖石砂中含有粘土、石英、石灰等雜質(zhì)時，其熔點降低，易形成粘砂。將橄欖石原 砂進(jìn)行水洗，可提高其質(zhì)量。碳質(zhì)材料 碳質(zhì)砂為中性材料，化學(xué)活性低，不為金屬液及其氧化物所浸潤；耐火度高。 碳質(zhì)砂特別適用于高溫下易氧化的鈦合金和各種非鐵合金用砂，也可用于鐵質(zhì)金屬鑄 造。鱗片石墨和無定形石墨還可用于配制鑄造用涂料。石墨電極的耐火度很高，熱導(dǎo)率和蓄熱系數(shù)比鑄鐵還高，熱膨脹系數(shù)非常低?？砂咽?墨電極機械加工成鑄型，可提高鑄件的致密性和鑄件的尺寸精度，降低鑄件的表面粗糙度 值。鈦鐵礦砂 價格比鋯砂便宜，比硅砂貴；導(dǎo)熱性、蓄熱

7、性與鉻鐵礦砂相近，熱膨脹量較鉻鐵礦砂 稍大。由于熔點較低，僅適用于鑄鐵用原砂，用鈦鐵礦砂配制的涂料，用于鉻錳氮硅鋼鑄 件時，可得到光潔的鑄件表面。2鑄造粘結(jié)劑：掌握粘土的分類，普通粘砂和膨脹土的鑒別；粘土顆粒的帶電的原因； 粘土的濕態(tài)粘性機理及影響濕態(tài)粘結(jié)強度因素；粘土的選用標(biāo)準(zhǔn)。（1）粘土的分類 根據(jù)粘土的礦物成分和性質(zhì)不同，分為普通粘土和膨潤土。普通粘土用 N 表示，主要礦物成分為高嶺石類、伊利石類粘土礦物；膨潤土主要由蒙脫石類礦物組成，根據(jù)吸附陽離子情況不同分為鈉基（PNa）和鈣基（ PCa）膨潤土，根據(jù)PH 不同分為酸性（ S）和堿性（ J）兩種。（2）普通粘砂和膨脹土的鑒別 普通粘土

8、和膨潤土從外觀上難以區(qū)別，需要根據(jù)不同粘土的礦物結(jié)構(gòu)、比表面積、吸 附性以及吸水膨脹性等方面采用各種方法進(jìn)行鑒別。 粘土的礦物分析x 射線衍射分析：每一種粘土均有其獨特的X 射線衍射線譜，因此利用 X 射線衍射方法可以鑒別粘土的礦物成分及不同粘土的相對含量。差熱分析：不同的粘土礦物加熱時的失水溫度、分解溫度和重結(jié)晶溫度不同。 熱失重：不同的粘土礦物失去結(jié)構(gòu)水的溫度不同。紅外線吸收光譜分析 :用紅外線連續(xù)光譜照射粘土?xí)r，紅外線吸收谷的位置與粘土礦物 的結(jié)晶程度、粒度、晶內(nèi)置換等因素有關(guān)，因此可用于鑒別粘土礦物。采用礦物分析方法對粘土進(jìn)行鑒別，分析過程復(fù)雜，需要貴重的專門儀器，只能由專 門的研究機

9、構(gòu)進(jìn)行。在生產(chǎn)中經(jīng)常采用工藝方法對粘土進(jìn)行鑒別。 測定吸附亞甲基藍(lán)量 粘土由于吸附著可交換陽離子，因此具有吸附色素的能力。如將粘土倒入藍(lán)色的亞甲 基藍(lán)溶液中，經(jīng)過搖晃、靜止一段時間，粘土中的蒙脫石或高嶺石就吸附藍(lán)色的陽離子， 使亞甲基藍(lán)溶液變清。不同的粘土吸附亞甲基藍(lán)溶液的能力差別很大。如每 100g 干膨潤土 吸藍(lán)量已般在 20 g 以上，而普通粘土吸藍(lán)量一般在 10 g以下。 測定工藝試樣強度 做兩組試樣進(jìn)行對比，其中一組加人粘土質(zhì)量5%的蘇打，加入蘇打后濕強度提高不大的一般為普通粘土，提高明顯的一般為鈣基膨潤土，幾乎無提高或明顯下降的為鈉基膨潤 土。 測定工藝試樣的吸水上升速度在直徑為

10、200 mm 的圓盤中，注入 5 mm 高的水，將 50 mm x50 mm 的工藝試樣放在 盤中，普通粘土與鈣基膨潤土試樣吸水速度很快，約 1 min 就上升到頂面，鈉基膨潤土試 樣則很慢。（3）粘土顆粒的帶電的原因 晶層邊有破鍵，使粘土顆粒邊緣帶負(fù)電荷； 晶層內(nèi)部離子交換，使單位晶層中電荷不平衡，有剩余的負(fù)電荷； 晶層邊緣氧離子有剩余電荷。（4）粘土的濕態(tài)粘性機理及影響濕態(tài)粘結(jié)強度因素 關(guān)于粘土的濕態(tài)粘結(jié)機理，現(xiàn)在還沒有完全一致的觀點。比較普遍的看法是： 帶電的粘土顆粒遇水以后，把極性水分子吸引在自己周圍形成水化膜，當(dāng)粘土顆粒接 近到一定程度后在顆粒之間形成公共水化膜，其中公共水化陽離子起

11、著“橋”或“鍵”的 作用，使得不同的粘土粒子連接起來，形成粘土膜，產(chǎn)生濕態(tài)粘結(jié)性。根據(jù)上述分析，當(dāng)砂、粘土和水按一定比例混合時，不同的粘土顆粒通過吸附的水化 膜相互連接在一起形成粘土膜，并包在砂粒表面，而不同的砂粒又靠表面粘土膜相互粘結(jié) 起來，使型砂有一定的濕強度。粘土的濕態(tài)粘結(jié)強度決定于粘土的礦物成分、可交換陽離子的成分和數(shù)量、粘土的顆 粒大小及相關(guān)的工藝因素。 粘土的礦物成分 粘土顆粒表面的吸附能力隨粘土的比表面積增大而增大，而不同礦物成分的粘土比表 面積相差很大。膨潤土的主要礦物成分為蒙脫石類礦物，其比表面積為250 500 m 2/g ，而普通粘土的主要礦物成分為高嶺石類礦物，其比表面

12、積為50100m 2/g ，因此膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力比普通粘土高 23 倍。 可交換陽離子的成分和數(shù)量 高嶺石類粘土主要是因為晶格邊緣的破鍵吸附陽離子，吸附的陽離子數(shù)量比較少；蒙 脫石類粘土除了晶格邊緣的破鍵和氧離子剩余電荷外，主要是晶層內(nèi)部離子交換導(dǎo)致的負(fù) 電荷，所吸附的可交換陽離子數(shù)量遠(yuǎn)多于高嶺石類粘土，因此膨潤土的粘結(jié)力明顯高于普 通粘土。另外，粘土質(zhì)點所吸附的陽離子性質(zhì)也影響其粘結(jié)能力。由于Na+、 K+的水化強度大于 Ca2+、 Mg2+，鈉膨潤土的吸水膨脹能力要比鈣膨潤土的大，所以鈉膨潤土的粘結(jié)力比鈣 膨潤土的大。 加水量 加水量對粘土的粘結(jié)力影響很大：加水量少，粘土顆粒表面不能形成

13、完整水化膜，粘 結(jié)性不大；加水量過多，超過了粘土顆粒的吸附能力，有自由水存在，加大了粘土顆粒之 間的距離，形成的公共水化膜很薄，甚至不能形成公共水化膜，導(dǎo)致粘結(jié)性下降。因此， 水分過多或過少均不利。（ 5）粘土的選用標(biāo)準(zhǔn) 選用粘土?xí)r需要考慮以下性能 : 粘土的粘結(jié)力 膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力比普通粘土高 23 倍，可以減少加入量。同樣的原砂采用膨潤 土，濕態(tài)強度高，還可降低型砂的含水量和提高透氣性，因此濕型和表面干型多選用膨潤 土作粘結(jié)劑。 粘土的抗夾砂能力 粘土的抗夾砂能力與型砂的熱濕拉強度成正比，同薄殼試樣的熱壓應(yīng)力成反比。為了 減少鑄件的夾砂缺陷，應(yīng)選用熱濕拉強度高而熱壓應(yīng)力低的粘土作粘結(jié)劑。

14、鈉基膨潤土的 熱濕拉強度比鈣基膨潤土高很多，抗夾砂能力強。但是，鈉基膨潤土遇水膨脹能力大，型 砂流動性差，落砂困難。 粘土的耐火度 采用干型生產(chǎn)大型鑄鋼件時，應(yīng)選用耐火度高的粘土作粘結(jié)劑。普通粘土的耐火度比 膨潤土高，但型砂的耐火度不僅與粘土的耐火度有關(guān)，而且與粘土的加入量有關(guān)。選用膨 潤土作粘結(jié)劑時，雖然其耐火度較低，但由于粘土加人量減少，所配制的型砂耐火度可能比加入量多的普通粘土砂的耐火度高。 粘土的耐用性 粘土礦物加熱失去結(jié)構(gòu)水以后不再吸水膨脹，從而失去粘性成為死粘土或失效粘土。如果粘土失去結(jié)構(gòu)水的溫度高，則在同樣條件下每次澆注時，粘土的失效比例小，粘土的 耐用性好。在選用粘土?xí)r，除了考

15、慮技術(shù)方面因素外，還要考慮經(jīng)濟(jì)上的合理性。 3造型的分類及優(yōu)缺點？造型方法的選擇？（ 1）分類及優(yōu)缺點： 造型可分為 手工造型 和 機器造型 兩大類。? 手工造型 手工造型是指用手工完成填砂、緊實和起模等主要操作的造型過程。 優(yōu)點：操作方便靈活，工藝裝備簡單，不需要復(fù)雜的專用造型機等設(shè)備；對鑄件尺寸、復(fù)雜程度及合金種類等適應(yīng)性強； 模樣生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短；缺點：對工人技術(shù)水平要求較高，勞動強度大，生產(chǎn)率低，鑄件質(zhì)量不易保證。 因此，手工造型比較適用于單件或小批量生產(chǎn)，一些大型復(fù)雜的鑄件。? 機器造型 機器造型是用機器來完成填砂、緊實和起模等造型操作過程，按緊實方式的不同，機器造型又分壓實造型、震壓

16、造型、拋砂造型和射砂造型 4 種基本方式。 機器造型使用模板，模板是鑄件模樣、澆注系統(tǒng)模樣和模底板的組合體，其中模樣形 成型腔，模底板形成分型面。優(yōu)缺點：機器造型是現(xiàn)代化鑄造車間的基本造型方法，與手工造型相比，機器造型可 以提高生產(chǎn)率和鑄型質(zhì)量，減輕勞動強度。但設(shè)備及工裝模具投資較大，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較 長，一般只適用于一個分型面的兩箱造型，主要用于大批量生產(chǎn)。（2）造型方法的選擇 在選擇造型方法時應(yīng)充分考慮鑄件的尺寸、重量和結(jié)構(gòu)形式，除此之外，還應(yīng)考慮以 下幾個原則： 造型方法應(yīng)和生產(chǎn)批量相適應(yīng)。機器造型生產(chǎn)率較高，對環(huán)境污染小，所生產(chǎn)鑄件 的尺寸精度較高，但設(shè)備和工藝裝備費用高，生產(chǎn)準(zhǔn)備時間長

17、，因此適用于中、小型鑄件 批量生產(chǎn)。對于單件小批生產(chǎn)的大型鑄件，手工造型仍是重要的造型方法。 濕砂型是應(yīng)用最廣泛的鑄造之一，砂型鑄造時應(yīng)優(yōu)先選用濕砂型。當(dāng)濕砂型不能滿 足要求時，再考慮選擇表面干型、干型或自硬砂型。 造型方法應(yīng)適合工廠的實際生產(chǎn)條件，并兼顧鑄件的技術(shù)要求和成本等。4砂芯的組成？砂芯由以下幾部分構(gòu)成： 砂芯主體 。用于形成鑄件的內(nèi)腔、孔眼和外廓的凸凹部分。 芯頭 。用于在砂型中固定 （定位與夾緊 ）砂芯，保證砂芯在鑄型中的位置準(zhǔn)確。 芯骨 。用于增加砂芯的強度和剛度，保證砂芯在運輸、安放和金屬液作用時不破壞 和變形；在芯骨上設(shè)置吊環(huán)等便于砂芯的吊運；一些懸臂的或不穩(wěn)定的砂芯，可采

18、用加長 芯骨的辦法增加穩(wěn)定性；采用帶有小孔的管子做芯骨，用于排出澆注時砂芯中產(chǎn)生的氣 體。 砂芯排氣系統(tǒng) 。用于排出在澆注時由于粘結(jié)劑燃燒、分解、水分的蒸發(fā)等所產(chǎn)生的 大量氣體，防止鑄件產(chǎn)生侵人性氣孔缺陷。5澆注前的準(zhǔn)備工作及澆注要點？準(zhǔn)備工作： 在澆注前需要了解澆注合金的種類、牌號、待澆注鑄型的數(shù)量和估算所需金屬液的重 量，檢查澆包的修理質(zhì)量、烘干預(yù)熱情況，檢查澆口、冒口圈的.安放及鑄型的緊固情況。澆注要點： 澆注之前需除去澆包中金屬液面上的熔渣； 依規(guī)定的澆注速度和時間范圍進(jìn)行澆注。澆注時應(yīng)避免金屬液流的飛濺和中斷;開始時慢澆，且不能直沖直澆口 ;中間快澆 （規(guī)定的澆注速度 ），以充滿澆注

19、系統(tǒng) ;澆口杯中應(yīng)始終 保持一定數(shù)量的金屬液， 以防渣、氣進(jìn)人鑄型 ;快充滿時應(yīng)慢澆，以防溢出和減小抬箱 力；有冒口的鑄型、澆注后期應(yīng)按工藝規(guī)范進(jìn)行點注和補注；澆注后應(yīng)注意引燃從鑄型 排出的氣體； 澆注后待鑄件凝固完畢，要及時卸除壓鐵和箱卡，以減少鑄件收縮阻力，避免裂 紋； 轉(zhuǎn)包澆注時應(yīng)注意擋渣。6鑄件清理方法？鑄件清理包括切除澆冒口、表面清理、去除毛邊飛刺等，以提高鑄件表面質(zhì)量。 澆冒口的切除手工敲擊。中小型鑄鐵件可以用錘擊法去掉澆冒口，大型鑄鐵件的澆冒口可先在澆 冒口根部鋸槽，再進(jìn)行錘擊。 氧氣切割或電弧切割。用于切割鑄鋼件、球墨鑄鐵件澆冒口。 鋸割法。不能用氣割法切除澆冒口的鑄鋼件和大部

20、分鋁、鎂合金鑄件，常用車床、 圓盤鋸及帶鋸等進(jìn)行機械切割以去除澆冒口。 等離子切割。利用高溫、高速等離子弧為熱源將被切割金屬熔化，同時利用高速氣 流將已熔化金屬吹走而形成狹窄切口。其他切割方法，如陽極切割、超聲波切割等也已在生產(chǎn)中應(yīng)用。鑄件表面清理鑄件的表面清理包括去除鑄件內(nèi)外表面的粘砂、分型面和芯頭處的披縫、毛刺、澆冒 口痕跡等。表面清理的方法有手工、機械、化學(xué)與熱能法等。手工清理。用鋼絲刷、鑿子、銼刀等工具進(jìn)行清理。勞動強度大，衛(wèi)生條件差，效 率低。一些形狀復(fù)雜的鑄件用手工清理比較合適。有條件的車間可配以風(fēng)鏟進(jìn)行表面清 理。滾筒表面清理。將鑄件裝人滾簡中滾動，利用鑄件之間以及鑄件與附加角形鐵之間 的摩擦、碰撞來去除鑄件表面粘砂、毛刺和氧化鐵皮。 噴、拋丸表面清理。鑄件表面處理 有些鑄件經(jīng)過上述處理以后，還需進(jìn)行表面處理。如鎂合金鑄件在吹砂后需進(jìn)行表面 氧化處理，在表面生成一層致密而又有保護(hù)作用的薄膜，防止或減輕鎂合金在使用過程中 產(chǎn)生腐蝕。7鑄件質(zhì)量的概念及檢測方法？鑄件質(zhì)量包括鑄件內(nèi)在質(zhì)量 （如化學(xué)成分、金相組織、物理力學(xué)性能、鑄件內(nèi)部缺陷程