1、 材料与加工技术 铸造前言铸造前言 铸造是人类掌握较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。公元前3200年，美索不达米亚出现铜青蛙铸件。公元前13前10世纪之间，中国已进入青铜铸件的全盛时期，工艺上已达到相当高的水平，如商代的重875Kg的司母戊方鼎、战国的曾侯乙尊盘和西汉的透光镜等都是古代铸造的代表产品。司母戊方鼎司母戊方鼎西汉透光镜西汉透光镜前言前言 18世纪的工业革命后，铸件进入为大工业服务的新时期。进入20世纪，铸造的发展速度很快，先后开发出球墨铸铁，可锻铸铁，超低碳不锈钢以及铝铜、铝硅、铝镁合金，钛基、镍基合金等铸造金属材料，并发明了对灰铸铁进行孕育处理的新工艺。50年代以
2、后，出现了湿砂高压造型，化学硬化砂造型和造芯、负压造型以及其他特种铸造、抛丸清理等新工艺。1.铸造的定义 铸造是一种生产零件毛坯的传统型行业。它是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。它具有适用性强、成本低等优点，主要体现在以下几个方面。2.铸造的优点1)铸件不受零件大小，结构形状复杂的限制；几乎所有的合金都能浇铸成铸件；既适用于单件、小批量生产，又适用于成批、大量生产。2)铸件形状和尺寸与零件相近(某些精密铸造产品甚至无需加工)，节省金属材料和切削加工工时，且废件和废料可以回炉重熔，生产周期短。因此，与机械加工等工艺相比
3、，铸造以其特有的优点在国民经济中起着举足轻重的作用。3.铸造的分类按照造型方法和成型方式，铸造可以分为砂型铸造和特种铸造两类。按照造型方法和成型方式，铸造可以分为砂型铸造和特种铸造两类。3.1 砂型铸造以型砂和芯砂为造型材料制成铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。3.1 砂型铸造3.1.1粘土砂铸造 粘土砂铸造是以原砂为造型材料，以粘土和水为粘接剂生产铸型，液态金属在重力下充填铸型来生产铸件的铸造
4、方法。按照铸型浇注时的不同状态可以分为粘土砂湿型(潮模)、粘土砂干型和粘土砂表干型铸造。3.1.2消失模铸造 消失模铸造（又称实型铸造）是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。与传统铸造技术相比，消失模铸造技术具有与无伦比的优势，被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”、“铸造工业的绿色革命”。3.1.2消失模铸造消失模铸造有下列特点：1)铸件质量好，成本低。材质不限，大小皆宜；尺寸精度高，表面光洁，减少清理，节省机加；内部缺陷大大减少，组织致密。2)可实
5、现大规模、大批量生产。自动化流水线生环保。可以大大改善作业环境、降低劳动强度、减少能源消耗。3.1.2消失模铸造3.1.2消失模铸造3.1.2消失模铸造3.1.2消失模铸造3.1.3 V 法造型真空密封造型铸造方法，又称负压造型 国外取英文Vacuum（真空）一词的字头，而简称之为V法。V法造型有下列特点：1)V法造型不采用粘接剂，因而可使造型和铸件落砂清理劳动量大大减轻，旧砂回用率可达95%。2)V法造型的材料利用率高，铸件废品率低，内外质量好，从而降低铸件成本。3.1.3 V 法造型a.将预先加热好的塑料薄膜在负压作用下，吸贴到模样，模板的整个表面上，然后在薄膜上均匀地喷上快干涂料。b.将
6、带有抽气室的沙箱放上。c.充填不加粘结剂，水分及附加物的干沙，边加砂边微微振动，以保证干沙填满砂箱。刮平，并在砂箱顶部再覆盖料膜，通过砂箱箱壁抽真空。d.翻箱、起模，由于大气压力的作用，塑料薄膜均匀地贴在砂型上，而使型砂处于紧实状态，取出模样，达到硬度为90度左右的砂型。e.合型，铸型的负压状态一直维持到浇注，铸件凝固完成后。f.负压解除后，铸型自行溃散，可方便地从铸型干砂中取出铸件。3.1.3 V 法造型3.1.3 V 法造型3.1.4水玻璃砂造型以水玻璃（硅酸钠）为粘接剂制造铸型的铸造方法称为水玻璃砂铸造。水玻璃砂溃散性差，旧砂再生困难，但也有许多优点：1)水玻璃砂成本低；2)生产过程中没
7、有刺激性或有毒气体溢出、污染小、有利于环保等等;3)水玻璃砂高温退让性好，铸件尺寸精度及表面质量好。3.1.4水玻璃砂造型目前常用的硬化方法主要有以下两种：1.普通CO2气硬法；优点：设备简单，操作方便，使用灵活，成本低廉硬化速度快，强度高，铸件精度高；缺点：水玻璃加入量大(7-8)；含水量大，易吸潮；冬季硬透性差；溃散性差，旧砂再生困难，大量旧砂被废弃，造成环境的碱性污染。3.1.4水玻璃砂造型 2.有机酯自硬法优点：型(芯)砂具有较高的强度，水玻璃加入量可降至3.5%以下；型(芯)砂溃散性好，清砂容易，旧砂易干法再生，回用率80，可减少水玻璃砂排放；铸件质量和尺寸精度可与树脂砂相媲美，生产
8、成本低，劳动条件好。缺点：型芯砂硬化速度较慢；流动性较差。因此，目前生产中有时采用复合硬化工艺，如：短时吹CO2达到起模强度后先起模，再吹热空气、或烘干、或利用有机酯固化。水玻璃主要参数：1)1)模数模数 模数是指水玻璃中模数是指水玻璃中SiOSiO2 2和和NaNa2 2O O的摩尔数比的摩尔数比 ：M=M M=MSiOSiO2 2/M/MNaNa2 2O O=1.033(SiO=1.033(SiO2 2)/(Na)/(Na2 2O)O)式中，式中，(SiO(SiO2 2)、(Na(Na2 2O)O)分别为硅酸钠中分别为硅酸钠中SiOSiO2 2和和NaNa2 2O O的质量分数的质量分数(
9、%)(%)铸造生产中吹铸造生产中吹COCO2 2硬化时小型芯采用较高模数硬化时小型芯采用较高模数(M=2.7-3.2),(M=2.7-3.2),中等型芯中等型芯采用中等模数采用中等模数(M=2.3-2.6)(M=2.3-2.6)；生产周期长的大型；生产周期长的大型(芯芯)采用低模数采用低模数(M=2.0-2.2)(M=2.0-2.2)。采用有机脂作为固化剂的水玻璃模数一般为。采用有机脂作为固化剂的水玻璃模数一般为(M=2.2-(M=2.2-2.5),2.5),冬季取上限。冬季取上限。水玻璃主要参数：2)2)波美度波美度 铸造上习惯于用波美度铸造上习惯于用波美度(Be)Be)来表示水玻璃的密度，
10、波美度来表示水玻璃的密度，波美度(Be)Be)与密度与密度的换算关系如下：的换算关系如下：=144.3/(144.3-=144.3/(144.3-波美度波美度)常用水玻璃的波美度为常用水玻璃的波美度为41-4941-49BeBe 波美度越小水玻璃密度越低，含固量越少，水的质量分数越高；波美度越小水玻璃密度越低，含固量越少，水的质量分数越高；反之亦然。反之亦然。水玻璃的改性水玻璃在存放过程中会产生缩聚，形成凝胶，即老化现象。水玻璃的存放时间越长、模数越高、浓度越大则”老化”越严重。1)物理改性 利用磁场、超声波、高频或加热向水玻璃体系 提供能量。但其效果不持久。2)化学改性 往水玻璃中加入少量含
11、有极性基团的化合物，提高聚硅酸的稳定性，阻止老化进行。如加入：丙烯酰胺、改性淀粉、聚磷酸盐等。3)物理-化学改性 实际生产中通常采用物理改性与化学改性相结合的方法使水玻璃具有持久的改性效果。如高压釜中加聚丙烯酰胺来改性“老化”的水玻璃。水玻璃砂的再生水玻璃砂的再生目前主要有以下三种方法：干法再生、湿法再生、干热联水玻璃砂的再生目前主要有以下三种方法：干法再生、湿法再生、干热联合再生。合再生。1)1)干法再生干法再生工作过程分为预再生、再生、除尘三个阶段，工作过程分为预再生、再生、除尘三个阶段，NaNa2 2O O去除率达去除率达40-50%40-50%，且除，且除尘阶段至关重要。尘阶段至关重要
12、。2)2)湿法再生湿法再生 Na Na2 2O O去除率可达去除率可达80%80%以上，甚至超过以上，甚至超过90%90%；再生砂回用率高，可达再生砂回用率高，可达95%95%以上；以上；再生砂可作为造型的面砂和单一砂使用；再生砂可作为造型的面砂和单一砂使用；对酯硬化水玻璃旧砂，能有效去除残留酯，延长再生砂混后的可使用时对酯硬化水玻璃旧砂，能有效去除残留酯，延长再生砂混后的可使用时间。间。3)3)干热联合再生干热联合再生 为提高砂粒表面水玻璃模的脱模效率，将旧砂加热到为提高砂粒表面水玻璃模的脱模效率，将旧砂加热到180-200(180-200(酯硬酯硬化加热到化加热到300-350)300-3
13、50)，使水玻璃失水脆化，然后再进行撞击、摩擦，可提，使水玻璃失水脆化，然后再进行撞击、摩擦，可提高高NaNa2 2O O去除率，可达去除率，可达50%50%以上。以上。CO2-有机酯复合硬化水玻璃工艺用用COCO2 2吹使型硬化到脱模强度，脱模后有机酯继续硬化，吹完吹使型硬化到脱模强度，脱模后有机酯继续硬化，吹完COCO2 2再放再放置置3-63-6小时即可进行合箱浇注。小时即可进行合箱浇注。单独使用有机酯，酯加入量为水玻璃的单独使用有机酯，酯加入量为水玻璃的8-15%8-15%，此方法有机酯加入量，此方法有机酯加入量只需只需4-6%4-6%，但水玻璃加入量相应提高，但水玻璃加入量相应提高0
14、.5-1%0.5-1%3.1.5 树脂砂铸造树脂砂铸造是以树脂为粘接剂制备型(芯)砂的铸造方法。树脂砂造型可分为：热法覆膜树脂砂、热芯盒树脂砂、冷芯盒树脂砂、呋喃树脂自硬砂等。树脂砂铸造具有如下特点：1.树脂砂硬化后强度高，特别适合于机器造型，能造出复杂、薄壁的铸件；2.铸件组织致密，力学性能好。3.粘接剂价格昂贵，对空气有污染，工作环境差。3.1.5树脂砂铸造3.2特种铸造特种铸造，按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造(如熔模铸造、水泥砂铸造、陶瓷型铸造等)和以金属为主要铸型材料的特种铸造(如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等)两类。3.2.1金属型铸造
15、 金属型铸造又称硬模铸造，它是将液体金属浇入金属铸型，以获得铸件的一种铸造方法。(1)金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样的合金，其抗拉强度平均可提高约25，屈服强度平均提高约20，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；(2)铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;(3)铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530；3.2.1金属型铸造金属型铸造的生产效率高，工序简单，易实现机械化和自动化。但金属型也具有如下缺点：1)金属型制造成本高；2)金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等缺陷；3)金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度
16、，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件质量的影响甚为敏感，需要严格控制。3.2.2熔模精密铸造熔模精密铸造又称失蜡法铸造，是铸造行业中的一项优异的工艺技术，其应用非常广泛。它不仅适用于各种类型、各种合金的铸造，而且生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其它铸造方法要高，甚至其它铸造方法难于铸得的复杂、耐高温、不易于加工的铸件，均可采用熔模精密铸造铸得。3.2.2熔模精密铸造应用如航空喷气发动机的叶片、叶轮、喷嘴等形状复杂，尺寸精确以及表面光洁的耐热合金零件，采用传统方法很难加工制得。3.2.2熔模精密铸造应用3.2.2熔模精密铸造过程3.2.3陶瓷型铸造 陶瓷型铸造是在砂型熔模铸造的基础
17、上发展起来的一种新工艺。陶瓷型是利用质地较纯、热稳定性较高的耐火材料作造型材料；用硅酸乙酯水解液作粘结剂，在催化剂的作用下，经灌浆、结胶、起模、焙烧等工序而制成的。采用这种铸造方法浇出的铸件，具有较高的尺寸精度和表面光洁度，所以这种方法又叫陶瓷型精密铸造。3.2.3陶瓷型铸造 3.2.3陶瓷型铸造 3.2.3陶瓷型铸造 3.2.4压力铸造 将熔融合金在高压、高速条件下充型并在高压下冷却凝固成型的一种精密铸造方法，简称压铸，其最终产品是压铸件。高压、高速充填压型是压铸的两大特点。它常用的压射比压是从几千至几万KPa，甚至高达2105kPa。充填速度约在1050m/s，有些时候甚至可达100m/s
18、以上。充填时间很短，一般在0.010.010.2s0.2s范围内。3.2.4压力铸造 3.2.4压力铸造模具模具3.2.4压力铸造产品产品3.2.5低压铸造 低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的一种方法。由于所用的压力较低，所以叫做低压铸造。3.2.6连续铸造 利用贯通的结晶器在一端利用贯通的结晶器在一端连续地浇入液态金属，从另连续地浇入液态金属，从另一端连续地拔出成型材料的一端连续地拔出成型材料的铸造方法称为连续铸造。铸造方法称为连续铸造。结晶器一般用导热性较好，结晶器一般用导热性较好，具有一定强度的材料，如铜、具有一定强度的材料，如铜、铸铁、石墨等制成，壁中空，铸铁、石墨
19、等制成，壁中空，空隙中间通冷却水以增强其空隙中间通冷却水以增强其冷却作用。铸出的成型材料冷却作用。铸出的成型材料有方形、长方形、圆形、平有方形、长方形、圆形、平板型、管形或各种异形截面。板型、管形或各种异形截面。3.2.6连续铸造示意图3.2.6连续铸造生产现场3.2.7离心铸造 离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力的离心铸造是将金属液浇入旋转的铸型中，使液体金属在离心力的作用下充填铸型和凝固成型的一种铸造方法。作用下充填铸型和凝固成型的一种铸造方法。目前离心铸造主要用于生产离心铸管、缸盖、轧辊、轴套瓦盖及目前离心铸造主要用于生产离心铸管、缸盖、轧辊、轴套瓦盖及其他各种轮类铸
20、件。其他各种轮类铸件。3.2.7离心铸造 离心铸造的特点如下：1)金属液能在铸型中形成中空的圆柱形自由表面，这样便可不用型芯就能铸出中空的铸件，大大简化了套筒，管类铸件的生产过程；2)离心铸造工艺可提高金属充填铸型的能力，一些流动性较差的合金和薄壁铸件都可用离心铸造法生产；3)由于离心力的作用，改善了补缩条件，离心铸件的组织较致密，缩孔（缩松）、气孔、夹杂等缺陷也较少；4)消除或大大节省浇注系统和冒口方面的金属消耗；5)铸件易产生偏析，铸件内表面较粗糙,内表面尺寸不易控制。3.2.7离心铸造 3.2.7离心铸造 4.1铸铁 铸铁是含碳大于2.1%的铁碳合金，它是将铸造生铁(部分炼钢生铁)在炉中
21、重新熔化，并加进铁合金、废钢、回炉铁调整成分而得到。与生铁区别是铸铁是二次加工，大都加工成铸铁件。铸铁件具有优良的铸造性可制成复杂零件，一般有良好的切削加工性。另外具有耐磨性和消震性良好，价格低等特点。4.1铸铁 铸铁名称代号牌号表示方法示例灰铸铁HTHT100蠕墨铸铁RuTRuT420球墨铸铁QTQT400-18黑心可锻铸铁白心可锻铸铁珠光体可锻铸铁KTHKTBKTZKTH300-6KTB350-04KTZ450-06耐磨铸铁MTMTCu1PTi-200抗磨白口铸铁抗磨球墨铸铁KmTBKmTQKmTBMn5Mo2CuKmTQMn6冷硬铸铁LTLTCrMoR耐蚀铸铁耐蚀球墨铸铁STSTQSTS
22、i15RSTQA15Si5耐热铸铁耐热球墨铸铁RTRTQRTCr2RTQA16奥氏体铸铁AT4.1铸铁 白口铸铁：白口铸铁中的碳全部以渗碳体（Fe3C）形式存在，因断口呈亮白色。故称白口铸铁，由于有大量硬而脆的Fe3C，白口铸铁硬度高、脆性大、很难加工。因此，在工业应用方面很少直接使用，只用于少数要求耐磨而不受冲击的制件，如拔丝模、球磨机铁球等。大多用作炼钢和可锻铸铁的坯料。4.1铸铁 灰口铸铁；铸铁中的碳大部或全部以自由状态片状石墨存在。断口呈灰色。它具有良好铸造性能、切削加工性好，减磨性，耐磨性好、加上它熔化配料简单，成本低、广泛用于制造结构复杂铸件和耐磨件。4.1铸铁 可锻铸铁：可锻铸铁
23、是用碳、硅含量较低的铁碳合金铸成白口铸铁坯件，再经过长时间高温退火处理，使渗碳体分解出团絮状石墨而成，即可锻铁是一种经过石墨化处理的白口铸铁。4.1铸铁 球墨铸铁：在铁水浇注前加一定量的球化剂，使铸铁中石墨球化。由于碳(石墨)以球状存在于铸铁基体中，改善其对基体的割裂作用，球墨铸铁的抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性大大提高。并具有耐磨、减震、工艺性能好、成本低等优点，现已广泛替代可锻铸铁及部分铸钢、锻钢件、如曲轴、连杆、轧辊、汽车后桥等。4.1铸铁 冲天炉熔炼4.1铸铁 4.1铸铁电炉 4.1铸铁产品 4.2铸钢铸钢可以分为铸造碳钢、铸造低合金钢和铸造 特种钢3类。1)铸造碳钢。以碳为主要合
24、金元素并含有少量其他元素 的铸钢。含碳0.6 铸造高碳钢2)铸造低合金钢，含有锰、铬、铜等合金元素的铸钢。合金元素总量一般小于5，具有较大的冲击韧性，并能通过热处理获得更好的机械性能。铸造低合金钢比碳钢具有较优的使用性能，能减小零件质量，提高使用寿命。3)铸造特种钢 为适应特殊需要而炼制的合金铸钢称为铸造特种钢。它的品种繁多，通常含有一种或多种的高量合金元素，用以获得某种特殊性能。如含锰1114的高锰钢能耐冲击磨损；以铬或铬镍为主要合金元素的各种不锈钢，具有耐蚀或耐高温性能。4.2铸钢表示方法1)按力学性能验收：如ZG200-400；其中200为屈服强度，400为抗拉强度2)按化学成分验收：碳
25、钢：如ZG25 其中25为碳的名义质量分数(万分比)；合金钢：如ZG15Cr1Mo1V 15为碳以万分表示的名义质量分数，1为Cr和Mo的名义质量分数，V的质量分数小于0.9%故只标元素符号。1)Mn含量为0.9-1.4%只标符号不标含量，0.9%不标符号；2)Mo含量为0.15-0.9%只标符号不标含量，0.15%不标符号；3)其他元素含量为0.5-0.9%时只标符号不标含量，95(6h)95，有机，有机(2h)90(2h)90二级二级:水基水基(6h)90-95(6h)90-95，有机，有机(2h)85-90(2h)85-90条件黏度条件黏度(66流杯流杯)/s)/s水基水基:10-30(
26、:10-30(根据牌号不同，要求不同根据牌号不同，要求不同)有机溶剂有机溶剂:6-12:6-125.2.2涂料的性能 性能性能指指 标标工工艺艺性性能能涂刷性涂刷性滑爽，不把砂型滑爽，不把砂型(表面表面)砂粒带起砂粒带起不流淌性不流淌性垂直表面涂刷，涂料不往下流淌，不形成滴痕，不堆积垂直表面涂刷，涂料不往下流淌，不形成滴痕，不堆积渗透性渗透性渗入砂层深度渗入砂层深度2-32-3倍砂粒直径倍砂粒直径流平性流平性涂覆后砂型涂覆后砂型(芯芯)涂层表面能自动清除刷痕涂层表面能自动清除刷痕工作性工作性能能涂层耐磨性涂层耐磨性一级一级:0.50g(64r/min):0.50g(64r/min)二级二级:0
27、.50-1.00g(64r/min):0.50-1.00g(64r/min)抗裂纹性抗裂纹性涂层在烘干和浇注时都不产生裂纹涂层在烘干和浇注时都不产生裂纹发气性发气性一般一般20mL/g20mL/g，个别，个别30mL/g30mL/g抗粘砂性抗粘砂性能防止铸件产生机械粘砂和化学粘砂能防止铸件产生机械粘砂和化学粘砂5.2.3涂料的组成涂料由五类原辅材料配制而成，包括：耐火材料、载体、悬浮剂、粘涂料由五类原辅材料配制而成，包括：耐火材料、载体、悬浮剂、粘接剂、添加剂等。接剂、添加剂等。1.1.耐火材料耐火材料 耐火材料又称耐火填料其主要作用是防止铸件粘砂，使铸件表面耐火材料又称耐火填料其主要作用是防
28、止铸件粘砂，使铸件表面得到较低的表面粗糙度。得到较低的表面粗糙度。耐火材料需具有高的耐火度，适度的烧结点和细度，不被金属液耐火材料需具有高的耐火度，适度的烧结点和细度，不被金属液及金属氧化物所润湿，不与型砂起化学反应，热膨胀系数小，资源丰及金属氧化物所润湿，不与型砂起化学反应，热膨胀系数小，资源丰富，价格便宜等特点。富，价格便宜等特点。5.2.3涂料的组成 耐火材料的种类及主要物化性能：耐火材料的种类及主要物化性能：种类种类矿物组成矿物组成耐火度耐火度/高温化学性质高温化学性质烧结型烧结型石英粉石英粉SiOSiO2 217101710酸性酸性较好较好镁砂粉镁砂粉MgOMgO28002800碱性
29、碱性差差橄榄石粉橄榄石粉(Mg,Fe)(Mg,Fe)2 2SOSO4 41750-18001750-1800碱性碱性较差较差铬铁矿粉铬铁矿粉FeOCrFeOCr2 2O O3 321802180中性中性好好锆英粉锆英粉ZrSOZrSO4 421902190弱酸性弱酸性好好电熔刚玉粉电熔刚玉粉AlAl2 2O O3 32000-25002000-2500中性中性差差铝矾土粉铝矾土粉3Al3Al2 2O O3 32SiO2SiO2 217701770中性中性较差较差石墨粉石墨粉C C2100-30002100-3000中性中性差差5.2.3涂料的组成 针对不同的合金种类耐火粉料的选择：针对不同的合
30、金种类耐火粉料的选择：铸造合金铸造合金推荐用涂料耐火粉料的种类推荐用涂料耐火粉料的种类厚大型铸钢件厚大型铸钢件锆英粉锆英粉中型铸钢件中型铸钢件锆英粉、刚玉粉、铬铁矿粉、高铝矾土粉锆英粉、刚玉粉、铬铁矿粉、高铝矾土粉薄小型铸钢件薄小型铸钢件高铝矾土粉、石英粉高铝矾土粉、石英粉碱性合金钢铸件碱性合金钢铸件镁砂粉、橄榄石粉镁砂粉、橄榄石粉厚大型铸铁件厚大型铸铁件锆英粉、土状石墨粉、鳞片石墨粉锆英粉、土状石墨粉、鳞片石墨粉中型铸铁件中型铸铁件土状石墨粉、鳞片石墨粉、高铝矾土粉、石英粉土状石墨粉、鳞片石墨粉、高铝矾土粉、石英粉薄小型铸铁件、有色薄小型铸铁件、有色金属铸件金属铸件土状石墨粉、滑石粉土状石墨
31、粉、滑石粉5.2.3涂料的组成2.载体载体又称载液、溶剂或分散介质。1)载体的作用：使耐火粉料分散在其中，形成便于涂覆膏状或浆状涂料。2)常用载体种类：有水和有机溶剂两种。以水为载体的称为水基涂料，以有机溶剂为载体的称为有机溶剂涂料。其中以醇类做载体的涂料称为醇基涂料。5.2.3涂料的组成3.3.悬浮剂悬浮剂1)1)悬浮剂的作用悬浮剂的作用:促进涂料中的固体耐火材料在水中呈悬浮状态，使促进涂料中的固体耐火材料在水中呈悬浮状态，使涂料成为均匀的悬浊液，防止沉淀，并易于涂刷。涂料成为均匀的悬浊液，防止沉淀，并易于涂刷。2)2)悬浮剂的选择悬浮剂的选择:水基涂料常用的悬浮剂有：钠膨润土、活化膨润土、
32、水基涂料常用的悬浮剂有：钠膨润土、活化膨润土、羧甲基纤维素钠羧甲基纤维素钠(CMC)(CMC)、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺(PAM)(PAM)等。醇基涂料常用的悬浮等。醇基涂料常用的悬浮剂有：有机膨润土、锂膨润土、聚乙烯醇缩丁醛剂有：有机膨润土、锂膨润土、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)(PVB)等。等。5.2.3涂料的组成 4.4.粘接剂粘接剂 粘接剂的作用是将涂料中的耐火粉料等组分粘接起粘接剂的作用是将涂料中的耐火粉料等组分粘接起 来，使涂料层具有一定的强度和耐磨性，并将涂层和来，使涂料层具有一定的强度和耐磨性，并将涂层和 基体粘接在一起。粘接剂的分类如下基体粘接在一起。粘接剂的分类如下 ：分分 类类
33、粘粘 接接 剂剂无机粘接剂无机粘接剂(高温粘接剂高温粘接剂)亲水型亲水型水玻璃、硅溶胶、磷酸盐、硫酸盐、聚合氯化铝水玻璃、硅溶胶、磷酸盐、硫酸盐、聚合氯化铝憎水型憎水型有机膨润土有机膨润土有机粘接剂有机粘接剂(低温粘接剂低温粘接剂)亲水型亲水型糖浆、纸浆废液、糊精、淀粉、聚乙烯醇糖浆、纸浆废液、糊精、淀粉、聚乙烯醇(PVA)(PVA)、聚醋酸乙烯乳液聚醋酸乙烯乳液(白乳胶白乳胶)、水溶性酚醛树脂、天、水溶性酚醛树脂、天然树脂然树脂憎水型憎水型沥青、煤焦油、松香、酚醛树脂、干性植物油、沥青、煤焦油、松香、酚醛树脂、干性植物油、合脂、硅酸乙酯、聚乙烯醇缩丁醛合脂、硅酸乙酯、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)
34、(PVB)5.2.3涂料的组成5.5.添加剂添加剂为了改善涂料的某些性能添加的少量附加物称为添加剂。如：为了改善涂料的某些性能添加的少量附加物称为添加剂。如：1)1)防腐剂防腐剂 防止水基涂料发酵、腐败、变质的添加剂。防止水基涂料发酵、腐败、变质的添加剂。2)2)消泡剂消泡剂 消除涂料中气泡的添加剂。消除涂料中气泡的添加剂。3)3)活化剂活化剂 提高涂料对型芯渗透能力的添加剂。提高涂料对型芯渗透能力的添加剂。6.铸件缺陷 铸件缺陷是铸造生产过程中，由于种种原因，在铸件表面和内部铸件缺陷是铸造生产过程中，由于种种原因，在铸件表面和内部产生的各种缺陷的总称。产生的各种缺陷的总称。铸件缺陷是导致铸件
35、性能低下，使用寿命短，失效和报废的主要铸件缺陷是导致铸件性能低下，使用寿命短，失效和报废的主要原因。原因。分析铸件缺陷的形貌特点、产生原因及其形成过程，目的是防止、分析铸件缺陷的形貌特点、产生原因及其形成过程，目的是防止、减少和消除铸件缺陷。减少和消除铸件缺陷。6.铸件缺陷 铸件缺陷可以分为如下铸件缺陷可以分为如下8 8类：类：缺陷类型缺陷类型名名 称称特特 征征多多肉肉类类缺缺陷陷飞翅飞翅(飞边飞边)垂直于铸件表面上厚薄不均匀的薄片状金属突起物。常出垂直于铸件表面上厚薄不均匀的薄片状金属突起物。常出现在铸件分型面和芯头部位现在铸件分型面和芯头部位毛刺毛刺铸件表面上刺状金属凸起薄片。常出现在分
36、型面、铸型和铸件表面上刺状金属凸起薄片。常出现在分型面、铸型和型芯的裂缝处，形状不规则型芯的裂缝处，形状不规则抬型抬型(抬箱抬箱)由于金属液的浮力使上型或砂芯局部或全部抬起、使铸件由于金属液的浮力使上型或砂芯局部或全部抬起、使铸件高度增加高度增加胀砂胀砂铸件内外表面局部胀大，重量增加铸件内外表面局部胀大，重量增加冲砂冲砂砂型或砂芯表面局部砂子被金属液冲刷掉，在铸件表面的砂型或砂芯表面局部砂子被金属液冲刷掉，在铸件表面的相应部位上形成粗糙、不规则的金属瘤状物。常位于浇口相应部位上形成粗糙、不规则的金属瘤状物。常位于浇口附近，被冲刷掉的砂子，往往在铸件的其他部位形成砂眼附近，被冲刷掉的砂子，往往在
37、铸件的其他部位形成砂眼6.铸件缺陷 缺陷类型缺陷类型名名 称称特特 征征多多肉肉类类缺缺陷陷掉砂掉砂砂型或砂芯的局部砂块在机械力的作用下掉落，使砂型或砂芯的局部砂块在机械力的作用下掉落，使铸件表铸件表面相应部位形成的块状金属物面相应部位形成的块状金属物 外渗物外渗物铸件表面渗出来的金属物。多成颗粒状，一般出现铸件表面渗出来的金属物。多成颗粒状，一般出现在铸件在铸件的自由表面上。的自由表面上。6.铸件缺陷 孔孔洞洞类类缺缺陷陷针孔针孔出现在铸件表层或内部的成群小孔，一般为针对形出现在铸件表层或内部的成群小孔，一般为针对形状。铸件表面在机械加工状。铸件表面在机械加工12mm后可以去掉的圆孔后可以去
38、掉的圆孔称表面针孔。在机械加工或热处理以后才能发现的称表面针孔。在机械加工或热处理以后才能发现的长孔称皮下气孔长孔称皮下气孔气孔气孔孔的表面一般较光滑，主要为梨形、椭圆形和圆形孔的表面一般较光滑，主要为梨形、椭圆形和圆形大孔。一般大孔常孤立存在，小孔成群或分散分布大孔。一般大孔常孤立存在，小孔成群或分散分布缩孔缩孔铸件在凝固的过程中，由于补缩不良而产生的孔洞。铸件在凝固的过程中，由于补缩不良而产生的孔洞。常出现在铸件最后凝固的部位或壁厚急剧变化处。常出现在铸件最后凝固的部位或壁厚急剧变化处。孔的形状极极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶孔的形状极极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶缩松缩松铸件断面上出现的
39、分散而细小的缩孔，常出现在厚铸件断面上出现的分散而细小的缩孔，常出现在厚壁处。有时借助放大镜才能发现。铸件有缩松缺陷壁处。有时借助放大镜才能发现。铸件有缩松缺陷的部位，在气密性试验时可能渗漏的部位，在气密性试验时可能渗漏疏松疏松(显微缩松显微缩松)铸件缓慢凝固区出现的很细小的孔洞铸件缓慢凝固区出现的很细小的孔洞6.铸件缺陷 裂裂纹纹、冷冷隔隔类类缺缺陷陷冷裂冷裂铸件表面出现的宽度均匀的裂纹。断面有金属光泽铸件表面出现的宽度均匀的裂纹。断面有金属光泽或有轻微氧化色，断口常穿过晶粒延伸到整个断面或有轻微氧化色，断口常穿过晶粒延伸到整个断面热裂热裂裂纹有氧化色，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生裂纹有氧
40、化色，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和发展，外形曲折而不规则和发展，外形曲折而不规则白点白点(发裂发裂)钢中主要因氢的析出而引起的缺陷。在纵向断面上，钢中主要因氢的析出而引起的缺陷。在纵向断面上，它呈现近似圆形或椭圆形的银白色斑点；在横断面它呈现近似圆形或椭圆形的银白色斑点；在横断面宏观磨片上，腐蚀后则呈现为毛细裂纹，故又称发宏观磨片上，腐蚀后则呈现为毛细裂纹，故又称发裂裂冷隔冷隔在铸件上穿透或不穿透，边缘成圆角状的缝隙。多在铸件上穿透或不穿透，边缘成圆角状的缝隙。多出现在铸件薄壁处、金属流汇合处、激冷部位等出现在铸件薄壁处、金属流汇合处、激冷部位等浇注断流浇注断流铸件表面某一高度可见的接缝。
41、接缝的某些部分粘铸件表面某一高度可见的接缝。接缝的某些部分粘接在一起接在一起热处理裂纹热处理裂纹铸件在热处理过程中，出现的穿透或不穿透的裂纹。铸件在热处理过程中，出现的穿透或不穿透的裂纹。其断面有氧化现象其断面有氧化现象6.铸件缺陷 表表面面类类缺缺陷陷沟槽沟槽铸件表面产生较深铸件表面产生较深(大于大于5mm)V5mm)V型凹痕。多发生在铸件的上、型凹痕。多发生在铸件的上、下表面下表面鼠尾鼠尾铸件表面出现较浅铸件表面出现较浅(小于小于5mm)5mm)的带有锐角的凹坑的带有锐角的凹坑夹沙结疤夹沙结疤(夹沙夹沙)铸件表面产生的疤片状金属突起物。其表面粗糙，疤片状铸件表面产生的疤片状金属突起物。其表
42、面粗糙，疤片状凸起物与铸件之间夹有一层砂凸起物与铸件之间夹有一层砂机械粘沙机械粘沙渗透粘沙渗透粘沙铸件的部分或整个表面上，粘附着一层砂粒和金属的机械铸件的部分或整个表面上，粘附着一层砂粒和金属的机械混合物。去除粘砂层时可以看到金属光泽混合物。去除粘砂层时可以看到金属光泽化学粘沙化学粘沙(烧结粘沙烧结粘沙)铸件的部分或整个表面上，牢固地粘附一层由金属氧化物、铸件的部分或整个表面上，牢固地粘附一层由金属氧化物、砂子和粘土相互作用而生产的低熔点化合物，硬度高。只砂子和粘土相互作用而生产的低熔点化合物，硬度高。只能用砂轮磨去能用砂轮磨去表面粗糙表面粗糙铸件表面粗糙、凹凸不平。但未与砂结合或化合铸件表面
43、粗糙、凹凸不平。但未与砂结合或化合缩陷缩陷铸件的厚断面或断面交接处上平面的塌陷现象，缩陷的下铸件的厚断面或断面交接处上平面的塌陷现象，缩陷的下面，有时有缩孔。缩陷有时也出现在铸件孔的内表面上面，有时有缩孔。缩陷有时也出现在铸件孔的内表面上皱皮皱皮铸件上不规则的皱褶状的表皮。一般带有较深的网状沟槽铸件上不规则的皱褶状的表皮。一般带有较深的网状沟槽6.铸件缺陷 残残缺缺类类缺缺陷陷浇不到浇不到铸件上部产生缺肉，其边角略呈圆形，浇注口未浇满，顶铸件上部产生缺肉，其边角略呈圆形，浇注口未浇满，顶面与铸件平齐面与铸件平齐未浇满未浇满铸件残缺或轮廓不完整。常出现在远离浇口的部位及薄壁铸件残缺或轮廓不完整。
44、常出现在远离浇口的部位及薄壁处。其浇注系统是充满的处。其浇注系统是充满的跑火跑火铸件分裂面以上的部分产生的严重凹陷。有时会沿未充满铸件分裂面以上的部分产生的严重凹陷。有时会沿未充满的型腔表面产生飞翅的残片的型腔表面产生飞翅的残片型漏型漏(漏箱漏箱)铸件内有严重的空壳状残缺。铸件完全呈壳状，铸内部已铸件内有严重的空壳状残缺。铸件完全呈壳状，铸内部已无金属，铸型底部有残留的多余金属无金属，铸型底部有残留的多余金属损伤损伤(机械损伤机械损伤)铸件受机械磕碰或挤压而破损、残缺铸件受机械磕碰或挤压而破损、残缺6.铸件缺陷 形形状状及及重重量量差差错错类类缺缺陷陷超重超重铸件的重量超出重量误差的上限铸件的
45、重量超出重量误差的上限拉长拉长由于凝固时铸件收缩阻力大而造成铸件的部分尺寸比图样尺寸大由于凝固时铸件收缩阻力大而造成铸件的部分尺寸比图样尺寸大变形变形铸件由于铸造或热处理冷却速度不一，收缩不均，发生翘曲造成铸铸件由于铸造或热处理冷却速度不一，收缩不均，发生翘曲造成铸件几何尺寸与图样不符件几何尺寸与图样不符错芯错芯由于砂芯在分芯面处错开，铸件孔腔出现与图样不符的形状由于砂芯在分芯面处错开，铸件孔腔出现与图样不符的形状错型错型(错箱错箱)铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开铸件的一部分与另一部分在分型面处相互错开偏芯偏芯(漂芯漂芯)由于型芯在金属液作用下飘浮移动，铸件内孔位置偏离图样要求的由于
46、型芯在金属液作用下飘浮移动，铸件内孔位置偏离图样要求的位置，使形状、尺寸不符合位置，使形状、尺寸不符合7.粘砂缺陷 粘砂模式：粘砂模式：(1)(1)机械粘砂：金属液由表层向砂型的砂粒间渗透，形机械粘砂：金属液由表层向砂型的砂粒间渗透，形 成砂粒与浸入金属成为一体的渗透粘砂；成砂粒与浸入金属成为一体的渗透粘砂；(2)(2)化学粘砂：砂型与金属液化学反应较强时，形成低化学粘砂：砂型与金属液化学反应较强时，形成低 熔点化合物；熔点化合物；(3)(3)热粘砂：砂型耐火度低时，铸型表面层的砂粒彼此热粘砂：砂型耐火度低时，铸型表面层的砂粒彼此 严重熔接在一起，形成热粘砂。严重熔接在一起，形成热粘砂。液态金
47、属成型件的结构设计液态金属成型件的结构设计一一 、砂型铸造工艺对铸件结构的要求、砂型铸造工艺对铸件结构的要求二、二、合金铸造性能对铸件结构的要求合金铸造性能对铸件结构的要求三、不同成形工艺对铸件结构的要求三、不同成形工艺对铸件结构的要求一、砂型铸造工艺对铸件结构的要求一、砂型铸造工艺对铸件结构的要求1.1.铸件的外形设计铸件的外形设计原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺实例分析：实例分析：实例分析实例分析2.铸件的内腔设计铸件的内腔设计原则：减少形芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。原则：减少形芯数量，利于型芯的固定、排气和清理。作用：防止偏芯、气孔等缺
48、陷的产生；作用：防止偏芯、气孔等缺陷的产生；简化造型工艺，降低成本。简化造型工艺，降低成本。铸件内腔设计铸件内腔设计减少型芯的数量，避免不必要的型芯；减少型芯的数量，避免不必要的型芯；便于型芯的稳定、排气和铸件的清理。便于型芯的稳定、排气和铸件的清理。少型芯的数量，避免不必要的型芯实例分析：实例分析：实例分析便于型芯的稳定、排气和铸件的清理实例分析：实例分析：实例分析二、合金铸造性能对铸件结构的要求二、合金铸造性能对铸件结构的要求1.铸件壁厚的设计铸件壁厚的设计 缺陷分析：结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间结论：铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁厚之间概念：原则1：合理设计铸件壁厚最小壁厚：在
49、各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。如果所设计铸件的壁厚小于允许的“最小壁厚”，铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。原则：原则：铸件壁后应均匀，铸件壁后应均匀，避免厚大截面避免厚大截面缺陷分析：缺陷分析：铸铸件如果壁后过大会出现集中的缩孔铸铸件如果壁后过大会出现集中的缩孔2.铸件壁的连接原则：原则：1.1.铸件的结构铸件的结构圆角圆角；2.2.避免铸件壁的避免
50、铸件壁的锐角锐角连接；连接；3.3.厚壁与薄壁间的连接要逐步厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡过渡；4.4.减缓肋、辐减缓肋、辐收缩收缩的阻碍；的阻碍；5.5.避免出现过大的避免出现过大的水平面水平面。原则：避免锐角连接缺陷分析：缺陷分析：锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从锐角连接处易出现热结合应力，并会导致应力集中，从而产生裂纹、缩孔等缺陷。而产生裂纹、缩孔等缺陷。原则：减缓肋、辐收缩的阻碍缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。缺陷分析：铸件各部分冷却速度不同而收缩不一致，形成较大的内应力。当此应力超过合金的强度极限时，铸件会产生裂纹当此应力超过合金的强度极
