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金属液与铸型的相互作用
发布时间:2016-8-17 9:27:00

金属液在充填铸型和凝固过程中,与铸型发生热的、物理的、化学的和机械的作用。由于这些作用,铸件可能产生夹砂、砂眼、气孔、粘砂、表面氧化或脱碳等铸造缺陷。

1.       热作用

1)  铸型水分迁移和铸型强度的变化  砂型表面层中的水分受热蒸发后,在砂型内层的空隙中凝结,并由温度高处向低处移动,铸型强度随之发生变化

2)  铸型产生膨胀和应力变形  铸型被加热时的膨胀和应力不仅与铸型本身的材质、加入的黏结剂和附加物的种类有关,同时与加热温度、加热速度以及膨胀时的外界条件等因素有关。当砂型表面层受热膨胀而产生的热应力超过水分凝聚区的热湿强度时,砂型表层拱起开裂,是造成铸件夹砂的主要原因。

   型砂中加入煤粉、渣油、木屑等物质可提高砂型的退让性,降低热压应力;采用钠基膨润土或将钙基膨润土进行活化处理可提高型砂的热湿拉强度。

2.       物理、化学作用

金属液与铸型之间的物理、化学作用表现为,铸型中水分蒸发和有机物烧失、碳酸盐分解等而产生大量的气体;金属液渗入铸型表面空隙;金属液与铸型材料在高温下发生化学反应而形成低熔点的化合物等。这些作用使铸件产生气孔、粘砂以及铸件表面氧化或脱碳等缺陷。

1)  皮下气孔  湿型铸造薄壁碳钢、球墨铸铁和铜合金铸件时,易在表面下1~2MM处产生直径1~3MM、长2~10MM的皮下气孔。

碳钢铸件产生皮下气孔的原因是,钢液与水蒸气接触生成氢和氧化铁,一部分氢扩散进入钢液,外层氢的浓度增加,氧化铁与碳发生反应生成的一氧化碳不溶于钢液,在凝固的金属和夹杂物表面集聚成为气泡的核心。钢中的氢不断析出,并进入一氧化碳气核中,使气泡沿晶体方向长大,形成下气孔。

防止碳钢铸件产生气孔的方法是,钢液充分脱氧、去气;加铝脱氧时,铝量要有适当余量;严格控制型砂的水分,必要时采用干型或表干型。

2)  粘砂  按铸件表面粘砂形成过程的不同,可分为机械粘砂、化学粘砂和热粘砂。实际上,铸件表面粘砂往往同时具有这三种类型的粘砂特征。

   浇注温度高、金属液对铸型的湿润性大、金属液的静压力高以及砂型表面空隙度大等,是产生粘砂的重要原因。可采取铸型表面涂刷涂料、提高砂型紧实度和尽可能降低浇注温度等措施来防止粘砂。

   金属液在浇注过程中形成的氧化亚铁(FeO)与铸型材料反应形成低溶点的熔融硅酸铁,润湿硅砂粒而渗入砂型(芯)表面空隙,产生化学粘砂。可在型砂中加入煤粉、渣油、有机黏结剂等能燃烧形成还原性气氛的附加物,以减少金属氧化,减轻粘砂程度。

   原砂的烧结点低或粘土加入量过多的铸型,在浇注温度过高、铸件厚度过大的情况下,型腔表面易在高温下烧结,生成热粘砂层。防止热粘砂的主要措施是,采用耐火度高的锆砂、镁砂、铬铁矿砂等配制的面砂或以涂料涂覆型腔表面。

3.       机械作用

  型腔表面砂粒或涂料层在流动的金属液摩擦或动压力作用下脱落,此种散落物如留在铸件中,则造成砂眼、渣气孔、多肉等缺陷。

  为防止冲砂,除提高砂型表面强度外,应合理设计浇注系统。


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