金屬材料成形工藝及控制課件 2.3 粘砂現(xiàn)象2.4 氣體和侵入性氣孔2.6 鑄件表面合金化

第2章金屬-鑄型的界面作用及鑄件缺陷控制2.3粘砂現(xiàn)象粘砂：鑄件的部分表面或整個(gè)表面上夾持有型砂或粘附有一層難以清除的含砂物質(zhì)。粘砂的多發(fā)部位：型芯表面受熱作用強(qiáng)烈的部位，如厚壁表面、熱節(jié)處等。粘砂分：機(jī)械粘砂：金屬液在動、靜壓力作用下，滲入型腔表面微孔中，即滲入砂粒之間包住砂子形成的化學(xué)粘砂：金屬氧化物與造型材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的化學(xué)粘砂層1.機(jī)械粘砂的形成條件毛細(xì)現(xiàn)象：潤濕：毛細(xì)壓力促使液體上升不潤濕：毛細(xì)壓力阻礙液體上升一、機(jī)械粘砂(滲透粘砂metalpenetration)第2章金屬-鑄型的界面作用及鑄件缺陷控制2.3粘砂現(xiàn)象圖2.15毛細(xì)現(xiàn)象1－容器；2－毛細(xì)管；3－溶液1.機(jī)械粘砂的形成條件P（金）P（腔）P（毛）P（氣）P（金）≥P（毛）+P（氣）-P（腔）P（金）-金屬液的動、靜壓力P（毛）-毛細(xì)壓力P（氣）-砂型內(nèi)間隙中的氣體壓力P（腔）-型腔內(nèi)氣體壓力第2章金屬-鑄型的界面作用及鑄件缺陷控制2.3粘砂現(xiàn)象機(jī)械粘砂的形成條件影響因素P（金）P（腔）P（毛）P（氣）第2章金屬-鑄型的界面作用及鑄件缺陷控制2.3粘砂現(xiàn)象圖2.16L、T、X、Y形熱節(jié)內(nèi)接圓直徑和金屬液滲入深度的關(guān)系影響因素3.防止措施①采用細(xì)砂、粒度分散的砂②增加鑄型的緊實(shí)度③刷涂料（減小r，增加P（毛））④對特種件采用特種砂（b及α較大）⑤型砂中加入能產(chǎn)生光澤碳的碳質(zhì)材料第2章金屬-鑄型的界面作用及鑄件缺陷控制2.3粘砂現(xiàn)象2.3粘砂現(xiàn)象二、化學(xué)粘砂（燒結(jié)粘砂burnon）化學(xué)粘砂多發(fā)生在鑄鋼件上，某些大的鑄鐵件也可能發(fā)生。形成條件：①化學(xué)反應(yīng)生成層（粘砂層）；②粘砂層剝離的難易程度2.化學(xué)粘砂層的形成及其與鑄件的粘接

金屬液澆入鑄型后，在其高溫作用下，其表面被空氣或水蒸汽等氧化，生成FeO。黑色金屬Fe一般不潤濕鑄型，而FeO潤濕鑄型，且熔點(diǎn)低于鋼的凝固溫度，因而就滲入鑄型孔隙中，與型砂中的SiO2反應(yīng)：2FeO（液）＋SiO2（固）＝Fe2SiO4（液）（鐵橄欖石）

生成的低熔點(diǎn)硅酸亞鐵溶液也能潤濕石英砂，故在毛細(xì)壓力作用下繼續(xù)滲入砂型中，包住砂子。FeO與SiO2的反應(yīng)又使得砂型表面間隙增大。又因金屬液對FeO

和Fe2SiO4潤濕，因而隨著它們滲入鑄型。這些低熔點(diǎn)化合物與金屬液凝固后就包著砂粒一起粘在鑄件表面上。研究表明，粘砂層與鑄件的粘接主要靠氧化物薄層（氧化物膜）與鑄件粘附在一起，氧化物膜中有FeO、Fe3O4、Fe2O3等，其中與鑄鋼件直接接觸的主要是FeO，對鑄鐵件還有Fe3O4。當(dāng)粘砂殼內(nèi)鐵的氧化物膜達(dá)到一定厚度時(shí)，它就成為易剝離的。在易剝離的粘砂層中的FeO比難剝離的粘砂層中的FeO含量多，有時(shí)甚至多10～20倍。也就是說，金屬和粘砂層的結(jié)合強(qiáng)度取決于鐵的氧化物膜的厚度和特性。

2.3粘砂現(xiàn)象二、化學(xué)粘砂化學(xué)粘砂的防止措施：1.采用特種砂（如鉻鐵礦砂、鉻鎂石砂等堿性或中性砂粒，以及高純度硅砂。2.刷涂料3.采用高耐火度低燒結(jié)溫度的粘土第2章金屬-鑄型的界面作用及鑄件缺陷控制2.4氣體和侵入性氣孔一、鑄型中的氣體及氣孔種類氣體主要組成：H2，CO以及CO2，甲烷，N2，O2等，對濕型還有水蒸汽。根據(jù)氣孔的形成條件將氣孔分兩類：反應(yīng)性氣孔—由金屬-鑄型界面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而形成的氣孔侵入性氣孔—濕型中氣體在氣壓作用下直接侵入金屬液形成的氣孔二、侵入性氣孔

1.形成條件P（氣）＞P（靜）+P（腔）+

P（阻）P（腔）P（靜）P（阻）P（氣）P（氣）-界面上氣泡所在處的過剩壓力（界面處的局部氣壓）P（靜）-ρghP（腔）-型腔內(nèi)氣體壓力P（阻）-氣體進(jìn)入金屬液內(nèi)所需克服的阻力，取決于金屬液的表面張力、凝固的程度及粘度等。第2章金屬-鑄型的界面作用及鑄件缺陷控制2.4氣體和侵入性氣孔一、鑄型中的氣體及氣孔種類二、侵入性氣孔1.形成條件2.形成機(jī)理

第2章金屬-鑄型的界面作用及鑄件缺陷控制2.4氣體和侵入性氣孔二、侵入性氣孔3.防止措施①減少砂型（芯）在澆注時(shí)的發(fā)氣量②增加鑄型透氣性。如扎出氣孔，使用空心或中間填焦炭塊的砂芯，適當(dāng)提高澆注溫度同時(shí)注意引氣等。③提高氣體進(jìn)入金屬液的阻力。如保證直澆道高度和金屬液面上升速度，避免大平面水平澆注，型芯表面刷涂料等。

第2章金屬-鑄型的界面作用及鑄件缺陷控制2.4氣體和侵入性氣孔2.6鑄件表面合金化鑄件表面合金化（鑄滲現(xiàn)象）：是利用金屬－鑄型間的相互作用使鑄型表面涂料層中的合金元素滲入到鑄件表面形成一層合金層。作用：根據(jù)滲入合金的特性，這層合金層可以改善鑄件的耐磨、耐熱、耐蝕及其它性能，并從而提高鑄件的使用壽命。鑄件表面合金化的獲取方法

1.表面孕育法：在鑄型的特定部位涂上含有合金元素或其氧化物的涂料，利用金屬液的熱量，使合金元素熔化并彌散到金屬液中，從而在鑄件表面形成合金化層并獲得所需要的特定性能。如：拖拉機(jī)履帶板上的小孔是磨損嚴(yán)重的部位。在形成小孔的砂芯表面涂刷含粉狀鉻鐵合金的涂料，可以大大提高小孔的耐磨性2.6鑄件表面合金化缺點(diǎn)：涂料中合金元素的熔化及擴(kuò)散受鑄件熱容量及生產(chǎn)條件的限制，合金化層的深度很不穩(wěn)定；合金元素常被氧化；用來使金屬氧化物還原(再擴(kuò)散到金屬液中去)的還原劑渣化，也影響合金化層的深度和質(zhì)量。2.鑄滲法在鑄型腔表面涂敷一層高硬度物質(zhì)(如WC、TiC、SiC、剛玉等)，澆注后，金屬液滲入涂敷層中并在高硬度(高溶點(diǎn))物質(zhì)顆粒間凝固，從而把它們保持下來，形成硬化層。缺點(diǎn)：如果金屬液和高硬度物質(zhì)之間潤濕性差，結(jié)合力弱，則在使用中后者往往容易脫落；生產(chǎn)中為了使高硬度物質(zhì)粘附在型腔壁上，有時(shí)使用鐵絲網(wǎng)，這樣可能使表面硬化層達(dá)不到所要求的厚度；有時(shí)表面硬化層還含有渣化了的粘結(jié)劑或者產(chǎn)生氣孔，從而難于獲得穩(wěn)定的表面硬化層。3.金屬涂敷鑄造法－鑄件表面合金化

比較上述二種方法認(rèn)為：

(1)為了得到穩(wěn)定的(硬度和厚度)表面層，讓金屬滲透到涂敷層中并形成合金化組織比合金元素在金屬液中擴(kuò)散并形成彌散的組織好。(2)涂料層中不應(yīng)含有渣化物質(zhì)。(3)為便于調(diào)節(jié)表面層的厚度，要采用粘結(jié)劑。而且為避免粘結(jié)劑渣化和保證涂層中有較多的孔隙以便金屬液滲入其中，最好使用有機(jī)粘結(jié)劑。(4)所選用的合金元素應(yīng)能為滲透到涂層中的金屬液所熔化并與金屬液合金化。為此，所配制的涂料必須能在澆注