材料成型工藝學(xué)復(fù)習(xí)資料

第一章：金屬液態(tài)成型概述

1.金屬液態(tài)成型工藝特點(diǎn)？舉例說(shuō)明這些特點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn):

⑴適應(yīng)性強(qiáng)：鑄造方法不受零件大小、形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度的限制。重量：小到幾克，大到數(shù)百噸:

尺度：壁厚從0.5mm到1m左右：長(zhǎng)度：從幾亳米到十幾米：材質(zhì)：鑄造適用于各種合金，如常用的

鐵碳合金、銅合金、鐵合金、鋁合金等.

⑵尺寸精度：一般情況下，鑄件比鍛件，焊接件的尺寸精度高，更接近于零件的尺寸，

可節(jié)約大量的金屬材料和加工工時(shí)。

⑶成本低：鑄件重量在一般機(jī)械裝備總重量中占比高，而成本占總成本的低。

不足:

①?gòu)U品率較高，由于液態(tài)金屬成型工藝過(guò)程涉及的工序較多，每道工序過(guò)程難以精確控制：

②存在結(jié)構(gòu)缺陷，液態(tài)金屬成形件一般組織疏松，品粒粗大，鑄件內(nèi)部有時(shí)出現(xiàn)縮孔、縮松、裂紋、

偏析等缺陷，導(dǎo)致鑄件的某些力學(xué)性能降低；

③生產(chǎn)環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度高，對(duì)周圍環(huán)境污染嚴(yán)重。

第二章：金屬液態(tài)成形工藝原理

1.液態(tài)金屬充型過(guò)程有哪些水力學(xué)特點(diǎn)？

①多相黏性流動(dòng)。液態(tài)金屬中存在夾雜物（固相）和氣體（氣相），金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，金屬

鍵被部分破壞，原子之間仍然保持一定的結(jié)合力，因此液態(tài)金屬在流動(dòng)過(guò)程中有內(nèi)摩擦阻力，

呈現(xiàn)粘性流動(dòng)的水利學(xué)特點(diǎn)。

②不穩(wěn)定流動(dòng)。充型過(guò)程中液態(tài)金屬的流速、流態(tài)在不斷變化，即存在流路截面變化，流路方向

變化，流路溫度變化。

③紊流流動(dòng)。在澆注系統(tǒng)中，即使D很?。ㄈ缛?.4cm）,在保證充型的最低流速下，其雷諾

數(shù)也大于Rc臨。所以：金屬液在澆注系統(tǒng)中的流動(dòng)為素流流動(dòng)。又由于澆注系統(tǒng)流路回轉(zhuǎn),

使紊流程度加重。

④（非封閉流動(dòng)）在“多孔管”流動(dòng)。澆注系統(tǒng)及鑄型的型腔都具有一定的透氣性，充型過(guò)程中

金屬液體就像在“多孔管”中流動(dòng)

2.液態(tài)金屬充型過(guò)程水力學(xué)計(jì)算的重要性和主要依據(jù)是什么？

重要性：保證液態(tài)金屬充型過(guò)程中內(nèi)澆道截面具有一定的流速，使金屬液能充滿型腔，是合理設(shè)計(jì)澆注

系統(tǒng)的依據(jù)。（澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程就是水力學(xué)計(jì)算的過(guò)程）

主要依據(jù)：伯努利方程（能量守恒方程），奧贊公式。

3.奧贊公式的意義和成立條件

m

公式為

P〃t2gH均

其中F為一一內(nèi)澆道的截面積:

m——充填鑄型所需金屬液的質(zhì)量:

P一一金屬液密度；

K——流量系數(shù)；

t一一填充時(shí)間：

H均——充型過(guò)程平均靜壓頭；

意義：是澆注系統(tǒng)計(jì)算的基本公式,反應(yīng)了以上幾個(gè)變量之間的關(guān)系，為合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)提供了依據(jù)。

成立條件：A.澆注系統(tǒng)為充滿流動(dòng)：封閉式澆注系統(tǒng)：對(duì)于開放式的型腔液面要淹過(guò)內(nèi)澆道。

B.澆口杯液面保持不變。

C.型腔內(nèi)壓力與外界相同，即砂型透氣性要好，有排氣孔

4.什么是液態(tài)金屬充型能力,它與液態(tài)金屬的流動(dòng)性有什么區(qū)別與聯(lián)系？

液態(tài)金屬的充型能力：液態(tài)金屬充滿鑄型的型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰的鑄件的能力。

區(qū)別與聯(lián)系：①流動(dòng)性是合金及金屬的流動(dòng)能力，是決定液態(tài)金屬充型能力的內(nèi)因，起主導(dǎo)作用，即

流動(dòng)性是充型能力的量度：

②液態(tài)金屬的充型能力不僅受流動(dòng)性的影響，鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄型（件）結(jié)構(gòu)等

都會(huì)影響金屬液的充型能力。

如何測(cè)量流動(dòng)性：以螺旋形流動(dòng)性試樣的長(zhǎng)度來(lái)衡量。

5.說(shuō)明液態(tài)金屬充型過(guò)程停止流動(dòng)機(jī)理是什么？

①對(duì)于純金屬，共晶合金或結(jié)晶溫度范圍很窄的合金，流動(dòng)過(guò)程中間卡住。它們的結(jié)晶特點(diǎn)是在一定的溫

度點(diǎn)開始凝固，當(dāng)具有一定的過(guò)熱度的液態(tài)金屬在管道中流動(dòng)時(shí)，靠近管壁的液態(tài)金屬首先達(dá)到凝固溫度

并開始在管壁上凝固，一般是以柱狀晶從管壁向里推進(jìn)，而中心的過(guò)熱液態(tài)金屬可以繼續(xù)向前流動(dòng)，而且能

夠全部或部分地熔化正在生長(zhǎng)的柱狀晶，當(dāng)流動(dòng)的液態(tài)金屬的過(guò)熱度散失殆盡，柱狀晶一直生長(zhǎng)到中心，液

態(tài)金屬因流動(dòng)前端的后部被堵塞而停止流動(dòng)。

②寬結(jié)晶溫度范圍合金，流動(dòng)過(guò)程前端阻塞。結(jié)晶特點(diǎn)是在一定的溫度范圍內(nèi)開始凝固。具有一定過(guò)熱度

的液態(tài)金屬在管道中流動(dòng)，不斷接觸管壁的液態(tài)金屬前端首先達(dá)到凝固溫度，并開始有部分的固相以枝晶

析出。此時(shí)液態(tài)金屬中雖然有部分固相，但還可以繼續(xù)向前流動(dòng)，但流動(dòng)阻力越來(lái)越大，流動(dòng)速度逐漸減慢。

當(dāng)液態(tài)金屬前端區(qū)域的固相析出量在15-20%左右時(shí)，在流動(dòng)的前端被堵塞而停止流動(dòng)。（所以用結(jié)晶溫度較

寬的合金鑄造時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高澆注溫度，對(duì)液態(tài)金屬進(jìn)行凈化處理，改善鑄型條件，才能獲得表面質(zhì)量好的

鑄件）

（所以結(jié)論是：純金屬、共晶合金的流動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，流動(dòng)性好，充型能力強(qiáng)：結(jié)晶溫度范圍較寬的合金

流動(dòng)時(shí)間相對(duì)較短，流動(dòng)性差，充型能力弱。）

影響停止流動(dòng)/充型能力的因素：合金本身性能、鑄型條件、澆注工藝。

（提高充型能力的）措施：①合金方面：選擇共品或結(jié)晶溫度范圍窄的合金，提高液態(tài)金屬的純凈度。

②鑄型方面：刷保溫涂料。

③澆注工藝：適當(dāng)提高澆注溫度，調(diào)整澆注位置，提高澆注壓頭。

6.金屬凝固動(dòng)態(tài)曲線意義是什么？

定義：根據(jù)凝固體斷面各位置的溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線，在位置與時(shí)間的坐標(biāo)圖上繪制成的凝固體典型溫

度的連線圖稱為凝固動(dòng)態(tài)曲線C

如何獲得：在凝固體斷面間隔一定距離放置熱電偶，由儀器直接記錄T—1曲線，將其投影到位置一時(shí)間圖

中，將不同位置、不同時(shí)間達(dá)到同一溫度的各點(diǎn)連接起來(lái)，即得凝固動(dòng)態(tài)曲線。

意義：①根據(jù)凝固動(dòng)態(tài)曲線，可以推斷凝固體斷面不同時(shí)刻的凝固狀態(tài)和凝固區(qū)的寬窄（范圍），由凝固區(qū)

的寬窄可判斷斷面的凝固方式，不同的凝固方式對(duì)鑄件組織狀態(tài)和缺陷產(chǎn)生有直接影響。

②由凝固動(dòng)態(tài)曲線，可以確定某一位置。在某一時(shí)刻處于哪個(gè)相區(qū)（L相區(qū)，L-S相區(qū)，S相區(qū)），從

而合理制定澆注工藝。

課后附題：金屬液態(tài)成形方法中，哪種方法生產(chǎn)的鑄件尺寸精度高？哪種方法生產(chǎn)的鑄件產(chǎn)量最大？

答：壓力鑄造（有色金屬）和熔模鑄造（鋼）尺寸精度最高：

砂型成形生產(chǎn)的鑄件產(chǎn)量最大。

第三章：金屬液態(tài)砂型成形工藝

1.砂型鑄造時(shí)，鑄件鑄型界面存在哪些作用，這些作用對(duì)鑄件質(zhì)量（表面、內(nèi)部、尺寸）

的影響？

①熱作用一一傳熱、傳質(zhì)。在金屬和砂型間有熱交換、水分和氣體遷移、砂型膨脹。鑄件容易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤

缺陷。

②機(jī)械作用一一沖擊、沖刷、靜壓力。如果砂型表層強(qiáng)度不夠，金屬液籽沖壞型壁，使鑄件產(chǎn)生表面缺陷：

如果砂型整體強(qiáng)度不夠，型壁在金屬液靜壓力作用下發(fā)生移動(dòng)，鑄件產(chǎn)生尺寸誤差缺陷（脹箱、肥大）。

③化學(xué)和物理化學(xué)作用一一造型材料本身、造型材料與液態(tài)金屬發(fā)生化學(xué)和物理化學(xué)反應(yīng)。造型材料自身

的分解和化學(xué)反應(yīng)，可改變界面氣氛和壓力，鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷；

金屬液與造型材料起化學(xué)和物化反應(yīng)，使鑄件產(chǎn)生粘砂、表面成分改變、氣孔等缺陷。

2.濕砂型在澆注金屬時(shí)會(huì)發(fā)生何種現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對(duì)砂型有何影響，對(duì)鑄件質(zhì)量有何影響？

答：水分遷移、砂型膨脹、產(chǎn)生氣體、化學(xué)反應(yīng)。

影響：

①水分遷移:在液態(tài)金屬熱作用下，界面處的水分向鑄型內(nèi)部遷移，使砂型形成干砂區(qū)、水分飽和凝聚區(qū)、

水分未飽和凝聚區(qū)、正常區(qū)4個(gè)區(qū)域，其中干砂區(qū)含水幾乎為0,但強(qiáng)度很高：水分飽和凝聚區(qū)含水量很多，

但強(qiáng)度很低：當(dāng)水分飽和凝聚區(qū)抗壓強(qiáng)度低時(shí)，會(huì)使干砂區(qū)向砂型內(nèi)部移動(dòng)形成鑄件的脹砂缺陷：當(dāng)水分飽

和凝聚區(qū)抗拉強(qiáng)度低時(shí)，干砂區(qū)易脫離進(jìn)入金屬液中，形成夾砂結(jié)疤。

②砂型膨脹:在液態(tài)金屬熱作用下，砂型內(nèi)外溫度不同，形成了溫度梯度，同時(shí)使砂型各處的熱膨脹量不同，

干砂區(qū)溫度最高，熱膨脹量最大，但由于鑄件與砂箱限礙作用，使砂型內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，砂型表面會(huì)翹起或

凸起，使鑄件產(chǎn)生鼠尾、夾砂結(jié)疤、毛翅等膨脹類缺陷。

③產(chǎn)生氣體:（侵入性氣體，造型材料自身分解或反應(yīng)生成的氣體；反應(yīng)性氣體，造型材料與金屬液發(fā)生反

應(yīng)生成的氣體）。澆筑時(shí)產(chǎn)生的氣體會(huì)改變鑄件砂型表面的氣第，影響鑄件凝固過(guò)程和鑄件質(zhì)量。如氧化性

氣第利于金屬液向砂型中滲透，易產(chǎn)與粘砂缺陷，鑄件表面易脫碳，而還原性氣第可防止化學(xué)粘砂，澆注時(shí)

產(chǎn)生的大量'I體還可使鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷

④化學(xué)反應(yīng):對(duì)于砂型，金屬氧化物與原砂、粘土反應(yīng)生成硅酸鐵降低型砂中有效粘土、原砂的含量，使型

砂耐火度和強(qiáng)度降低：對(duì)于鑄件，化學(xué)反應(yīng)改變了其成分，同時(shí)發(fā)生化學(xué)粘砂，降低其表面?zhèn)闪?，增大清?/p>

難度，不利于機(jī)械加工。

3.三砂兩孔缺陷的特點(diǎn)，形成機(jī)理，影響因素，防止措施。

?夾砂：

>特點(diǎn)：型壁表面呈帶狀凸起后砂層破裂，但未折斷

>形成機(jī)理：澆筑過(guò)程中，砂型表而被加熱，里外層產(chǎn)生溫度差，產(chǎn)生水分遷移現(xiàn)象，形成了干砂區(qū)

和凝聚區(qū)，由于各層的膨脹量不同，干砂區(qū)和水分飽和凝聚區(qū)將產(chǎn)生相對(duì)滑移的趨勢(shì)，當(dāng)M區(qū)的抗

拉強(qiáng)度較低時(shí)，干砂區(qū)就會(huì)凸起導(dǎo)致分層，嚴(yán)重時(shí)砂層破裂金屬液進(jìn)入層間孔隙而形成夾砂缺陷

>影響因素：干砂區(qū)的熱應(yīng)力越小，水分飽和凝聚區(qū)的抗拉強(qiáng)度越大，越容易產(chǎn)生

>防止措施：

①造型材料方面：

1.使用粒度分散的原砂，并控制起SiO2的含量

2.使用Na/Ca基膨潤(rùn)土做粘結(jié)劑可以提高熱濕拉強(qiáng)度

3.加附加物，如煤粉，渣油

4.控制型砂含水量，降低含泥量

②工藝方面：

1.縮短澆注時(shí)間，盡快充型

2.合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和澆注位置，大平面避免平澆

3.排氣通暢

4.緊實(shí)均勻，不宜過(guò)大

?粘砂：（機(jī)械/化學(xué)粘砂）

>特點(diǎn)：砂粒或含砂物質(zhì)粘附在鑄件表而難以消除

>形成機(jī)理：機(jī)械粘砂：根據(jù)毛細(xì)理論，將型砂表而砂粒間的微孔看成是直徑細(xì)小的毛細(xì)管，金屬液

滲入微孔中便形成機(jī)械粘砂。

化學(xué)粘砂：金屬氧化物滲入砂型微孔中并與砂粒起反應(yīng)

>影響因素：

①機(jī)械粘砂：

1.金屬液凝固時(shí)間：澆注溫度越高，鑄件熱節(jié)越大，則金屬對(duì)砂型的熱作用時(shí)間越長(zhǎng)

2.砂型特點(diǎn)，孔尺寸大，激冷能力越弱，蓄熱量越小，發(fā)氣量越小

3.界面特性：金屬液的表面張力及其與砂型的潤(rùn)濕性影響到粘砂的產(chǎn)生，金屬液潤(rùn)濕砂型，則P臨

降低，金屬易于滲入，這是表而張力越大，滲入越深

4.金屬液靜壓力：砂型某部位的金屬液靜壓力與鑄件高度和澆注位置有關(guān)，金屬液靜壓力大的部位

容易產(chǎn)生粘砂

②化學(xué)粘砂：氧化氣氛和熱作用

>防止措施：

①機(jī)械粘砂：

L縮小砂型孔隙：使用細(xì)沙或刷涂料

2.縮短金屬液對(duì)砂型的熱作用時(shí)間：適當(dāng)降低澆注溫度，使用激冷材料

3.加附加物改善界面潤(rùn)濕條件

4.調(diào)整液態(tài)金屬的靜壓力

②化學(xué)粘砂：

1.控制氧化層，加入附加物產(chǎn)生還原性氣氛，降低澆注溫度，加入氧化鐵粉等氧化劑

2.控制燒結(jié)層，加入附加物不被潤(rùn)濕，使用非石英砂非石英質(zhì)涂料

?脹砂：

>特點(diǎn)：砂型膨脹導(dǎo)致鑄件尺寸變大

>形成機(jī)理：砂型受熱膨脹，在金屬液澆注凝固后，鑄件依照脹的箱凝固，造成鑄件尺寸變大，嚴(yán)重

時(shí)鑄件報(bào)廢（當(dāng)水分飽和凝聚區(qū)的抗壓強(qiáng)度較低時(shí)會(huì)使干砂區(qū)向砂型內(nèi)移動(dòng)，形成脹砂缺陷）

>影響因素：原砂、型砂含水量

>防止措施：

1選用熱膨脹系數(shù)小的鎂砂或錯(cuò)砂

2增加砂型的排氣能力

3適當(dāng)降低砂型的含水量

4緊實(shí)均勻，緊實(shí)度不宜過(guò)大

?氣孔

>特點(diǎn)：澆注時(shí)產(chǎn)生的大量氣體未來(lái)得及排出

>侵入性氣孔

>特點(diǎn)：1數(shù)量少，體積大

2孔壁光滑，表面氧化

3梨形、橢圓形

>形成機(jī)理：在鑄件/砂型界面處，Pr>P^+PBI+P腔時(shí)，氣體就會(huì)侵入到金屬液中形成氣

泡，隨著金屬液的凝固，來(lái)不及上浮的氣泡就形成氣孔

>膨響因素：1砂型的發(fā)氣性、透氣性

2液態(tài)金屬的性質(zhì)：表面張力，潤(rùn)濕性等

3澆注條件

>防止措施：1控制砂型的發(fā)氣性減少發(fā)氣物質(zhì)，減低發(fā)氣溫度

2增加砂型的透氣性，扎氣眼，設(shè)置排氣道等

3降低澆注溫度

?沙孔

>特點(diǎn)：在鑄件表面或內(nèi)部充定著型秒

>形成機(jī)理：I散落砂，未清理干凈或合箱搬運(yùn)中出現(xiàn)掉砂

2沖砂金屬液的沖擊或者沖刷使砂型脫落，這些砂塊在金屬液凝固前未

浮到冒口或積秒孔內(nèi)，就會(huì)產(chǎn)生砂眼

>影響因素：落砂、沖砂

>防止措施：

1提高型砂的表面強(qiáng)度刷涂料，改進(jìn)型砂配方

2合理設(shè)置澆注系統(tǒng)和冒口，采用緩流，底注式澆注系統(tǒng)，設(shè)置排渣冒口

3嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，清理落砂

4.濕砂型的型砂要求具備哪些工藝性能，這些性能對(duì)鑄件質(zhì)量有什么影響？

工藝性能：

四個(gè)基本性能：濕態(tài)強(qiáng)度、透氣性、流動(dòng)性、可塑性與韌性；

一個(gè)綜合性能：干濕程度。（另外還有抗夾砂結(jié)疤能力，抗粘砂能力。）

對(duì)鑄件質(zhì)量影響：

①溫態(tài)強(qiáng)度：如果型砂的濕態(tài)強(qiáng)度過(guò)低，可能造成砂型的破損，甚至福箱，澆注時(shí)型砂表面可能被金屬液

沖壞、型壁移動(dòng)，使鑄件產(chǎn)生砂眼、脹箱和跑火缺陷：如果型砂的濕態(tài)強(qiáng)度太高，則型砂的退讓性差,

易產(chǎn)生裂紋，潰散性也差，使鑄件落砂困難，增加了清理工作量。

②透氣性：如果砂型透氣性差，會(huì)使鑄件產(chǎn)生氣孔、澆不足等缺陷，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)嗆火：如果型砂透氣性

太好，型砂微孔的尺寸較大，鑄件易產(chǎn)生表面粗糙和粘砂缺陷。

③流動(dòng)性：流動(dòng)性好的型砂可形成緊實(shí)度均勻、輪廓清晰、表面光潔的型腔，造型效率高。

④可塑性與韌性：可塑性好的型砂，造型、起模、修型方便，鑄件表面質(zhì)量好。韌性好的型砂起模性好，

型砂不易損壞，型腔輪廓清晰造型效率高。

⑤干濕程度：干濕程度過(guò)濕，鑄件易產(chǎn)生夾砂結(jié)疤、氣孔、張砂和澆不足等缺陷：干濕程度過(guò)干，則易產(chǎn)

生沖砂和砂眼缺陷；所以要有一個(gè)適宜的干濕程度。

5.什么叫型砂的最適宜水分，用緊實(shí)率判斷型砂干濕程度有何優(yōu)點(diǎn)，如何測(cè)定緊實(shí)率？

答：將緊實(shí)率控制在最適宜干濕程度下的型砂水分稱為最適宜水分。

優(yōu)點(diǎn)：

①緊實(shí)率對(duì)型砂的干濕程度敏感，能夠真實(shí)反映型砂水分的變化，型砂水分增加I,緊實(shí)率也

增大。

②緊實(shí)率可以反映型砂成分，型砂中泥分增加則緊實(shí)率下降。

③可以反映混砂效果，混砂均勻度增加則緊實(shí)率也增加。

④緊實(shí)率易于測(cè)試，將測(cè)試裝置安裝在混砂機(jī)上，實(shí)時(shí)調(diào)整水分加入量，實(shí)現(xiàn)型砂性能的在

線控制。

測(cè)定：緊實(shí)率是指型砂被緊實(shí)前后的體枳變化率

型砂被緊實(shí)的體積

x100%

型砂緊實(shí)前體積

緊實(shí)率是在三錘制樣機(jī)上或SYY液壓制樣機(jī)上進(jìn)行測(cè)定，按下式計(jì)算:

緊實(shí)距離h

緊實(shí)率=x100%

試樣筒高度H

由于標(biāo)準(zhǔn)筒高度H=100mm,所以緊實(shí)率=h%

6.原砂有哪些性能，對(duì)型砂性能有何影響？

性能主要包括：含泥量、顆粒組成、顆粒形貌、礦物組成和需酸量。

對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：

①含泥量：直徑小于0.022mm的顆粒所占質(zhì)量份額。含泥量增多，透氣性下降，易產(chǎn)生氣孔缺陷；其他條件

相同時(shí)，含泥量增多，抗壓強(qiáng)度提高；若泥分中不含黏土礦物，含泥量增多，型砂變脆，起模性變差。

②顆粒組成：包括兩個(gè)概念：砂粒粗細(xì)程度和砂粒粗細(xì)分布的集中程度，砂粒越集中，熱膨脹大，易產(chǎn)生膨

脹類缺陷。

③顆粒形貌：對(duì)濕砂型而言,通常選用圓形砂,有利于粘結(jié)劑更有規(guī)則和均勻的分布，使砂粒間能形成較好的

粘結(jié)膜，另一方面，圓形砂流動(dòng)性好，易緊實(shí),可得到較高濕態(tài)強(qiáng)度和適宜的透氣性.

④礦物組成:石英眇的礦物成分主要是石英，，二氧化硅含量越高，型矽的耐火度越高。

⑤需酸量：需酸值是原砂中含有的與酸反應(yīng)的物質(zhì)表征，需酸值高，會(huì)影響樹脂砂的硬化性能和終強(qiáng)度。

7.粘土的礦物成分，粘土礦物晶體結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單位，膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能。

成分：各類粘土礦物主要是含水鋁酸鹽niAiq,?nSiO?-xll20

高嶺石：ALOa?2Si02-21120蒙脫石：A1A?4SiO2-H20?磯0

基本結(jié)構(gòu)單元：硅氧四面體、鋁氧八面體。普通粘土（高嶺石）：1:1型兩層結(jié)構(gòu)的粘土礦物，由一層硅氧

四面體和一層鋁氧八面體組成：膨潤(rùn)土（蒙脫石）：2:1型三層結(jié)構(gòu)的咕土礦物，由兩層硅氧四面體，中間

夾著一層鋁氧八面體組成。

膨潤(rùn)土吸水膨脹性大、加熱體積變化大、粘結(jié)性大。納基膨潤(rùn)土和鈣基膨潤(rùn)土能提高型砂韌性和抗夾砂結(jié)疤

能力，鈣基膨潤(rùn)土還可以使型砂易混微、流動(dòng)性好、潰散性好。

8.濕砂型的型砂含有哪些成分，回用砂中為什么要加入新砂、黏土和煤粉？

?成分：有效黏土、有效煤粉、有害成分、泥分。

?對(duì)型砂性能、鑄件質(zhì)量影響：

①有效黏土：有效黏土含量過(guò)高，型砂流動(dòng)性下降，砂型緊實(shí)不均勻；有效黏土含量不足，砂型強(qiáng)度降低，

鑄件易產(chǎn)生沖砂、夾砂結(jié)疤缺陷。

②有效煤粉：有效煤粉含量主要影響粘砂、夾砂結(jié)疤的防止效果，含量太少時(shí)效果不明顯。

③有害成分：包括失效黏土、煤粉殘焦和灰分等。有害成分降低型砂強(qiáng)度、透氣性，造成砂粒酗化，導(dǎo)致型

砂耐火度下降，粘砂傾向增大；但同時(shí)砂型可塑性增加，夾砂結(jié)疤傾向減小。

④泥分：包括型砂中的有效黏土，有效煤粉，有害成分以及原砂中的泥分。含泥量高，型砂的透氣性和耐火

性下降：含水量增加，將增加鑄件產(chǎn)生氣孔和粘砂缺陷的傾向。含泥量低，表明型砂中的有效黏土和有效煤

粉量少，型砂的強(qiáng)度卜.降，增加鑄件產(chǎn)生夾砂結(jié)疤和砂眼缺陷的傾向。

?砂型經(jīng)過(guò)澆注，型腔的表面層受到金屬液的強(qiáng)烈熱作用，型砂成分將發(fā)生變化，如黏土和煤粉的燒損、

泥分的增加等。所以回用砂中要補(bǔ)加一定量的新砂、黏土和煤粉，以保證型砂性能不變，也就是要控制

型砂的成分。另外，補(bǔ)加一定量新砂可以防止砂粒過(guò)度酗化。

9.酸催化劑樹脂自硬砂有何特點(diǎn)，使用何種樹脂和催化劑，如何控制自硬砂的硬化速度和硬化強(qiáng)度？（此

題要求記下硬化曲線，并能自己理解

說(shuō)出來(lái)）

?特點(diǎn)：

①型（芯）砂常?溫固化，無(wú)需加熱，節(jié)省能源,

可使用塑料模、木模：

②型（芯）砂強(qiáng)度高，潰散性好：

③即可造型，又能制芯：

④鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好：

⑤對(duì)原砂質(zhì)量要求高，樹脂、固化劑價(jià)格高；

⑥舊砂可再生回用，利于降低成本：

硬化時(shí)間

⑦型砂性能對(duì)環(huán)境（溫度、濕度）敏感：t「樹脂與催化劑接觸3-混眇結(jié)束t：-緊實(shí)結(jié)束t廠可使用時(shí)間

t「全固化開始t「起模時(shí)間t「達(dá)到最高強(qiáng)度時(shí)間

⑧特別適合單件小批中大鑄件的生產(chǎn)C

?樹脂：吠喃樹脂、熱固性酚醛樹脂。（根據(jù)吠喃樹脂的多少，分為無(wú)氮吠喃樹脂、低氮吠喃樹脂、中氮

吠喃樹脂和高氮吠喃樹脂。）

?催化劑：硫酸乙酯、苯磺酸、對(duì)甲茉磺酸、磷酸等顯性催化劑。（合理選擇催化劑，催化劑的酸性越強(qiáng)，

樹脂砂的硬化反應(yīng)越快，終強(qiáng)度越低。）

?從以下方面控制自硬砂的硬化速度和硬化強(qiáng)度

（1）原砂的性能:原砂需干、凈、圓、需酸值低，可以在保證硬化速度的前提下，有較高的硬化強(qiáng)度。

（2）樹脂和催化劑:樹脂含N量不同，其高溫性能也不同，樹脂的黏度不同會(huì)影響硬化過(guò)程，

催化劑的酸性越強(qiáng)，硬化反應(yīng)越快，但終強(qiáng)度也越低，催化劑加入量不足，硬化慢，強(qiáng)度低；

過(guò)高又會(huì)使樹脂膜焦化，強(qiáng)度明顯下降。

（3）環(huán)境的溫度和濕度:溫度高硬化反應(yīng)快，強(qiáng)度不高;濕度高，反應(yīng)慢,

（4）根據(jù)硬化特性曲線，希望可使用時(shí)間較長(zhǎng)，起模時(shí)間要短，13/15越大越好。

所以要合理選擇原砂,加入適量樹脂和適合的催化劑及用量，在環(huán)境溫度和濕度適宜時(shí)盡量縮減混診時(shí)

間，從而控制硬化速度和硬化強(qiáng)度。

10.說(shuō)明夾砂結(jié)疤產(chǎn)生的機(jī)理及主要防止措施。

產(chǎn)生機(jī)理:澆注過(guò)程中，砂型表面被金屬液烘烤加熱(主要是熱輻射)，使砂型產(chǎn)生溫度差，產(chǎn)生水分遷移現(xiàn)

象，形成了干砂區(qū)和水分飽和凝聚區(qū)。由于砂型里外層溫度不同而使各層的膨脹量不同，梏干砂區(qū)膨脹受阻

時(shí)就形成較大的熱壓應(yīng)力。在這種情況下，干砂區(qū)和水分飽和凝聚區(qū)將產(chǎn)生相對(duì)滑移的趨勢(shì)，當(dāng)水分飽和凝

聚區(qū)的抗拉強(qiáng)度較低時(shí)，干砂區(qū)就會(huì)凸起導(dǎo)致分層，嚴(yán)重時(shí)砂層破裂，金屬液進(jìn)入層間空隙形成夾砂缺陷，

如果金屬液將凸起的砂層沖斷，在砂層折斷部位就形成結(jié)疤缺陷。

?主要防止措施:①造型材料方面：

(1)使用粒度分散的原砂，并控制起SQ的含量；

(2)使用Na/Ca基膨潤(rùn)土做粘結(jié)劑可以提高熱濕物.強(qiáng)度：

(3)加附加物,如煤粉,渣油；

(4)控制型砂含水量，降低含泥量。

②工藝方面：

(D縮短澆注時(shí)間，盡快充型：

(2)合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和澆注位置，大平面避免平澆

(3)排氣通暢；

(4)緊實(shí)均勻，不宜過(guò)大。

笫四章：金屬液態(tài)成型特種工藝

1.連鑄坯的凝固過(guò)程有何特點(diǎn)？電磁攪拌技術(shù)對(duì)連鑄坯質(zhì)量有什么主要影響？

特點(diǎn)：

①鋼液表面有保護(hù)渣，主要通過(guò)結(jié)晶器散熱：

②結(jié)晶器上部有渣膜(潤(rùn)滑膜)保護(hù)，不與鋼液直接接觸。結(jié)晶器下部已凝固成殼，中間有氣隙：

③鋼坯內(nèi)部有很深的液心；

④鑄坯斷而多為向心柱狀晶。

結(jié)晶器采用電磁攪拌:促進(jìn)鋼水的運(yùn)動(dòng)，加速結(jié)晶器內(nèi)外傳熱，消除了初生坯殼局部生長(zhǎng)不均勻的現(xiàn)象，并

促進(jìn)夾雜物上浮，防止裂紋、凹陷等缺陷的產(chǎn)生，對(duì)連鑄坯的表面及皮下質(zhì)量有著良好的作用。而且還可以

提高鑄坯等軸晶率和減輕鑄坯的中心偏析

二冷段采用電磁攪拌:凝固界面前沿綱水運(yùn)動(dòng)快，這種強(qiáng)烈的運(yùn)動(dòng)沖刷使枝晶的生長(zhǎng)受到抑制，因此由于冷

卻不均勻形成的枝品快速生長(zhǎng)搭橋現(xiàn)象消除了，“小鑄錠”現(xiàn)象也隨之消除，內(nèi)部縮孔縮松偏析也就不存在了

凝固末端電磁攪拌:可以改善大方坯中心區(qū)域的V形偏析和中心縮松。

總之，在電磁攪拌作用下，無(wú)論是結(jié)晶器內(nèi)，二冷區(qū)及二冷末端，都起了促進(jìn)鑄坯內(nèi)鋼液流動(dòng)的作用，因此

加強(qiáng)了鑄坯的熱交換，使傳熱和傳質(zhì)發(fā)生了很大變化，使凝固的最終組織的得到了改善。

2.連鑄坯的主要缺陷有哪幾種類型？影響連鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量的因素是什么？有何防止措施？

①表面缺陷。包括裂紋、氣孔、夾渣、震痕、凹陷和成分偏析：

②內(nèi)部缺陷。包括裂紋、氣孔、夾渣、中心縮孔和中心縮松、成分偏析。

表面:（表面缺陷主要考慮結(jié)晶器內(nèi)）結(jié)品楷的傳熱性、結(jié)晶器的振動(dòng)、保護(hù)渣等狀態(tài)，結(jié)晶器的倒錐度、

鋼水在結(jié)晶器內(nèi)形成初凝固殼的狀態(tài)是決定鑄坯表面質(zhì)量的關(guān)鍵：

內(nèi)部:（內(nèi)部缺陷主要考慮結(jié)晶器外）特別是二冷段的工序，如強(qiáng)烈的水冷作用，彎曲、矯直或輻子壓力的

作用

措施：（結(jié)晶器、保護(hù)渣、電磁攪拌連鑄工藝（澆鋼溫度、拉坯速度、二冷強(qiáng)度和均勻性））

A.提高表面質(zhì)量：

①控制結(jié)晶器的傳熱，使初凝固殼均勻：②控制結(jié)晶器的振動(dòng)，采用小幅高頻振動(dòng)；

③使用性能好的保護(hù)渣：④優(yōu)化結(jié)晶器結(jié)構(gòu)；

⑤采用電磁攪拌；⑥采用軟接觸電磁連鑄。

B.提高內(nèi)部質(zhì)量：

①控制二冷段的傳熱，使鑄坯均勻凝固，提高等軸晶率；

②降低澆鋼的過(guò)熱度；

③使用性能好的保護(hù)渣，防止鋼水二次氧化和污染：

④控制拉速，保證連鑄機(jī)正常運(yùn)行：

⑤電磁攪拌（二冷段和末端區(qū)）。

3.金屬型鑄造有何優(yōu)越性，為什么金屬型鑄造未能廣泛取代砂型鑄造？

優(yōu)點(diǎn):

①鑄件機(jī)械性能比砂型鑄件高，抗蝕性能和硬度亦顯著提高。這是由于鑄件在凝固時(shí)冷卻速度快，鑄件表層

結(jié)晶組織致密：

②鑄件的精度和表面粗糙度等級(jí)比砂型鑄件高，質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定；

③鑄件的工藝出品率高，一般可節(jié)約金屬液15?3機(jī)；

④節(jié)省造型材料，減輕環(huán)境污染，改善勞動(dòng)條件：

⑤生產(chǎn)效