液态金属铸造成形（第3章）第6讲 粘土湿型铸造.ppt

1、材料科学与工程学院华中科技大学HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY1授课教师：董选普教授 吕书林博士第三讲 各种典型铸造方法砂型铸造主讲：吕书林主讲：吕书林第3章 砂型铸造3.1 3.1 砂型（芯）制造方法砂型（芯）制造方法3.2 3.2 粘土湿型粘土湿型3.3 砂型性能控制3.4 3.4 水玻璃砂型（芯）水玻璃砂型（芯）3.5 3.5 树脂砂型（芯）树脂砂型（芯）3.6 3.6 砂型烘干、合箱、浇注清理（自学）砂型烘干、合箱、浇注清理（自学）湿型造型实例3.2 粘土湿型1.1.引言引言 湿型粘土砂铸造湿型粘土砂铸造是金属铸造行业中最广泛使用的

2、造型方法，占总产量的是金属铸造行业中最广泛使用的造型方法，占总产量的70-80%70-80%。 湿型粘土砂被成功应用于湿型粘土砂被成功应用于铁合金铁合金（铁，钢）与（铁，钢）与非铁合金非铁合金（铝、铜、黄铜）的铸造（铝、铜、黄铜）的铸造生产中，可用于生产生产中，可用于生产中中、小小以及以及大批量尺寸精确大批量尺寸精确的铸件。的铸件。2 2、粘土砂类型、粘土砂类型按砂型在合箱和浇注时的状态按砂型在合箱和浇注时的状态（1 1）湿砂型、湿型湿砂型、湿型：不烘干。：不烘干。 湿型使用最广泛、最简便，但是对于大件、厚件不适合，容易产生铸湿型使用最广泛、最简便，但是对于大件、厚件不适合，容易产生铸造缺陷。

3、造缺陷。（2 2）干砂型、干型干砂型、干型：合箱前烘干。合箱前烘干。 干型强度高，气体少，退让性差，成本高，周期长。干型强度高，气体少，退让性差，成本高，周期长。（3 3）表面干型表面干型：在浇注前对型腔表层烘干，厚度在浇注前对型腔表层烘干，厚度5-10mm5-10mm，大件大于，大件大于20mm20mm。按造型时的使用情况按造型时的使用情况 （1 1）面砂：特殊配制，覆盖在模样表面。）面砂：特殊配制，覆盖在模样表面。 （2 2）背砂：填充砂箱用。）背砂：填充砂箱用。 （3 3）单一砂：用于中小件，简化生产管理和操作。）单一砂：用于中小件，简化生产管理和操作。3.2 粘土湿型3 3、 湿型铸造

4、的特点湿型铸造的特点（1 1）优点）优点l 不需要烘干，简化、灵活、生产周期短。不需要烘干，简化、灵活、生产周期短。l 成本低、生产率高、易于实现机械化。成本低、生产率高、易于实现机械化。l 砂箱寿命长。砂箱寿命长。（2 2）缺点）缺点l 易产生铸造缺陷，如气孔、夹砂、砂眼等。易产生铸造缺陷，如气孔、夹砂、砂眼等。（3 3）湿型铸造的发展）湿型铸造的发展l砂处理设备：湿型砂检测、质量保证程度提高。砂处理设备：湿型砂检测、质量保证程度提高。l特别适用于机械化铸造，如高压、高密度造型，能生产高尺寸精度和好的特别适用于机械化铸造，如高压、高密度造型，能生产高尺寸精度和好的表面质量的铸件表面质量的铸件

5、 。l获得轮廓清晰、表面光洁、尺寸精度高、内在质量好的铸件，必须保证型获得轮廓清晰、表面光洁、尺寸精度高、内在质量好的铸件，必须保证型砂质量，从型砂的配方、混制、储运等方面必须始终保持优良性能。砂质量，从型砂的配方、混制、储运等方面必须始终保持优良性能。 3.2 粘土湿型 4、 湿型砂的混制工艺l生产中常用的混砂机生产中常用的混砂机 有有碾轮式碾轮式 3.2 粘土湿型转子式多混合器多混合器4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土湿型湿型砂的组成：原砂（新砂和旧砂）湿型砂的组成：原砂（新砂和旧砂）+ + 粘土粘土 + + 附加物附加物 + + 水水影响型砂性能的三大因素：原材料的选择影响型砂性能的三大

6、因素：原材料的选择 型砂的配比型砂的配比 混制工艺混制工艺4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土湿型(1) (1) 原砂原砂 石英砂石英砂：以石英（：以石英（SiOSiO2 2）为主要成矿物质成分的硅砂。）为主要成矿物质成分的硅砂。铸钢：SiO296铸铁：SiO2 93石英砂石英砂天然砂天然砂人工砂：人工破碎砂人工砂：人工破碎砂天然湖砂：湖口砂、都昌砂天然湖砂：湖口砂、都昌砂天然河砂：河南郑庵砂、吴淞砂天然河砂：河南郑庵砂、吴淞砂天然海砂：福建东山砂、新会砂天然海砂：福建东山砂、新会砂天然风砂：内蒙大林砂、伊胡塔砂天然风砂：内蒙大林砂、伊胡塔砂水力砂水力砂风积砂风积砂天然山砂：江苏六合红砂、唐砂天

7、然山砂：江苏六合红砂、唐砂 红砂红砂沉积砂沉积砂4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土砂型 非石英质原砂非石英质原砂 石英质原砂的缺陷：膨胀系数大、热性能差、化学稳定性差，劳动条件差。石英质原砂的缺陷：膨胀系数大、热性能差、化学稳定性差，劳动条件差。镁砂（镁砂（magnesitemagnesite）主要成分为主要成分为MgOMgO，（菱镁矿），（菱镁矿）MgCOMgCO2 2MgO+COMgO+CO2 2。菱镁矿高温煅烧（菱镁矿高温煅烧（1500-16501500-1650）使）使MgOMgO重结晶、烧结、破碎、分选。重结晶、烧结、破碎、分选。性能：熔点高、蓄热系数高（是石英砂的一倍半）、热膨胀率

8、比石英小，无相变引起的体积膨性能：熔点高、蓄热系数高（是石英砂的一倍半）、热膨胀率比石英小，无相变引起的体积膨胀、化学性能稳定，不与胀、化学性能稳定，不与MnOMnO、FeOFeO反应，用于锰钢可防止粘砂。反应，用于锰钢可防止粘砂。锆砂（锆砂（zircon sandzircon sand）矿物组成：四方晶系的锆英石矿物组成：四方晶系的锆英石ZrSiOZrSiO4 4。性能：密度性能：密度4.4-4.7g/cm4.4-4.7g/cm3 3、莫氏硬度、莫氏硬度7-87-8、熔点、熔点2038-24202038-2420，随杂质而不同、烧结点，随杂质而不同、烧结点15401540。热膨胀率比其它原砂

9、都小，可避免夹砂类缺陷，热导率、蓄热系数、密度都比石英高，所以冷热膨胀率比其它原砂都小，可避免夹砂类缺陷，热导率、蓄热系数、密度都比石英高，所以冷却能力强，化学稳定性高，不被金属或金属氧化物润湿，不易产生粘砂缺陷。其缺点是难以获却能力强，化学稳定性高，不被金属或金属氧化物润湿，不易产生粘砂缺陷。其缺点是难以获得粗砂、有放射性、价格昂贵。得粗砂、有放射性、价格昂贵。4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土湿型电熔陶粒是近年开发研制生产的新型铸造用砂，主要成分电熔陶粒是近年开发研制生产的新型铸造用砂，主要成分为莫来石；为莫来石； Al Al2 2O O3 3 76.31 76.31 SiO SiO2 2

10、 13.28 13.28 FeO 4.38 FeO 4.38 Na Na2 2O 0.05O 0.05 粒型：球型，角度系数粒型：球型，角度系数1.11.1； 耐火度耐火度18301830，粒度，粒度63206320目目 真密度：真密度：3.373.37 主要用于高质量消失模铸件生产的填充砂；它耐高温，主要用于高质量消失模铸件生产的填充砂；它耐高温，热膨胀量小，不破碎，无粉尘，透气性好，填充性好。热膨胀量小，不破碎，无粉尘，透气性好，填充性好。 陶粒砂（宝珠砂）阳离子：阳离子：Ca、Na、K、Li4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土湿型 ( (2 2) ) 膨润土膨润土 粘土的化学组成粘土的化学

11、组成 : SiO2、Al2O3和结晶水 粘土的矿物组成粘土的矿物组成 : 高岭石高岭石 蒙脱石蒙脱石 伊利石伊利石 1)高岭石类（耐火粘土）： 特点：具有较小的膨胀、收缩性能和较高的耐火度 用途：干型，浇注大件的砂型铸造用粘土 2)蒙脱石类（膨润土）： 特点：易于膨润与压缩 ，层间结合力极弱，易解理， 分散度高，相应地粘结性强。 用途：高档湿型铸造件 3) 伊利石类： 特点：不易解理，粘结性能一般； 用途：普通湿砂型铸造Aluminium dioctahedral layerApp.10 Na+Na+Na+Na+Na+Na+Silicon-Oxygen tetrahedral layerSil

12、icon-Oxygen tetrahedral layerAluminium dioctahedral layerSilicon-Oxygen tetrahedral layerSilicon-Oxygen tetrahedral layer蒙脱石的阳离子交换机理4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土湿型 膨润土膨润土 - -主要由蒙脱石组成，蒙脱石具有阳离子交换特性主要由蒙脱石组成，蒙脱石具有阳离子交换特性（3 3）、煤粉）、煤粉4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土湿型作用原理：作用原理： 1) 1)煤粉受热燃烧产生大量的煤粉受热燃烧产生大量的还原性气体还原性气体，防止铁水被氧化，减少或防止金属氧

13、化物与造型材料，防止铁水被氧化，减少或防止金属氧化物与造型材料发生化学反应。发生化学反应。 2) 2)煤粉在高温液态金屑热作用下产生大量的气体，使金属与铸型材料之间和砂粒孔隙中的气体煤粉在高温液态金屑热作用下产生大量的气体，使金属与铸型材料之间和砂粒孔隙中的气体压力猛增，压力猛增，形成气膜形成气膜，有效地防止液态金属的渗入。，有效地防止液态金属的渗入。 3) 3)煤粉受热软化，煤粉受热软化，结焦变成胶质体结焦变成胶质体，堵塞或减少砂粒的孔隙，使液态金属难以渗入。，堵塞或减少砂粒的孔隙，使液态金属难以渗入。 4) 4)煤粉中的挥发分在煤粉中的挥发分在400C400C以上的还原性气氛下以上的还原性

14、气氛下裂解成光亮碳裂解成光亮碳，它是一种微晶碳或结构不完全的，它是一种微晶碳或结构不完全的石墨，不被铁水及其他氧化物所润湿，有效隔绝了金属与铸型界面发生反应。石墨，不被铁水及其他氧化物所润湿，有效隔绝了金属与铸型界面发生反应。 5) 5)煤粉加热到一定温度时，干馏出煤焦油成为具有可塑性的胶质体，使煤粉加热到一定温度时，干馏出煤焦油成为具有可塑性的胶质体，使型砂的塑性增加型砂的塑性增加，减少，减少型砂因受热膨胀而产生的内应力，有利于防止铸件产生夹砂等缺陷。型砂因受热膨胀而产生的内应力，有利于防止铸件产生夹砂等缺陷。 水分水分%与型砂中粘土的加入与型砂中粘土的加入量以及想要达到的紧实率有关。量以及

15、想要达到的紧实率有关。 由于粘土的塑性会根据加入由于粘土的塑性会根据加入水分的不同而不同，所以水分多水分的不同而不同，所以水分多少必须经常调节以保证达到理想少必须经常调节以保证达到理想的紧实率。的紧实率。 水分影响塑性、强度和透气水分影响塑性、强度和透气性。较高的水分增加塑性和提高性。较高的水分增加塑性和提高型砂的强度，但同时减小了透气型砂的强度，但同时减小了透气性。性。（4 4）、水分4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土湿型铸铁件湿型砂铸铁件湿型砂 ( (一一) )铸铁件用湿型砂的特点铸铁件用湿型砂的特点 含水量：含水量：4.54.56.56.5 透气性：透气性：5050100100 湿压强度

16、：湿压强度：505080kPa80kPa 紧实度：紧实度：50506060（手工造型）（手工造型） 45455050（普通机器造型）（普通机器造型） 40404545（高压造型）（高压造型） 原砂：粒度组别为原砂：粒度组别为2121或或1515的圆形或多角形的天然石英砂，粒度最的圆形或多角形的天然石英砂，粒度最好好 均匀分布在相邻四个筛号上，每个筛号上的停留量都在均匀分布在相邻四个筛号上，每个筛号上的停留量都在 l0l03535之间之间 生产球墨铸铁件时，常采用粒度组别为生产球墨铸铁件时，常采用粒度组别为3030或或2121的石英砂的石英砂 粘土：膨润土（加入量粘土：膨润土（加入量5 56 6

17、） 普通粘土（加入量普通粘土（加入量 6 68 8） 煤粉：煤粉：3.55.5%3.55.5%铸钢件湿型砂 铸钢件浇注特点：浇注温度高达l5001580以上，钢液对铸型的热作用剧烈且时间长；一般采用漏包浇注，金属液对铸型的冲刷力大；钢水易与造型材料发生相互作用，使铸件产生气、粘砂和夹砂等缺陷。 铸钢件湿型砂特点： 含水量：45 面砂透气性：100，背砂的透气性：180200以上 湿压强度：55kPa 铸型的表面硬度8090。 型砂的紧实率：5055(手工造型)。 石英砂原砂条件：Si02含量大于96，含泥量小于2，耐火度高于l580（小型铸钢件可用天然石英砂，大中型铸钢件宜采用石英岩砂或人造石

18、英砂） 粘土：膨润土或耐火粘土 ，加入量911 其它原砂：镁砂、锆英石砂、铬铁矿砂等 4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土湿型4、湿型砂的主要原材料3.2 粘土湿型高压造型用型砂(一)高压造型用型砂的性能要求 湿压强度：140150kPa (垂直分型无箱造型) 常温湿拉强度 ：2025kPa 透气性 ：50 （小型铸件）， 100（大、中型铸件） 紧实率：40土5 (二)高压造型型砂配方特点 原砂：粒度较细的圆形或多角砂 ，颗粒分散（如：粒度组别为2l相邻四个筛号的原砂） 粘土：钙基膨润土 l0 钠基膨润土 8 含水量：34 糊精：1 5、粘土湿型的紧实工艺3.2 粘土湿型1 1）紧实度对铸型性

19、能的影响）紧实度对铸型性能的影响 型砂的紧实程度常用紧实度型砂的紧实程度常用紧实度( (密度密度) )和孔隙度表示。和孔隙度表示。紧实度影响着铸型的强度紧实度影响着铸型的强度和透气性和透气性。 紧实度越大，铸型强度越大，透气性越差；紧实度越大，铸型强度越大，透气性越差； 紧实度高，蓄热系数也高，加快了金属的凝固冷却速度，改善了铸件的内在紧实度高，蓄热系数也高，加快了金属的凝固冷却速度，改善了铸件的内在质量，组织更为致密质量，组织更为致密 紧实度高，铸件尺寸精确，力学性能有所提高。紧实度高，铸件尺寸精确，力学性能有所提高。2 2）型砂紧实度的要求）型砂紧实度的要求 要求铸型紧实度高且均匀要求铸型紧实度高且均匀。理论和实验研究证明其压实方法和压头形式对紧。理论和实验研究证明其压实方法和压头形式对紧实度有很大的影响。对湿型而言，通常有震击紧实、震压紧实、压实、微震压实和实度有很大的影响。对湿型而言，通常有震击紧实、震压紧实、压实、微震压实和高压紧实等。高压紧实等。 5、粘土湿型的紧实工艺3.2 粘土湿型3）湿型砂型生产线 5、粘土湿型的紧实工艺3.2 粘土湿型思考题教材，p64，第1题、第2题