液態(tài)金屬鑄造成形（第3章）第6講 粘土濕型鑄造

1、材料科學(xué)與工程學(xué)院華中科技大學(xué)HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY1授課教師：董選普教授 呂書林博士第三講 各種典型鑄造方法砂型鑄造主講：呂書林主講：呂書林第3章 砂型鑄造3.1 3.1 砂型（芯）制造方法砂型（芯）制造方法3.2 3.2 粘土濕型粘土濕型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 樹脂砂型（芯）樹脂砂型（芯）3.6 3.6 砂型烘干、合箱、澆注清理（自學(xué)）砂型烘干、合箱、澆注清理（自學(xué)）濕型造型實(shí)例3.2 粘土濕型1.1.引言引言 濕型粘土砂鑄造濕型粘土砂鑄造是金屬鑄造行業(yè)中最廣

2、泛使用的造型方法，占總產(chǎn)量的是金屬鑄造行業(yè)中最廣泛使用的造型方法，占總產(chǎn)量的70-80%70-80%。 濕型粘土砂被成功應(yīng)用于濕型粘土砂被成功應(yīng)用于鐵合金鐵合金（鐵，鋼）與（鐵，鋼）與非鐵合金非鐵合金（鋁、銅、黃銅）的鑄造（鋁、銅、黃銅）的鑄造生產(chǎn)中，可用于生產(chǎn)生產(chǎn)中，可用于生產(chǎn)中中、小小以及以及大批量尺寸精確大批量尺寸精確的鑄件。的鑄件。2 2、粘土砂類型、粘土砂類型按砂型在合箱和澆注時的狀態(tài)按砂型在合箱和澆注時的狀態(tài)（1 1）濕砂型、濕型濕砂型、濕型：不烘干。：不烘干。 濕型使用最廣泛、最簡便，但是對于大件、厚件不適合，容易產(chǎn)生鑄濕型使用最廣泛、最簡便，但是對于大件、厚件不適合，容易產(chǎn)生鑄

3、造缺陷。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。 干型強(qiáng)度高，氣體少，退讓性差，成本高，周期長。干型強(qiáng)度高，氣體少，退讓性差，成本高，周期長。（3 3）表面干型表面干型：在澆注前對型腔表層烘干，厚度在澆注前對型腔表層烘干，厚度5-10mm5-10mm，大件大于，大件大于20mm20mm。按造型時的使用情況按造型時的使用情況 （1 1）面砂：特殊配制，覆蓋在模樣表面。）面砂：特殊配制，覆蓋在模樣表面。 （2 2）背砂：填充砂箱用。）背砂：填充砂箱用。 （3 3）單一砂：用于中小件，簡化生產(chǎn)管理和操作。）單一砂：用于中小件，簡化生產(chǎn)管理和操作。3.2 粘土濕型3 3、

4、濕型鑄造的特點(diǎn)濕型鑄造的特點(diǎn)（1 1）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn)l 不需要烘干，簡化、靈活、生產(chǎn)周期短。不需要烘干，簡化、靈活、生產(chǎn)周期短。l 成本低、生產(chǎn)率高、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。成本低、生產(chǎn)率高、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。l 砂箱壽命長。砂箱壽命長。（2 2）缺點(diǎn)）缺點(diǎn)l 易產(chǎn)生鑄造缺陷，如氣孔、夾砂、砂眼等。易產(chǎn)生鑄造缺陷，如氣孔、夾砂、砂眼等。（3 3）濕型鑄造的發(fā)展）濕型鑄造的發(fā)展l砂處理設(shè)備：濕型砂檢測、質(zhì)量保證程度提高。砂處理設(shè)備：濕型砂檢測、質(zhì)量保證程度提高。l特別適用于機(jī)械化鑄造，如高壓、高密度造型，能生產(chǎn)高尺寸精度和好的特別適用于機(jī)械化鑄造，如高壓、高密度造型，能生產(chǎn)高尺寸精度和好的表面質(zhì)量的鑄件表面質(zhì)

5、量的鑄件 。l獲得輪廓清晰、表面光潔、尺寸精度高、內(nèi)在質(zhì)量好的鑄件，必須保證型獲得輪廓清晰、表面光潔、尺寸精度高、內(nèi)在質(zhì)量好的鑄件，必須保證型砂質(zhì)量，從型砂的配方、混制、儲運(yùn)等方面必須始終保持優(yōu)良性能。砂質(zhì)量，從型砂的配方、混制、儲運(yùn)等方面必須始終保持優(yōu)良性能。 3.2 粘土濕型 4、 濕型砂的混制工藝l生產(chǎn)中常用的混砂機(jī)生產(chǎn)中常用的混砂機(jī) 有有碾輪式碾輪式 3.2 粘土濕型轉(zhuǎn)子式多混合器多混合器4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土濕型濕型砂的組成：原砂（新砂和舊砂）濕型砂的組成：原砂（新砂和舊砂）+ + 粘土粘土 + + 附加物附加物 + + 水水影響型砂性能的三大因素：原材料的選擇影響型砂性

6、能的三大因素：原材料的選擇 型砂的配比型砂的配比 混制工藝混制工藝4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土濕型(1) (1) 原砂原砂 石英砂石英砂：以石英（：以石英（SiOSiO2 2）為主要成礦物質(zhì)成分的硅砂。）為主要成礦物質(zhì)成分的硅砂。鑄鋼：SiO296鑄鐵：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：河南鄭庵砂、吳淞砂天然河砂：河南鄭庵砂、吳淞砂天然海砂：福建東山砂、新會砂天然海砂：福建東山砂、新會砂天然風(fēng)砂：內(nèi)蒙大林砂、伊胡塔砂天然風(fēng)砂：內(nèi)蒙大林砂、伊胡塔砂水力砂水力砂風(fēng)積砂風(fēng)積砂天然山砂：江蘇六合紅砂

7、、唐砂天然山砂：江蘇六合紅砂、唐砂 紅砂紅砂沉積砂沉積砂4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土砂型 非石英質(zhì)原砂非石英質(zhì)原砂 石英質(zhì)原砂的缺陷：膨脹系數(shù)大、熱性能差、化學(xué)穩(wěn)定性差，勞動條件差。石英質(zhì)原砂的缺陷：膨脹系數(shù)大、熱性能差、化學(xué)穩(wěn)定性差，勞動條件差。鎂砂（鎂砂（magnesitemagnesite）主要成分為主要成分為MgOMgO，（菱鎂礦），（菱鎂礦）MgCOMgCO2 2MgO+COMgO+CO2 2。菱鎂礦高溫煅燒（菱鎂礦高溫煅燒（1500-16501500-1650）使）使MgOMgO重結(jié)晶、燒結(jié)、破碎、分選。重結(jié)晶、燒結(jié)、破碎、分選。性能：熔點(diǎn)高、蓄熱系數(shù)高（是石英砂的一倍半）、

8、熱膨脹率比石英小，無相變引起的體積膨性能：熔點(diǎn)高、蓄熱系數(shù)高（是石英砂的一倍半）、熱膨脹率比石英小，無相變引起的體積膨脹、化學(xué)性能穩(wěn)定，不與脹、化學(xué)性能穩(wěn)定，不與MnOMnO、FeOFeO反應(yīng)，用于錳鋼可防止粘砂。反應(yīng)，用于錳鋼可防止粘砂。鋯砂（鋯砂（zircon sandzircon sand）礦物組成：四方晶系的鋯英石礦物組成：四方晶系的鋯英石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、熔點(diǎn)、熔點(diǎn)2038-24202038-2420，隨雜質(zhì)而不同、燒結(jié)點(diǎn)，隨雜質(zhì)而不同、燒結(jié)點(diǎn)15401540。熱膨脹率比

9、其它原砂都小，可避免夾砂類缺陷，熱導(dǎo)率、蓄熱系數(shù)、密度都比石英高，所以冷熱膨脹率比其它原砂都小，可避免夾砂類缺陷，熱導(dǎo)率、蓄熱系數(shù)、密度都比石英高，所以冷卻能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性高，不被金屬或金屬氧化物潤濕，不易產(chǎn)生粘砂缺陷。其缺點(diǎn)是難以獲卻能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性高，不被金屬或金屬氧化物潤濕，不易產(chǎn)生粘砂缺陷。其缺點(diǎn)是難以獲得粗砂、有放射性、價格昂貴。得粗砂、有放射性、價格昂貴。4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土濕型電熔陶粒是近年開發(fā)研制生產(chǎn)的新型鑄造用砂，主要成分電熔陶粒是近年開發(fā)研制生產(chǎn)的新型鑄造用砂，主要成分為莫來石；為莫來石； Al Al2 2O O3 3 76.31 76.31 SiO Si

10、O2 2 13.28 13.28 FeO 4.38 FeO 4.38 Na Na2 2O 0.05O 0.05 粒型：球型，角度系數(shù)粒型：球型，角度系數(shù)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 主要用于高質(zhì)量消失模鑄件生產(chǎn)的填充砂；它耐高溫，主要用于高質(zhì)量消失模鑄件生產(chǎn)的填充砂；它耐高溫，熱膨脹量小，不破碎，無粉塵，透氣性好，填充性好。熱膨脹量小，不破碎，無粉塵，透氣性好，填充性好。 陶粒砂（寶珠砂）陽離子：陽離子：Ca、Na、K、Li4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土濕型 ( (2 2) ) 膨潤土膨潤土 粘土的化學(xué)組成粘

11、土的化學(xué)組成 : SiO2、Al2O3和結(jié)晶水 粘土的礦物組成粘土的礦物組成 : 高嶺石高嶺石 蒙脫石蒙脫石 伊利石伊利石 1)高嶺石類（耐火粘土）： 特點(diǎn)：具有較小的膨脹、收縮性能和較高的耐火度 用途：干型，澆注大件的砂型鑄造用粘土 2)蒙脫石類（膨潤土）： 特點(diǎn)：易于膨潤與壓縮 ，層間結(jié)合力極弱，易解理， 分散度高，相應(yīng)地粘結(jié)性強(qiáng)。 用途：高檔濕型鑄造件 3) 伊利石類： 特點(diǎn)：不易解理，粘結(jié)性能一般； 用途：普通濕砂型鑄造Aluminium dioctahedral layerApp.10 Na+Na+Na+Na+Na+Na+Silicon-Oxygen tetrahedral laye

12、rSilicon-Oxygen tetrahedral layerAluminium dioctahedral layerSilicon-Oxygen tetrahedral layerSilicon-Oxygen tetrahedral layer蒙脫石的陽離子交換機(jī)理4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土濕型 膨潤土膨潤土 - -主要由蒙脫石組成，蒙脫石具有陽離子交換特性主要由蒙脫石組成，蒙脫石具有陽離子交換特性（3 3）、煤粉）、煤粉4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土濕型作用原理：作用原理： 1) 1)煤粉受熱燃燒產(chǎn)生大量的煤粉受熱燃燒產(chǎn)生大量的還原性氣體還原性氣體，防止鐵水被氧化，減少或防

13、止金屬氧化物與造型材料，防止鐵水被氧化，減少或防止金屬氧化物與造型材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 2) 2)煤粉在高溫液態(tài)金屑熱作用下產(chǎn)生大量的氣體，使金屬與鑄型材料之間和砂粒孔隙中的氣體煤粉在高溫液態(tài)金屑熱作用下產(chǎn)生大量的氣體，使金屬與鑄型材料之間和砂?？紫吨械臍怏w壓力猛增，壓力猛增，形成氣膜形成氣膜，有效地防止液態(tài)金屬的滲入。，有效地防止液態(tài)金屬的滲入。 3) 3)煤粉受熱軟化，煤粉受熱軟化，結(jié)焦變成膠質(zhì)體結(jié)焦變成膠質(zhì)體，堵塞或減少砂粒的孔隙，使液態(tài)金屬難以滲入。，堵塞或減少砂粒的孔隙，使液態(tài)金屬難以滲入。 4) 4)煤粉中的揮發(fā)分在煤粉中的揮發(fā)分在400C400C以上的還原性氣氛下以上

14、的還原性氣氛下裂解成光亮碳裂解成光亮碳，它是一種微晶碳或結(jié)構(gòu)不完全的，它是一種微晶碳或結(jié)構(gòu)不完全的石墨，不被鐵水及其他氧化物所潤濕，有效隔絕了金屬與鑄型界面發(fā)生反應(yīng)。石墨，不被鐵水及其他氧化物所潤濕，有效隔絕了金屬與鑄型界面發(fā)生反應(yīng)。 5) 5)煤粉加熱到一定溫度時，干餾出煤焦油成為具有可塑性的膠質(zhì)體，使煤粉加熱到一定溫度時，干餾出煤焦油成為具有可塑性的膠質(zhì)體，使型砂的塑性增加型砂的塑性增加，減少，減少型砂因受熱膨脹而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，有利于防止鑄件產(chǎn)生夾砂等缺陷。型砂因受熱膨脹而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，有利于防止鑄件產(chǎn)生夾砂等缺陷。 水分水分%與型砂中粘土的加入與型砂中粘土的加入量以及想要達(dá)到的緊實(shí)率有關(guān)

15、。量以及想要達(dá)到的緊實(shí)率有關(guān)。 由于粘土的塑性會根據(jù)加入由于粘土的塑性會根據(jù)加入水分的不同而不同，所以水分多水分的不同而不同，所以水分多少必須經(jīng)常調(diào)節(jié)以保證達(dá)到理想少必須經(jīng)常調(diào)節(jié)以保證達(dá)到理想的緊實(shí)率。的緊實(shí)率。 水分影響塑性、強(qiáng)度和透氣水分影響塑性、強(qiáng)度和透氣性。較高的水分增加塑性和提高性。較高的水分增加塑性和提高型砂的強(qiáng)度，但同時減小了透氣型砂的強(qiáng)度，但同時減小了透氣性。性。（4 4）、水分4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土濕型鑄鐵件濕型砂鑄鐵件濕型砂 ( (一一) )鑄鐵件用濕型砂的特點(diǎn)鑄鐵件用濕型砂的特點(diǎn) 含水量：含水量：4.54.56.56.5 透氣性：透氣性：5050100100

16、濕壓強(qiáng)度：濕壓強(qiáng)度：505080kPa80kPa 緊實(shí)度：緊實(shí)度：50506060（手工造型）（手工造型） 45455050（普通機(jī)器造型）（普通機(jī)器造型） 40404545（高壓造型）（高壓造型） 原砂：粒度組別為原砂：粒度組別為2121或或1515的圓形或多角形的天然石英砂，粒度最的圓形或多角形的天然石英砂，粒度最好好 均勻分布在相鄰四個篩號上，每個篩號上的停留量都在均勻分布在相鄰四個篩號上，每個篩號上的停留量都在 l0l03535之間之間 生產(chǎn)球墨鑄鐵件時，常采用粒度組別為生產(chǎn)球墨鑄鐵件時，常采用粒度組別為3030或或2121的石英砂的石英砂 粘土：膨潤土（加入量粘土：膨潤土（加入量5

17、56 6） 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%鑄鋼件濕型砂 鑄鋼件澆注特點(diǎn)：澆注溫度高達(dá)l5001580以上，鋼液對鑄型的熱作用劇烈且時間長；一般采用漏包澆注，金屬液對鑄型的沖刷力大；鋼水易與造型材料發(fā)生相互作用，使鑄件產(chǎn)生氣、粘砂和夾砂等缺陷。 鑄鋼件濕型砂特點(diǎn)： 含水量：45 面砂透氣性：100，背砂的透氣性：180200以上 濕壓強(qiáng)度：55kPa 鑄型的表面硬度8090。 型砂的緊實(shí)率：5055(手工造型)。 石英砂原砂條件：Si02含量大于96，含泥量小于2，耐火度高于l580（小型鑄鋼件可用天然石英砂，大中型鑄鋼件宜采用石英巖砂

18、或人造石英砂） 粘土：膨潤土或耐火粘土 ，加入量911 其它原砂：鎂砂、鋯英石砂、鉻鐵礦砂等 4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土濕型4、濕型砂的主要原材料3.2 粘土濕型高壓造型用型砂(一)高壓造型用型砂的性能要求 濕壓強(qiáng)度：140150kPa (垂直分型無箱造型) 常溫濕拉強(qiáng)度 ：2025kPa 透氣性 ：50 （小型鑄件）， 100（大、中型鑄件） 緊實(shí)率：40土5 (二)高壓造型型砂配方特點(diǎn) 原砂：粒度較細(xì)的圓形或多角砂 ，顆粒分散（如：粒度組別為2l相鄰四個篩號的原砂） 粘土：鈣基膨潤土 l0 鈉基膨潤土 8 含水量：34 糊精：1 5、粘土濕型的緊實(shí)工藝3.2 粘土濕型1 1）緊實(shí)度對鑄型性能的影響）緊實(shí)度對鑄型性能的影響 型砂的緊實(shí)程度常用緊實(shí)度型砂的緊實(shí)程度常用緊實(shí)度( (密度密度) )和孔隙度表示。和孔隙度表示。緊實(shí)度影響著鑄型的強(qiáng)度緊實(shí)度影響著鑄型的強(qiáng)度和透氣性和透氣性。 緊實(shí)度越大，鑄型強(qiáng)度越大，透氣性越差；緊實(shí)度越大，鑄型強(qiáng)度越大，透氣性越差； 緊實(shí)度高，蓄熱系數(shù)也高，加快了金屬的凝固冷卻速度，改善了鑄件的內(nèi)在緊實(shí)度高，蓄熱系數(shù)也高，加快了金屬的凝固冷卻速度，改善了鑄件的內(nèi)在質(zhì)量，組