材料成型工藝學(xué)上-可能重復(fù)ffff

§3.2液態(tài)金屬與砂型的物理作用

一、傳熱與傳質(zhì)現(xiàn)象傳熱——物體間的熱量交換傳質(zhì)——物體間的物質(zhì)交換在砂型鑄造中，傳熱與傳質(zhì)相互影響，其過程比較復(fù)雜。

1.金屬與砂型的傳熱熱流方向：鑄件鑄型大氣

傳熱方式：對流、輻射、導(dǎo)熱關(guān)鍵部位：界面

關(guān)鍵數(shù)值：研究金屬與砂型的傳熱

鑄件/砂型鑄件/砂芯鑄件/冷鐵鑄型/大氣材料熱物性參數(shù)邊界條件影響傳熱的因素：

體系溫度砂型熱物性幾何條件合金性能金屬液澆注溫度砂型初始溫度環(huán)境溫度鑄件的形狀與壁厚涂料層厚度砂型厚度合金熱物性相變與相變潛熱2.砂型溫度場

砂型受熱后將發(fā)生一系列的變化，這些變化對鑄件質(zhì)量影響很大。所以，人們對砂型溫度場進(jìn)行研究，借助砂型溫度場來分析金屬對砂型的加熱過程及產(chǎn)生伴生缺陷的可能性，合理控制型砂性能和澆注工藝，防止產(chǎn)生鑄造缺陷。

（1）確定砂型溫度場的方法

實(shí)驗(yàn)法解析計(jì)算法數(shù)值模擬法（2）砂型溫度場的特點(diǎn)近界面處（型壁處）升溫快，型外部溫度低。砂型內(nèi)各層初期溫度梯度大，隨時間增加溫度梯度逐漸變小。（3）影響砂型溫度場的主要因素

金屬澆注量和澆注溫度砂型熱物性值型腔結(jié)構(gòu)3.水分遷移（傳質(zhì)）水分遷移——

澆注時砂型在熱作用下，界面處表面層的水分向砂型里層遷移的過程。

濕型在澆注后開箱時常常會發(fā)現(xiàn)：緊貼鑄件的一層砂，強(qiáng)度很高，幾乎不含水分；但距表面一定距離（2～5mm）的砂層，水分特別多，強(qiáng)度很低。這就是水分遷移造成的結(jié)果。（1）砂型的區(qū)域劃分水分遷移后，根據(jù)砂型中各層水分含量將砂型劃分成4個區(qū)域：

名稱溫度水分強(qiáng)度界面干砂區(qū)（烘干區(qū)）D>100℃極少高Ⅰ-Ⅱ蒸發(fā)Ⅱ-Ⅲ凝聚水分飽和凝聚區(qū)M約100℃多很低水分未飽和凝聚區(qū)U<100℃較多較低未受影響區(qū)（正常區(qū)）G常溫適宜正常M區(qū)是高濕度、低強(qiáng)度區(qū)：抗拉強(qiáng)度低時，使D區(qū)脫離砂型抗壓強(qiáng)度低時，使D區(qū)向里推移（2）水分遷移過程鑄型澆注時，鑄件/鑄型界面處的砂型在熱作用下形成溫度場：

4.熱膨脹和熱應(yīng)力熱膨脹——材料受熱后發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象。砂型受熱后，造型材料的體積將發(fā)生變化。（1）熱膨脹石英砂的熱膨脹量最大鋯英砂的熱膨脹量最小所以石英砂鑄型易產(chǎn)生膨脹類缺陷。對于粘土砂：體積變化石英砂粘土膨脹（點(diǎn)陣?yán)L和相變）收縮（失水）砂型膨脹砂多土少膨脹量愈大砂型溫度愈高熱變化率愈大影響砂型膨脹量的因素：砂型緊實(shí)度大原砂粒度大、粒度集中熱變化率大膨脹量大熱應(yīng)力——材料由于受熱而引起的應(yīng)力。（2）熱應(yīng)力砂箱的阻礙鑄件結(jié)構(gòu)的阻礙熱壓應(yīng)力=f（砂型膨脹量、砂型韌性、砂型受阻程度）型砂在熱膨脹過程中如果受阻，則砂型將產(chǎn)生熱壓應(yīng)力。

愈小愈小愈好愈弱注意：不是鑄型受熱溫度愈高熱壓應(yīng)力愈大。因?yàn)闊釅簯?yīng)力是鑄型膨脹量和鑄型韌性的函數(shù)，當(dāng)溫度升高時，雖然膨脹量大，但韌性變好，反而使壓應(yīng)力小于低溫的。

二、膨脹類缺陷由于砂型受熱膨脹而引起的鑄件缺陷主要有：

夾砂結(jié)疤、鼠尾、毛翅1.夾砂結(jié)疤和鼠尾濕型鑄造中最常發(fā)生的缺陷。

形成部位夾砂結(jié)疤鼠尾型腔下平面、澆冒口附近型腔上平面、澆冒口附近（1）特征根據(jù)缺陷形成的不同階段，具有下列特征：

鼠尾——型壁表面呈帶狀翹起，但不破裂溝槽——型壁表面呈帶狀凸起，但不破裂夾砂——凸起后破裂，但不折斷結(jié)疤——破裂后折斷

（2）形成機(jī)理在澆注過程中，砂型表層被金屬液烘烤加熱（主要是熱輻射），使砂型里外層之間產(chǎn)生溫度差，導(dǎo)致：

水分遷移形成水分凝聚區(qū)；砂型里外層膨脹量不同且受阻而形成較大的表層（烘干層）熱壓應(yīng)力。砂型受熱（形成溫度梯度）水分遷移（形成M區(qū)）砂型膨脹（形成D區(qū)熱壓應(yīng)力）D區(qū)M區(qū)產(chǎn)生相對滑移趨勢鼠尾當(dāng)M區(qū)抗拉強(qiáng)度低時D區(qū)凸起開裂折斷溝槽夾砂結(jié)疤當(dāng)D區(qū)應(yīng)力〉M區(qū)剪切應(yīng)力時D區(qū)邊緣翹起夾砂結(jié)疤傾向∝D區(qū)熱壓應(yīng)力M區(qū)抗拉強(qiáng)度（熱濕拉強(qiáng)度）出發(fā)點(diǎn)：提高砂型的熱濕拉強(qiáng)度和降低熱壓應(yīng)力。

（3）防止措施

原砂：粒度分散，SiO2含量適當(dāng)粘土：用PNa或PCa活化附加物：水分：控制型砂含水量，降低含泥量

造型材料方面：煤粉渣油熱濕拉強(qiáng)度↑少量↓熱壓強(qiáng)度↓大量↓出發(fā)點(diǎn)：提高砂型的熱濕拉強(qiáng)度和降低熱壓應(yīng)力。

（3）防止措施縮短澆注時間；合理設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和選擇澆注位置；

（避免局部型壁烘烤時間過長和過熱）鑄型排氣通暢鑄型緊實(shí)度均勻，不宜過大

工藝方面：二、膨脹類缺陷由于鑄型受