河南科技大学《特种铸造》考试重点.doc

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1、熔模铸造一定义 通常是在可熔模样的表面涂覆多层耐火材料，待其硬化干燥后，加热将其中模样熔去，而获得具有与模样形状相应空腔的型壳，再经过焙烧，然后在型壳温度很高的情况下进行浇注，从而获得铸件的一种方法。二优点1.铸件尺寸精确，一般其精度可达ct472. 可铸造形状复杂的铸件3.不受铸件材料的限制4.批量生产缺点 1.铸件尺寸受限，不可生产大型铸件2.铸件冷却速度慢，晶粒粗大力学性能下降3. 工艺过程复杂，工序繁多，生产周期长三、 应用 形状复杂难以用其它方法加工成形的精密铸造生产熔模铸造的模料主要有蜡基模料、松香基模料、系列模料、其他模料。模料一般用蜡料、天然树脂（松香）和高分子聚合物组成。模料

2、的熔点在6070的为低温模料，熔点在70120的模料为中温模料；熔点在120以上的模料为高温模料。 模样的性能要求1. 磨料的熔化温度在60100度2.模料熔化始终温度区间不易太窄或太宽5103. 模料的软化点高于40 4.在工作温度下有良好的流动性5. 收缩率要小而稳定，使尺寸稳定，6.凝固后有高的强度、韧性和表面强度7. 模料应能被涂料很好的湿润和附着8.高温灼烧后，遗留的灰分要少9.化学活性要低10.好的焊接性，便于组合模组.模料的配制目的 将组成模料的原材料按规定的配比混成均匀的一体，并使模料的状态符合压注熔模的要求蜡基模料的回收蜡基模料每使用一次，其性能就恶化一些，经多次反复使用，模

3、料的强度会降低，脆性增大，收缩率增大，流动性和涂挂性变差，颜色由白变褐红硬脂酸的变质 原因：1硬脂酸呈酸性，且随着温度的升高而酸性增强，硬脂酸能与比氢强的金属元素Fe、Al等起置换反应 2.与碱起中和反应，如型壳用水玻璃做粘结剂，会与Na2O生成硬质酸钠和水 3.脱模时与硬水中的钙、镁金属盐起复分解反应上述统称皂化反应，生成的硬脂酸盐称为皂盐或皂化物，大多不溶于水，混在模料中使性能变坏处理方法1.酸处理法 盐酸和硫酸都可以使处硬脂酸以外的硬脂酸盐还原为硬脂酸（硬脂酸铁与酸的反应是可逆反应，故模料中的硬脂酸铁不能去除干净）2.活性白土处理法 又称漂白土，有天然和粘土经酸处理后所得的两种 有大量孔

4、隙孔隙率60%70% 高的吸附性 能吸附模料中的硬脂酸盐。此外，活性白土中的阳离子，特别是Al离子，能和模料中带负电荷的胶状杂质结成中性质点凝聚下沉，从而使模料净化3. 电解处理法 去除模料中的硬脂酸铁 阳极上析出氧化能力很强的初生态氯，从硬脂酸中夺取三价铁离子形成三氯化铁 阴极上析出还原性初生态氢还原成二价铁离子，二氯化铁在水中溶解度很大型壳的制造 制作过程：先将模组除油，在模组上浸涂一层耐火涂料，然后在涂料外表面上撒上粒状耐火材料，经干燥硬化后，再涂挂下一层，如此反复多次，直至耐火材料层达到所需厚度为止。待其充分干燥硬化后，脱去耐火材料层中的熔模，便得到壳状的铸型性能要求 1.强度 应有足

5、够的常温和高温强度，低的残余强度 2.热震稳定性 抵抗急冷急热的性能 在焙烧和浇注时经受住温度剧烈变化而不开裂 3 透气性 取决于型壳的孔隙度 砂子粒度分布有关 4.高温下的稳定性耐火度要高，与高温金属液不发生反应，热膨胀系数小 5.导热性 6.脱壳性 制壳型用耐火材料 首先应有高的耐火度和熔点即在焙烧和浇注温度下，耐火材料应不出现液相与浇注金属表面熔合或使型壳软化、变形粘结剂 一 要求 1.能很好润湿模组，且不与模料互溶或起化学反应，使其能准确地复制熔模的外形，并获得表面光洁的型腔2.在室温、焙烧和浇注的温度下，用粘结剂起加固作用的型壳应有足够的强度3.粘结剂在焙烧后能形成耐火的物质、具有较

6、高的高温化学稳定性，与浇注的合金不发生化学作用4.用粘结剂配制的涂料应有好的流变性能，使涂料在制型壳时有好的涂挂性5.粘结剂应有好的贮存性，来源丰富，廉价常用的粘结剂有 硅酸乙酯水解液、 水玻璃、硅溶胶 硅酸乙酯水解液 硅酸乙酯水解后的液体 用其制造的型壳耐火度高、强度大，制得铸件的尺寸精度和表面粗糙度都好，但硅酸乙酯价高，硅酸乙酯涂料的使用期不能超过两周硅酸乙酯的化学通式（C2H5O）2n+2SinOn-1 n为聚合度 n=1时正硅酸乙酯由SiCl4和乙醇反应硅酸乙酯的水解模组-涂料-撒砂-干燥硬化（通入NH3，形成NH4+、OH-）-脱模-焙烧-浇注-清理Si(OC2H5)4+HOHHOS

7、i(C2H5O)3+C5H5OH 缩聚反应的产物就是硅酸乙酯水解液 (C2H5O)3SiOH+HOSi(C2H5O)3=(C2H5O)3SiOSi(C2H5O)3+H2O聚乙氧基硅氧烷的分子聚合形式可为线性和体型两类，制备涂料时希望是以线性为主，结壳硬化时硅酸乙酯的水解工艺对水解液性能影响极大1.一次水解法2.二次水解法3.综合水解法4.强化剂的水解 水玻璃模组-涂料-撒砂-干燥硬化（加25%NH4Cl水溶液为硬化剂，在30用020min，不加024h）重复 脱模-焙烧-浇注-清理价廉，所做的型壳残留有Na2O，会使型壳工作表面和整体的耐火度降低，故所得铸件表面不够光洁，铸件尺寸精度也低，且在

8、脱模操作时型壳易酥烂，故在生产精度要求较低，表面粗糙度要求不高的铸件时大量使用基本组成是硅酸钠和水 当SiO2质量含量为32.6%、49.2%、66%时，硅酸钠才能是单一的化合物水玻璃的模数M=1.032a/b SiO2的质量含量/Na2O的质量含量，M=3.03.6为佳，其中不超过25%的SiO2以胶体存在，其余的SiO2以硅酸根离子存在模数越高，胶体粒子所占比例大，水玻璃的交替性能也强，过高粘度大市场上的水玻璃模数低、密度较高 处理只需加水即可提高模数：加NH4C、盐酸 降低模数 加NaOHl硅溶胶价格适中，所制壳型的服役性能好，制型壳操作时不会放出有害物质，处理和配制涂料工艺简单，单是制

9、型壳时所需干燥时间太长模组-涂料（硅溶胶+糊状耐火材料）-撒砂-干燥硬化（10-20h）-涂料.重复-脱模-焙烧（900-1000）且保温2h-浇注-清理是带有无定形二氧化硅微小颗粒的水基胶体溶液水玻璃中的钠除去国内，大多数的硅溶胶是用离子交换法获得：将水玻璃先稀释至密度为1.041.045g/cm3,过滤澄清后，对它进行阳离子交换。此时水玻璃中钠离子被交换掉，同时获得当量的氢离子，与硅酸根离子结合成聚硅酸溶液熔模铸造常见缺陷1表面缺陷a粘砂b夹砂（鼠尾、凹陷）c结疤2. 孔洞类a气孔b气泡c渣气孔d缩孔缩松3. 热应力产生的变形、裂纹4. 浇不足、冷隔、炮火、表面脱碳 陶瓷型铸造 应用于大型

10、厚壁精密铸件生产定义：在砂型铸造和熔模铸造基础上发展，在硅酸乙酯水解液和耐火粉料的陶瓷浆料中加入破坏硅酸乙酯水解液稳定性的催化剂，用浇灌浆料代替捣实型砂的方法制造铸型，浇注金属液生产铸件优点A铸件尺寸精度高b.适用于精度要求高的大型精密铸件c铸造过程相对简单d与金属型铸型材料相比，任何材料都可以用于铸造生产，即不受合金材料限制缺点A原材料为耐火材料，成本高b不适于批量大、结构复杂、重量轻铸件的生产c生产工艺过程难于实现机械化、自动化工艺流程准备模具，制造砂套-配置浆料灌浆-结胶-起模-喷烧（加快反应速度，保证尺寸稳定，使型腔表面强度硬度一致）-高温焙烧-合箱浇注陶瓷浆料的主要组成为硅酸乙酯水解

11、液、耐火材料、催化剂和一些附加剂常用的耐火材料有 硅石、刚玉、铝矾石、锆英石、碳化硅要求1. 小的膨胀系数2化学稳定性好3.纯度、耐火度高，以保证表面光洁度脱模剂：石蜡、机油、凡士林制造工艺及合箱浇注1模具a金属b塑料c木头模2浆料配置及灌浆 浆料稀，强度低，会收缩 配置原则 固固混合、液液混合、固液混合边搅拌边灌浆有利于充满铸型和气体排出3起模（灌浆到起模称结胶时间，为515min）4喷烧（缩聚、水解可能继续反应，使尺寸达到稳定状态）5. 焙烧（将型腔中水分和溶剂排除）6. 浇注、清理 金属型铸造定义 指将金属液用重力浇注法浇入金属型，以获得铸件的一中铸造方法 永久型铸造半金属型铸造：当型芯

12、用砂芯时与砂型铸造相比，金属型铸造的优缺点1表面质量好，逐渐的质量尺寸稳定，尺寸精度高，铸件的铸造斜度、加工余量可相应的减少，废品率较低2. 冷却速度快，晶粒来不及长大，较细小，铸件对热节的敏感性相应的降低，液态金属中过饱和的气体不易析出，使铸件组织致密度提高，铸件材质的力学性比砂型铸件高3. 金属型上可以方便的采取较多工艺措施4铸造生产中可不用砂或很少量的芯砂4. 工艺获得率高缺点1金属型制造成本高，不能生产大型铸件，铸件外形不能太复杂2冷却较快，金属型铸件的最小壁厚受一定限制，易出现浇不足、冷隔，灰铸铁上易形成白口三注意1铸件在铸型中停留的时间2.浇注温度3.涂料层厚度 金属型铸件成型特点

13、中间层 由铸型内表面上的涂料层和因铸件表面冷却收缩、铸型膨胀以及由涂料析出、铸型表面吸附气体遇热膨胀而形成的气体层所组成1. 导热性 成型特点a物理性能 热扩散系数越大，铸件的凝固速度越大，增加金属型的壁厚（超过20mm，效果不明显），金属型有高的导热性和热扩散性，凝固速度比砂型中要快得多。 2. 透气性a形成气阻（冷隔、浇不足）b针孔c高温气体影响产生氧化夹杂， 措施a建立排气系统，b气体引出（涂料层采用砂芯）c针对针孔的预处理3. 无退让性 当金属凝固至固相枝晶形成连续骨架时，铸件上某些部位产生的线收缩便会受到金属铸型和金属型芯的阻碍，再此情况下，铸件上收缩受阻的部位内出现拉应力，不能收缩

14、部位呈现拉伸变形，甚至裂纹，有时还会造成取型困难。措施a今早取出铸型和金属型中的型芯b设计写相对简单，可平稳取出铸型机构C采用砂芯金属型的浇注先慢（排气防飞溅）后快（尽可能短时间充满型腔）再慢（防止缩孔缩松排气补渣） 金属型的结构形式A整体金属型b水平分型金属型c垂直分型金属型d综合分型金属型金属型的破坏原因应力的叠加；热应力疲劳；铸铁生长；氧气侵蚀；金属液的冲刷；铸件的摩擦破坏形式1. 内裂纹a交变的热应力（根本原因）b局部剧烈受热c应力集中d操作工艺不合理2. 外裂纹a无/低预热b应力集中处（砂眼，冷隔、夹杂） c金属型材强度刚度低d相变应力，没有热处理3变形4烧伤 a长时间高温部位涂料脱

15、落b涂料耐火度差c铸件和铸型反应5摩擦磨损延长金属型寿命应采取的措施a选材b正确的设计金属型c预热d采取合理的铸造工艺e浇注系统f涂料 常用的金属型材料a铸铁b铸钢（力学性能好，机加工性能不好）铝合金金属型涂料的作用是：保护金属型；调节冷却速度；改善铸件表面质量；排气。对金属型涂料的要求为：涂料中不应该含有与金属液起化学作用和耐火度小于金属液温度的物质；对型壁应该有一定的黏着强度，不会被浇注的金属液冲刷掉落，能抵抗铸件自型中取出时的磨损，不会因温度变化而开裂或自型上剥落；涂料应该有好的流变性；挥发的成分应尽可能少，应在浇注之前挥发干净，浇注时最好是无气挥发；浇注镁合金铸件时，涂料应能起到防氧化

16、的作用；易于自型上清除。 基准面的选择A对非完全加工的件，以非加工面为基准b完全加工件，以加工余量小的面为基准面C基准面应间可能的光洁、凭证d大平面 低压铸造低压铸造：液体金属在较低压力的作用下，完成充型及凝固过程而获得铸件的一种铸造方法。低压铸造的压力较低，一般为20kpa60kPa。低压铸造的优点：适应性强，适应于采用各种类铸型生产铁、铜、铝、镁等各种 合金铸件；金属液充型平稳，铸件气孔、夹渣少，液体金属是自下而上平稳地充填铸型，且型腔中液流的方向与气体排出的方向一致，因而避免了液体金属对型壁和型芯的冲刷作用，以及卷入气体和氧化夹杂物，防止铸件产生气孔和非金属夹杂物等铸造缺陷；在压力作用下

17、充填和凝固，从而改善了充型条件，充型能力上升可用于铸造形状复杂的薄壁铸件首先是薄小件、轮廓清晰、组织致密、力学性能提高，铸件的凝固过程是在压力作用下进行的，补缩效果好，故铸件的致密度高，力学性能好。收得率高 简化了浇冒口系统，节省了金属的消耗，工艺实收率一般可达90。减轻劳动强度，改善劳动条件6且因设备简单，容易实现机械化和自动化低压铸造的缺点：装备，模具消耗大2坩埚、升液管易腐蚀破坏3后凝固部分晶粒较粗大，组织不均匀低压铸造铸型的充填过程压力变化是靠作用在坩埚中液体金属表面上气体压力作用来实现的。低压铸造过程中压力变化分三个阶段：升液阶段，是指自加压开始至液体金属上升到浇口为止；充型阶段，是

18、自液体金属由浇口进入型腔起至充满为止；凝固阶段，是自液体金属充满铸型至凝固完毕，铸件在压力作用下凝固，这时的压力称为凝固(结晶)压力，一般高于充型压力。铸件顺序凝固的条件，保证铸件自上而下的凝固1.厚壁部分放在铸件的底部，将浇口放在厚壁处2加冷铁3.涂料（种类、厚度）4加工余量从充型阶段到凝固阶段的工艺主要有：低压充型工艺、稳压结晶工艺、缓慢增压结晶工艺、急速增压结晶工艺。低压充型工艺：适应于砂型、铸型上有敞口、有明冒口升液阶段：压力缓慢增大，不能产生飞溅、喷射现象；充型阶段：平稳不能外溢补缩用浇包补充；内浇口要及时封死，防止金属液回落稳压结晶工艺： 适应于湿砂型和金属型薄壁复杂件，压力不可过

19、大，否测砂型铸件容易产生粘砂、涨箱缺陷 。缓慢增压结晶工艺：适应于厚壁砂型铸件，充型阶段完成后加压不得过快、过高，先稳定气压，待铸件表面凝固一层硬壳，再提升压力使铸件内部得以补缩又不会产生涨箱。急速增压结晶工艺：适应于金属型、石膏型，充满型腔后，迅速增大压力，使铸件在较大压力下凝固结晶成型。增速可达0.01MPa/s,保压压力可达0.30.5MPa 。根据升液管上端的形状，可把升液管分为直筒式、正锥式、倒锥式和潜水钟式四种。正锥式和倒锥式升液管的材质大多为铸铁。【充型和增压 升液压力是指当金属液面上升到浇口，附所需要的压力。金属液在升液管内的上升速度应尽可能缓慢，以便有利于型腔内气体的排出，同

20、时也可使金属液在进入浇口时不致产生喷溅。 充型压力和充型速度 充型压力是指使金属液充型上升到铸型顶部所需的压力。在充型阶段，金属液面上的升压速度就是充型速度。 增压和增压速度 金属液充满型腔后，再继续增压，使铸件的结晶凝固在一定大小的压力作用下进行，这时的压力叫结晶压力。结晶压力越大，补缩效果越好，最后获得的铸件组织也愈致密。但通过结晶增大压力来提高铸件质量，不是任何情况下都能采用的。 保压时间 型腔压力增至结晶压力后，并在结晶压力下保持一段时间，直到铸件完全凝固所需要的时间叫保压时间。如果保压时间不够，铸件未完全凝固就卸压，型腔中的金属液将会全部或部分流回，造成铸件“放空”报废。如果保压时间

21、过久，则浇口残留过长，这不仅降低工艺收得率，而且还会造成浇口“冻结”，使铸件出型困难，故生产中必须选择一适宜的保压时间。】（以上四点作为了解） 差压法铸造又称反压法铸造或压差铸造，它是在低压铸造基础上派生出来的铸造方法。 大题 不同铸型的低压铸造工艺第五章、离心铸造离心铸造：将液体金属浇入旋转的铸型中，在离心力的作用下，完成充填和凝固成型的一种铸造方法。根据铸型旋转轴在空间位置的不同，将常用的离心机分为立式离心铸造机和卧式离心铸造机两种。离心立场 如果把旋转着的金属液所占的体积看作是一个空间，在这一空间中，每一质点都产生离心力，这样就可以把此空间称为离心力场离心铸造具有如下一些特点：优点：a提

22、升金属虫性能力b使力学性能提升c不用型芯便可生产中空铸件d工艺收缩率提升e合金材料不受限制缺点：对于某些合金（如铅青铜等）容易产生重度偏析；在浇注中空铸件时，其内表面较粗糙，尺寸难于精确控制。3适应性差，一般只生产圆形件立式离心铸造机的铸型是绕垂直轴旋转的，它主要用于生产高度小于直径的园环类铸件。有人也称之为加压离心铸造，在这种离心机上浇注异型铸件，薄小难以充填的铸件。自由表面为抛物面 卧式离心铸造机的铸型是绕水平轴旋转的，在这种机器上的铸造过程称为卧式离心铸造，它主要用来生产长度大于直径的套筒类或管状的铸件。自由表面为抛物面离心铸件的最小内径可达8mm，最大直径可达3m，铸件的最大长度达8m

23、，铸件的质量可以为几克（如金牙齿）至10吨多。离心铸造的凝固特点 1顺序凝固2离心力增强了液态金属的补缩3.离心铸造横断面的相对流动，a横断面上倾斜状柱状晶b纵断面上 层状偏析渣下凝固定义及目的浇注时把熔渣和金属液一起浇入铸型，或在浇注过程中把粉状造渣剂撒入金属液流共同进入铸型的工艺。重力大的金属液接近铸型，密度小的渣子在自由表面，有利于由外向内的顺序凝固，以提升致密性【离心铸造时产生的铸件重度偏析及内表面不平的原因是什么？如何改善这些缺陷？答：过共晶铸铁及铝硅合金，最初析出相是石墨和初生硅，它们的重度比液体金属小，在离心铸造时容易内浮，从而破坏了由外向内的顺序凝固，使铸件内表面过早地出现凝固

24、层，造成双向凝固现象。这样，处于内、外凝固层之间的液体金属在继续冷却时，液体金属将趋向紧靠型壁，而使内表层下出现缩孔及重度偏析。若凝固时收缩比较大。将使内表层处于悬浮状态，在旋转铸型中，它将与层间的液体金属发生频繁碰撞而碎成小块，当凝固后，铸件的内表面就出现坑洼不平。 改善铸型的冷却条件，降低铸件内表面上的对流、辐射的传热作用，是防止或减轻上述缺陷的有效措施。】（此题不要求背，只是了解）在离心铸件横断面上常出现的宏观组织有：倾斜的柱状晶组织、层状偏析组织。离心铸造时产生倾斜柱状晶的原因是什么？答：由于惯性作用，使液体金属与随着铸型以同一角速度旋转的结晶前沿在圆周方向存在着相对运动，即晶体生长是

25、迎着液流方向进行的。这样，结晶前沿与液体金属中析出的那些处于不稳定状态的细晶粒或过冷金属集团有较多的接触机会，为了降低系统的自由能，它们容易沉积在生长的晶体上。因此，结晶在迎着液流方向的一面具有较快的生长速度，而在背着液流方向的一面，由于晶体与液体金属中的细晶粒或过冷金属集团接触机会较少，故晶体的生长速度较慢。由于上述原因，最后就形成了与铸型旋转方向一致的倾斜柱状晶。离心铸造出现层状偏析的结晶组织的原因是什么？如何改善这种层状偏析的现象？答：在生产较长的管状离心铸件时，进入铸型的液体金属除了沿圆周方向覆盖铸型内表面外，还会沿内表面作轴向运动，以完成充填成型过程。当第一股液体金属越流越慢时，随后浇入铸型的液体金属沿着第一股液流的内表面作轴向流动。由于内表面温度较高，所以第二股液流温度降低较慢，能保持较高的流动速度，最后超越第一股金属流。第三股及以后继续浇入铸型的液体金属将重复上述过程，这就是离心铸造长管状铸件时，铸型中液体金属轴向流动的特点。 如果铸型中液体金属在作层状流动时温度降低较快，使得后一股金属流在覆盖前一股的内表面队两者不能很好地熔融在一起。这样，各液层均按各自条件进行凝固，因而各层的金相组织、组元的分布也会有所不同。最后在离心铸件断面上便形成了层状偏析的结晶组织。降低铸型的冷却作用，提高浇注温度，增大浇注速度等，是减少或消除离心铸件中层状偏析的有效工艺措施。