1.表面粗糙缺陷
表面粗糙是砂型铸造特有的缺陷之一,在湿型时常发生在上型表面,在干型中则发生在涂料太少或没有涂料的地方。
湿型时,这种缺陷容易与膨胀缺陷同时发生,这是型砂有问题时,同时产生缺陷的两种不同的表现形式。干型时,铸件表面粗糙是由于干型的型腔的表面粗糙度太高(Rz>1600μm),不用涂料则不能保证铸件表面粗糙度在规定范围。
提高砂型的强度和表面紧实度,有利于克服铸件表面粗糙缺陷。
其他表面粗糙缺陷及成因还有:金属刺、鳄鱼皮(橘皮)、模样粗糙、砂雨现象。
1)金属刺是指铸件表面出现的片状伸出物,常见于复杂铸件内腔中,又分为飞刺、毛刺(脉纹状)两种。飞刺由机械的原因造成砂型或砂芯开裂,形成的裂缝宽度足以使金属流入而产生;毛刺(脉纹状)是由造型材料热膨胀造成的缺陷。
提高砂型的强度可克服飞刺缺陷,降低造型材料的热膨胀性可减少毛刺缺陷。
2)鳄鱼皮(橘皮)的特征表现为整个铸件表面覆盖着类似天花麻面状的凹斑,在圆柱体(铸件)表面布满了尺寸均匀、连续分布的麻点。
这种缺陷通常是化学反应造成的,化学反应是金属氧化物与铸型中的酸性物质的中和反应。温度越高,化学反应越完全。例如铁合金,金属/铸型界面间的中和反应会使铸件产生橘皮状的表面粗糙缺陷。
3)如果模样粗糙,铸型表面必定粗糙。采用光滑的模样、较细的造型材料及涂料等,都有利于克服或减小表面粗糙缺陷。
4)砂雨现象(或砂眼)。浇注时,砂型型腔表面的砂粒脱落,称为砂雨现象。砂雨会造成铸件表面粗糙。其目视特征是:铸件表面散布砂粒,数量多砂粒在表面留下的凹坑或大或小,或聚或散,致使铸件表面粗糙度差别较大。
砂雨缺陷的原因有膨胀性和非膨胀性两种。膨胀性砂雨是由于浇注充型时砂型表面受液体金属的热作用而迅速膨胀产生膨胀力,该膨胀力对砂粒造成挤压而导致砂粒从型腔表面酥落,形成浇注时型腔中的砂雨现象。克服膨胀性砂雨的措施是,延长混砂时间、增加型砂的强度和韧性。非膨胀性砂雨是因热砂引起的。造型时,热砂遇到冷模板,紧贴模板的热砂层中的水汽发生水分凝结而使型砂黏结模板。砂型脱模时,型腔表层砂会粘附在模板上,产生称为“塌型”的造型缺陷。充分冷却,降低砂温,是克服该类缺陷的有效措施。
2.粘砂缺陷
粘砂是常见的铸件表面缺陷。这种缺陷是金属液与铸型间发生界面反应的结果,金属液注入铸型以后,在界面上,金属液、铸型材料和型内气氛之间要发生一系列物理的、化学的和物理化学的作用,粘砂是这许多作用的综合结果。
根据引起粘砂的原因,粘砂缺陷可分为如下几种:机械粘砂、化学粘砂气态粘砂、爆炸性粘砂、共晶渗出粘砂。常见的有机械粘砂和化学粘砂两种。
(1)机械粘砂(渗透粘砂) 机械粘砂是金属液在压力作用下,渗入铸型型壁砂粒孔隙中,产生金属和砂粒互相掺合、互相黏着的现象。
1)铸件产生机械粘砂的条件是:铸型中某个部位受到的金属液的压力大于渗入临界压力,即
式中,p金为铸型中金属液的动压力和静压力;p临为渗入临界压力,是指液态金属开始渗入砂粒间的微孔中所需压力;p气为铸型内微孔中的气体压力(背压)其作用方向是阻碍金属液渗入砂型微孔;p毛为液态金属在铸型微孔中产生的毛细压力;p腔为微型腔内气体的压力;σ为金属液的表面张力;θ为金属液对铸型的润湿角;r为毛细管的半径。
2)影响机械粘砂的因素有:金属液对铸型表面的润湿性(表面张力)、型(芯)表面的微孔尺寸、铸型内微孔中的气体压力(背压)、金属液压力及铸件表面金属液处于液态的时间等。(www.xing528.com)
3)防止机械粘砂的措施(铸型方面)为:减小铸型表面的微孔尺寸,型砂中加入能适当提高铸型背压或能产生隔离层的附加物。
(2)化学粘砂 化学粘砂是铸件的部分或整个表面上粘附一层由金属氧化物和造型材料相互作用生成的低熔点化合物。这些化合物有的容易从铸件表面剥离,称为易剥离的粘砂;不容易从铸件表面上剥离的,称为难剥离粘砂。
1)形成化学粘砂的基本化学反应是铁橄榄石的生成反应:
2Fe+SiO2→2FeO·SiO2(铁橄榄石)
在高温下,金属—铸型界面层生成的铁橄榄石,会使界面层在常温下呈现高的残留强度,常温下把它从铸钢件表面剥离下来是困难的。
2)防止化学粘砂有以下两条途径:
①尽量避免在铸件和铸型界面产生形成低熔点化合物的化学反应,如采用耐火度高、热化学稳定性好的造型材料(锆砂、铬铁矿砂、涂料等)。
②促使形成易剥离性粘砂层或易剥离的烧结层。采用水玻璃砂生产铸钢件时,由于浇注温度高,钢液表面易氧化,生成了大量的FeO,进而生成易剥离的粘砂层,粘砂缺陷较少。而铸铁件浇注温度低,铁、锰等不易氧化,粘砂层中氧化物较少,主要为晶体结构,粘砂层不易清除,粘砂严重。
式中,p金为铸型中金属液的动压力和静压力;p临为渗入临界压力,是指液态金属开始渗入砂粒间的微孔中所需压力;p气为铸型内微孔中的气体压力(背压)其作用方向是阻碍金属液渗入砂型微孔;p毛为液态金属在铸型微孔中产生的毛细压力;p腔为微型腔内气体的压力;σ为金属液的表面张力;θ为金属液对铸型的润湿角;r为毛细管的半径。
2)影响机械粘砂的因素有:金属液对铸型表面的润湿性(表面张力)、型(芯)表面的微孔尺寸、铸型内微孔中的气体压力(背压)、金属液压力及铸件表面金属液处于液态的时间等。
3)防止机械粘砂的措施(铸型方面)为:减小铸型表面的微孔尺寸,型砂中加入能适当提高铸型背压或能产生隔离层的附加物。
(2)化学粘砂 化学粘砂是铸件的部分或整个表面上粘附一层由金属氧化物和造型材料相互作用生成的低熔点化合物。这些化合物有的容易从铸件表面剥离,称为易剥离的粘砂;不容易从铸件表面上剥离的,称为难剥离粘砂。
1)形成化学粘砂的基本化学反应是铁橄榄石的生成反应:
2Fe+SiO2→2FeO·SiO2(铁橄榄石)
在高温下,金属—铸型界面层生成的铁橄榄石,会使界面层在常温下呈现高的残留强度,常温下把它从铸钢件表面剥离下来是困难的。
2)防止化学粘砂有以下两条途径:
①尽量避免在铸件和铸型界面产生形成低熔点化合物的化学反应,如采用耐火度高、热化学稳定性好的造型材料(锆砂、铬铁矿砂、涂料等)。
②促使形成易剥离性粘砂层或易剥离的烧结层。采用水玻璃砂生产铸钢件时,由于浇注温度高,钢液表面易氧化,生成了大量的FeO,进而生成易剥离的粘砂层,粘砂缺陷较少。而铸铁件浇注温度低,铁、锰等不易氧化,粘砂层中氧化物较少,主要为晶体结构,粘砂层不易清除,粘砂严重。
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