金属材料成形工艺及控制课件 2.3 粘砂现象2.4 气体和侵入性气孔2.6 铸件表面合金化

第2章金属-铸型的界面作用及铸件缺陷控制2.3粘砂现象粘砂：铸件的部分表面或整个表面上夹持有型砂或粘附有一层难以清除的含砂物质。粘砂的多发部位：型芯表面受热作用强烈的部位，如厚壁表面、热节处等。粘砂分：机械粘砂：金属液在动、静压力作用下，渗入型腔表面微孔中，即渗入砂粒之间包住砂子形成的化学粘砂：金属氧化物与造型材料发生化学反应而形成的化学粘砂层1.机械粘砂的形成条件毛细现象：润湿：毛细压力促使液体上升不润湿：毛细压力阻碍液体上升一、机械粘砂(渗透粘砂metalpenetration)第2章金属-铸型的界面作用及铸件缺陷控制2.3粘砂现象图2.15毛细现象1－容器；2－毛细管；3－溶液1.机械粘砂的形成条件P（金）P（腔）P（毛）P（气）P（金）≥P（毛）+P（气）-P（腔）P（金）-金属液的动、静压力P（毛）-毛细压力P（气）-砂型内间隙中的气体压力P（腔）-型腔内气体压力第2章金属-铸型的界面作用及铸件缺陷控制2.3粘砂现象机械粘砂的形成条件影响因素P（金）P（腔）P（毛）P（气）第2章金属-铸型的界面作用及铸件缺陷控制2.3粘砂现象图2.16L、T、X、Y形热节内接圆直径和金属液渗入深度的关系影响因素3.防止措施①采用细砂、粒度分散的砂②增加铸型的紧实度③刷涂料（减小r，增加P（毛））④对特种件采用特种砂（b及α较大）⑤型砂中加入能产生光泽碳的碳质材料第2章金属-铸型的界面作用及铸件缺陷控制2.3粘砂现象2.3粘砂现象二、化学粘砂（烧结粘砂burnon）化学粘砂多发生在铸钢件上，某些大的铸铁件也可能发生。形成条件：①化学反应生成层（粘砂层）；②粘砂层剥离的难易程度2.化学粘砂层的形成及其与铸件的粘接

金属液浇入铸型后，在其高温作用下，其表面被空气或水蒸汽等氧化，生成FeO。黑色金属Fe一般不润湿铸型，而FeO润湿铸型，且熔点低于钢的凝固温度，因而就渗入铸型孔隙中，与型砂中的SiO2反应：2FeO（液）＋SiO2（固）＝Fe2SiO4（液）（铁橄榄石）

生成的低熔点硅酸亚铁溶液也能润湿石英砂，故在毛细压力作用下继续渗入砂型中，包住砂子。FeO与SiO2的反应又使得砂型表面间隙增大。又因金属液对FeO

和Fe2SiO4润湿，因而随着它们渗入铸型。这些低熔点化合物与金属液凝固后就包着砂粒一起粘在铸件表面上。研究表明，粘砂层与铸件的粘接主要靠氧化物薄层（氧化物膜）与铸件粘附在一起，氧化物膜中有FeO、Fe3O4、Fe2O3等，其中与铸钢件直接接触的主要是FeO，对铸铁件还有Fe3O4。当粘砂壳内铁的氧化物膜达到一定厚度时，它就成为易剥离的。在易剥离的粘砂层中的FeO比难剥离的粘砂层中的FeO含量多，有时甚至多10～20倍。也就是说，金属和粘砂层的结合强度取决于铁的氧化物膜的厚度和特性。

2.3粘砂现象二、化学粘砂化学粘砂的防止措施：1.采用特种砂（如铬铁矿砂、铬镁石砂等碱性或中性砂粒，以及高纯度硅砂。2.刷涂料3.采用高耐火度低烧结温度的粘土第2章金属-铸型的界面作用及铸件缺陷控制2.4气体和侵入性气孔一、铸型中的气体及气孔种类气体主要组成：H2，CO以及CO2，甲烷，N2，O2等，对湿型还有水蒸汽。根据气孔的形成条件将气孔分两类：反应性气孔—由金属-铸型界面发生化学反应而形成的气孔侵入性气孔—湿型中气体在气压作用下直接侵入金属液形成的气孔二、侵入性气孔

1.形成条件P（气）＞P（静）+P（腔）+

P（阻）P（腔）P（静）P（阻）P（气）P（气）-界面上气泡所在处的过剩压力（界面处的局部气压）P（静）-ρghP（腔）-型腔内气体压力P（阻）-气体进入金属液内所需克服的阻力，取决于金属液的表面张力、凝固的程度及粘度等。第2章金属-铸型的界面作用及铸件缺陷控制2.4气体和侵入性气孔一、铸型中的气体及气孔种类二、侵入性气孔1.形成条件2.形成机理

第2章金属-铸型的界面作用及铸件缺陷控制2.4气体和侵入性气孔二、侵入性气孔3.防止措施①减少砂型（芯）在浇注时的发气量②增加铸型透气性。如扎出气孔，使用空心或中间填焦炭块的砂芯，适当提高浇注温度同时注意引气等。③提高气体进入金属液的阻力。如保证直浇道高度和金属液面上升速度，避免大平面水平浇注，型芯表面刷涂料等。

第2章金属-铸型的界面作用及铸件缺陷控制2.4气体和侵入性气孔2.6铸件表面合金化铸件表面合金化（铸渗现象）：是利用金属－铸型间的相互作用使铸型表面涂料层中的合金元素渗入到铸件表面形成一层合金层。作用：根据渗入合金的特性，这层合金层可以改善铸件的耐磨、耐热、耐蚀及其它性能，并从而提高铸件的使用寿命。铸件表面合金化的获取方法

1.表面孕育法：在铸型的特定部位涂上含有合金元素或其氧化物的涂料，利用金属液的热量，使合金元素熔化并弥散到金属液中，从而在铸件表面形成合金化层并获得所需要的特定性能。如：拖拉机履带板上的小孔是磨损严重的部位。在形成小孔的砂芯表面涂刷含粉状铬铁合金的涂料，可以大大提高小孔的耐磨性2.6铸件表面合金化缺点：涂料中合金元素的熔化及扩散受铸件热容量及生产条件的限制，合金化层的深度很不稳定；合金元素常被氧化；用来使金属氧化物还原(再扩散到金属液中去)的还原剂渣化，也影响合金化层的深度和质量。2.铸渗法在铸型腔表面涂敷一层高硬度物质(如WC、TiC、SiC、刚玉等)，浇注后，金属液渗入涂敷层中并在高硬度(高溶点)物质颗粒间凝固，从而把它们保持下来，形成硬化层。缺点：如果金属液和高硬度物质之间润湿性差，结合力弱，则在使用中后者往往容易脱落；生产中为了使高硬度物质粘附在型腔壁上，有时使用铁丝网，这样可能使表面硬化层达不到所要求的厚度；有时表面硬化层还含有渣化了的粘结剂或者产生气孔，从而难于获得稳定的表面硬化层。3.金属涂敷铸造法－铸件表面合金化

比较上述二种方法认为：

(1)为了得到稳定的(硬度和厚度)表面层，让金属渗透到涂敷层中并形成合金化组织比合金元素在金属液中扩散并形成弥散的组织好。(2)涂料层中不应含有渣化物质。(3)为便于调节表面层的厚度，要采用粘结剂。而且为避免粘结剂渣化和保证涂层中有较多的孔隙以便金属液渗入其中，最好使用有机粘结剂。(4)所选用的合金元素应能为渗透到涂层中的金属液所熔化并与金属液合金化。为此，所配制的涂料必须能在浇注