第十章金属和铸型相互作用.pptVIP

第十章 金属和铸型的相互作用; 金属液浇入铸型后，液体金属与铸型之间就发生剧烈的热交换。在金属液的热作用下，铸型温度升高，导致铸型体积膨胀、型内水分迁移等现象产生。金属和铸型间的机械作用和物理化学作用亦随温度升高而加剧。热作用、机械作用、物理化学作用三者是互相联系的，而热作用是其它两方面作用的基础。; 研究液体金属对铸型的加热，主要是研究在不同时间内铸型各点温度变化的情况，以及铸型在不同时间内所吸收的热量。研究的方法有数学分析法、模拟法（电模拟和水力模拟）以及实测法等。;由此方程的通解和单值条件，可得到铸型的温度场方程式为：; 用直接测温法研究热作用的规律是目前应用最广泛的方法。其方法是在铸型中距界面不同距离的地方安置热电偶以测量液体金属浇入型腔后铸型中各点的温度变化情况；并进而根据温度变化曲线得出温度分布曲线。图1－1和图1－2分别为在干态砂型和湿砂型中浇注Al－30％Cu合金铸件时，铸型中各点的温度变化曲线。图1－3和图1－4分别为浇注铝合金时干型和湿型的温度分布曲线，从图中可以看出如下特点：;(1) 浇注后铸型表面层的温度迅速地接近液体金属的温度，而铸型其它部分仍处于相当低的温度。铸型表层的热作用比较剧烈，必须予以足够重视。; 湿型被金属液急剧加热时，砂型中的水分会从高温的表面层向低温的里层迁移，水分迁移的原因是砂型表面层中的水分受热蒸发变成水蒸气、水蒸气通过砂粒间的孔隙流向砂型内层，进而凝聚成水；另外急热时砂粒间孔隙中的水在压力差和表面张力的作用下也由温度高处向温度低处移动。; 它是从金属与铸型的界面到温度为100℃的地方。该区的温度高100℃，自由水分都被蒸发，因而水分含量很少。水分蒸发产生大量气体，所以又称发气区，在不利的条件下，气体可能侵入液体金属中，产生侵入性气孔缺陷。该区域透气性好，强度高。; 砂型呈多孔性，它在加热时的膨胀可分为显微膨胀和宏观膨胀两个阶段。在砂粒的膨胀能被粘土膜的收缩抵消，或砂粒相互移动的阻力小于砂型外部的阻力时，仅减少砂粒间的孔隙，并不引起砂型尺寸的变化，这个阶段称为显微膨胀阶段。在砂粒间的孔隙已不能再减小，或砂粒间相互移动的阻力大于砂型外部的阻力时，砂型的外部尺寸才发生变化，这个阶段称为宏观膨胀阶段。砂型在加热时的膨胀，不仅与砂粒材料的膨胀系数与特性、粘结剂和加入物的性质及加入量等有关，还和砂型的紧实度、加热温度、加热速度、膨胀条件等因素有关。; 夹砂是铸件常见的一类表面缺陷，是在铸件表面还没有凝固或凝固壳强度很低时，因砂型表面层膨胀发生拱起和裂纹而造成的。分为夹砂结疤和鼠尾两类。金属液进入裂纹把拱起的砂型表层包在铸件内，就成为夹砂结疤缺陷(亦称包砂)，如图1—6(a)所示，砂型表面只拱起而未断开，就造成鼠尾缺陷(亦叫沟槽)，如图1—6(b)所示。;夹砂的形成机理，有几种不同的理论见解。;根据夹砂形成机理，可从以下几方面来防止夹砂的产生：; 浇注时铸型受到金属液的冲刷和冲击；型壁承受金属液的静压力和动压力；铸件在凝固、冷却收缩时受到铸型的阻碍而产生内应力。在不利的情况下，铸件将产生砂眼、冲砂，掉砂、抬箱、裂纹等缺陷。; 金属液沿铸型表面流动时对铸型表面有摩擦力，如摩擦力超出砂型表面层砂粒间在浇注温度下的粘结力，砂粒将被冲下，造成铸件表面局部粗糙、冲砂、砂眼等缺陷。; 液体金属浇入铸型中，在铸件没有凝成足够的硬壳前，型壁受到金属液的静压强为：; 在忽略金属流动阻力的条件下，; 从公式（1-6）可以看出，在金属压头相同的条件下，P动 约为P静的2倍。; 金属与铸型表面的物理化学作用有；铸型的气体侵入金属液，金属液从铸型吸收气体，金属液渗入砂粒间空隙，金属液与铸型材料或铸型中气体发生化学作用生成新的化合物等等。因金属液和铸型的物理化学作用，在不利的情况下，铸件将发生气孔、燃烧、粘砂等缺陷,但也可以利用铸型表面涂料中的合金元素，使铸件表面合金化而提高铸件表面质量。;析出气孔; 侵入性气孔是湿型铸造时最常发生的缺陷之一，侵入气孔的体积较大，呈梨形、圆形、扁圆形，常在铸件浇注位置的上部发现，主要由砂型、砂芯在浇注时产生的气体侵入金属液造成。; 主要从减少P气、增大气体侵入金属液的阻力，使气泡能从铸件金属液中浮出等方面着手。; 粘砂是铸钢、铸铁件生产中常见的铸造缺陷之一。铸件部分或整个表面粘着一层型砂与金属氧化物形成的化合物称为粘??。粘砂大多发生在铸件的厚壁部分、浇冒口附近等