材料成型工艺学一复习思考题

-1-材料成型工艺学（一）复习思考题1.什么是砂型的紧实度？紧实度对铸件的质量有什么影响？紧实度：也就是砂型的密度。1)紧实度不足则砂型松软，金属液易渗入型砂的空隙，造成铸件表面粘砂、表面粗糙、砂型的变形或胀大，而且铸件易产生缩松和缩孔。2)紧实度大则型砂的退让性不好，透气性差，铸件易产生裂纹和气孔等缺陷。通常用湿型进行大量、成批生产的条件下，液态金属的静压力大多低于1kpa。因此，一般将湿型的紧实度控制在1.6g/cm3左右是合适的。2.什么叫粘砂，什么是机械粘砂？什么是化学粘砂？粘砂：是一种铸造缺陷，它表现为铸件部分或整个表面上夹持有型砂或者粘附有一层难于清除的含砂物质。分为机械粘砂和化学粘砂机械粘砂：是金属液渗入到型砂的孔隙中形成的机械混合物，是一种铸造缺陷。当金属渗入深度大于砂粒半径时则形成粘砂。化学粘砂：金属氧化物（主要是氧化铁－FeO）与造型材料相互作用的产物为化学粘砂。（金属-铸型界面产生的氧化性气氛将导致金属形成氧化物。）3.什么是气孔？气孔的分类？对铸件质量的影响？气孔：出现在铸件内部或表层，截面形状呈圆形、椭圆形、腰圆形、梨形或针头状，孤立存在和成群分布的孔洞。形状如针头的气孔称为针孔，一般分散分布在铸件内部或成群分布在铸件表层。气孔通常与夹杂物和缩松同时存在，是铸件中最常见的而且对铸件性能危害最大的缺陷。气孔分类：1）卷入气孔：在浇注、充型过程中因气体卷入金属液中而在铸件内形成的气孔。卷入气孔一般为孤立的大气孔，圆形或者椭圆形，位置不定，一般在铸件的上部。2）侵入气孔：由型、芯、涂料、芯撑、冷铁产生的气体侵入铸件而形成的气孔。侵入气孔多呈梨形或椭圆形，位于铸件表层或近表层，尺寸较大，孔壁光滑，表面常有氧化色。3）反应气孔：由金属液与砂型、砂芯在界面上，或由金属液内部某些成分之间发生化学反应而形成的成群分布的气孔。反应气孔分内生式和外生式两种。内生式：金属元素与金属液中化合物或化合物之间反应产生的气孔：[C]+FeO—[Fe]+CO[C]+[O]—COFeO+C—CO+Fe外生式：金属与型砂、砂芯、冷铁等外部因素发生化学反应，产生气体，形成气泡而产生的气孔。Fe+H2O—FeO+H2反应性气孔通常为针孔，位于铸件表层的反应气孔通常称为表面针孔或皮下气孔（表面下1-2mm,直径1-3mm,长2-10mm），形状呈针头状或细长腰圆形。4）析出气孔：由溶解在金属液中的气体在铸件成形过程中析出而形成的气孔。析出气孔多呈细小的圆形、椭圆形或针头形，成群分布在铸件的整个断面或局部区域内，孔壁光亮。气孔对铸件质量的影响：1）弥散孔，气密性↓2）破坏金属连续性3）较少承载有效面积4）气孔附近易引起应力集中，机械性能↓αkσ-1↓4.什么是缩孔？其产生原因是什么？缩孔：铸件在凝固过程中因补缩不良而在热节或最后凝固的部位形成的宏观孔洞。（缩松：缩松是细小的分散缩孔。疏松：又称显微缩松，是铸件凝固缓慢的区域因微观补缩通道堵塞而在枝晶间及枝晶晶壁间形成的细小孔-2-洞。）原因：1）合金的液态收缩和凝固收缩大于固态收缩，凝固时间过长；2）浇注温度不当，过高易产生缩孔，过低易产生缩松和疏松；3）结晶温度范围过大，糊状凝固倾向大，易形成缩孔和缩松；4）合金中溶解的气体过多，在凝固阶段析出，阻碍补缩，加重缩松和疏松；5）合金中没有或缺少晶粒细化元素，凝固组织粗大，易形成缩松和疏松；6）浇注系统、冒口、冷铁和补贴等设置不当，铸件在凝固过程中未能得到有效补充；7）铸件结构设计不合理，如壁厚变化太突然、孤立的厚断面得不到补缩；8）冒口数量不足，尺寸太小，形状不合理或冒口与铸件连接不当，补缩效果差；9）内浇道过厚或位置不当，造成热节；10）合金成分设计不当，杂质含量过多，使凝固温度间隔增大；11）砂箱、芯骨刚度差，型芯紧实度低且不均匀，强度低，使铸件在产生胀型缺陷的同时，在内部形成缩孔和缩松。5.什么是冷裂？什么叫热裂？各自的特征如何？冷裂：是铸件凝固后冷却到弹性状态时，因局部铸造应力大于合金的极限强度而引起的开裂。特征：冷裂往往穿晶扩展到整个截面，呈宽度均匀的细长直线或折线状，断口有金属光泽或轻微氧化光泽。热裂：是铸件在凝固末期或终凝后不久，铸件尚处于强度和塑性都很低的状态下，由于铸件固态收缩受阻而引起的裂纹。特征：热裂断口严重氧化，无金属光泽，裂纹在晶界萌生并沿晶界扩展，呈粗细不均、曲折而不规则的曲线。6.什么是砂眼？形成原因主要有哪些？砂眼：铸件内部或表面包裹砂粒或砂块的孔洞。常伴有冲砂、掉砂、鼠尾、夹砂结疤、涂料结疤等缺陷。形成原因：1）型腔内的浮砂在合型前没有吹扫干净；2）合型后由浇注系统和冒口掉入砂粒或砂块；3）由于造型、下芯、合箱等操作不当，发生塌型、挤箱、掉砂、压坏砂型或砂芯；4）由于砂型或砂芯膨胀，浇注系统设计不合理，及浇注操作不当，造成砂型（芯）开裂、型（芯）砂脱落，产生冲砂、掉砂、鼠尾和夹砂结疤，脱落的型、芯砂在铸件内形成砂眼；5）涂料不良，或砂型、涂料不干，浇注时涂层脱落，在造成涂料结疤的同时，形成涂料夹杂。7.什么叫湿型？有什么优缺点？造型后不需烘干而直接浇注的砂型叫湿型。优点：1）适应性强（1)适合于各种合金：铸铁、铸钢、有色合金。（2)适用于各种造型方法：手工造型、机器造型、气冲造型、高压造型。2）经济（1)价格低廉，且来源广泛，粘土：100-200元/吨，树脂：1.3-1.4万元/吨以上；（2)工序简单，设备简单，混制方便，生产周期短；（3)不需烘干，节省能源。3）回用性好，可以反复多次使用；4）无味、对人体无害、粉尘少、环境污染小；5）易于实现机械化和自动化，生产率高。缺点：1）含水量高（一般：3.5-5.5%），发气量大，铸件易产生气孔缺陷；（含水少，湿强度低；含水多，易产生-3-气孔，溃散性差）2）湿型硬度、刚度较低，易造成型壁的移动使铸件尺寸增大，造成胀砂，铸件内部易出现缩孔、缩松；3）浇注时，产生水分凝聚区，砂型强度大大降低，易造成夹砂、结疤等缺陷。4）湿态强度低，易产生冲砂缺陷；5）回用后粘土、灰分、煤分等增多，耐火度降低；6）流动性不高，赋形能力差；7）铸件尺寸精度低。8.什么叫砂型的透气性？如何测定砂型的透气性？透气性：型砂能让气体透过而逸出的能力称为透气性。透气性的测定：先称取一定量的型砂放入圆筒形标准试样筒中，在锤击式试样机上锤击三次，制成标准圆柱试样，然后放在透气性测定仪上，测出气钟内空气在一定压力下通过试样的时间，计算透气性。标准法：假设试样前、后压力差为P=P1-P2,气体通过高度为H的试样的速度V为：V=KP/H，K为比例系数。设Q为气体体积（cm3），通过试样截面积A（cm2）的时间为t(min)，则气体通过试样的平均速度可表示为：V=Q/At，Q=KPAt/H上式表明，通过试样的气体量Q与气压P、试样的截面积A和气体通过的时间t成正比，与试样高度H成反比。由此变换得：K=QH/PAtQ-气体的体积；H-试样高度；P-气体压力；A-试样截面积；t-时间。9.什么叫紧实率？其测定方法是什么？紧实率：将被测型砂通过筛子和漏斗装满试样筒（筛孔直径4.8-6.4mm），刮去多余的型砂后，在锤击式试样机上打击三次，试样体积的压缩程度即为紧实率。紧实率的测定原理：较干的型砂自由流入试样筒中时，砂粒堆积的比较密实，即松散密度较高，在相同的锤击紧实力作用下，型砂体积减少较少。而较湿的型砂，在未紧实前密度较低，砂粒的堆积较松散，紧实后体积减少较多。依据体积变化的大小可判断型砂的水分。C=B/A×100%（C—紧实率，A—试样筒的高度，B—型砂被紧实的距离。）最适宜的紧实率：手工造型和机器造型：50%，高压和气冲造型：40-50%；挤压造型：35-40%。10.湿型砂的基本配比是什么？附加物主要有哪些？基本配比：1）紧实率：50%；2）粘土含量：6-8％；3）含水量：4.5-6%；4）原砂：75/150目细砂；5)煤粉含量：大件5-8%，小件3-4%；6）泥分含量：12-16%；7）透气性：一般在100以下。附加物：煤粉、渣油、淀粉11.何谓水玻璃？其模数如何表示？如何控制水玻璃的模数？水玻璃：是各种聚硅酸盐水溶液的通称。模数：钠水玻璃中SiO2和Na2O的物质的量之比称为模数，用M表示：M=nSiO2/nNa2O=1.033wSiO2/wNa2OWSiO2和WNa2O分别为硅酸钠中SiO2和Na2O的质量分数。1)降低模数：可适当加入NaOH，提高水玻璃中Na2O的质量分数。反应式为：Si（OH）4+2NaOH—Na2O·SiO2·H2O+2H2O2)提高模数：则可加入HCl，NH4Cl等，以中和部分Na2O，反应式为：Na2O·mSiO2·nH2O+2HCl--mSiO2·nH2O+2NaCl+H2ONa2O·mSiO2·nH2O+2HCl+2NH4Cl--mSiO2·（n-1）H2O+2NaCl+2H2O+2NH312.钠水玻璃砂的基本配比是什么？水玻璃砂的优缺点是什么？钠水玻璃砂配比：-4-由纯净的人造（或天然）石英砂，加入4.5-8.0%的钠水玻璃(质量分数)配制而成。对重型的和质量要求高的大型铸钢件砂型(芯)，全部面砂或局部采用镁砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、锆砂等特种砂代替石英砂。如果要求钠水玻璃具有一定的湿态强度和可塑性,以便脱模后再吹CO2，可加入1-3%膨润土(质量分数)或3-6%普通粘土(质量分数)，或加入部分粘土砂。为改善出砂性，有的砂芯中往往吹入1.5%的木屑，或加入5%的石棉粉或其它附加物。优点：1）型（芯）砂流动性好，易紧实，造型（芯）劳动强度低；2）简化造型（芯）工艺，缩短生产周期，提高生产率；3）提高铸件质量，减少铸件缺陷；4）可在型（芯）硬化后起模，型、芯尺寸精度高；5）可以取消或缩短烘烤时间，降低能耗，改善工作环境和工作条件。缺点：1）出砂性差钠水玻璃砂的主要缺点是溃散性差，导致出砂性差，清理困难。模数越低，高温强度和残留强度越高，清理越困难。出砂后结块的型砂给旧砂再生带来困难。残留强度：是指将型砂加热到一定温度后，再随炉冷却到室温所测出的强度。2）铸铁件粘砂铸钢件由于浇注温度高，钢水表面易氧化，粘砂层中氧化铁、氧化锰等含量高，粘砂层易于清除。但厚大铸钢件，钢水对型砂的热作用强烈，使钠水玻璃砂严重烧结，砂型表面孔多，钢水进入空隙中，造成严重粘砂。铸铁件浇注温度低，铁、锰不易氧化，粘砂层是晶体结构，粘砂层不易清除。3）型、芯表面粉化（白霜）如果水分或吹CO2过多时，钠水玻璃砂硬化后，放置一段时间，会在砂型、砂芯表面出现像白霜一样的物质，严重降低砂型的表面强度，浇注时极易产生冲砂缺陷。Na2CO3+H2O→NaHCO3+NaOHNa2O+2CO2+H2O→2NaHCO34）砂芯抗吸湿性差用CO2或加热法硬化的钠水玻璃砂，装配在湿型中时如果不及时浇注，砂芯就会吸湿导致强度急剧下降，不仅可能出现蠕变，甚至坍塌。5）其它缺点：1)发气量大；2)热膨胀大13.什么叫壳型（芯）？把砂型和砂芯制成相适应的形状，但只有一定厚度的砂壳，叫壳芯或壳型。14.何谓覆膜砂？基本配比是什么？覆膜砂制芯的优点有哪些？覆膜砂:用酚醛树脂作粘结剂配制的型（芯）砂叫覆膜砂。壳法覆膜砂用原材料1)酚醛树脂：加入量3.5-6%；2)硬化剂：六亚甲基四胺[（CH2）6N4]-乌洛托品，加入量为酚醛树脂重量的10-15%，并按[（CH2）6N4]：H2O=1：1配成水溶液加入;3)原砂：一般为石英砂对表面质量要求高的铸件，特别是铸件壁很厚实，易产生粘砂的铸钢件，也常用锆砂。粒度:70/140目和100/200目。4)附加物(1)硬脂酸钙：加砂重的0.25-0.35%，防止覆膜砂存放期间结块，增加流动性，使型、芯表面质量致密，制模时易于顶出；(2)石英粉：占砂重的2%，提高覆膜砂的高温强度。(3)氧化铁粉：加入砂重的1-3%，提高型、芯的热塑性，防止铸件产生毛刺和皮下气孔。-5-覆膜砂的混制工艺：以原砂为100，热塑性酚醛树脂为3.5-6，乌洛托品10-15和硬脂酸钙（砂重的0.25-0.35%），石