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2.2 铸造材料

2.2.1 铸造原料

铸造的主要原料包括生铁、废钢、回炉料等熔化用料,以及铸造用砂等造型材料。铸造生铁的质量稳定十分重要,最好对成批购进的生铁做化学分析并制表记录,以供参考。本企业内的废钢,已知其成分,可以放心使用,对于从外面购进的废钢,则应预先确定成分后,才可使用。材料分析除采用湿式的化学分析法外,最近多采用光谱分析法。

粒度分布对造型用砂十分重要,影响造型时的成型性、铸件的表面质量和铸型的透气性。此外,还希望保持适当的耐热性,以承受高温铁水的作用。目前,铸造用砂除最常使用的硅砂外,还有锆砂、橄榄石矿砂、铬矿砂等。由于铸造原材料对铸件质量和铸造缺陷有很大影响,必须严格管理。

1. 对型砂和芯砂性能的要求

型(芯)砂质量对铸件的质量有很大的影响,如砂眼、夹砂、气孔、裂纹等缺陷的产生常是由于型(芯)砂质量不合格所引起的。同时,新的造型材料的出现,也常能促使造型或制芯工艺的变革。此外,每生产1吨合格铸件需4~5吨型砂。因此,合理选用型(芯)砂,可提高铸件质量,降低成本。

型(芯)砂应具备如下的性能。

(1)可塑性。型砂在外力作用下容易获得清晰的模型轮廓,外力去除后仍能保持其形状的性能称之为可塑性。砂子几乎是不可塑的,而含有一定水分的黏土,则有很好的可塑性。所以在型砂中含黏土量越多,并且黏土的分布越均匀,可塑性越好。

(2)强度。型砂在外力作用下而不破坏的能力叫做强度。为了在搬运、合箱和浇注时不致损坏,型砂应具有足够的强度。型砂的强度随黏土含量和型砂的捣实程度的增加而增加,细小砂粒和大小不均匀的砂粒也能提高型砂的强度。

型砂的强度随黏土含量和紧实度的增加而增加,砂的粒度越细强度越高。型砂的含水量对强度也有很大影响,过多或过少均使强度变低。型砂的强度可用标准试样在专门仪器上测定。

(3)耐火性。在高温液体金属作用下,型砂不软化、不黏结金属的性能称之为耐火性。若耐火性差,型砂将黏结在铸件表面上,使机械加工非常困难,严重时,因不能机械加工而报废。耐火性主要与化学成分、砂粒形状及大小等有关。纯石英砂的耐火性最好。圆形、粗大砂粒的耐火性较多角形、细小砂粒的耐火性好。

为弥补型砂耐火性的不足,还需采用防粘砂材料。如在型砂中混入少量煤粉或在型腔表面刷覆一层石墨涂料,这些碳质物质所产生的还原性气体可有效地防止粘砂。

(4)透气性。型砂允许气体透过的能力称之为透气性。型腔中本来就有空气型砂和芯砂,在液体金属高温作用下,将有气体产生;液体金属本身在冷却时也会析出气体。如果型砂的透气性不好,这些气体不能及时排除,将会使铸件产生气孔缺陷。砂粒大而均匀,黏土含量少,水分适当,混合均匀,捣实程度越小,则透气性越好。型砂含水量过少时,砂粒表面黏土膜不光滑,透气性不高;含水量过多时,空隙被堵塞,也使透气性降低。

(5)退让性。铸件凝固和冷却过程中产生收缩时,型砂能被压缩,退让的性能称为退让性。金属浇注后,型砂的高温强度越低,其退让性越好,铸件收缩受到的机械阻力越小,铸件内应力减小。反之,铸件收缩受阻,内应力加大,甚至产生裂纹等缺陷。

用黏土作黏结剂时,由于黏土在高温时发生烧结,强度进一步增加,所以退让性差。为提高型砂的退让性,除改用其他黏结剂(如油、树脂等)外,还可在干型型砂中混入少量木屑等附加物,使砂粒的间隙增加。

由于砂芯是形成铸件的内腔,它被高温液体金属所包围,因此,除对上述性能要求较高外,还须考虑型(芯)砂的回用性、发气性和出砂性等。回用性良好的型砂,便于重复使用,型砂耗费量低;发气性低的型砂,浇注时自身产生的气体少,铸件不易产生气孔;出砂性好的型砂,浇注冷却后残留强度低,铸件易于清理。

2. 配制型砂和芯砂用的原材料

为了使型砂和芯砂具有合适的性能,需要进行配制。配制型砂和芯砂用的原材料,种类很多,现将常用的原材料介绍如下。

(1)原砂。原砂是型砂和芯砂的主要组成成分。原砂一般采自山地、海滨和河边。原砂性能的好坏,主要决定于它的化学成分、砂粒形状和均匀度。砂中SiO 2 含量越高,它的耐火性越好。砂粒以圆形为佳,越均匀越好。

(2)黏结剂。黏结剂的作用是将砂粒黏结起来,使型砂、芯砂具有一定的强度、可塑性等。黏结剂有黏土和特殊黏结剂两大类。

黏土是来源广泛、价格便宜的黏结剂。型砂、芯砂中常用的黏土有陶土和白泥。陶土颗粒极细,吸水性能和黏结性能良好,但烘干后铸型容易开裂,所以只适用于铸铁、铸钢的潮型。白泥的耐火性高,黏结性较陶土为差,但在烘干后铸型不易开裂,一般只适用于铸铁及铸钢的干型。

黏土的缺点是降低型砂、芯砂的透气性和退让性等。为获得高质量的铸件,要采用特殊黏结剂。除黏土以外的黏结剂,都称为特殊黏结剂,因种类很多,下面仅介绍常用的几种。

①桐油。在烘干过程中,蒙在砂粒上的桐油被氧化,形成坚固的薄膜,将砂粒与砂粒连结起来,使芯砂具有足够的强度。在液体金属浇入铸型以后桐油将被烧掉,使型芯砂具有良好的退让性和湿散性,既不妨碍铸件的收缩,又便于铸件的清理。所以,桐油是很好的黏结剂。此外,亚麻仁油也属此类黏结剂。这些油类黏结剂由于来源少,价格贵,主要用于配制复杂而重要铸件的芯砂,一般应尽量不用。

②合脂。它是制皂工厂利用石蜡制取合成脂肪酸后的副产品。它比桐油便宜,湿强度、干强度与桐油差不多,目前大部以合脂代替桐油。

除上述黏结剂外,还有纸浆废液、糖浆、水玻璃等。

(3)特殊附加物。为了提高造型材料的某些性能而附加的物质称之为特殊附加物。例如,为了提高型砂和芯砂的退让性和透气性,可加入一些木屑;为了防止粘砂,在铸铁的型砂和芯砂中加入适量的煤粉,或在铸型及型芯表面扑撒或涂刷一层石墨粉、石英粉等。

2.2.2 型砂

型砂可分面砂、填充砂和单一砂等。面砂是紧贴铸件的一层型砂,质量要求高。填充砂在面砂层之后,不和金属液接触,质量要求不严格。单一砂是不分面砂与背砂的型砂,主要用于机器造型。另外大型铸件的砂型常需烘干后再浇注,它所用的型砂中含有较多的黏土,这种型砂叫干模砂;中小型铸件常用潮型浇注,它所用的型砂中合黏土量较少,这种型砂称为潮模砂。

型砂是由用过的旧砂、新砂、黏土及特殊附加物加水配制而成的。其具体组成应根据铸件大小、合金种类、铸造工艺特点等确定。例如,铸铁件湿型用的面砂,可采用新砂10%~25%,旧砂50%~80%,黏土4%~6%,煤粉2%~5%,另加水分4%~6%。

砂型铸造用砂是在硅砂内加入膨润土与其他黏结剂,并加入碳质与淀粉等添加剂,以改善造型性和铸件的表面质量。最近,由于旧砂几乎可全部回用,新砂的补充量极少,其值仅为百分之几。当采用壳芯时,有的例子说可以不加新砂。砂、黏结剂、添加剂、水等物质的配比,应根据砂型的性质来确定,并用辗轮式混砂机或摆轮式高速混砂机配制型砂。最近各种高效率连续式辗轮混砂机已投入使用。

型砂试验有几种:①砂的成分试验(黏土量、化学成分);②透气性与粒度试验;③强度试验;④硬度试验;⑤流动性试验;⑥老化度试验;⑦高温强度试验等。应该根据需要来选用。必须尽量缩小型砂性质的变动范围。

2.2.3 芯砂

砂芯除芯头外四周都被金属液所包围,因此要求芯砂的耐火性、强度、透气性和退让性比型砂好,而且也要便于清理。因此芯砂的组成与型砂不同,它一般不用旧砂,对于要求高的芯砂要全部采用硅砂,同时采用特殊黏结剂(如桐油、合脂、纸浆废液或水玻璃等)。例如,铸铁件用的形状复杂的小型砂芯,其组成全为硅砂,另加1%~1.5%的桐油或亚麻仁油,视需要再另加1%~2%的黏土,以保证它有一定的湿强度。

芯砂采用油砂、CO 2 干燥砂和壳芯砂。最近,在砂型中装配壳芯的例子极多,壳芯则以含有2%~3%树脂的复膜树脂砂制造,这种砂的流动性非常好,并有适当的强度,容易制成型状复杂的砂芯。

此外,当将这种壳芯装入砂型内,其树脂在铁水浇注时分解,铸件容易清理。由于芯砂将混入型砂内,所以壳芯砂的粒度一般应和型砂的粒度相同。 djQpR6OB2yJWqw+hatQQHG2auKjqSfin6uaIAH39M+Lzx1jJPED0L3iMVAd+daqK

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