铸造工艺学思考题简答

1、高温金属浇入铸型后，金属和铸型有哪些相互作用？从而又可能出现哪些铸造缺陷？（列举5种以上铸造缺陷〕。

热作用、机械作用、物理化学作用。

缺陷：夹砂结疤、毛刺、粘砂、鼠尾、气孔、型壁移动、胀砂、砂眼、浇不足。

2、何谓微观膨胀、宏观膨胀？影响它们的主要因素有哪些？微观膨胀：砂粒的膨胀能被湿粘土膜的收缩所抵消，或砂粒间相互间相对移动的力小于型砂外部阻力以致仅减少砂粒间的空隙，并不引起型砂尺寸变化的阶段。

宏观膨胀：当砂粒的间隙难以减小，或使砂粒间相互移动的力大于砂型外部阻力时，砂型外部尺寸发生变化。

影响因素：砂型紧实度高、硅石粉含量高、砂粒粗细和粒度过于集中一个筛或相邻两个筛、加热速度快则微观减小，宏观增大，加入粘结剂或附加物高温下收缩或烧失以及采取颗粒分散的原砂则微观延长宏观减小。

3、试述夹砂的形成机理及预防措施。

答：（1）铸型表面沙层受热发生膨胀，再砂层表面产生压缩应力，沙粒不能重新排列时砂型表面就会受到破坏而发生夹砂结疤缺陷。

（2）铸型中浇入金属后，铸型表面产生很薄的干燥层，紧接干燥层产生高水层，其强度远比湿型本体底。

铸型表层受热膨胀，强度低的高水层中产生应力集中而出现裂纹，由鼠尾进一步发展成夹砂结疤。

（3）因为铸型的高水层强度较低，以及由于铸型表面干燥层膨胀而与铸型本体分离，能自由滑动，所以就夹砂结疤而言，其最容易产生的条件是浇注时间过长、铸件壁厚和外形平坦处。

措施：（1）、造型材料方面：①原砂；选用力度分散的硅砂做原砂、选用热膨胀系数小和烧结点低的石英—长石砂、非石英质砂；②粘结剂：选用热湿拉强度高、热压应力低的膨润土；增加膨润土、有效粘土含量；采用水玻璃、树脂砂等③水分：尽量降低型砂含水量；④附加物：加入一定量的煤粉、木屑等造型方面：①对于回用砂应保证有效粘土、有效煤粉含量；控制含泥量；②应保证混砂时间③避免压勺来回压大平面、少涮水多扎通气孔、在容易夹砂部分划出沟槽或插钉子浇注方面：应快浇使金属再型内有一定的上升速度，避免高温金属液长时间烘烤型腔4、阐述机械粘砂的形成机理、影响因素和防止措施答：是指铸件的部分或整个表面粘附着一层砂粒和金属的机械混合物，是由于金属渗入铸型表面的微孔形成的。

机理:铸型中某个部位受到的金属液的压力大于渗入临界压力。

影响因素（1）金属液对铸型表面的润湿性。

一般来说润湿角小于90度两者不润湿可防止金属液的渗入，而润湿角大于90度时，两者润湿有利于金属液的渗入，产生粘砂。

但洛铁矿砂因能产生固相烧结，生成致密稳定的烧结层从而防止粘砂（2）型芯表面的微孔尺寸。

其与砂的颗粒大小和分散度以及紧实度有关。

一般砂粒越细，分散度越大紧实度高且均匀有利于防止金属液的渗入。

但浇注温度较高时，细砂粒因耐火度不够可能造成更严重的粘砂，问更高时粗砂粒的粘砂则比细砂粒又要重些（3）铸型微孔中的气体压力。

铸型微孔中的气体压力高，则背压大有利于防止金属液的渗入（4）金属液压力及铸型表面处于液态的时间。

金属夜的静压力和动压力是金属液渗入的动力、铸型表面的金属液存在时间长，金属液可深入到星沙的内部。

防止措施：（1）减小铸型表面微孔尺寸。

如采用细颗粒原砂、表面刷涂料、提高紧实度等（2）铸型中加入能适当提高铸型背压或能产生隔离层的附加物如煤粉等（3）改用非硅质特种原砂。

如能产生固相烧结的洛铁矿砂、或热导率大蓄热系数大的锆砂，以降低铸型表面金属液存在的时间（4）此外还可将体浇注温度、降低充型压力等5、化学粘砂防治措施：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2促进形成易剥离性粘砂层或易剥离的烧结层6、型砂必需具备哪些基本性能？性能：（1）良好的成形性（2）足够的强度（3）一定的透气性、较低的发气量、吸湿性（4）较高的耐火度，较好的热化学稳定性较小的膨胀率收缩率（5）较好的退让性、溃散性耐火性。

7、何谓"紧实率"？为什么要测定紧实率，如何测定？（按实验操作详述X 4、为什么要测定粘土型砂的湿强度？详细说明测定粘土型砂的湿强度实验步骤。

答：紧实率定义: 湿砂型用1mpa的压力下压实或在锤击式制样机上打击三次，其实样体积在打击前后体积变化的百分率，用其试样前后高度变化的百分率来表示，即紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高；测定原因：①紧实率可以反映含水量，只要紧实率在规定范围内其就是最适宜含水量，机器造型紧实率一般为45%②紧实率可以反映型砂性能和预测可能出现的缺陷如紧实率低时，型砂发脆、韧性差，起模易损坏，杀星转角处易损坏；而紧实率高时，其塑性韧性好，但易产生夹砂结疤，胀砂类缺陷③当紧实率一定时含水量发生变化，可以反映有效粘土和粉尘的含量，在造型时采取相应措施。

如紧实率一定，粉尘含量高时，含水量增加，应进行除尘处理实验步骤：①称取2850g原砂和100g膨润土加入混砂机中，干混3分钟，再加入水湿混7分钟后出砂；②再将型砂通过3mm筛网孔，填满120mm试样筒,并刮平；③在锤击式制样机上打击三次后，测量紧实前后的高度变化量。

④紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高；8、影响型砂透气性的因素有哪些?答：砂粒的大小、粒度分布、粒形、含泥量、粘结剂种类、加入量和混砂时粘结剂在砂粒上的分布状况以及砂紧实度的影响。

9、为什么要测定粘土型砂的湿强度？详细说明测定粘土型砂的湿强度实验步骤。

如果强度不高，在移动砂型时易破损，浇注时易被冲刷形成砂眼胀砂或炮火等缺陷，太高则降低透气性，增加了最适宜水分，增加成本，而且给混砂紧实落砂带来困难实验步骤：①称取2850g原砂和100g膨润土加入混砂机中，干混3分钟，再加入水湿混7分钟后出砂②称取150g型砂通过3mm筛孔填满试样筒，制成标准试样③将标准试样取出，放到试验机山，缓慢转动手轮直至试样出现第一条裂纹，读取表盘上视数10、为保持湿型砂性能稳定，日常生产中应检测哪些主要性能？水分、紧实度、湿压强度、透气性、破碎指数、流动性、含泥量、发气性。

还应测有效粘土和有效煤粉含量、抗粘砂性、抗夹砂性11、湿型砂中加入煤粉起什么作用、对煤粉有什么要求？作用：（1）、产生大量还氧性气体，防止金属液被氧化并使铁液表面的氧化铁被还原和提高型砂的背压，有利于防止粘砂缺陷（2）煤粉受热形成的半焦充填堵塞型砂表面颗粒间的孔隙，阻碍金属液的渗透防止粘砂缺陷（3）煤粉受热后变成胶质体，具有可塑性，可吸收原砂的受热膨胀力，减少夹砂结疤类缺陷（4）煤粉在高温下受热分解在铸型界面上析出光亮碳，使型砂不为金属液所润湿减少粘砂类缺陷要求：挥发分含量，灰分、固定碳、光亮碳析出能力，不能太细。

12、在铸钢件生产中，型砂是否需要加入煤粉？为什么？不能只能用在铸铁件中。

加入后会增加铸钢件渗碳，影响铸件质量。

13、何谓型砂的含泥量？它对型砂性能有哪些影响？原砂或型砂中直径小于0.020mm的细小颗粒的含量。

影响因素：（1）原砂中泥分增多，空隙减小，透气性下降（2）原砂的含泥量增多，型砂的湿压强度提高，达到最适干湿状态的含水量也提高（3）若原砂泥分中不含粘土矿物，原砂中的泥分增多会使砂型变脆，起模性变坏。

14、综述原砂颗粒特性对粘土型砂性能（湿强度、透气性、流动性等）的影响透气性：同体积内粗砂粒的周界面积比细砂粒周界面积小，因而气体通过时所受的阻力小，因而粗砂粒的透气性高于细沙粒；砂粒分散，在外力作用下细砂粒嵌在大砂之间减小了孔隙，因而透气性低；沙粒形状对透气性也有影响但较小。

湿强度：颗粒越细或越分散则是压强度越高；粒形的影响，在紧实次数相同的情况下，尖角形砂比圆形砂的湿压强度高流动性：圆形砂比尖角形砂流动性好。

15、铸造用砂的耐火度，烧结点的意及其对铸件质量的影响为何？烧结点：原砂颗粒表面或沙砾间混杂物开始熔化的温度，它是原砂各种组合成分耐火性能的综合反应。

16、非石英质铸造用砂的主要特点是哪些？举例说明之。

非石英质原砂是指矿物组成中不含或只含少量游离二氧化硅的原砂，大多数都有较高的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低而且膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低等优点，能得到表面质量高的铸件并改善清砂工作条件，但有的价格较高，比较稀缺。

例如：镁砂的蓄热系数约为硅砂的1.5倍，热胀系数比石英小，没有因相变而引起的体积突然变化。

橄榄石砂的烧结点约为1200，比硅砂低，但但它不为金属液润湿，具有化学惰性，因此认为其耐火性还是好的，当与钢液接触时，其砂粒表面熔化烧结,形成形成致密层，可防止铸件粘砂和毛刺脉纹。

锆砂的热胀系数只有硅砂的1/3~1/6，能避免铸件产生夹砂结疤等缺陷。

热导率是硅砂的两倍多，因此冷却凝固速度很快，可细化金属组织，提高铸件的力学性能热化学稳定性高几乎不被熔化金属或金属氧化物侵润，有利于阻止金属液侵入铸型孔隙，可防止化学粘砂，减少机械粘砂缺陷。

17、试说明膨润土、普通粘土的主要矿物成分？其结晶结构有何区别？膨润土主要有蒙脱石等矿物组成，铸造用粘土主要含有高岭土或依利石类矿物。

高岭石是1:1型两层结构的粘土矿物，它的每一个单位晶层是有一层硅氧四面体和一层铝氧八面体层结合而成的。

蒙脱石是典型的2:1型三层结构的粘土矿物，其单位晶层是由两层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体而组成的。

18、何谓水玻璃"模数"？铸造生产使用水玻璃时，如何提高或降低水玻璃的模数？举例说明。

钠水玻璃中二氧化硅和氧化钠的物质的量的比值通过化学反应改变模数，加入氢氧化钠提高氧化钠可降低，加入氯化氢、氯化铵中和氧化钠可增加19、简述CO2硬化的钠水玻璃砂的硬化机理。

机理：因为水玻璃中本来就有下列平衡：硅酸钠水解：Na2O·mSiO2·nH2O=2NaOH+mSiO2·nH2O 向水玻璃中吹入二氧化碳时，由于二氧化碳是酸性氧化物其余水解NaoH反应NaoH+CO2=Na2co3+H2O促进水解反应向右进行，硅酸分子增多，其发生缩聚反应≡Si-O-H+H-O-Si≡→≡Si-O-Si≡+H2O其还会进一步缩聚，形成凝胶。

钠水玻璃的物理脱水作用（由液态到固态）和化学反应（形成新物质）的结果。

20、钠水玻璃砂存在哪些主要问题以及解决途径？1、出砂性差。

（1）在钠水玻璃砂中加入附加物（2）减少钠水玻璃用量（3）降低易熔融物质的含量（4）采用以石灰石为原砂的钠水玻璃二氧化硅硬化砂。

2、铸铁件粘砂（为了防止粘砂应涂涂料，而且最好刷醇基涂料，一般铸铁也可以在钠水玻璃中加入煤粉，也可加入高岭土是粘土，从而得到表面光洁的铸件。

）3、型芯表面粉化（控制钠水玻璃的水分不要偏高，吸二氧化碳的时间不宜长，型芯不要久放）4、型砂抗吸湿性差（1）在钠水玻璃中加入锂水玻璃或其他无机附加物（2）在钠水玻璃中加入少量有机材料或加入具有表面活性剂作用的有机物，从而改善吸湿性。