合工大特种铸造思考题

特种铸造技术

一、填空

1、熔模铸造模料按熔点分为：低温模料、中温模料、高温模料。

2、熔模铸造典型的蜡基模料是石蜡硬脂酸，有时加入1％－5％的聚乙烯，提高强度和稳定性。

3、蜡基模料使用后性质恶化的原因是硬脂酸变质，回收处理方法有酸性处理法、活性白土处理法、电解处理法。

4、模料注入压型有自由浇注和压注两种方法。 5、制壳用耐火材料按用途可分为面层用耐火材料、过渡层用耐火材料和加固层用耐火材料。 6、熔模铸造制壳常用耐火材料有:石英、刚玉、锆砂、硅酸铝系耐火材料等。 7、金属型铸造的常用直浇道形式有：蛇形直浇道、倾斜状直浇道和鹅颈式直浇道等。 8、离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中，使之在离心力的作用下，完成充填和凝固成形的一种铸造方法。主要用于生产管子、气缸套、活塞环、轴承以及双金属铸件等。 9、人们把与砂型铸造工艺有本质不同的铸造方法称为特种铸造，应用比较广泛的特种铸造方法有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、消失模铸造、离心铸造、低压铸造等。 10、高压力和高速度是压铸时液态金属充填和凝固的两大特点，也是与其他铸造方法的根本区别。 11、具有增压器的三级压射机构压力变化曲线的分为四个阶段：慢速封孔、充填阶段、增压阶段和压实阶段。 12、压铸型常用的抽芯机构有：斜销抽芯机构、齿轮齿条抽芯机构、液压抽芯机构、斜滑块抽芯机构等。 13、生产中用作消失模铸造模型的泡沫塑料有3种：EPS、EPMMA和STMMA。 14、消失模铸造泡沫塑料模型的制作方法有：板材加工、发泡成形。 15、熔模铸造模料注入压型有自由浇注和压注两种方法。 16、根据材料不同，熔模铸造压型的种类主要有：易熔合金压型、石膏压型、橡胶压型和塑料压型。 17、压力铸造的实质是使液态或半液态金属在高压作用下，以极高的速度充填压型，并在压力作用下凝固而获得铸件的方法。高压力和高速度是压铸时液态金属充填和凝固的两大特点。 18、熔模铸造又称失蜡铸造，实质是在可熔模样表面涂覆多层耐火材料，待硬化干燥后，加热将模样熔去，而获得具有与蜡模形状相应空腔的型壳，再经焙烧后进行浇注而获得铸件的一种方法。

19、压铸机分为热压室压铸机和冷压室压铸机两大类，其中冷压室压铸机常用于铝、镁合金铸件的生产。

二、名词解释

1 模组--按工艺要求，将铸件熔模和浇冒口熔模组合成的整体称为模组。 2 多层型壳—在熔模表面形成由多层耐火材料组成的达到所需厚度的型壳。

3热型浇注—即从焙烧炉中取出温度很高的型壳或放在型中的型壳，直接用浇包浇注，或把

特种铸造技术思考题

铸型固定在可翻转的感应炉口上，翻转感应炉，让金属液流入型腔。

4 碱爆清砂—将铸件放在温度为500～520℃的NaOH溶液中，浸泡20～60min，此时SiO2残壳与苛性钠激烈反应，然后快速将铸件移入室温的水中，产生高压蒸汽将残壳反应生成物振脱。然后把铸件放入温度为70～90℃的水中清洗。

5针孔--铸型表面微小裂纹中的气体受热膨胀，渗进液体金属中，形成针孔。

6 覆砂金属型--是一种新型的铸造方法，它是在粗成形的金属型(称为铁型)内腔覆上一层4-6mm热固性树脂砂砂而形成铸型的一种铸造工艺。

7热管--热管是一种高效传热元件，其导热能力是铜的100－1000倍,管内装低温能气化的液体：酒精、氨水、氟利昂，管壁为毛细管结构。设置热管可显著改善突出部位的散热条件。

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8 重力系数--定义 G＝ γ1 / γ ＝ ωr/g为重力系数，表示旋转状态下物质重度增加的倍数。

9层状组织--在较长的离心铸件横截面上有时发现层状相间不同的组织，叫层状组织。 10 充满度—铸件所需金属液质量/压室可容纳的金属液总质量。 11 真空压铸--真空压铸是指在压铸前将压铸型中的空气抽走，使型腔在真空条件下压铸。 12 加氧压铸--加氧压铸是将干燥的氧气充入压室和压铸型型腔中，以取代其中的空气。压铸时，氧气与铝反应生成氧化铝微粒，分布在压铸件中，约占0.1％－0.2％，不影响机械加工和力学性能。

半固态压铸：将液体金属在特殊的冷却搅拌装置中制成部分液态、部分固态的混合浆料，用这种料压铸成铸件的方法。

13 铸铁生长--铸铁中的珠光体在热作用下，会分解成石墨和铁素体，因相变产生体积增大的现象。

14 双金属铸造--先后连续浇铸两种不同液体金属的复合铸件的离心铸造。

15 密度偏析--卧式离心铸造液体金属中的异相质点存在径向运动，产生密度偏析。 16 预发泡—在成形之前，微小的EPS珠粒经过加热，体积膨胀至预定大小的颗粒的过程称为预发泡。

17 熟化处理--预发珠粒必须经过储存一个时期，让空气进入泡孔，消除泡孔内的真空，使珠粒富有弹性的过程。

18 反喷--由于模型汽化的气体不能及时排出，浇注时经常出现反喷现象。

19 硅溶胶--硅溶胶是无定形二氧化硅微小颗粒（直径6－100nm）形成的稳定胶体，又称胶体二氧化硅。硅溶胶粒子大小影响型壳的强度和稳定性。 20 氨干--氨气催化干燥。氨气会加速硅酸乙脂的水解胶凝。

21 V法造型—是一种真空密封造型铸造工艺，它是利用无粘结剂的干砂作造型材料，利用塑料薄膜密封一种特制的砂箱，并依靠真空泵抽出型内空气 ，造成铸型内外压力差，使干砂紧实，以形成所需型腔进行金属液浇注，而获得铸件的一种特种铸造方法。 22 压型—是制造熔模的工艺装备。

23 气阻—由于金属型材料无透气性，型腔中的气体、涂料及砂芯中的气体无法排出会形成气阻。

24 锁模力—是指注射时为克服型腔内熔体对模具的张开力，注射机施加给模具的锁紧力。 25 软化点--模料开始软化变形的温度。

26灰分--灰分是指模料经高温焙烧后的残灰。

27压射比压--压室内液体金属单位面积上受的压力。

三、问答

1、金属型铸造时在哪些情况下要考虑采用砂芯？

特种铸造技术思考题

答：在下列情况下采用砂芯:(1)金属型芯难以取出；（2）作为铸型的活块；如砂芯浇冒口系统；（3）调节凝固顺序，如砂芯冒口；（4）保护铸型易损部位，如砂芯浇注系统；（5）改善排气条件，如砂芯芯头排气；（5）防止铸件开裂。 2、试分析说明金属型铸造的成形特点。

答：由金属型材料的导热性能（好）引起的铸件成型特点：金属型具有高的导热性和蓄热性，铸件的凝固速度较砂型大的多，不仅影响铸件的质量，也影响金属型铸造的应用范围； 由金属型材料无退让性引起的铸件凝固收缩特点：由于金属型材料无退让性，铸件收缩时会出现裂纹及内应力，造成铸件废品及变形；

由金属型材料无透气性引起的铸件成型特点：由于金属型材料无透气性，型腔中的气体、涂料及砂芯中的气体会形成气阻，造成铸件浇不足、侵入性气孔及针孔等缺陷。 3、试分析金属型铸造时金属型的常见破坏原因。

答：①热压力的叠加；②热疲劳应力；③铸铁生长；④氧气侵蚀；⑤金属液冲刷；⑥铸件的摩擦。

4、离心铸造铸件组织的密度偏析和层状偏析是如何产生的？ 答：（1）密度偏析：离心铸造时金属液中异相质点的浮沉速度比重力铸造时快G倍。所以金属液中密度小的气体和渣就容易浮到自由表面，气孔夹渣缺陷显著减少；凝固时析出晶粒多数情况下密度比金属液大，铸件容易产生密度偏析。 （2）层状偏析：由于金属液的惯性作用，金属液与铸型，不同层的液态金属之间都存在相对运动，从而导致结晶组织不同。铸件外层为细小等轴晶，中间为倾斜的柱状晶，内层是一层柱状晶，最终形成层状组织。

5、为什么压铸件一般不能进行热处理和机械加工？ 答：（1）压铸件尺寸精度（CT4-CT7）和表面光洁度（3.2-0.8μm）很高。一般不经机械加工就可使用。（2）压铸时由于液态金属充填型腔速度高，流态不稳定，故采用一般压铸法，铸件容易产生气孔，不容易进行热处理。（3）压铸件热处理操作不当容易产生裂纹。

6、常用的压铸机有哪几类，如何选用？ 答：压铸机分为热压室压铸机和冷压室压铸机两大类。

（1）热压室压铸机：压室与保温坩埚炉连成一起，压室浸于金属液中。金属液充型结束后，多余液体回流至压室中。应用：常用于锌、锡、铅合金，近年来也有用于镁和铝合金铸件生产。

（2）冷压室压铸机：压室同保温坩埚炉分开。压铸时从保温坩埚中舀取金属液倒入压铸机的压室中。常用于生产铝、镁合金铸件。

7、试述水玻璃（硅溶胶）涂料的粘结机理和制壳工艺。 答：（1）熔模铸造中水玻璃粘结剂的硬化机理：

水玻璃在砂型铸造中的常用粘结剂。其基本组成是硅酸钠和水（聚硅酸钠水溶液）。硅酸钠是强碱弱酸盐，在水中极易水解：

Na2O·mSiO2+nH2O↔2Na++2OH-+mSiO2（n-1）H2O-Q

加入酸性物质，有利于聚硅酸钠水解，使水解反应向右进行。在熔模铸造中常用酸性盐作硬化剂，如：NH4Cl、结晶AlCl3、聚合AlCl3和结晶MgCl2。

当用NH4Cl水溶液作硬化剂，与水玻璃型壳相遇时，将发生如下化学反应： Na2O·mSiO2•nH2O+2NH4Cl↔2NaCl+mSiO2•（n-1）H2O+2NH3↑+2H2O

特种铸造技术思考题

水解的结果使水玻璃溶液中硅酸浓度增高，硅酸分子中硅羟基不断脱水聚合成聚硅酸大分子，继而成为硅酸溶胶，最后凝聚成为不可逆的硅酸凝胶，使型壳具有常温强度。 ≡Si—O H+HO—Si≡→≡Si—O—Si≡+H2O （2）制壳工艺：

上涂料→撒砂→空干→硬化→晾干

8、熔模铸造制壳用的耐火材料有哪些？如何选用？

答：常用耐火材料有：石英，刚玉、锆砂、硅酸铝系耐火材料等。

（1）熔融石英（石英玻璃）: 熔融石英熔化温度1713 ℃，导热系数低，热膨胀系数是所有耐火材料中最小的，具有极高的热震稳定性。是理想的熔模铸造用耐火材料。熔融石英型壳性能好，但价格贵，常用于生产精密昂贵铸件，或用于配制制壳用涂料。

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（2）电熔刚玉（白刚玉，α－Al2O3）: 熔点高（2050 ℃ ），密度大（3.99-4.02g/cm）膨胀系数小且均匀。Al2O3是两性氧化物，高温下呈弱碱性或中性，具有良好的化学稳定性，铝、锰、铁、锡、硅、钴、镍等都不与其发生化学反应，是优质的熔模铸造用耐火材料。由于电熔刚玉价格贵，目前只适应于高合金钢和高锰钢熔模铸件的生产。 （3）锆砂（硅酸锆，ZrSiO4）: 熔点约1900 ℃，化学稳定性好，导热系数大，热膨胀系数小，是一种优质的制壳耐火材料。目前主要应用于非高合金钢的面层制壳材料。

（4）铝－硅系耐火材料：铝－硅系耐火材料的基本成分为是铝硅酸盐。价格便宜，易获得，耐火度高，化学稳定性好，线膨胀系数小，应用非常广泛。常用于背层型壳的耐火材料。

10、举例说明离心铸造的应用。

答：离心铸造的应用：主要用于生产形状对称或近似对称的铸件。大小、合金、批量不限。主要产品类型：管子（球铁、灰铁）、汽缸套、活塞环、阀门密封环、轴承、轧辊、双金属铸件等。

11、试述消失模铸造模型材料的选用原则。 答：（1）对于增碳量没有特殊要求的铝、铜、灰铸铁和中碳钢以上的钢铸件，可用EPS。 （2） 对表面增碳有严格要求的低碳钢铸件最好采用STMMA。 （3） 对表面增碳要求特高的少数合金钢件可用EPMMA。 （4） 球铁件对于卷入炭黑夹渣敏感，通常采用STMMA。

（5） 对于表面光洁要求高的薄壁铸件（不论是灰铁、球铁还是铸钢），采用STMMA，且用

最细的珠粒。

（6） 珠粒大小的选择：保证最小壁厚处有3个珠粒。珠粒发泡倍数为30－40，原始珠粒

大小为该铸件壁厚的1/9-1/10。

12、负压（真空度）在消失模铸造干砂振动造型中有什么作用？ 答：负压的作用：（1）固定干砂，防止铸型崩散和移动；（2）加快排气；（3）加快金属前沿的推进速度，提高充型能力；（4）改善工作环境。

13、消失模铸造时如何防止气孔（皱皮）缺陷的产生？ 答：气孔：在铸件表面和死角处存在的孔壁光滑的孔洞。 防止措施：（1）低密度模型材料；（2）涂层发气量小，透气性好；（3）模样和涂层干燥；（4）模样粘结胶发气量小，用量少；（5）负压合适；（6）浇注系统设计合理；（7）浇注方法正确。

皱皮：铸件表面沉积一层光亮碳，清理后表面呈现橘皮状。

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防止措施：（1）采用低密度的模型材料；（2）合理设计浇冒口系统；（3）适当提高浇注温度；（4）适当提高负压度；（5）提高涂层和型砂的透气性。

14、试分析和比较蜡基模料和松香基模料的性能和应用。 答：（1）蜡基模料：蜡基模料是以矿物蜡或动植物蜡为主要组分的模料。

蜡基模料的熔点低，配制容易，制模和脱模方便，回收简便，复用性好，但强度和热稳定性差，收缩大，难以生产高精度铸件和大型铸件。为改善石蜡硬脂酸模料性能，有时在模料中添加熔点较高的有机物代替部分硬脂酸，提高模料的强度和热稳定性。

（2）松香基模料：主要组成为松香。一般松香基模料强度高，收缩小（约0.5%）,熔点高，但易老化、寿命短，常用来生产高精度中大铸件。

15、为什么熔模铸造压制熔模时常采用糊状模料？ 答:收缩小，提高蜡模的尺寸精度。但流动性差。

16、什么是热型浇注，为什么要热型浇注？哪些特种铸造方法常采用热型浇注？ 答：热型浇注：型壳从焙烧炉中取出后，直接在高温下进行浇注的浇注方法。

原因：提高金属的流动性，提高铸件精度。

采用热型浇注特种铸造方法：熔模铸造，金属型铸造，熔模铸造。

17、分析比较几种特种铸造方法对浇注温度的要求。 答:熔模铸造：采用热性浇注，需要将蜡模熔掉，浇注温度比普通砂型铸造要高。 金属型铸造：合金的浇注温度比砂型铸造要高，防止出现浇不足、冷隔等缺陷。 离心铸造：一般比重力浇注温度低5～10℃，保护铸件质量，保护金属型。

压力铸造：较低的浇注温度。温度过高凝固收缩大，易产生裂纹，晶粒粗大等缺陷，温度过低易产生浇不足，冷隔和表面流纹。 消失模铸造：泡沫塑料的汽化是吸热反应，浇注温度高于普通铸造的浇注温度，

18、分析说明消失模铸造生产中涂料的重要性。 答：（1）提高泡沫塑料模型的强度和刚度；（2）浇注时，将金属液与铸型分开，得到表面光洁无粘砂的铸件，同时防止干砂进入铸型中，造成铸型塌陷；（3）排气性能良好，防止气孔和炭黑等缺陷。

19、金属型铸造时产生针孔缺陷的原因是什么？生产中如何防止针孔缺陷产生？

答：铸型无透气性，铸型表面微小裂纹中的气体受热膨胀，渗进液体金属中，形成针孔。 防止措施：（1）设置气孔、排气槽或排气塞；（2）涂层和铸型充分干燥；（3）去除铸型型腔表面铁锈和微裂纹。

20、特种铸造有什么特点，通过学习，你认为特种铸造会取代普通砂型铸造吗？为什么？ 答：1.特种铸造的特点：

（1）从铸造工艺角度考虑，铸件的尺寸精度和表面粗糙度主要取决于铸型的性质。 改变铸型的制造工艺及材料的特种铸造方法。 熔模铸造：薄壳铸型，耐火度高。 金属型铸造：金属铸型。

消失模铸造：不含粘结剂的干砂铸型。

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还有：石膏型铸造，陶瓷型铸造，石墨型铸造等。

（2）化学成分相同条件下铸件的机械性能主要取决于冷却速度。 改变液态金属充填及冷却条件。 离心铸造：在离心力作用下凝固。 压力铸造：高压力下充填和凝固。 金属型铸造：冷却速度比砂型制造快。 还有：低压铸造，差压铸造，真空吸铸等。

2.特种铸造不能取代砂型铸造，它是砂型铸造的一种补充。

(1)从铸件的结构特点来看，大多数特种铸造方法适用于生产批量不大的大中小型铸件。例如，金属型铸件不宜用于生产形状复杂的薄壁铸件，而压力铸造则适用；离心铸造原则上只适用于空心旋转件铸造。(2)从铸造的种类来看，金属型铸造，压力铸造及金属液冲压等最适于有色金属铸件，熔模铸造及陶瓷型铸造适于生产各种钢铸件。（3）从生产批量来看，除陶瓷型铸造外，由于特种铸造生产准备周期长，工艺装备成本高，或者需要用专门的设备，所以通常只适用于成批量和大批量生产。

仅供参考