鑄型材料基礎

前言

鑄造是機械行業(yè)最基礎的產(chǎn)業(yè)，在我國，鑄造又俗稱“翻砂”，其中“砂”即為廣義的鑄型（芯）材料，而“翻”理解為使用鑄型（芯）材料的技術(shù)。鑄型（芯）材料的主要特點是：①從學科理論來看，其開發(fā)、生產(chǎn)和應用涉及硅酸鹽學、礦物學、陶瓷學、無機化學、高分子材料、有機合成、精細化工和鑄造工藝等諸多學科，遠遠超出了鑄造專業(yè)的研究范圍，是多學科結(jié)合的產(chǎn)物。從事研究開發(fā)及應用的相關(guān)人員必須有較寬的知識面和合理的專業(yè)結(jié)構(gòu)。②品種及規(guī)格繁多，給生產(chǎn)、應用、管理和質(zhì)量控制帶來了諸多問題，從而對其提出了更高的要求。③對鑄件質(zhì)量影響大，大多數(shù)鑄造缺陷（據(jù)統(tǒng)計約70%）都與鑄型（芯）材料的質(zhì)量和選用有關(guān)。因此，鑄型（芯）材料在鑄造中的重要性不言而喻。砂型鑄造與其它鑄造方法相比，其優(yōu)點是：不受零件形狀、大小、復雜程度及合金種類的限制；所用材料來源廣，生產(chǎn)準備周期短，成本低。砂型鑄造是鑄造生產(chǎn)中應用最廣泛的一種方法，世界各國用砂型鑄造生產(chǎn)的鑄件占總產(chǎn)量的80%～90%。為此，《鑄型材料基礎》以砂型鑄造為主線，首先以大量篇幅較系統(tǒng)全面地介紹各種無機和有機黏結(jié)劑砂的原材料性質(zhì)、硬化工藝原理和生產(chǎn)應用；隨后介紹砂型（芯）涂料；最后，首次將工藝過程材料列入鑄型（芯）材料中加以介紹。作為型（芯）砂有機黏結(jié)劑，有天然的植物油和礦物油，工業(yè)副產(chǎn)物的合脂、渣油和紙漿廢液，以及人工合成的樹脂等。除了人工合成的樹脂外，其它有機黏結(jié)劑曾在我國一段時期廣泛使用，隨著人工合成的樹脂黏結(jié)劑的推廣應用，其它有機黏結(jié)劑的缺點逐漸暴露，其應用領(lǐng)域和范圍逐漸被人工合成的樹脂黏結(jié)劑所取代。為此，為節(jié)省篇幅，本書不再介紹其它有機黏結(jié)劑（對其有興趣的讀者，請查閱其它鑄造教科書或手冊），而主要以熱硬、自硬和氣硬的固化原理為主線，介紹人工合成的樹脂黏結(jié)劑。具體內(nèi)容如下：在第1章緒言中，介紹了砂型和砂芯的制造方法及砂芯的分級，造型材料的分類及特點，造型材料發(fā)展趨勢及展望等。在第2章中，較詳細地介紹了硅砂的基本性質(zhì)和性能，鑄造用硅砂的技術(shù)指標和硅砂的處理等；對非石英質(zhì)耐火骨料，主要介紹了鋯砂、鎂砂、橄欖石砂、鉻鐵礦砂、石灰砂、碳質(zhì)砂及鋁硅系耐火骨料等。在第3章中，主要介紹了黏土濕型砂用原材料及其配方，以及黏土濕型砂的典型鑄造缺陷，同時還簡單介紹了干型砂和表干型砂。在第4章中，重點介紹了水玻璃黏結(jié)劑砂，包括水玻璃的基本性質(zhì)和性能、水玻璃的硬化及黏結(jié)強度和各種水玻璃砂的硬化方法；介紹了磷酸鹽和水泥等其它無機黏結(jié)劑砂；就可溶芯黏結(jié)劑砂，重點介紹了水溶芯黏結(jié)劑砂的原材料、配方及其成型方法，并對可溶芯黏結(jié)劑砂的應用前景作了展望。在第5章中，重點對覆膜砂用原材料、配方及其覆膜工藝、覆膜砂制芯（型）工藝和覆膜砂及殼型（芯）典型鑄造缺陷及其防止對策作了介紹；介紹了熱芯盒樹脂砂用原材料、射芯工藝和熱芯盒法存在的主要問題及解決途徑；簡要介紹了具有應用前景的溫芯盒法。在第6章中，就酸硬化的呋喃樹脂、酯硬化的堿性酚醛樹脂和胺硬化的酚尿烷樹脂三種自硬砂，分別介紹了其黏結(jié)劑系統(tǒng)特征、硬化工藝原理和主要工藝參數(shù)，同時對其引起的典型鑄造缺陷和型（芯）砂的再生也進行了介紹。在第7章中，重點介紹了目前廣泛應用的三乙胺氣體硬化的酚尿烷冷芯盒樹脂砂工藝，包括該樹脂砂用原材料、主要工藝過程及應用和該工藝的發(fā)展，還對酚尿烷／胺法冷芯盒芯砂及鑄件的缺陷和防止措施進行了闡述；作為氣硬冷芯盒砂，還介紹了二氧化硫硬化的呋喃、環(huán)氧樹脂砂；最后簡略介紹了幾種具有開發(fā)前景的低毒、無毒的氣硬冷芯盒工藝。在第8章中，介紹了鑄造涂料的發(fā)展、分類與作用；鑄造涂料的主要組成及其配制、施涂和干燥；幾種典型的砂型（芯）涂料的特點；涂料常規(guī)性能的檢測和常見的缺陷及其防止措施等。在本書的最后一章——第9章，先后介紹了冒口套、覆蓋劑和過濾器用材料性質(zhì)及組成、制作配方與應用效果。本書是在總結(jié)作者多年來從事《鑄造工藝學》和《造型材料》等課程教學和科研的實踐經(jīng)驗的基礎上，同時吸取國內(nèi)同仁多年的教學改革成果而編寫成的。全書介紹了造型材料的基本知識和最新應用成果，匯集了較為翔實的技術(shù)資料、數(shù)據(jù)和圖表，可讀性和實用性較強。本書可作為高等院校鑄造專業(yè)本科生教材；可作為材料成型及控制工程專業(yè)本科生及研究生的教材或參考書；本書還能供從事鑄造技術(shù)管理及原輔材料生產(chǎn)、銷售工作的人員等方便地查找并選取各自所需的內(nèi)容，為相關(guān)行業(yè)的讀者在生產(chǎn)、科研和教學中提供幫助與服務。在編寫過程中，受到編者所在單位華中科技大學材料科學與工程學院領(lǐng)導及各位同仁的支持與關(guān)心，在此表示衷心感謝。由于編者知識面及視野有限，加之時間倉促，在學術(shù)觀點及內(nèi)容選取上難免有諸多不當和疏漏之處，敬請讀者不吝賜教。編者于2008年10月

內(nèi)容概要

本書分為9章，較系統(tǒng)地介紹了砂型鑄造用鑄型(芯)材料的基本知識和最新信息。第1章為緒言，第2章介紹了型（芯）砂用骨干耐火材料，第3章和第4章分別介紹了黏土黏結(jié)劑型（芯）砂和水玻璃型（芯）砂及其它無機黏結(jié)劑型(芯)砂，第5～7章分別介紹了熱硬、自硬和氣硬樹脂型（芯）砂，第8章介紹了鑄造涂料，第9章介紹了包括冒口套、覆蓋劑和過濾器等的工藝過程材料。     本書可作為高等院校鑄造專業(yè)本科生教材；也可作為材料成型與控制工程專業(yè)本科生及研究生的教材或參考書；也可供從事鑄造技術(shù)管理及鑄型（芯）原輔材料生產(chǎn)、銷售工作的人員參考。

書籍目錄

第1章　緒論 　1.1　砂型和砂芯的制造方法 　1.2　砂芯的分級與黏結(jié)劑的選用 　　1.2.1　砂芯的分級 　　1.2.2　砂芯黏結(jié)劑的分類 　　1.2.3　砂芯黏結(jié)劑的選用 　1.3　鑄型（芯）材料的分類 　1.4　鑄型（芯）材料的特點 　1.5　鑄型（芯）材料的發(fā)展趨勢與展望 第2章　型（芯）砂用骨干耐火材料 　2.1　概述 　2.2　硅砂 　　2.2.1　硅砂的基本性質(zhì) 　　2.2.2　鑄造用硅砂的來源和篩分 　　2.2.3　鑄造硅砂的性能 　　2.2.4　鑄造用硅砂的技術(shù)指標 　　2.2.5　原砂的預處理 　2.3　非石英質(zhì)原砂 　　2.3.1　鋯砂 　　2.3.2　鎂砂（magnesite） 　　2.3.3　橄欖石砂（olivine sand） 　　2.3.4　鉻鐵礦砂 　　2.3.5　鋁?硅系耐火骨料 　　2.3.6　碳質(zhì)耐火材料 第3章　黏土黏結(jié)劑型（芯）砂 　3.1　概述 　3.2　黏土濕型 　　3.2.1　黏土濕型用原材料 　　3.2.2　濕型砂的制備和性能控制 　　3.2.3　濕型砂的緊實 　3.3　干型（芯）砂和表面烘干型砂 　3.4　濕型砂典型的鑄造缺陷 　　3.4.1　砂眼 　　3.4.2　膨脹缺陷——夾砂結(jié)疤和鼠尾 　　3.4.3　脹砂第4章　水玻璃型（芯）砂及其它無機黏結(jié)劑型（芯）砂 　4.1　概述 　4.2　水玻璃黏結(jié)劑型（芯）砂　　4.2.1　水玻璃黏結(jié)劑的物理化學性能　　4.2.2　水玻璃的硬化及黏結(jié)強度　　4.2.3　CO2吹氣硬化水玻璃砂　　4.2.4　水玻璃自硬砂　　4.2.5　烘干法和微波硬化法水玻璃砂　4.3　磷酸鹽黏結(jié)劑型（芯）砂　　4.3.1　磷酸鹽黏結(jié)劑　　4.3.2　磷酸鹽黏結(jié)劑型（芯）砂配方　　4.3.3　磷酸鹽黏結(jié)劑型（芯）砂的抗吸濕性　4.4　可溶芯黏結(jié)劑砂　　4.4.1　概述　　4.4.2　水溶芯黏結(jié)劑砂　　4.4.3　非水溶性可溶芯黏結(jié)劑砂　　4.4.4　可溶芯的發(fā)展方向第5章　熱硬樹脂黏結(jié)劑型（芯）砂第6章　自硬冷芯盒樹脂型（芯）砂第7章　氣硬冷芯盒法型（芯）砂第8章　鑄造涂料第9章　工藝過程材料參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：鋯砂沒有晶相轉(zhuǎn)變狀態(tài)，膨脹率約為0.3％，與硅砂相比，鋯砂具有良好的導熱性。由于鋯砂的密度大、價格高、型號有限，限制了它的應用。鋯砂因此更適用于對質(zhì)量要求高和尺寸精密性要求高的鑄造領(lǐng)域，如液壓件等。鉻鐵礦砂（Feo-CrzO3）與鋯砂一樣都不存在晶相轉(zhuǎn)變。雖然它的膨脹率約為0.6％，并且比鋯砂便宜得多。但與硅砂和鋯砂相比，鉻砂有許多缺點。它是一種破碎了的礦物質(zhì)，顆粒形狀不規(guī)則，而且表面化學雜質(zhì)是堿，這就導致了用其生產(chǎn)出的覆膜砂強度偏低。（2）取代硅砂和鋯砂的覆膜砂用原砂  隨著對鑄件質(zhì)量要求的日趨嚴格（比如薄壁輕量化、形狀復雜化、尺寸精度提高等），所要求的鑄型特性也日趨嚴格。比如缸體水套的水路砂芯以及液壓閥砂芯等，其形狀復雜、薄壁，硅砂原砂的覆膜砂殼芯出現(xiàn)折斷問題，鑄件產(chǎn)生脈紋、粘砂、氣孑L以及澆注后出砂困難等問題。為防止上述鑄造缺陷，對覆膜砂用原砂提出了更高的要求，比如：a.砂粒表面須潔凈；b.粒形應圓整；c.具有低膨脹率；d.耐熱性好；e.硬度較高，舊砂回用性好；f.價格相對低廉等。如使用能滿足上述要求的低膨脹率和高耐熱性鋯砂等特種砂時，其原砂的價格高，來源有限，且其密度大等，因而在使用中受到限制。因此尋找能部分取代硅砂和鋯砂的原砂，是殼法覆膜砂研究的重點之一。目前國內(nèi)外開發(fā)的三種原砂值得關(guān)注。①頑輝石砂頑輝石砂是熔煉鐵鎳合金的副產(chǎn)物——熔融狀態(tài)的爐渣用空氣吹散，冷卻后成為細小的球狀顆粒（粒徑在0.5mm以下），然后再在槽式磨礦機內(nèi)加水研磨而得到的一種非常適于作鑄造原砂的球形砂，日本商品名稱是“太陽珠砂”。因為開發(fā)頑輝石砂是利用廢棄物，故成品砂的價格只略高于硅砂。因煉鐵鎳合金的原礦是由含鎳的橄欖巖風化而成的，故熔煉鐵鎳合金的爐渣，化學成分也大體上類似于天然的橄欖巖，主要組分為二氧化硅、氧化鎂、氧化鐵及氧化鈣等。其礦物組成為頑火輝石、苦土橄欖石、透輝石等。不存在游離的si02、Mgo和cao。其主要化學1成分如下：Si02 50％～55％，Mg（）27％～36％，A12 03 1.5％～2.5％，F(xiàn)e2 03 8％～16％，Ca0 O.5％～5％。

圖書封面

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