粘砂:缺陷类型和成因

404最容易出现粘砂的地方是外模或型芯内的边缘,由于铸件的几何结构影响,这里的金属在很长时间内都会保持液态,且这部分模型受热较高。该缺陷可能出现在使用砂模法(尤其是湿砂法)制造的所有铸件内,与材料无关,这是金属液和造型材料的成分发生物理/化学作用的结果。

粘砂和渗透的紧密联系

导致焦砂(烧结)和粘砂(图1和图2)的融解相是金属和造型材料反应的结果。该缺陷在铸造合金铸钢中出现尤其频繁。铸件上的缺陷肉眼可见。铜锡和铜锌合金也具有同样的风险。

想要清楚地区分渗透缺陷和粘砂缺陷是不可能的。粘砂往往出现在渗透和烧结之后。总之,即便未导致报废,缺陷也会明显增加所需的清洁工作。

成因

发生粘砂时,润湿应力受到影响,渗透压力(参见渗透)在当前金属静压力作用下降低,这明显加剧了铸件上的渗透。另一方面,在型腔内氧气和造型材料间孔隙的作用下,可能会因金属和造型材料间的反应出现形成硅酸盐层(粘砂)的融解相。

影响因素

根据以下反应流程,硅砂和粘土的溃散产物在高温下与金属氧化物(如FeO)反应并形成低熔点的正硅酸盐:

2Fe + O2 _ 2FeO

Al2 O3 · SiO2 + 4FeO _ 2(2FeO · SiO2) + Al2 O3

正硅酸铁

该过程中生成的铁氧化物能比金属铁更好地润湿造型材料,这增加了烧结和燃烧的可能性。通常,在金属和造型材料反应的过程中,可以预计中间层相的形成。这些相因反应对象成分的润湿性和反应活性不同而表现不同。前述金属蒸气的渗透增加了粘砂的可能。锰钢生产过程中产生的氧化锰熔渣十分活跃,会大大增加材料粘砂的可能。