渗透:缺陷类型和成因

真正的(机械/物理)渗透的根本原因是金属静压力、浇铸过程中的动压力和凝固过程中的结晶压力。

可能的形成机理

砂模具有与其存储密度相应的孔隙系统。在金属和造型材料之间的边界上,金属静压力、造型材料的毛细力、润湿性和金属表面张力之间存在着一个平衡。在铸造过程中,当金属液遇到模型表面的砂粒时,金属液会在金属静压力的作用下渗入模型表面的孔隙,直到在模型表面处的界面张力和渗透压力(金属液渗入砂粒最外层的临界压力值)之间达到平衡。因此,铸件表面会变得粗糙。
抵消渗透压力的界面张力受造型材料的毛细力(主要是孔隙度)、模型表面的润湿性和表面张力影响。主要成分为Fe-C的浇铸材料的界面张力相对较高。该张力的范围主要受主合金元素的化学成分和其表面活性元素如铋、铅、磷、硅等的影响。添加铈、钠和锆也会增加界面张力。
金属液润湿模型表面的砂结构,并使其呈现出不同的强度(粗度、润湿深度)。渗透压力、造型材料粒径、孔隙半径和砂粒密度越大,同时界面张力越小,则润湿深度能达到的值越大。因而可以通过形成光亮的碳层显著影响模型表面的润湿角及润湿性。
压实的模具的孔隙半径大小主要取决于颗粒结构(粒度、粒度分布)、添加剂(粘合剂、沉积物的比例)、紧实强度(堆积密度)以及造型材料的烧结性能。
当粗糙深度大于或等于造型材料颗粒半径时,我们使用术语渗透。这说明,只有在考虑到造型材料粒度的条件下才能区分表面粗糙和渗透。

因此以下影响因素可能导致渗透:

  • 造型材料的粒度太大且粒度分布太广
  • 粘合剂和沉积物的比例太低
  • 形成光亮碳的材料比例太低
  • 铸造材料的不利化学成分与过高的铸造温度和金属静压力相结合
  • 外模或型芯紧实度不足或不均匀
  • 浇道系统不足,因而外模或型芯铸件过热