液态成型综合实验SystematicExperimentonLiquidCasting课件.ppt

液态成型综合实验 Systematic Experiment on Liquid Casting,液态成形实验室,本科生综合实验周Course for undergraduates,液态成型综合实验,课程目的,增强动手能力！材料成型与控制工程学科液态成型方向主干课程：铸件形成理论、铸铁、铸钢及铸造有色合金、铸造工艺学、铸造机械化涵盖金属材料、造型材料、合金设计及熔炼、工艺、设备等综合知识。,液态成型综合实验,主要内容,课程意义 课程内容课程安排课程考核,液态成型综合实验,课程内容,实验一、原砂性能测试,实验三、型砂性能测试,实验四、铸铁的熔炼及铸造性能测试（课件暂无）,实验五、铸铁金相组织观察与绘制（课件暂无）,实验六、有色合金熔炼（课件暂无）,实验八、铸钢金相组织观察与绘制（课件暂无）,实验七、铸造有色合金金相组织的观察与绘制（课件暂无）,实验九、混砂机实验（课件暂无）,实验十、振动落砂机实验（课件暂无）,实验二、粘土性能测试,液态成型综合实验,课程安排,总学时：120学时,理论学习16学时,造型材料32学时,造型、熔炼32学时,设备测试24学时,组织观察16学时,液态成型综合实验,课程考核,实验考核,实验报告,最终检测,动手能力,实验技巧,实验内容,报告撰写规范,完成情况,实验现象的合理解释,液态成型综合实验,主要评分点,能够熟练掌握课程所学知识，对原理和工艺能够很好地表述。能够在教师指导下，按照实验工艺方案进行实验。能够积极进行实验操作，并记录下实验数据。能够提出自己的见解，并与教师积极探讨。写好实验报告，报告中对实验结果进行独立分析，并对问题进行解答。,液态成型综合实验,液态成型综合实验,实验一、原砂性能测试,实验内容实验目的及要求 实验条件及要求 实验相关知识点 实验实施步骤 思考问题,一、实验内容,测定原砂的粒度及其分布；观察原砂的粒形粒貌；测定原砂的烧结点；,液态成型综合实验,二、实验目的及要求,掌握原砂粒度的测定方法；掌握原砂粒度的表示方法，掌握AFS细度的计算方法；了解原砂的粒形粒貌；掌握原砂烧结点的测定方法。,液态成型综合实验,三、实验条件及要求,1.实验设备,千分之一天平 烘箱 筛砂机、,双目立体显微镜 烧结点测定仪,液态成型综合实验,瓷盘 毛刷 放大镜 钢针 瓷舟,2.工具,几种原砂：大林砂、牟平砂、平潭砂,3.试样,液态成型综合实验,四、实验相关知识点,（一）原砂的粒度测定,1.铸造用砂颗粒组成的测定,铸造用砂的颗粒组成采用筛分法测定。全套仪器由11个筛子和一个底盘组成。,液态成型综合实验,新标准筛的规格,2.铸造用砂颗粒组成的表示方法,列表法,图解法,平均细度法,液态成型综合实验,3.设备工作原理,液态成型综合实验,（二）原砂的粒形粒貌观察,1.砂的颗粒形状,圆形砂：颗粒呈圆形或接近圆形，没有突出的棱角,多角形：颗粒呈多角形，且多为钝角,尖角形：颗粒呈尖角形，且多为锐角,2.砂粒的粒貌,砂粒表面常覆有一层泥、粘土、含水氧化铁和氧化铝等的薄膜,液态成型综合实验,（三）原砂的烧结点测定,烧结点指的是原砂颗粒表面或颗粒间的混杂物开始熔化的温度。,采用测定原砂烧结点的办法能更直观地说明原砂做为耐火材料的表现如何。,有时而且可用来推测原砂砂中SiO2含量高低和杂质多少。,液态成型综合实验,五、实验实施步骤,测定原砂的粒度 观察原砂的粒形粒貌 原砂的烧结点测定,液态成型综合实验,（一）测定原砂的粒度,（1）用天平称取50g已经清洗并烘干的原砂，误差不超过0.1g。（2）把称量好的50g（误差不超过0.1g）砂试样倒入按顺序层迭好的一套 标准筛的最上层，放在机座上，并将筛子固定。（3）启动电机，使筛砂机进行工作。10min后切断电源。（采用SSD电磁微震筛砂机时，见图1。将定时开关14和调幅钮15 调至 零位，接通电源开关13，将定时器调至所需时间刻度5min，然 后调整调幅钮15使振幅指示器3在3mm处。）（4）取下标准筛，依次将各筛号上残留的砂分别倒在光滑的纸上。如果筛 内嵌有砂粒，应用毛刷从两个面轻轻刷下，要避免敲击。（5）用天平称量每个筛号上残留砂粒的重量（精确到0.1g），并将结果乘 2，所得结果为该号筛上砂重占试样总重量的百分数。（6）各筛上残留砂粒的重量，再加上泥分，总重量不得超过501g，否则 实验无效。,液态成型综合实验,（1）将洗净筛分后的原砂主要部分混合均匀，取少量放在双目立体 显微镜工作盘上；（2）确定放大倍数，正确选择目镜和物镜，并调节刻度盘的位置；（3）拧松制紧螺栓，提起主机，使物镜与工作盘相距约100mm，然 后拧紧螺栓；（4）慢慢转动调焦手轮，调整焦距直到左眼看清物镜为止。然后再 拧动视度圈使右眼能同时看清物象为止。,（二）观察原砂的粒形粒貌,液态成型综合实验,（1）调整烧结点测定仪，使指针指在环境温度的一半。（2）接通电源，调整接触调压器，使加热炉缓慢升温。当炉温升至 400以上后，可适当提高升温速度。当炉温升至给定值时，略 降电压510V，以保证炉温恒定。（3）取适量的烘干原砂，置于经过900焙烧的小瓷舟中，使砂约占 瓷舟容积的一半。（5）把装好原砂的瓷舟送入仪器炉膛中央，保温5min。（6）取出瓷舟，待冷却后用小钢针轻刺砂样表面，并用放大镜观察。若砂粒之间彼此粘结而不分开，且表面具有光泽，即为烧结，并 记下此烧结温度。（7）若尚未烧结，则更换砂样，并使炉温升高50，重复步骤4、5,直到烧结为止。,（三）原砂的烧结点测定,液态成型综合实验,六、思考问题,天然石英砂中除了砂子和泥分外，还有什么物质？型砂粒度测定的试验数据中，总重量是否为50g，为什么？比较测定的几种原砂的表面状态，你认为哪一种原砂的耐火度高？原砂烧结点与熔点有什么关系？,液态成型综合实验,实验二、粘土性能测试,液态成型综合实验,实验内容实验目的及要求 实验条件及要求 实验相关知识点 实验实施步骤 思考问题,一、实验内容,测定粘土胶质价；测定粘土的蒙脱石含量；分析膨润土的质量。,液态成型综合实验,二、实验目的及要求,液态成型综合实验,掌握粘土胶质价的测定方法；掌握粘土吸蓝量的测定方法；分析膨润土的质量。,三、实验条件及要求,1.实验设备,千分之一天平 超声波清洗器 次甲基蓝膨润土测定仪,液态成型综合实验,2.工具,3.样品及试剂,量筒 烧杯 滤纸 玻璃棒,几种普通粘土和膨润土固体MgO粉、5%Na2CO3、0.3%次甲基蓝溶液、2%焦磷酸钠溶液、蒸馏水,液态成型综合实验,四、实验相关知识点,液态成型综合实验,粘土的胶质价是指造型粘土和水按一定比例充分混合，静止一定时间（24h），粘土吸水膨胀，其沉淀物所占整个体积的百分数。普通粘土的胶质价：3050 膨润土的胶质价：50,1.粘土的胶质价,2.吸蓝量原理及测定方法,粘土矿物具有吸附色素的能力，其中以次甲基蓝的吸附量较大，故可根据染色法测定原理测定粘土的吸蓝量。,每100g蒙脱石类粘土矿物大约能吸附次亚甲基蓝44g左右。高岭土类粘土一般为每100g吸附次亚甲基蓝5g。,蒙脱石含量%=每100g膨润土吸附次亚甲基蓝的克数0.44,粘土吸蓝量的测定方法有两种,比色法,滴定法,液态成型综合实验,终点判别方法：,用玻璃棒沾一滴试液于滤纸上，如果在深色的圆点之外，未出现蓝绿色的晕环，表明所加入的次亚甲基蓝全部被吸收，试液中没有多余的游离色素，尚未达到终点，需要继续进行滴定。如果深色的圆点之外开始出现蓝绿色的晕环，且不消失，此时即为滴定终点，记下此时的滴定量。,液态成型综合实验,五、实验实施步骤,测定粘土的胶质价测定膨润土的蒙脱石含量,液态成型综合实验,（一）测定粘土的胶质价,（1）把粘土试样在105110下烘干至恒重，然后过75目筛；（2）称取通过75目筛的粘土试样150.1g，倒入量筒并加蒸馏水 至95ml刻度，充分混合；（3）加入MgO粉1g，充分混合，使试样全部悬浮，然后迅速加水 至100ml刻度；（4）静止24h，其沉淀物和清水分界线的刻度即为该试样的胶质价。,液态成型综合实验,（二）测定膨润土的蒙脱石含量,1.超声波清洗器（1）将超声波清洗器防于测定仪器附近的平台上，向清洗槽内加入蒸 馏水或清洁的自来水，并达到随规定的液面高度（4045mm）。（2）盖上有机玻璃盖，并把250mL的烧杯浸入水中58mm（用“O”型 垫圈调整）。（3）接通电源，按下开关，清洗器开始工作，用秒表计时。观察清洗槽 内的水的振动情况是否正常，液面应出现波纹或有波浪翻滚时为正 常。如不正常，可调整“O”型线圈来改变烧杯的位置，以达到最好 的振动效果。工作5min后停止工作。注意：（1）超声波清洗槽内不盛水时，不得开机。（2）清洗槽内水温不能超过50。（3）在夏季或高温环境时，超声波清洗器连续工作不得超过 30min。,液态成型综合实验,（1）将已配好的0.3%的次亚甲基蓝溶液注入溶液瓶中，并将注水口的 橡皮塞盖紧。（2）将三通节门旋转至充液位置，使滴定管和溶液瓶相通。（3）压缩气球，向溶液瓶内加压，次亚甲基蓝溶液通过三通节门被压 入滴定管内。（4）当滴定管内的液面上升到顶部扩大部分时，立即关闭三通节门。（5）按下排气阀，滴定管内液面自动对零点。,2.测定器调试,液态成型综合实验,3.蒙脱石含量测定,（1）称取已经烘干至恒重的膨润土试样0.3g倒入250mL的烧杯中。（2）加入50mL已经配制好的2%的焦磷酸钠溶液，并进行充分混合。如发现有结块，用玻璃棒仔细研开。（3）将盛有试样悬浊液的烧杯放在超声波清洗器上，清洗5min。（4）将烧杯放到测定装置的烧杯托架上，并调整烧杯底部与搅拌轴端 面距离为5mm，且使三通节门的管嘴对准烧杯上口。（5）旋转三通节门至滴定位置，开始滴定。（6）当滴定到预计量的2/3时，关闭三通节门。（7）将定时器调至2min，接通搅拌电机，搅拌2min后停止。（8）用终点判定法进行点滴定实验。如果尚未达到终点，重复步骤（5）、（6）、（7）。重复步骤（6）的滴定量改为每次1mL。（10）到达终点后，记录下此滴定量，并计算蒙脱石含量。,液态成型综合实验,六、思考问题,如何根据胶质价实验结果来正确区分粘土的种类？超声波清洗的目的是什么？,液态成型综合实验,实验三、型砂性能测试,实验内容实验目的及要求 实验条件及要求 实验相关知识点 实验实施步骤 思考问题,液态成型综合实验,一、实验内容,型砂混制工艺 确定型砂配方：新砂、粘土、水分的比例。选择新砂和粘土：确定新砂的产地、粘土的产地和类型。确定混制工艺：先干混，还是先湿混，混砂时间。制取型砂标准试样型砂紧实率实验型砂的透气性实验型砂的湿压强度实验。型砂热湿拉强度实验,液态成型综合实验,二、实验目的及要求,掌握型砂的配置与混制工艺，并了解不同工艺对型砂性能的影响。了解型砂制样机的工作原理，掌握制样方法。了解型砂透气性测定仪工作原理，掌握测定型砂透气性的步骤。了解型砂湿压强度试验机工作原理，掌握型砂湿压强度测试方法。掌握型砂紧实率的测定方法。了解型砂热湿拉强度测试仪的结构、工作原理和使用方法，掌握型砂热湿拉强度的测定方法。,液态成型综合实验,三、实验条件及要求,SQY液压强度试验机 SQR热湿拉强度仪 天平 台秤,1.实验设备,SHN试验混砂机 SYC锤击式制样机 STZ直读式透气性测定仪,型砂投入器,液态成型综合实验,2.工具,3.样品,盛砂盘 量杯 CO2气瓶 毛刷 钢板尺,原砂、粘土、自来水,液态成型综合实验,四、实验相关知识点,（一）粘土湿型砂的性能,1.水分和紧实率,水分也叫含水量或湿度，表示型砂中所含水分的质量百分数。,测定的原理是称取定量的型砂，放入105110烘干装置中使之干燥，由烘干前后的质量差异计算出型砂的水分。,紧实率是指湿型砂用 1MPa的压力压实或者在鼓击式制作机上打击三次，其试样体积在紧实前后的变化百分率，用试样紧实前后高度变化的百分数来表示。,图14.2.1 紧实率测定法示意图a)填满型砂b)刮去多余型砂c)紧实,液态成型综合实验,紧实的型砂能让气体通过而逸出的能力称为透气性。,2透气性,图14.2.2透气性测定仪示意图1 一气钟 2一木简 3一三通阀 4一试样座 5一试样筒 6一标准试样 7一微压表 8一阻流孔,液态成型综合实验,型砂的强度用型砂标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力值来表示。常用计量单位为兆帕(MPa)或千帕(kPa)。,3.湿态强度,热湿拉强度是指模拟湿型在熔融金属液的高温作用下，发生水分迁移，在砂型内表层水分凝聚区的强度。,4.热湿拉强度,液态成型综合实验,（二）设备工作原理,1.SYC锤击式制样机,(1)工作原理,该机制取的标准试样尺寸为5050mm，是对砂样施加1kgfm的功完成的。重锤2的质量为6666g，重锤只有下落高度为50mm，通过旋转小凸轮3使重锤下落冲击砂样三次,图14.2.3 SYC锤击式制样机,（1）转动大凸轮7，使冲头4提高并固定。（2）取适量砂样倒入尺寸为5050mm的样筒中，砂样在样筒中要均 匀。然后将样筒连同样筒座一起放在制样机座上。（3）缓慢放下大凸轮7，使冲头4轻轻压入试样筒内，然后将试样筒旋转 半圆。（4）顺时针转动小凸轮3，使试样受三次冲击。这时，冲杆上的红线应 在准牌5的缺口内，因为这时试样高度恰好满足高度50mm。否则更 换砂样重做。（5）转动大凸轮7，提高冲头4，卸下试样筒。（6）将制好的标准试样在天平上称量，以后按此标准重量继续制备。,(2)SYC制样机的使用,液态成型综合实验,2.STZ直读式透气性测定仪,通过试样的空气量Q(cm3)与通气时间t(min)、试样截面积A(mm2)以及试样两端的气压差P(cmH2O)成正比。,(1)测定原理,图14.2.4 STZ直读式透气性测定仪的简图,打开阀帽6，取出阻流孔等附件。调节调平脚14，使仪器处于水平位置。向水筒4内注入1%2%的重铬酸钾水溶液，使钟罩3上的“0”刻度线正对水筒4上 沿。把旋钮9转向“吸、放气”位置，提起钟罩3，然后将旋钮9转向“关”的位置。这时，钟罩内已经充满2000cm3的空气。将制好的标准试样连同试样筒一起放在试样座8上，并封闭好。将旋钮9转到“工作”位置，此时钟罩内的气体在钟罩自重的作用下，施于气体 10g/cm2的压力。在此压力下气体将通过试样。记录下2000cm3气体全部通过试 样所需要的时间及从微压表11上读出的压力值。将测得的时间和压力值带入公式计算出透气性K。,(2)测定步骤,液态成型综合实验,3.SQY液压强度试验机,图14.2.5 SQY液压强度试验机简图,转动手轮7使机内的活塞推进产生压力，通过油缸前部的工作活塞4，将压力传给试样，同时机内另一油路将一定的压力分量传给压力表6，驱使指针转动。当试样破坏时，压力表上红针所示即为该试样的抗压值。,（1）工作原理,(2)使用1）将抗压夹具安装在试验机上；2）把制好的标准试样放到夹具中 间；3）缓慢转动手轮，使压力逐渐加 到试样上，直到试样破坏为 止。此时在压力表上读出抗压 强度值。,液态成型综合实验,型砂紧实前，后体积减少的百分数，即为型砂的紧实率。必须按标准制样机制取标准试样的方法进行。做紧实率的型砂必须通过6目的筛子。实验前砂样完全松散。,4.测定型砂的紧实率,(1)测定原理,紧实前砂样高度-紧实后砂样高度,紧实前砂样高度,紧实率（%）=100%,1）将试样筒连同底座一起放到投入器的下方。2）将待测型砂过6目筛后，将其自由下落到试样筒内。3）沿试样筒顶面轻轻刮去多余型砂。4）在SYC锤击式制样机上冲击三次，冲杆红刻度线在机上标尺的位置 即为紧实率。,(2)测试方法,液态成型综合实验,5.SQR热湿拉强度仪,(1)主要结构原理,图14.2.8 SQR热湿拉强度仪原理方框图,(2)测试方法,1）把量程开关9置于50处，按下总电源按钮15，再按下自动程序按钮18，最后按下 电加热器的加热按钮19。当加热温度达到320时，待用。2）制备标准工艺试样，为了便于比较，统一采用标准制样法制取5050mm的 标准试样。3）把标准试样放入试样筒内。4）抽出挡热板，将试样筒34放于平台导轨37上，并推至导轨终端。5）按下加热板上升按钮1，同时拨动记录仪内走纸开关至“通”处，此时即可按式样 加热、加载测力、自动记录、自动复位等程序自动进行。记录仪内表针所示的 最大值即为该试样最大热湿拉强度值的2倍。6）取出试样筒，将热挡板插入导轨内，并进行清理，即可进行下一次测试。,液态成型综合实验,五、实验实施步骤,混制型砂 按配方称量好需要的新砂、粘土和水。按制定的工艺把物料倒入混砂机内，并混制。混制好后，把型砂放入塑料袋内，备用。测量型砂的紧实率。制备透气性试样。测量型砂的透气性。测量型砂的湿压强度。测量型砂的热湿拉强度。每个同学必须抄下其他组硬度数据，以便进行分析。,液态成型综合实验,六、思考问题,型砂透气性与紧实率之间有什么关系？混砂时间对型砂质量有何影响？,液态成型综合实验,