内容简介
《铸造手册:造型材料(第4卷)(第3版)》共分铸铁、铸钢、铸造非铁合金、造型材料、铸造工艺和特种铸造6卷出版。本书为第4卷《造型材料》。
第3版在第2版基础上,进行了全面修订,更新和完善了许多技术内容。本书共有绪论、原砂与耐火材料、粘土型砂、水玻璃砂、树脂黏结剂型砂与芯砂、油砂及其他有机黏结剂砂、涂料、过滤网、发热—保温冒口套与覆盖剂、其他辅助材料、造型材料测试方法共11章,分别论述了砂型铸造使用的各种材料发展与现状、选择和应用造型材料过程中所必须掌握的知识、各种造型材料的最新国家及行业相关标准。
目录
第3版前言
第2版前言
第1章 绪论
1.1 造型材料的重要性
1.2 我国造型材料的发展概况
1.3 造型材料发展趋势与展望
参考文献
第2章 原砂与耐火材料
2.1 概述
2.2 硅砂
2.2.1 性状和用途
2.2.2 来源和分类
2.2.3 石英的结构转变特性
2.2.4 矿物组成和杂质成分的影响
2.2.5 硅砂粒度控制和表示方法
2.2.6 硅砂的表面状态和颗粒形状
2.2.7 硅砂的加工
2.2.8 铸造用硅砂的技术指标
2.2.9 鉴定铸造黏结剂用标准砂的技术指标
2.3 特种砂
2.3.1 锆砂
2.3.2 镁砂
2.3.3 橄榄石砂
2.3.4 铬铁矿砂
2.3.5 钛铁矿砂
2.3.6 钛渣砂、铬渣砂、钒渣砂
2.3.7 刚玉砂
2.3.8 耐火熟料(铝矾土砂、焦宝石砂、煤矸石砂)
2.3.9 陶粒砂
2.3.10 碳质砂(石墨和焦炭)
2.3.11 石灰石砂
2.4 原砂技术指标汇总
参考文献
第3章 粘土型砂
3.1 概述
3.2 粘土
3.2.1 铸造用粘土
3.2.2 铸造用膨润土
3.3 煤粉及其他辅助材料
3.3.1 煤粉及其复合添加剂
3.3.2 重油和渣油
3.3.3 淀粉类材料
3.4 湿型砂的特点
3.5 粘土砂各种材料的选用
3.6 湿型砂的配比和性能
3.6.1 配比
3.6.2 型砂性能及其对铸件质量的影响
3.7 型砂性能检测频率和检测结果整理分析
3.7.1 型砂性能检测频率
3.7.2 检测结果的整理
3.8 各种湿型砂对性能的基本要求
3.9 砂处理系统
3.10 混砂机及混砂工艺
3.10.1 混砂机
3.10.2 混砂工艺
3.11 型砂性能的在线检测与控制
3.12 湿型砂循环使用中的问题
3.12.1 热砂问题
3.12.2 粉尘的积累问题
3.12.3 废砂的排放问题
3.13 粘土旧砂的再生
3.13.1 旧砂再生后用于湿型砂
3.13.2 旧砂再生后用于制芯
3.13.3 热—机械再生法
3.13.4 烘干—机械再生法
3.13.5 分别落砂—机械再生法
3.13.6 废砂和粉尘的再利用
参考文献
第4章 水玻璃砂
4.1 概述
4.2 水玻璃
4.2.1 概述
4.2.2 水玻璃的硬化
4.2.3 水玻璃的粘结强度
4.2.4 水玻璃的制法和规格
4.2.5 水玻璃模数和浓度的调整
4.2.6 水玻璃的老化和物理改性
4.2.7 助粘剂
4.2.8 水玻璃的化学改性剂
4.2.9 水玻璃的复合改性
4.2.10 水玻璃砂溃散剂
4.2.11 水玻璃硬化剂——有机酯
4.3 以水玻璃为黏结剂的型砂和芯砂
4.3.1 CO2吹气硬化水玻璃砂
4.3.2 水玻璃自硬砂
4.3.3 有机酯水玻璃砂冷芯盒工艺
4.3.4 烘干硬化水玻璃砂
4.4 水玻璃旧砂再生
4.4.1 砂块破碎
4.4.2 旧砂表面水玻璃膜的去除
4.4.3 水玻璃旧砂干法再生
4.4.4 水玻璃旧砂热法再生
4.4.5 水玻璃旧砂湿法再生
4.4.6 水玻璃旧砂热湿法干法联合再生
4.4.7 关于水玻璃旧砂的化学再生
4.4.8 水玻璃旧砂再生方法的选择
参考文献
第5章 树脂黏结剂型砂与芯砂
5.1 概述
5.1.1 树脂黏结剂砂的特点
5.1.2 自硬冷芯盒法
5.1.3 热(温)芯盒法
5.1.4 壳法
5.1.5 冷芯盒法
5.2 自硬冷芯盒黏结剂砂
5.2.1 概述
5.2.2 自硬呋喃树脂砂
5.2.3 自硬酚醛树脂砂
5.2.4 自硬碱性酚醛树脂砂
5.2.5 自硬酚尿烷树脂砂
5.2.6 自硬树脂砂混砂装置及混砂工艺
5.3 覆膜砂
5.3.1 概述
5.3.2 覆膜砂用原材料
5.3.3 覆膜砂配方及混制工艺
5.3.4 覆膜砂的标准与分类
5.3.5 覆膜砂型(芯)的制造
5.3.6 覆膜砂型(芯)铸件缺陷
5.3.7 覆膜砂热法再生与质量控制
5.4 热(温)芯盒黏结剂砂
5.4.1 概述
5.4.2 热(温)芯盒用树脂黏结剂
5.4.3 热芯盒法工艺
5.4.4 热芯盒法存在的主要问题及解决途径
5.4.5 温芯盒法制芯
5.5 气硬冷芯盒黏结剂砂
5.5.1 概述
5.5.2 胺法冷芯盒黏结剂砂
5.5.3 SO2硬化法黏结剂砂
5.5.4 低毒、无毒气硬冷芯盒法黏结剂砂
5.6 自硬树脂砂的再生
5.6.1 概述
5.6.2 自硬树脂砂干法再生
5.6.3 自硬树脂砂热法再生
5.6.4 自硬树脂砂湿法、化学法和组合法再生
5.6.5 自硬树脂砂再生性能及控制
参考文献
第6章 油砂及其他有机黏结剂砂
6.1 油砂
6.1.1 植物油砂
6.1.2 塔油砂
6.1.3 合脂砂
6.1.4 渣油砂
6.1.5 乳化沥青砂
6.2 聚乙烯醇砂
6.2.1 聚乙烯醇黏结剂
6.2.2 聚乙烯醇型(芯)砂
6.3 JD复交芯砂
6.3.1 JD复交黏结剂
6.3.2 JD—2型复交芯砂
参考文献
第7章 涂料
7.1 概述
7.1.1 涂料的主要组成
7.1.2 铸造涂料的分类
7.1.3 铸造涂料的功能和作用
7.2 涂料主要组分及选用
7.2.1 耐火粉料
7.2.2 黏结剂(增稠剂)
7.2.3 悬浮剂
7.2.4 载体
7.3 涂料的配制工艺及设备
7.3.1 涂料的配制
7.3.2 涂料的配制设备
7.4 涂料的施涂方法及设备
7.4.1 概述
7.4.2 刷涂法
7.4.3 浸涂法
7.4.4 喷涂法
7.4.5 流涂法
7.4.6 粉末涂料施涂法和静电喷涂法
7.4.7 非占位涂料
7.5 涂料的干燥
7.5.1 水基涂料的几种干燥方式的比较
7.5.2 醇基涂料的点燃干燥
7.6 几种典型砂型(芯)铸造涂料
7.6.1 树脂砂型(芯)涂料
7.6.2 湿砂型涂料
7.6.3 水玻璃砂型(芯)用涂料
7.7 涂料常规性能的检测
7.7.1 涂料工艺性能的测定
7.7.2 涂料烘干态性能的测定
7.7.3 涂料高温性能的检测
参考文献
第8章 过滤网
8.1 概述
8.1.1 过滤网的发展历史
8.1.2 过滤机理及其功效
8.1.3 过滤网的种类及综合性能对比
8.2 纤维过滤网
8.2.1 纤维过滤网的品种
8.2.2 纤维过滤网的主要规格及性能
8.2.3 适用范围及应注意的问题
8.3 直孔陶瓷过滤网
8.3.1 品种规格及主要性能参数
8.3.2 适用范围及应注意的问题
8.4 泡沫陶瓷过滤网
8.4.1 品种规格及适用范围
8.4.2 主要性能及参数
8.5 过滤网的应用及设计
8.5.1 过滤网的选择
8.5.2 过滤网安放位置的选择
8.5.3 过滤网的尺寸及片数确定
8.5.4 过滤节的设计
8.5.5 过滤网的组合使用
8.5.6 应用实例
参考文献
第9章 冒口套及覆盖剂
9.1 概述
9.1.1 冒口套的发展历史
9.1.2 冒口套的种类
9.1.3 冒口套的组成及主要性能
9.1.4 冒口套的效能
9.2 冒口套用原材料
9.2.1 保温材料
9.2.2 发热材料
9.2.3 耐火骨料
9.2.4 黏结剂
9.3 保温冒口套
9.3.1 保温冒口套的组成
9.3.2 保温冒口套的性能指标
9.3.3 保温冒口套规格型号
9.3.4 保温冒口套的应用范围
9.4 发热—保温冒口套
9.4.1 发热—保温冒口套的组成
9.4.2 发热—保温冒口套的主要性能
9.4.3 发热—保温冒口套的应用范围
9.4.4 主要尺寸规格
9.5 发热冒口套
9.5.1 发热冒口套的组成及主要性能
9.5.2 发热冒口套的特点及应用范围
9.5.3 主要尺寸规格
9.6 发热—保温覆盖剂
9.6.1 发热—保温覆盖剂的作用
9.6.2 发热—保温覆盖剂的材料组成
9.6.3 发热—保温覆盖剂的使用
9.7 易割片
9.7.1 易割片的作用
9.7.2 易割片所用材料
9.7.3 易割片的规格
9.7.4 易割片的使用方法
9.8 冒口套的设计及应用
9.8.1 冒口套的选用
9.8.2 冒口套的设计方法
9.8.3 发热—保温冒口套应用实例
参考文献
第10章 其他辅助材料
10.1 脱模剂
10.1.1 自硬树脂砂用脱模剂
10.1.2 冷芯盒用脱模剂
10.1.3 热芯盒、覆膜砂造型制芯用脱模剂
10.1.4 粘土砂专用脱模剂
10.1.5 水玻璃砂专用脱模剂
10.2 砂芯胶合剂
10.2.1 烘干型胶合剂
10.2.2 常温自硬快干型胶合剂
10.2.3 常温自干型胶合剂
10.2.4 热熔胶
10.3 封箱泥条(膏)及密封圈
10.3.1 封箱泥条
10.3.2 封箱泥膏
10.3.3 密封圈(垫)
10.4 铸造用透气绳
10.5 防脉纹添加剂
10.5.1 脉纹缺陷预防的常用措施
10.5.2 防脉纹添加剂的使用指南
10.5.3 防脉纹添加剂的检测指标
10.6 修补膏
10.7 浇注管
10.7.1 浇注管材质
10.7.2 常用浇注管的规格(以长安造型耐火材料厂产品为例)
参考文献
第11章 造型材料测试方法
11.1 原材料的测试方法
11.1.1 取样规则
11.1.2 原砂性能测试方法
11.1.3 原砂的化学成分分析
11.1.4 粘土和膨润土
11.1.5 粘土和膨润土的成分分析(JB/T9225—1999)
11.1.6 桐油、植物油
11.1.7 合脂、渣油
11.1.8 纸浆废液、亚硫酸盐木浆废液及糖浆
11.1.9 淀粉、糊精
11.1.10 松香(GB/T 8146—2003)
11.1.11 覆膜砂树脂
11.1.12 热芯盒树脂
11.1.13 三乙胺硬化酚尿烷冷芯盒树脂
11.1.14 SO2固化树脂
11.1.15 CO2固化或甲酸甲酯固化酚醛树脂
11.1.16 CO2固化聚丙烯酸树脂或聚乙烯醇树脂
11.1.17 自硬砂用呋喃树脂
11.1.18 磺酸类固化剂
11.1.19 水玻璃黏结剂
11.1.20 煤粉及其代用材料
11.2 型(芯)砂性能测试方法
11.2.1 粘土砂
11.2.2 水玻璃砂
11.2.3 覆膜砂
11.2.4 热芯盒砂
11.2.5 冷芯盒树脂砂
11.2.6 自硬树脂砂
11.3 涂料
11.3.1 取样和制备(JB/T 9226—2008)
11.3.2 涂料性能测定
11.4 过滤网
11.4.1 过滤网外观测定
11.4.2 过滤网性能测定
11.5 冒口套
11.5.1 密度(GB/T 5071—1997)
11.5.2 常温耐压强度(GB/T 5072—2008)
11.5.3 常温抗折强度(GB/T 3001—2007)
11.5.4 热导率试验(YB/T 059—1994)
11.5.5 耐火度试验(GB/T 7322—2007)
11.5.6 含水量试验(YB/T 5120—1993)
参考文献
附录 造型材料产品性能数据
附录A 铸造用硅砂
附录B 特种砂
附录C 铸造用膨润土
附录D 水玻璃及有机酯
附录E 铸造用煤粉
附录F 铸造用树脂
附录G 树脂砂用固化剂
附录H 覆膜砂
附录I 铸造用涂料
附录J 过滤网
附录K 冒口套
附录L 其他辅助材料
附录M 造型材料检测仪器
附录N 造型材料检测仪器生产厂家
前言/序言
《高级金属材料的微观结构与性能》 (暂定书名:此为模拟书名,旨在说明本书内容与《铸造手册:造型材料(第4卷)(第3版)》无关) --- 前言 在现代工程领域,材料科学与工程的进步是推动技术革新的核心驱动力。特别是金属材料,其在航空航天、能源、生物医学以及精密制造等高端应用中的地位无可替代。理解金属材料的微观结构——从原子排列到晶界、相变乃至宏观力学性能之间的内在联系,是实现材料设计与优化的基石。 本书《高级金属材料的微观结构与性能》旨在为材料学专业学生、研究人员以及从事先进金属研发和应用的高级工程师提供一本全面、深入且具有前沿视野的专业参考书。本书并非聚焦于铸造过程中所使用的特定砂型或粘结剂材料,而是将视角提升至金属材料本身——探究其在凝固、热处理、塑性变形等过程中内部结构演化的基本原理及其对最终性能的决定性影响。 --- 第一部分:金属材料的晶体结构与缺陷基础 本部分奠定了理解金属行为的微观基础。我们首先系统回顾了金属的晶体结构,包括体心立方(BCC)、面心立方(FCC)和密排六方(HCP)结构的几何特征及其对塑性潜力的影响。重点分析了理想晶体结构与实际晶体结构之间的差异。 随后,本书深入探讨了晶体缺陷的分类与表征。从点缺陷(如空位、间隙原子、取代原子)在扩散过程中的作用,到线缺陷(位错)的滑移、交滑移、缠结及其对金属加工硬化的机制,均进行了详细的力学分析。特别关注了面缺陷(如晶界、孪晶界)在晶粒尺寸效应和高角度晶界散射中的关键角色。缺陷的密度和分布状态是决定材料强度、韧性和疲劳寿命的核心因素。 第二部分:凝固过程的微观动力学 虽然本书不涉及铸造工艺的外部参数,但对金属凝固过程的微观动力学探讨是理解材料起源的关键。本章侧重于非平衡凝固和快速凝固的理论模型。 详细阐述了界面能、过冷度与形核机制(均质与非均质形核)。在枝晶生长方面,本书运用相场(Phase Field)模型和数值模拟方法,解析了枝晶间距(Dendrite Arm Spacing, DAS)的形成机理,并讨论了偏析现象(Segregation)的形成与消除。对于粉末冶金或增材制造(AM)等快速凝固技术,我们将分析非平衡态相的形成、快速冷却速率对晶粒细化的影响,以及残余应力和微观孔隙率的控制。 第三部分:相变理论与热处理工程 金属性能的绝大部分是通过热处理手段来调控的。本部分是本书的理论核心之一,重点分析了热力学驱动下的微观相变过程。 扩散型相变,如铁素体/奥氏体转变、共析反应的动力学(贝氏体和珠光体的形成),采用Cahn-Hilliard理论和Kinetics模型进行量化描述。同时,对无扩散型相变(马氏体转变)的剪切机制、形变孪晶和应变诱导相变进行了深入分析,特别关注了形状记忆合金和马氏体不锈钢中的相关行为。 热处理设计部分,本书详细探讨了时-温-变质曲线(TTT/CCT)的建立与应用,以及时效强化(析出强化)的微观机制,包括GP区、$eta'$相等析出相的形核、长大及Orowan环模型的应用。对固溶处理和晶粒细化技术(如晶粒细化剂的作用机理)也提供了详尽的理论支撑。 第四部分:塑性变形与织构演化 金属材料的塑性是其应用的基础。本章专注于从晶体学角度剖析宏观塑性。 详细分析了单晶和多晶体材料中的滑移系统、临界分剪应力定律(CRSS)以及多晶体平均场理论(如Voigt和Reuss模型)。变形过程中,位错的交互作用导致加工硬化和残余应力的积累。本书对恢复(Recovery)、再结晶(Recrystallization)和晶粒长大等热塑性过程的驱动力和动力学进行了严谨的分析。 特别强调了形变织构(Deformation Texture)和再结晶织构的形成机制。通过电子背散射衍射(EBSD)等先进表征技术获得的数据,量化了织构对抗磁各向异性、磁致伸缩效应以及机械性能各向异性的影响。 第五部分:先进结构与功能材料的微观调控 本部分将理论知识应用于前沿材料体系,展示了微观结构控制的工程价值。 超细晶粒与纳米晶材料: 探讨了Hall-Petch关系在超细尺度下的失效机制(反Hall-Petch效应),以及通过高能塑性变形技术(如高应变率剪切、角磨)实现晶粒细化的原理。 高性能合金设计: 针对镍基高温合金中的$gamma'$相强化、钛合金中的相界强化($alpha+eta$相的比例控制),以及高熵合金(HEA)中单相固溶强化的微观基础,进行系统阐述。 疲劳与断裂的微观机制: 深入分析了疲劳裂纹的萌生、扩展与断裂过程,重点关注晶界、析出相和表面氧化层对疲劳寿命的控制作用。裂纹扩展的J积分理论在不同微观结构背景下的适用性讨论。 --- 总结与展望 《高级金属材料的微观结构与性能》力求构建一个从原子尺度到宏观工程性能的完整知识链条。它强调理论的严谨性、模型的精确性以及与先进实验技术的结合。本书内容聚焦于金属材料本征的微观结构演变规律及其性能调控,完全独立于任何特定的铸造工艺或造型材料领域,为读者提供了一套普适于所有金属材料科学研究和应用的核心理论框架。