1、第一章第一章 湿湿砂砂型型铸造铸造第一节第一节 湿型铸造特点湿型铸造特点1.1.粘土型砂粘土型砂可分为：可分为：湿型（潮型）湿型（潮型）砂型不烘干，直接浇砂型不烘干，直接浇 干型干型合型和浇注前送窑烘干合型和浇注前送窑烘干。表面烘干型表面烘干型型腔表层烘干一定深度型腔表层烘干一定深度。2.2.按造型可分为：按造型可分为：背砂背砂填在面砂背面起填充作用的型砂。填在面砂背面起填充作用的型砂。单一砂单一砂 不分面砂和背砂，只一种造型砂。不分面砂和背砂，只一种造型砂。面砂面砂造型时铺覆在模样表面造型时铺覆在模样表面，构成型腔表面层的型砂。构成型腔表面层的型砂。3.3.湿型铸造法湿型铸造法基本特点：型（
2、芯）无需烘干，不存在硬化过程。基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。主要优点：主要优点：生产灵活，生产灵活，效率效率高，高，成本低，周期短；成本低，周期短；易实现机械化和自动化；易实现机械化和自动化；省烘干设备、燃料、电力及省烘干设备、燃料、电力及空间空间；砂箱使用寿命长；砂箱使用寿命长；容易落砂。容易落砂。主要缺点：易夹砂结疤、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。主要缺点：易夹砂结疤、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。应用范围：流水生产和手工造型应用范围：流水生产和手工造型 500Kg以下的铸件以下的铸件。4.4.表干型铸造法表干型铸造法基本特点：表面层强度高、湿度小，浇注质大铸件时基本特点：表面层强度
3、高、湿度小，浇注质大铸件时不易产不易产 生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。工艺规范：砂型表层烘干工艺规范：砂型表层烘干520，或自然干燥。，或自然干燥。技术要求：采用粗砂，型砂水分要严格控制，在造型、技术要求：采用粗砂，型砂水分要严格控制，在造型、制芯、合型、浇注等严格。制芯、合型、浇注等严格。5.5.干型铸造法干型铸造法基本特点基本特点:粘土砂湿型烘干粘土砂湿型烘干 。主要优点：主要优点：提高强度、透气性、降发气量，减少气孔提高强度、透气性、降发气量，减少气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷，涂料、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷，涂料改善改善铸件表面。铸件表面。主要缺点：主要缺
4、点：需烘干设备，燃料，吊车周期，砂箱寿命，需烘干设备，燃料，吊车周期，砂箱寿命，成本增加，生产率降低，落砂比较困难，灰尘。成本增加，生产率降低，落砂比较困难，灰尘。应用范围：应用范围：表面质量要求高，或结构特别复杂的单件表面质量要求高，或结构特别复杂的单件或小批生产及大型、重型铸件。或小批生产及大型、重型铸件。一、一、型（芯）砂应具备的性能型（芯）砂应具备的性能（1 1）造型、制）造型、制芯和合型阶段对型砂性能的要求。芯和合型阶段对型砂性能的要求。1.1.湿度：湿度：湿态强度和韧性，粘土砂须含适量水分。湿态强度和韧性，粘土砂须含适量水分。2.2.流动性：流动性：型（芯）砂沿模样（或芯盒表面）和
5、砂粒型（芯）砂沿模样（或芯盒表面）和砂粒间相对移动的能力。间相对移动的能力。3.3.强度：强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力。型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力。4.4.可塑性：可塑性：型（芯）砂在外力作用下变形型（芯）砂在外力作用下变形并并保持形状保持形状的能力。的能力。第二节第二节 湿型砂性能、检测及方法湿型砂性能、检测及方法5.5.韧性：韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。6.6.不粘模性：不粘模性：型（芯）砂粘附模样或芯盒表面的性质。型（芯）砂粘附模样或芯盒表面的性质。（2 2）铸件浇注、冷却、落砂、清理要求。）铸件浇注、冷却、落砂、清理要求。1.1.耐火度
6、：耐火度：型（芯）砂抵抗高温作用的性能。型（芯）砂抵抗高温作用的性能。2.2.透气性透气性：砂砂型让气体通过而逸出型让气体通过而逸出的的能力。能力。3.3.发气量和有效煤粉含量：发气量和有效煤粉含量：型砂中煤粉或有机物（如型砂中煤粉或有机物（如重油、沥青等）受热重油、沥青等）受热挥发挥发气体量称发气量；气体量称发气量；4.4.退退让性：让性：型砂随铸件收缩而型砂随铸件收缩而体积体积减小的能力减小的能力5.5.溃散溃散性：性：型芯砂在清理时型芯砂在清理时的的溃散性能。溃散性能。2.1 2.1 水分、最适宜干湿程度和紧实率水分、最适宜干湿程度和紧实率（1 1）水分：）水分：型砂中含水质量百分数型砂
7、中含水质量百分数 测定：称测定：称50g50g型砂，红外烘干型砂，红外烘干105-110105-110，4-8min4-8min至恒重，称至恒重，称量质量变化。量质量变化。X=X=（G-GG-G1 1）/G/G100%100%局限性：只表达水的绝对数量，不代表型砂的干湿程度。局限性：只表达水的绝对数量，不代表型砂的干湿程度。（2 2）手捏感觉手捏感觉 型砂是否容易成团、是否沾手。型砂是否容易成团、是否沾手。易成团，不沾手，有柔和感觉，砂团上的手指痕迹清晰。易成团，不沾手，有柔和感觉，砂团上的手指痕迹清晰。局限性：凭经验、不够准确稳定，不能定量，欠科学。局限性：凭经验、不够准确稳定，不能定量，欠
8、科学。(在线老工人经常用，如若掌握，则比水分在线老工人经常用，如若掌握，则比水分定量要准确定量要准确)（3 3）紧实率：用）紧实率：用1MPa1MPa的压力紧实，测量紧实前后高度的的压力紧实，测量紧实前后高度的变化率。变化率。GB2684-81GB2684-81。紧实率紧实率=（筒高（筒高-紧实距离）紧实距离）/筒高筒高100%100%依据：依据：较干的型砂堆得密实，相同紧实力下的紧实率高，较干的型砂堆得密实，相同紧实力下的紧实率高，韧性差，起模易损破；较湿的型砂流动性差，紧实率低，韧性差，起模易损破；较湿的型砂流动性差，紧实率低，铸件易产生气孔、胀砂、夹砂、表面粗糙。铸件易产生气孔、胀砂、夹
9、砂、表面粗糙。因此，根据紧实率的大小，可以检查出型砂水分是否因此，根据紧实率的大小，可以检查出型砂水分是否合适，并规定在一定范围内浮动合适，并规定在一定范围内浮动。应用：应用：根据紧实率范围控制的加水量，称为最适宜水分。根据紧实率范围控制的加水量，称为最适宜水分。如：手工造型用型砂，最适宜的紧实率如：手工造型用型砂，最适宜的紧实率50%50%左右，高压造左右，高压造型为型为35-45%35-45%，挤压造型为，挤压造型为35-40%35-40%。2.2 2.2 透气性透气性（1 1）概念：紧实的型砂能让气体通过而逸出的能力，用）概念：紧实的型砂能让气体通过而逸出的能力，用透气率表示。透气率表示
10、。对铸造的影响：过低会产生气孔、呛火、浇不足；过高对铸造的影响：过低会产生气孔、呛火、浇不足；过高表明砂粒间空隙较大，金属液易渗入，造成表面粗糙、粘表明砂粒间空隙较大，金属液易渗入，造成表面粗糙、粘砂。砂。影响透气性的因素：砂粒大小、分布、粒形、含泥量、影响透气性的因素：砂粒大小、分布、粒形、含泥量、粘结剂及加入量、紧实度。粘结剂及加入量、紧实度。（2 2）测量方法测量方法 原理：通过在一定条件下气体流过试样时所受到的阻力原理：通过在一定条件下气体流过试样时所受到的阻力的大小来间接反映的大小来间接反映。用在单位压力下通过单位面积和单位。用在单位压力下通过单位面积和单位长度试样的气体量来度量。长
11、度试样的气体量来度量。测量方法测量方法 标准法：如图标准法：如图2-1-22-1-2，在，在水封钟罩内吸入水封钟罩内吸入2000cm2000cm3 3空气，造成空气，造成10g/cm10g/cm2 2的压的压力条件，用秒表测出在该力条件，用秒表测出在该压力下压力下2000cm2000cm3 3空气通过空气通过试样流出的时间试样流出的时间t t，并记，并记下气压计读数（下气压计读数（p p）透气率透气率 k=VH/Sptk=VH/Spt 式中式中:V-:V-通过试样的空气体积通过试样的空气体积，2000cm2000cm3 3；p-p-试样前压力（试样前压力（1 1mmHmmH2 2O O=9.8
12、06Pa=9.806Pa）；）；H-H-试样高度（试样高度（cmcm）；S-S-试样截面积（试样截面积（cmcm2 2）；t-2000cmt-2000cm3 3空气通过试样的时间（空气通过试样的时间（minmin）。2.3 2.3 湿态强度湿态强度（1 1）对铸造过程的影响：承受工序中的机械力、浇注时对铸造过程的影响：承受工序中的机械力、浇注时的冲刷、静压力。的冲刷、静压力。过低：塌箱、砂眼、胀砂、跑火。过低：塌箱、砂眼、胀砂、跑火。过高：增加粘土和最适宜含水量，降低透气性；提高成过高：增加粘土和最适宜含水量，降低透气性；提高成本；增加混砂、紧实、落砂困难。本；增加混砂、紧实、落砂困难。（2
13、2）测量：用标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力测量：用标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力值表示。值表示。MPaMPa、KPaKPa。指标：湿态抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、劈裂强度指标：湿态抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、劈裂强度 湿压强湿压强度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用时能保持度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用时能保持型腔（或砂芯）形状的能力。型腔（或砂芯）形状的能力。普通机器造型控制在普通机器造型控制在0.06-0.12MPa0.06-0.12MPa，高密度造型控制在高密度造型控制在0.09-0.20MPa0.09-0.20MPa。许多情况下，砂型破坏是由拉应力引起的。当型
14、砂中粉尘和许多情况下，砂型破坏是由拉应力引起的。当型砂中粉尘和死粘土含量高时，虽然湿态抗压强度高，但是湿拉强度和变死粘土含量高时，虽然湿态抗压强度高，但是湿拉强度和变形量很低，可塑性差，很容易破坏，使造型操作困难，并引形量很低，可塑性差，很容易破坏，使造型操作困难，并引起铸造缺陷。起铸造缺陷。单纯地用湿态抗压强度衡量型砂性能并不太合适，引入劈裂单纯地用湿态抗压强度衡量型砂性能并不太合适，引入劈裂强度的概念。强度的概念。劈裂强度（如图劈裂强度（如图2-1-32-1-3所示）所示）在标准圆柱试样的径向加栽，使在标准圆柱试样的径向加栽，使试样沿其轴向平面断裂。劈裂强试样沿其轴向平面断裂。劈裂强度可以
15、按照下式计算：度可以按照下式计算：sF=2F/dLsF=2F/dL sFsF型砂湿态劈裂强度（型砂湿态劈裂强度（MPaMPa）FF劈裂载荷（劈裂载荷（N N）；）；dd试样直径，为试样直径，为50mm50mm；LL试样高，为试样高，为50mm50mm。劈裂强度可以更正确、更可靠地劈裂强度可以更正确、更可靠地说明型砂中粘土的粘结作用。说明型砂中粘土的粘结作用。注意：型砂强度是指整体强度，反映表面强度常用表面硬注意：型砂强度是指整体强度，反映表面强度常用表面硬度计。度计。2.4 2.4 流动性流动性（1 1）概念：型砂在自重或外力作用下，沿模样或砂概念：型砂在自重或外力作用下，沿模样或砂粒间移动的
16、能力。粒间移动的能力。（2 2）对造型（芯）的影响：均匀性、光滑性、紧实对造型（芯）的影响：均匀性、光滑性、紧实力、生产率。力、生产率。（3 3）测量（无统一标准）测量（无统一标准）l（4 4）影响流动性的因素：原砂的形状、大小、表面状）影响流动性的因素：原砂的形状、大小、表面状态，粘结剂的性质、混砂质量。形态圆、粒度大而集态，粘结剂的性质、混砂质量。形态圆、粒度大而集中的砂粒流动性好。中的砂粒流动性好。阶梯试样硬度差法阶梯试样硬度差法 测量测量A A、B B点的硬度，对比点的硬度，对比两点的硬度差。差值小说两点的硬度差。差值小说明型砂的流动性好，差值明型砂的流动性好，差值大说明流动性差。大说
17、明流动性差。思考：思考：流动性对紧实度的流动性对紧实度的影响影响 侧孔法侧孔法：拔出柱塞，顶出试样，称量被挤出的型砂多少，数量越拔出柱塞，顶出试样，称量被挤出的型砂多少，数量越大流动性越好。大流动性越好。环形空腔法：环形空腔法：冲击冲击3 3次后看次后看h h的大小，的大小，h h越小进入圆环中的型越小进入圆环中的型砂越多，流动性越好。砂越多，流动性越好。检测有凹槽、窄缝模检测有凹槽、窄缝模样，及要求轮廓非常样，及要求轮廓非常清晰的砂型（芯）。清晰的砂型（芯）。2.5 2.5 起模性、变形量、韧性和破碎指数起模性、变形量、韧性和破碎指数 起模性起模性：表示起模时模样或模板与砂型分离时是否容易：
18、表示起模时模样或模板与砂型分离时是否容易损坏（开裂、掉砂）。起模性的好坏与型砂的湿态抗压损坏（开裂、掉砂）。起模性的好坏与型砂的湿态抗压强度是两种绝然不同的特性。强度是两种绝然不同的特性。影响因素：拉应力、受力破碎前的变形量。影响因素：拉应力、受力破碎前的变形量。变形量变形量：在测定型砂抗拉强度时，试样破碎前的变形，：在测定型砂抗拉强度时，试样破碎前的变形，一般很小。一般很小。韧性韧性：型砂的湿压强度（：型砂的湿压强度（MPaMPa）变形量（变形量（cmcm）乘乘10001000。它表示了型砂由于塑性变形而能吸收能量的性质。它表示了型砂由于塑性变形而能吸收能量的性质。韧性的测定韧性的测定 落球
19、法：落球法：标准抗压试样、50mm，510克钢球，12.7mm的筛。破碎指数：留在筛网上的型砂质量占试样质量的比值。表示在冲击条件下的韧性 高，表示型砂的起模性好，过高，流动性差，不够致密。跌碎法：跌碎法：试样从1.8米的高度直接坠落到铁砧上。其它新方法其它新方法 我国新研制的型我国新研制的型砂压力砂压力变形曲变形曲线测试仪。线测试仪。2.6 2.6 抗夹砂结疤缺陷的能力抗夹砂结疤缺陷的能力 （1 1）夹砂类缺陷产生的原因夹砂类缺陷产生的原因 水分迁移水分迁移：使凝聚区的热湿拉强度降低，控制热湿拉强度：使凝聚区的热湿拉强度降低，控制热湿拉强度是控制夹砂结疤类缺陷的关键。是控制夹砂结疤类缺陷的关
20、键。热压应力热压应力：石英：石英573573急热相变出现较大的热膨胀受到阻急热相变出现较大的热膨胀受到阻抑后产生应力，导致膨胀变形、破裂，控制热应力。抑后产生应力，导致膨胀变形、破裂，控制热应力。（2 2）测量）测量测热湿拉强度测热湿拉强度见图见图2-1-92-1-9。模拟金属浇入。模拟金属浇入铸型后型砂的受热情况。铸型后型砂的受热情况。湿型砂试样湿型砂试样50mm50mm50mm50mm，加热板温度加热板温度3203201010，紧，紧贴贴20-30s20-30s，形成，形成5mm5mm左右的左右的干砂层及水分凝聚区，测干砂层及水分凝聚区，测定热湿拉强度。定热湿拉强度。（3 3）其它方法）其
21、它方法 激热性能试验法：激热性能试验法：圆饼形型砂试样，开圆饼形型砂试样，开V V形槽，在形槽，在130013000 0C C，的，的高温下烘烤。观测型高温下烘烤。观测型砂表面开始脱落的时砂表面开始脱落的时间，当时间脱落或者间，当时间脱落或者开裂下垂开裂下垂1mm1mm的时间越的时间越长，说明抗夹砂结疤长，说明抗夹砂结疤能力越好。能力越好。2.7 2.7 发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂）发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂）（1 1）目的：防止机械粘砂）目的：防止机械粘砂（2 2）煤粉及附加物可防止机械粘砂的机理：）煤粉及附加物可防止机械粘砂的机理：浇注烘烤浇注烘烤大量挥发分大量挥发分分解反
22、应分解反应砂粒表面沉积形成光砂粒表面沉积形成光泽碳泽碳防止机械粘砂，提高表面光洁度。防止机械粘砂，提高表面光洁度。方法二：称取经过干燥的型砂，盛入小舟方法二：称取经过干燥的型砂，盛入小舟推入推入850850管式加热炉加热管式加热炉加热产生的气体经冷凝进入带刻产生的气体经冷凝进入带刻度的玻璃管中度的玻璃管中测量大气压力下型砂的发气体积。测量大气压力下型砂的发气体积。（3 3）测量）测量方法一：采用测定型砂发气性的办法，将定量待测样方法一：采用测定型砂发气性的办法，将定量待测样品在密闭系统中加热，测定气体的容积或压力，或称品在密闭系统中加热，测定气体的容积或压力，或称量残留物的质量，判断发气量大小
23、。量残留物的质量，判断发气量大小。小小 结结 1 1 了解湿型铸造的特点；了解湿型铸造的特点；2 2 掌握型砂的七个方面的性能；掌握型砂的七个方面的性能；3 3 熟悉型砂性能对铸造质量的影响；熟悉型砂性能对铸造质量的影响；4 4 了解型砂性能的测试方法。了解型砂性能的测试方法。一、铸造用原砂一、铸造用原砂1.1.石英石英质原砂及应用质原砂及应用石英砂石英砂以石英为主要矿物成分的天然硅砂。以石英为主要矿物成分的天然硅砂。特点特点：资源丰富，分布广易开采，价低：资源丰富，分布广易开采，价低，满足要求。满足要求。天然硅砂形成天然硅砂形成：由火成岩风化形成。：由火成岩风化形成。第三节第三节 湿型砂用原
24、料及质量要求湿型砂用原料及质量要求 火成岩组成及风化火成岩组成及风化：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等矿物颗粒组成。火成岩经过长期风化作用后，花黑云母等矿物颗粒组成。火成岩经过长期风化作用后，花岗岩中的石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不岗岩中的石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不变，仅被破碎成细粒；花岗岩中的长石、云母，一部分通变，仅被破碎成细粒；花岗岩中的长石、云母，一部分通过化学风化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子过化学风化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子中。中。山砂山砂风化后的产物或就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多
25、风化后的产物或就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多，粒形不规则，如江苏六合红砂、河北唐山红砂等。粒形不规则，如江苏六合红砂、河北唐山红砂等。河砂、湖砂、海砂河砂、湖砂、海砂经过水力搬运，含泥量少，颗粒较圆，经过水力搬运，含泥量少，颗粒较圆，粒度均匀，粒度均匀，海砂海砂如北戴河砂、新会砂、福建东山砂；如北戴河砂、新会砂、福建东山砂；湖砂湖砂如如江西都江西都昌砂、星子砂；昌砂、星子砂；河砂河砂如如上海吴淞砂、河南郑庵上海吴淞砂、河南郑庵 砂；砂；风风砂砂经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木盟的伊胡塔、甘旗卡等处的砂子为风积砂，其颗粒形状
26、更圆整而均盟的伊胡塔、甘旗卡等处的砂子为风积砂，其颗粒形状更圆整而均匀。匀。石英砂岩石英砂岩 沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英化铁、碳酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英砂岩的质地比较松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角砂岩的质地比较松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角形，例如湖南湘潭的石英砂岩。形，例如湖南湘潭的石英砂岩。石英岩石英岩 沉积的石英砂粒在地壳高温高压作用下，经沉积的石英砂粒在地壳高温高压作用下，经过变质而形成坚固整体的岩石则称为石英岩。这种石英过变质而形成坚固整体的岩石则称为石英岩。这种石英岩通常含有很
27、高的岩通常含有很高的SiO2，质地极为坚硬。经过人工破碎，质地极为坚硬。经过人工破碎、筛分后就可得到人造硅砂（或称为人造石英砂）。、筛分后就可得到人造硅砂（或称为人造石英砂）。对铸造用原砂质量要求对铸造用原砂质量要求（1）含泥量）含泥量含泥量指原砂中直径小于含泥量指原砂中直径小于0.02mm（20m）的细颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土）的细颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土，也包括细的砂子和其它非粘土质点。，也包括细的砂子和其它非粘土质点。检测方法：利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度检测方法：利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，不同，可可将原砂中颗粒直径将原砂中颗粒直径20m
28、与直径与直径20m的颗的颗粒分开。称量烘干的原砂并置入烧杯中，加入水及分粒分开。称量烘干的原砂并置入烧杯中，加入水及分散剂，煮沸及搅拌使其充分分散；然后反复按规定时散剂，煮沸及搅拌使其充分分散；然后反复按规定时间沉淀，虹吸排除浑水和冲入清水。直到水清后，由间沉淀，虹吸排除浑水和冲入清水。直到水清后，由烘干的残留砂样质量即可计算出原砂含泥量。烘干的残留砂样质量即可计算出原砂含泥量。铸造用硅砂分级：铸造用硅砂分级：根据国家标准根据国家标准GB/T94421998的规定，铸造用硅砂的规定，铸造用硅砂按按SiO2含量可分为五级。含量可分为五级。表表1-1 铸造用硅砂按铸造用硅砂按SiO2含量分级含量分
29、级分级代号9896939085w(SiO2)(%)9896939085分级代号0.20.30.51.02.0w泥分(%)0.20.30.51.02.0（2）原砂的颗粒组成）原砂的颗粒组成原砂的颗粒组成（粒度）原砂的颗粒组成（粒度）砂粒的粗细程度和分布砂粒的粗细程度和分布测定方法：筛分法，用一套（测定方法：筛分法，用一套（11 个）筛孔尺寸自大而小个）筛孔尺寸自大而小的铸造用试验筛来筛分已洗去泥分的干砂样。的铸造用试验筛来筛分已洗去泥分的干砂样。国家标准规定的国家标准规定的铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸：铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸：筛子序号筛子序号0102030405060708091011
30、筛孔尺寸筛孔尺寸3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053相当相当筛号筛号行业标准行业标准JB/T915619996122030405070100140200270原机标原机标JB2488816122428455575100150200260表表1-2 1-2 铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸(单位：单位：mm)原砂粗细和颗粒分布特征的表示方法原砂粗细和颗粒分布特征的表示方法 1）符号表示法。将铸造用试验筛筛分后所得到的各筛）符号表示法。将铸造用试验筛筛分后所得到的各筛子上砂子质量，选出余留量之和为最大
31、值的相邻三筛，即子上砂子质量，选出余留量之和为最大值的相邻三筛，即得该砂样的主要粒度组成部分，用相邻三筛的中间筛孔尺得该砂样的主要粒度组成部分，用相邻三筛的中间筛孔尺寸寸(单位为单位为mm)小数点后的两位数作为粒度分组代号。小数点后的两位数作为粒度分组代号。表表1-3 1-3 铸造用硅砂按粒度铸造用硅砂按粒度分组分组 分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm85604230211.70,0.850,0.6000.850,0.600,0.4250.600,0.425,0.3000.425,0.300,0.212,0.300,0.212,0.1501510070
32、50.212,0.150,0.1060.150,0.106,0.0750.106,0.075,0.0530.075,0.053,底盘2）列表法。列表法是用表格列出各筛上砂粒余留量，以）列表法。列表法是用表格列出各筛上砂粒余留量，以表示粒度组成。表示粒度组成。表表1-4 1-4 江西湖口砂的颗粒组成（质量分数）江西湖口砂的颗粒组成（质量分数）筛孔尺寸/mm3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053底盘底盘含泥量含泥量总量总量余留量（%）112.146.269.9624.740.8411.582.80.260.060.061.2299
33、.88 （3）原砂的颗粒形状）原砂的颗粒形状：用光学显微镜或扫描电镜观察，用光学显微镜或扫描电镜观察，可清楚看出砂粒的轮廓形状（即可清楚看出砂粒的轮廓形状（即“粒形粒形”）。）。铸造常用原砂的主要颗粒分类法铸造常用原砂的主要颗粒分类法：按粒形：尖角、角、半角、半圆、圆、很圆形六种；按粒形：尖角、角、半角、半圆、圆、很圆形六种；按圆球度：高球形、半球形、少球形三级；按圆球度：高球形、半球形、少球形三级；按粒形：圆形、钝角形、尖角形三种，用符号按粒形：圆形、钝角形、尖角形三种，用符号“”、“”、“”表示表示。图图1-2 1-2 原砂粒形分类原砂粒形分类 角形因数分类角形因数分类角形因数角形因数E硅
34、砂实际比表面积与理论计算（球形）硅砂实际比表面积与理论计算（球形）比表面积的比值。比表面积的比值。圆形圆形1.01.3，多角形，多角形1.31.6，尖角形，尖角形1.6。湿型砂原砂越圆，越易紧实，透气越低；砂粒更靠近，湿型砂原砂越圆，越易紧实，透气越低；砂粒更靠近，粘结桥较多且完善，因而强度更高。粘结桥较多且完善，因而强度更高。在粘结剂加入量相同的情况下，用圆粒砂的试样紧在粘结剂加入量相同的情况下，用圆粒砂的试样紧实程度高，而且砂粒实际比表面积小，所以比尖角形砂实程度高，而且砂粒实际比表面积小，所以比尖角形砂强度高很多。强度高很多。表表1-5 1-5 铸造用硅砂按角形因数分类铸造用硅砂按角形因
35、数分类铸造用硅砂牌号表示方法为：铸造用硅砂牌号表示方法为：例：例：ZGS93-40/100ZGS93-40/100（5353）分类代号1530456390角形因数E1.151.301.451.631.63粒形符号-（4）硅砂的选用硅砂的选用 根据铸件质量、壁厚、合金、铸型（湿、干、表干型）、根据铸件质量、壁厚、合金、铸型（湿、干、表干型）、造型方法（手工或机器造型）来考虑，造型方法（手工或机器造型）来考虑，及及来源来源和和成本。成本。铸铁件用原砂选用铸铁件用原砂选用浇温浇温1400左右，对原砂耐火度要求较低。左右，对原砂耐火度要求较低。大件可用表大件可用表1-1中的中的93、90号硅砂，小件可
36、用号硅砂，小件可用85号硅砂。号硅砂。刷涂料的干型和表干型多用粗砂，表干型可用表刷涂料的干型和表干型多用粗砂，表干型可用表1-3中的中的85、60、42号原砂，干型可用号原砂，干型可用60、42、30号原砂。号原砂。湿型用较细原砂，表面要求高的不加工小件，应选用特细湿型用较细原砂，表面要求高的不加工小件，应选用特细原砂，可选用原砂，可选用21、15、10号原砂。号原砂。铸钢件原砂选用铸钢件原砂选用浇温浇温1500左右，含碳低缺还原气氛，易氧化而化学粘左右，含碳低缺还原气氛，易氧化而化学粘砂。要求原砂砂。要求原砂SiO2含量高，有害杂质应严格控制。含量高，有害杂质应严格控制。有色金属铸件原砂选用
37、有色金属铸件原砂选用铸铜浇温铸铜浇温1200左右，对原砂化学成分要求不高，铜合金左右，对原砂化学成分要求不高，铜合金流动性好易钻入砂粒间孔隙内粘砂，用较细的原砂，可选流动性好易钻入砂粒间孔隙内粘砂，用较细的原砂，可选用表用表1-3中的中的07、10、15号原砂，并要求粒度比较均匀。号原砂，并要求粒度比较均匀。铝铝700800，对原砂化学成分无特殊要求，但这类铸件，对原砂化学成分无特殊要求，但这类铸件要求表面光洁，常选用要求表面光洁，常选用10、15号的细粒砂和特细砂。号的细粒砂和特细砂。优点：优点：来源广，价格低，能满足铸铁、铸钢和非铁合金来源广，价格低，能满足铸铁、铸钢和非铁合金 要求要求硅
38、砂的优缺点硅砂的优缺点 缺点：缺点：1.热膨胀系数大，热膨胀系数大，573相变膨胀；相变膨胀；2.热扩热扩散散率（物体使其内部温度趋于一致的能力。其值率（物体使其内部温度趋于一致的能力。其值大，则物体内各点的温差小）比较低；大，则物体内各点的温差小）比较低；3.蓄热系数（冷却能力，其值大，加快铸件凝固速度）蓄热系数（冷却能力，其值大，加快铸件凝固速度）比较低；比较低；4.易与铁的氧化物发生化学反应，对铸型与金属的界面易与铁的氧化物发生化学反应，对铸型与金属的界面反应起不良影响反应起不良影响；5.合金钢或大型铸钢件合金钢或大型铸钢件，易粘砂，清砂十分困难；易粘砂，清砂十分困难；6.清砂清砂工工长
39、期吸入硅石粉尘易患矽长期吸入硅石粉尘易患矽肺病肺病。2.非石英质原砂非石英质原砂 为提高铸件质量为提高铸件质量，改善劳动条件，预防矽肺病，铸钢改善劳动条件，预防矽肺病，铸钢可可用非石英砂配制型砂、芯砂或涂料。用非石英砂配制型砂、芯砂或涂料。优点：优点：高耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，高耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低而且膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化热膨胀系数低而且膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低物的反应能力低。铸件表面质量高并改善清砂劳动铸件表面质量高并改善清砂劳动条件。条件。缺点：价格较高，比较稀缺缺点：价格较高，比较稀缺。原砂：橄榄石砂、铬铁矿砂、锆
40、砂、石灰石砂、镁砂、原砂：橄榄石砂、铬铁矿砂、锆砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、碳质材料、耐火熟料等。刚玉砂、碳质材料、耐火熟料等。1 1）橄榄石）橄榄石砂砂2MgOSiO22MgOSiO2不低于不低于90%90%，熔点，熔点17901790，不与，不与MnO作用。作用。用于高锰钢铸件，可获得较好表面质量。用于高锰钢铸件，可获得较好表面质量。2 2）铬铁矿砂）铬铁矿砂 Cr2O3Fe2O3，熔点，熔点14501480，密度，密度44.8，热导率，热导率比硅砂高几倍，热膨胀率小，不与氧化铁起化学作用。比硅砂高几倍，热膨胀率小，不与氧化铁起化学作用。用作大型铸钢件或合金钢铸件的面砂、芯砂或涂料。用作大
41、型铸钢件或合金钢铸件的面砂、芯砂或涂料。3 3）锆砂）锆砂 ZrSiO4，熔点，熔点2400，莫氏硬度，莫氏硬度78级，密度级，密度4.54.7，热膨胀率热膨胀率为为硅砂硅砂1/61/3，可减夹砂。导热性极好，可加速，可减夹砂。导热性极好，可加速凝固凝固，防止大型铸件粘砂。，防止大型铸件粘砂。4 4）石灰石）石灰石砂砂CaCO3，游离，游离SiO2不大于不大于5%，铸钢件不粘砂，易清理。，铸钢件不粘砂，易清理。5 5）刚玉）刚玉-Al2O3，耐火度，耐火度18502050，硬度高，热导率高，热，硬度高，热导率高，热膨胀率小。结构致密，能抗酸和碱的浸蚀。膨胀率小。结构致密，能抗酸和碱的浸蚀。用于
42、铸造精度高、表面粗糙度低的合金钢铸件。用于铸造精度高、表面粗糙度低的合金钢铸件。6 6）镁砂）镁砂MgO，熔点，熔点1840，热膨胀率小，蓄热系数大，密度，热膨胀率小，蓄热系数大，密度3.5。不与氧化铁或氧化锰作用，铸件不易产生粘砂缺陷。不与氧化铁或氧化锰作用，铸件不易产生粘砂缺陷。用于锰钢用于锰钢等等高熔点合金铸件，及表面要求高的铸钢件。高熔点合金铸件，及表面要求高的铸钢件。7 7）耐火熟料）耐火熟料多孔材料，密度多孔材料，密度1.45，热膨胀率小，耐火度高，铁及其氧化，热膨胀率小，耐火度高，铁及其氧化物浸润性小。物浸润性小。用作大型碳素钢铸件涂料和熔模铸造的制壳材料。用作大型碳素钢铸件涂料
43、和熔模铸造的制壳材料。8 8）碳质材料）碳质材料化学活性很低，不被金属液和氧化物浸润，耐火度高，导热化学活性很低，不被金属液和氧化物浸润，耐火度高，导热性好，热容量大，热膨胀率很低。性好，热容量大，热膨胀率很低。用作面砂代替冷铁。用作面砂代替冷铁。粘土矿物组成粘土矿物组成由细小结晶质的由细小结晶质的铝硅酸盐铝硅酸盐组成。组成。mAl2O3nSiO2xH2O。形成机理：含铝硅酸盐岩石长形成机理：含铝硅酸盐岩石长期风化期风化生成生成 粘土的性能特点粘土的性能特点铸造用粘土是型砂的一种主要粘结剂。铸造用粘土是型砂的一种主要粘结剂。被水湿润后具有粘结性和可塑性；被水湿润后具有粘结性和可塑性；烘干后硬结
44、具干强度，加水恢复粘结性和可塑性烘干后硬结具干强度，加水恢复粘结性和可塑性；资源丰富，价格低廉，应用广泛。资源丰富，价格低廉，应用广泛。二、铸造用粘土及应用二、铸造用粘土及应用1.粘土的矿物组成、性能及分类粘土的矿物组成、性能及分类 粘土的分类粘土的分类铸造用粘土铸造用粘土 膨润土膨润土 普通粘土普通粘土 化学式为化学式为AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O 主要成分为高岭石类粘土矿物主要成分为高岭石类粘土矿物 化学式为化学式为AlAl2 2O O3 34SiO4SiO2 2HH2 2O nHO nH2 2O O 主要成分为蒙脱石类粘土矿物主要成分为蒙脱石类粘土
45、矿物 膨润土用符号膨润土用符号P P表示表示 普通粘土用符号普通粘土用符号N表示表示 高岭石和蒙脱石的晶体基本结构单位高岭石和蒙脱石的晶体基本结构单位 普通粘土和膨润土性能比较普通粘土和膨润土性能比较 （1）高岭石类粘土矿物）高岭石类粘土矿物 1）晶体结构特点）晶体结构特点 单位晶层由一层硅氧四面体和一层铝氧、氢氧八面体构成单位晶层由一层硅氧四面体和一层铝氧、氢氧八面体构成 四面体顶端都指向八面体层，并共用顶端氧原子四面体顶端都指向八面体层，并共用顶端氧原子 单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另两个方向无限展开单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另两个方向无限展开 2）性能特点）性能特点 相邻晶层结
46、合牢固，晶体比较粗大，比表面积较小相邻晶层结合牢固，晶体比较粗大，比表面积较小 水仅能进入晶层间被吸附在晶体边缘，吸水膨胀性小水仅能进入晶层间被吸附在晶体边缘，吸水膨胀性小（2）蒙脱石类粘土矿物）蒙脱石类粘土矿物 1）晶体结构特点）晶体结构特点 单位晶层由两层硅氧四面体夹层铝氧八面体构成单位晶层由两层硅氧四面体夹层铝氧八面体构成 两层四面体顶端都指向八面体层且共用顶端氧原子两层四面体顶端都指向八面体层且共用顶端氧原子 单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另两个方向展开单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另两个方向展开 2）性能特点）性能特点 晶层间结合力弱，晶粒细小，比表面积大；晶层间结合力弱，晶粒细
47、小，比表面积大；水能进入晶层间及晶体表面，吸水膨胀大，粘结性好。水能进入晶层间及晶体表面，吸水膨胀大，粘结性好。2.粘土的粘结性能粘土的粘结性能膨润土膨润土 钠膨润土钠膨润土 钙膨润土钙膨润土 主要交换性阳离子为钙离子主要交换性阳离子为钙离子主要交换性阳离子为钠离子主要交换性阳离子为钠离子钠膨润土用符号钠膨润土用符号PNa表示表示 钙膨润土用符号钙膨润土用符号PCa表示表示 酸性膨润土酸性膨润土碱性膨润土碱性膨润土用符号用符号S表示表示用符号用符号J表示表示 膨润土分类膨润土分类 膨润土理化特性膨润土理化特性 优点：优点：a.吸水率和膨胀倍数大，在介质中分散性好吸水率和膨胀倍数大，在介质中分散
48、性好 c.较好可塑性，较高强度及抗加砂能力较好可塑性，较高强度及抗加砂能力 b.热稳定性好，较高温度仍保持膨胀性热稳定性好，较高温度仍保持膨胀性缺点：吸水速度较慢缺点：吸水速度较慢d.资源较丰富，开采和供应比较方便。资源较丰富，开采和供应比较方便。根据阳离子交换特性，根据阳离子交换特性，处理处理钙基膨润土为钠基膨润土。钙基膨润土为钠基膨润土。活化剂为碳酸钠，加入量活化剂为碳酸钠，加入量45%；机理：机理：Ca2+蒙脱石蒙脱石+Na2CO3Na+蒙脱石蒙脱石+CaCO3 膨润土的活化处理膨润土的活化处理 粘土的粘结机理粘土的粘结机理 水化现象水化现象:粘土质点带负电荷，水分子定向地排列在粘土粘土
49、质点带负电荷，水分子定向地排列在粘土质点的周围和粘土中阳离子的周围，形成水化壳层；质点的周围和粘土中阳离子的周围，形成水化壳层；a.水化阳离子水化阳离子吸附了水分子的阳离子吸附了水分子的阳离子b.粘土胶团粘土胶团粘土质点水化后形成粘土质点水化后形成 a)a)粘土胶团粘土胶团 b)b)水化阳离子水化阳离子粘土胶团与水化阳离子接近时，相互吸引，于是水化阳粘土胶团与水化阳离子接近时，相互吸引，于是水化阳离子就在粘土胶团之间起离子就在粘土胶团之间起“桥桥”或键的作用，形成粘结或键的作用，形成粘结力，使粘土颗粒相互结合起来。力，使粘土颗粒相互结合起来。粘土粘结机理粘土粘结机理粘土型砂的粘结粘土型砂的粘结
50、a.砂粒破碎表面带微弱负电，能使极性水分子定向排列在砂粒破碎表面带微弱负电，能使极性水分子定向排列在砂粒周围。砂粒周围。b.当砂、粘土和水混合后，粘土胶团与砂粒之间具有公共当砂、粘土和水混合后，粘土胶团与砂粒之间具有公共水化膜，通过水化阳离子的桥梁作用结水化膜，通过水化阳离子的桥梁作用结合合，紧实具强度。，紧实具强度。影响粘土影响粘土粘结性的因素粘结性的因素 过低不能形成完整水化膜；过高会出现自由水，湿态过低不能形成完整水化膜；过高会出现自由水，湿态粘结力都不大。粘结力都不大。（1 1）水分）水分 一般说来，粘土颗粒所带电荷越多或粘土颗粒越细一般说来，粘土颗粒所带电荷越多或粘土颗粒越细小，比表
