对于型砂矿物原料的探讨

对于型砂矿物原料的探讨
摘要：型砂矿物是铸造工艺所需要的一种矿物原料，也归属耐火材料矿物原料
之列。

铸造是将液态合金注入铸型中使之冷却、凝固、形成金属制品得过程。

铸
造得方法较多。

砂型铸造，即以型砂为造型材料制备铸型得铸造方法，应用很广泛。

以砂型铸造方法生产得铸件占铸件总量的80%~90%。

造型材料是制造砂型、
砂芯的各种原料，以及由各种原料配成的型砂、芯砂、涂料等的总称。

本文只介
绍造型材料所用的矿物及矿物性质对造型材料（铸型）性能的影响。

关键词：型砂矿物；原砂矿物；蒙脱石；粘土
砂型主要由原砂和粘结剂组成。

按工艺特征，可分为湿型、干型、表面干型、
化学自硬砂型等几种。

按粘结剂不同，又可分为粘土砂型，无机粘结砂型，有机
粘结砂型。

造型方法也有多种。

如手工造型，普通机器微震压实、低中压和高压
造型。

还有正负压，冷冻，重力，切削等造型方法。

衡量砂型性能的主要技术指标有：透气性、强度、耐火度、发气性、退让性、
溃散性、流动性、流动性、可塑性与韧性、粘模性、保有性、吸湿性和复用性等。

一、型砂矿物的物化性质及其对铸造质量的影响
型砂矿物原料包括原砂和粘土两类。

1、原砂。

凡有较好的热稳定性（耐火温度一般低于15000C），化学惰性好，良
好的机械强度，纯度达到要求的矿物，都可用作型砂的原砂矿物原料。

原砂矿物
的化学成分及纯度、含水状况、耐水度、烧结点、热导率、热膨胀特征、化学稳
定性、粒度、形态等，都对铸造性能，铸件质量及生产成本有明显影响。

原砂矿
物的上述物化性质，有些与耐火矿物相似。

本文只简述不同于一般耐火矿物的部
分物化性质。

（1）杂质组成的含量：主要是指粒度<0.02mm的泥质物含量要愈少愈好。

泥质
物的存在对粘结剂用量，砂型强度和透气性都有很大影响。

泥质将阻塞气孔，因
而含泥量愈少，透气性越好。

（2）原砂形态和粒度：沙粒形态也影响砂型强度、透气率、粘结剂的用量及分布。

棱角状颗粒制作砂型所需粘结剂量较少，气孔分布不均匀，易形成铸件气孔、砂眼。

但可提供良好的抗渣蚀性；粒度是透气率和铸件光滑度的决定因子，原砂
颗粒愈细，则透气性较差，但透气性较差，铸件内的气孔、砂眼等缺陷可能较多。

因此，要注意选择恰当的粒度。

太宽的粒度分布会影响铸件光滑度。

（3）原砂的硬度和熔点：硬度大、熔点高的型砂具良好复用性。

原砂烧结点一
般低于耐火度。

烧结会使砂粒表面或砂粒之间的混杂物开始熔融而使砂粒相互连结，降低了复用性，影响铸件质量和铸件清理的难度。

2、粘土。

在制作砂型中，粘土主要起粘结作用。

粘土的性质及用量影响型砂的
可塑性、粘模性，从而保证筹件表面的平整光滑。

粘土的粘结力与粘土矿物成分，可交换阳离子交换容量、分散性等有关。

例如，吸蓝量愈大则粘结力愈强。

常用
的几种粘土矿物的粘结力依下列序次递减，Na蒙脱石>Ca蒙脱石>伊利石>高岭石。

一般说来，蒙脱石用量只需要普通粘土的1/2~1/3就可达到同等强度。

阳离子交换容量对粘结力的影响，与吸蓝量序次一致，且Na型和Ca型蒙脱石
性质有较大差别（表2-1-1)。

吸附阳离子电价高，粘结力增大，分散度减小。

高
价离子与粘土表面静电吸力大，吸附水层厚度减小，易出现自由水。

Na型和Ca型蒙脱石性质对比表2-1-1
性质
分散度 Na型 Ca型
0.5μm88%0.5μm35%
膨润值 >36cm3 <30cm3
过湿强度 Na->Ca-
热湿拉强度 Na->Ca-
应该指出，原砂和粘土对砂型的影响不是孤立的，而是相互制约和补偿的。

例
如原砂受热微膨胀可补偿粘土受热时的体积收缩，保证铸型尺寸的稳定，抵抗金
属液的冲刷。

又如水分对砂型透气性、机械强度、发气性、流动性都有重要的影响。

型砂中的水分除外加水外，还有原砂、粘土矿物中的结晶水和吸附水。

水分
过少，一部分粘土附着子砂粒上阻碍气体流动；水分过量则会充填空隙，透气率
下降，且粘结强度降低，增加了砂体垮塌的几率，塑性变形增加，铸件易出现气孔、夹砂，因此，应适当控制型砂的水分。

此外，制作砂型时还需要使用一些附加矿物原料。

例如，为提高砂型的耐火度，防止粘砂，可使用石墨，滑石或石英涂层。

二、型砂矿物的选用
常用的原砂有石英砂、镁砂、鉻铁矿砂、锆石砂、刚玉砂、橄榄石砂、钛铁矿
砂等。

作粘结剂的粘结矿物有蒙脱石、伊利石、高岭石等。

原砂的选用应考虑合金种类、铸件重量、铸型种类、造型、制芯方法等因素。

例如，干砂适应于大铸件，天然胶结砂、合成砂用于有色金属铸造锆石砂适应于
冷铸，橄榄石砂用于锰钢浇铸，石英砂用于铸钢。

对水玻璃硬化砂，要选用SiO2高、碱和碱土元素含量低、粉粒及含泥量<0.5%、圆形或多角形原砂；有机粘结
砂宜选用含泥量<0.5%、含水量<0.3%的圆形砂；合成树脂粘结砂要求原砂圆（粒
形系数<1.1~1.3）、净（含泥量<0.2%）、干（含水量<0.2%）、纯。

因此原砂在
使用前要筛分、水选、精选、烘干。

粘土的选用和原砂的选用原则是一致的。

使用最广泛的是蒙脱石粘土。

Na型蒙脱石适于铸钢，Na—Ca型混合土宜于铁和有色金属铸造，高岭土和球土也用于铸钢。

三、结束语
综上所述，型砂矿物是一种应用很广泛的铸造矿物原料，本文只作了简单的介绍，基于人们对它的需求，在以后的生活后中将得到进一步的利用，也会在此类
行业中得到有关人士的研究，取得重大的突破。

参考文献：
[1]古阶祥.非金属矿物原料特性与应用.武汉[M]：武汉工业大学出版社，1990
[1]张冠英.非金属矿产矿物学[M].武汉：武汉工业大学出版社，1989。