造型材料及型芯砂工艺(精)
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造型材料及型 芯砂工艺
陕西金鼎铸造有限公司
从广义上讲，凡是用来制造铸型（包 括芯子）的材料都属于造型材料。铸造生 产中使用的铸型有砂型、金属型、陶瓷型、 石膏型等等，需要各种各样大量的造型材 料。在以上各种铸型中，最普遍和大量使 用的是砂型。在我国或世界范围内，用砂 型生产的铸件占铸件总生产量的80%以上， 因此，在铸造行业里，一般说到造型材料， 通常指的是砂型铸造用的造型材料，包括 所用的各种原材料、混合料及涂料等。
不同的膨润土，丧失粘结能力的温度不同。 由差热分析实验证明： 天然钠基膨润土的失效温度为638℃，钙基膨 润土为316℃.由此可见，粘土砂中，存在两种 膨润土：一种是有效膨润土，另一种是死粘土。 死粘土越多，粘土粘结性能越差。
1.3煤粉
铸铁用湿型砂中加入煤粉，可以防止铸 件表面粘砂缺陷，改善铸铁件的表面光洁程 度，能减少夹砂缺陷,同时也起到提高型砂溃 散性的作用。对于湿型铸造球墨铸铁件，型 砂中加入煤粉，还能防止产生皮下气孔。
第一章
湿型砂
第一节 湿型用原材料
湿型砂造型使用的原材料通常包括原砂、 膨润土、煤粉及其它一些辅助材料，例如糊精、 淀粉、重油等。
1.1硅砂（原砂） 硅砂的主要化学成分是SiO2。我国铸造生产中 所用硅砂，根据其来源和加工方法不同，可以 分为天然硅砂和人工硅砂两大类。
天然硅砂是由火成岩经过风化或变质作用， 逐渐剥裂、细化，坚硬的石英颗粒与其他矿物 颗粒部分分离，然后再经水流或风力搬运沉积 形成砂矿。这些砂矿按其成矿条件和特点，可 分为河沙、湖砂、海砂、风积砂等几种。海砂 和湖砂又可细分为海（湖）滩砂、沉积砂、堆 积砂等。
方法和AFS平均细度表示法。 硅砂的颗粒形状是根据砂粒的圆整度和表 面棱角磨圆的程度来区分的。我国现行的《铸 造用硅砂》标准采用角形因数值对硅砂的各种 粒型进行大致的定量划分。但是实际应用中大 部分硅砂其颗粒形状都是混合的，天然硅砂的 角形因数都在1.2~1.45之间。颗粒较圆的砂粒， 混合料的流动性和紧实密度较高，砂粒间的接 触点和粘结剂“连接桥”的截面积增大，对提 高混合料的强度有利，砂粒排列约紧密，对提 高混合料的强度越有利，但是砂粒在高温状态 下的线膨胀量及膨胀应力也越大。
型砂铸造不但为汽车、拖拉机制造等行业 中大批量铸件生产时所采用，也为众多的单件 小批铸件生产企业所采用。 在无机化学粘结剂型砂中，目前主要应用 的是水玻璃砂。而有机化学粘结剂型（芯)砂 的品种繁多，从早年开始用的桐油砂、亚麻油 砂，到今天广泛采用的合成树脂粘结剂应有尽 有。人们可以根据造型或制芯的需要，以及来 源、价格、设备条件等方面来综合考虑采用哪 种粘结剂。
下表为公司所用原砂的技术要求
1.2膨润土 膨润土是湿型砂的粘结剂，起到粘结砂粒的 作用。 铸造用膨润土主要是由蒙脱石矿物组成，可 分为钙基膨润土和钠基膨润土两大类。 膨润土的湿态粘结能力只有在加水以后才能 表现出来。膨润土的复用性又称为膨润土的热稳 定性或耐用性，是指在型砂中经高温金属液加热 的膨润土再次加水后，仍然具有粘结力，能够反 复配制型砂的性能。膨润土的结构水在一定温度 下脱出以后，即丧失粘结能力，成为死粘土。
砂型铸造是指造型材料以原砂为骨料的铸 造工艺型砂，按所用粘结剂可分为粘土型砂、 无机粘结剂型（芯）砂和有机粘结剂型（芯） 砂等。在这些型（芯）砂中，最为常用的是粘 土湿型砂（也称潮模砂），即不经烘干的粘土 砂。用这种铸造材料生产的铸件大约占所有用 砂型生产铸件产量的 70~80%，适用于铸铁、 非铁合金中小铸件和小型铸钢件的生产。粘土 湿型砂采用天然矿物膨润土作为粘结剂，其来 源广泛、价格低廉，浇注后的型砂可以经过处 理后反复使用，可缩短生产周期。所以粘土湿
煤粉的作用机理： ①气膜隔离理论 浇注时型砂中的煤粉产生大 量的还原性气体，使砂型\金属界面形成一层 气膜，阻止铁水钻入砂粒空隙中。 ②胶质体封孔理论 型砂中的煤粉受热后成为
固、液、气三项的胶质体，胶质体的膨胀能 够堵塞砂粒空隙，阻止铁水钻入沙粒空隙。 ③气体防氧化理论 煤粉中的挥发分在高温下 气相热解，产生大量的还原性气体，能够阻 止铁液氧化，避免氧化铁与石英砂产生化学 应。 ④光亮碳防润湿理论 浇注时型砂中的煤粉析 出微细晶粒的光亮碳，沉积在砂粒表面，使 砂粒不被铁水润湿，避免铁水借助表面张力 向砂粒空粒 经加工后仍然保持原来的形状，因此粒型大多 呈钝角型。 硅砂的含泥量：原砂中含有的直径小于 0.02mm的颗粒其质量分数成为原砂的含泥量。 水洗砂、擦洗砂和精选砂的含泥量分别规定为 1%、0.3%和0.2%以下。生产经验表明，粘土型 砂用硅砂的含泥量最好＜0.8%，树脂砂等有机 粘结剂砂芯用硅砂的含泥量最好＜0.3%，而且 越低越好。 硅砂的粒度反应硅砂的颗粒大小及分布状 态。硅砂粒度主要有两种表示方法，即以主要 粒度组成部分的三筛或四筛的首尾筛号表示的
现有的三条生产线（小件线、1280线、 静压线）都是采用粘土湿型砂造型，但三条线 型砂的性能状况截然不同所。我公司有多种制 芯方式，相应的芯子分别为：改性植物油砂芯、 气硬砂芯、自硬砂芯、热芯盒覆膜砂芯、冷芯 盒砂芯。还有针对部分产品表面质量要求，芯 子表面要刷涂料，有水基涂料也有醇基涂料等。 现针对生产中应用到的造（芯）材料： 湿型砂、芯砂、涂料分别做一介绍。
我国内蒙通辽的西辽河上游一带的风积砂， 黄河故道以及其他河流的河砂，潘阳湖、洞庭 湖等湖泊周围的湖砂其SiO2质量分数都在 85%——93%之间，是我国主要的铸铁件用砂产 地。福建闽江口以南和海南文昌、东部沿海以 及广东珠江三角洲新会等地有大量天然硅砂， SiO2质量分数在97%以上，可用于铸钢件的生 产，具有良好的开发前景。 人工硅砂是将硅石岩或硅砂岩经过采矿、 清洗、粗碎、细碎、筛选等加工而成。硅石岩 的二氧化硅含量很高，但岩石坚硬，破碎后所 得砂粒为尖角形。硅砂岩由砂粒天然胶固成团
陕西金鼎铸造有限公司
从广义上讲，凡是用来制造铸型（包 括芯子）的材料都属于造型材料。铸造生 产中使用的铸型有砂型、金属型、陶瓷型、 石膏型等等，需要各种各样大量的造型材 料。在以上各种铸型中，最普遍和大量使 用的是砂型。在我国或世界范围内，用砂 型生产的铸件占铸件总生产量的80%以上， 因此，在铸造行业里，一般说到造型材料， 通常指的是砂型铸造用的造型材料，包括 所用的各种原材料、混合料及涂料等。
不同的膨润土，丧失粘结能力的温度不同。 由差热分析实验证明： 天然钠基膨润土的失效温度为638℃，钙基膨 润土为316℃.由此可见，粘土砂中，存在两种 膨润土：一种是有效膨润土，另一种是死粘土。 死粘土越多，粘土粘结性能越差。
1.3煤粉
铸铁用湿型砂中加入煤粉，可以防止铸 件表面粘砂缺陷，改善铸铁件的表面光洁程 度，能减少夹砂缺陷,同时也起到提高型砂溃 散性的作用。对于湿型铸造球墨铸铁件，型 砂中加入煤粉，还能防止产生皮下气孔。
第一章
湿型砂
第一节 湿型用原材料
湿型砂造型使用的原材料通常包括原砂、 膨润土、煤粉及其它一些辅助材料，例如糊精、 淀粉、重油等。
1.1硅砂（原砂） 硅砂的主要化学成分是SiO2。我国铸造生产中 所用硅砂，根据其来源和加工方法不同，可以 分为天然硅砂和人工硅砂两大类。
天然硅砂是由火成岩经过风化或变质作用， 逐渐剥裂、细化，坚硬的石英颗粒与其他矿物 颗粒部分分离，然后再经水流或风力搬运沉积 形成砂矿。这些砂矿按其成矿条件和特点，可 分为河沙、湖砂、海砂、风积砂等几种。海砂 和湖砂又可细分为海（湖）滩砂、沉积砂、堆 积砂等。
方法和AFS平均细度表示法。 硅砂的颗粒形状是根据砂粒的圆整度和表 面棱角磨圆的程度来区分的。我国现行的《铸 造用硅砂》标准采用角形因数值对硅砂的各种 粒型进行大致的定量划分。但是实际应用中大 部分硅砂其颗粒形状都是混合的，天然硅砂的 角形因数都在1.2~1.45之间。颗粒较圆的砂粒， 混合料的流动性和紧实密度较高，砂粒间的接 触点和粘结剂“连接桥”的截面积增大，对提 高混合料的强度有利，砂粒排列约紧密，对提 高混合料的强度越有利，但是砂粒在高温状态 下的线膨胀量及膨胀应力也越大。
型砂铸造不但为汽车、拖拉机制造等行业 中大批量铸件生产时所采用，也为众多的单件 小批铸件生产企业所采用。 在无机化学粘结剂型砂中，目前主要应用 的是水玻璃砂。而有机化学粘结剂型（芯)砂 的品种繁多，从早年开始用的桐油砂、亚麻油 砂，到今天广泛采用的合成树脂粘结剂应有尽 有。人们可以根据造型或制芯的需要，以及来 源、价格、设备条件等方面来综合考虑采用哪 种粘结剂。
下表为公司所用原砂的技术要求
1.2膨润土 膨润土是湿型砂的粘结剂，起到粘结砂粒的 作用。 铸造用膨润土主要是由蒙脱石矿物组成，可 分为钙基膨润土和钠基膨润土两大类。 膨润土的湿态粘结能力只有在加水以后才能 表现出来。膨润土的复用性又称为膨润土的热稳 定性或耐用性，是指在型砂中经高温金属液加热 的膨润土再次加水后，仍然具有粘结力，能够反 复配制型砂的性能。膨润土的结构水在一定温度 下脱出以后，即丧失粘结能力，成为死粘土。
砂型铸造是指造型材料以原砂为骨料的铸 造工艺型砂，按所用粘结剂可分为粘土型砂、 无机粘结剂型（芯）砂和有机粘结剂型（芯） 砂等。在这些型（芯）砂中，最为常用的是粘 土湿型砂（也称潮模砂），即不经烘干的粘土 砂。用这种铸造材料生产的铸件大约占所有用 砂型生产铸件产量的 70~80%，适用于铸铁、 非铁合金中小铸件和小型铸钢件的生产。粘土 湿型砂采用天然矿物膨润土作为粘结剂，其来 源广泛、价格低廉，浇注后的型砂可以经过处 理后反复使用，可缩短生产周期。所以粘土湿
煤粉的作用机理： ①气膜隔离理论 浇注时型砂中的煤粉产生大 量的还原性气体，使砂型\金属界面形成一层 气膜，阻止铁水钻入砂粒空隙中。 ②胶质体封孔理论 型砂中的煤粉受热后成为
固、液、气三项的胶质体，胶质体的膨胀能 够堵塞砂粒空隙，阻止铁水钻入沙粒空隙。 ③气体防氧化理论 煤粉中的挥发分在高温下 气相热解，产生大量的还原性气体，能够阻 止铁液氧化，避免氧化铁与石英砂产生化学 应。 ④光亮碳防润湿理论 浇注时型砂中的煤粉析 出微细晶粒的光亮碳，沉积在砂粒表面，使 砂粒不被铁水润湿，避免铁水借助表面张力 向砂粒空粒 经加工后仍然保持原来的形状，因此粒型大多 呈钝角型。 硅砂的含泥量：原砂中含有的直径小于 0.02mm的颗粒其质量分数成为原砂的含泥量。 水洗砂、擦洗砂和精选砂的含泥量分别规定为 1%、0.3%和0.2%以下。生产经验表明，粘土型 砂用硅砂的含泥量最好＜0.8%，树脂砂等有机 粘结剂砂芯用硅砂的含泥量最好＜0.3%，而且 越低越好。 硅砂的粒度反应硅砂的颗粒大小及分布状 态。硅砂粒度主要有两种表示方法，即以主要 粒度组成部分的三筛或四筛的首尾筛号表示的
现有的三条生产线（小件线、1280线、 静压线）都是采用粘土湿型砂造型，但三条线 型砂的性能状况截然不同所。我公司有多种制 芯方式，相应的芯子分别为：改性植物油砂芯、 气硬砂芯、自硬砂芯、热芯盒覆膜砂芯、冷芯 盒砂芯。还有针对部分产品表面质量要求，芯 子表面要刷涂料，有水基涂料也有醇基涂料等。 现针对生产中应用到的造（芯）材料： 湿型砂、芯砂、涂料分别做一介绍。
我国内蒙通辽的西辽河上游一带的风积砂， 黄河故道以及其他河流的河砂，潘阳湖、洞庭 湖等湖泊周围的湖砂其SiO2质量分数都在 85%——93%之间，是我国主要的铸铁件用砂产 地。福建闽江口以南和海南文昌、东部沿海以 及广东珠江三角洲新会等地有大量天然硅砂， SiO2质量分数在97%以上，可用于铸钢件的生 产，具有良好的开发前景。 人工硅砂是将硅石岩或硅砂岩经过采矿、 清洗、粗碎、细碎、筛选等加工而成。硅石岩 的二氧化硅含量很高，但岩石坚硬，破碎后所 得砂粒为尖角形。硅砂岩由砂粒天然胶固成团