5. 第1章 湿型砂解析

• 阶梯试样硬度差法 • 测量A、B点的硬度，对比 两点的硬度差。差值小说 明型砂的流动性好，差值 大说明流动性差。 • 思考：流动性对紧实度的 影响
• 侧孔法： • 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。
• 环形空腔法： • 冲击3次后看h的大小， h越小进入圆环中的型 砂越多，流动性越好。 • 检测有凹槽、窄缝模 样，及要求轮廓非常 清晰的砂型（芯）。
第二篇 砂型和砂芯的制造
第一章 湿砂型铸造
第一节 湿型铸造特点 1. 粘土型砂可分为：
湿型（潮型）——砂型不烘干，直接浇 干型——合型和浇注前送窑烘干。
表面烘干型——型腔表层烘干一定深度。
2. 按造型可分为：
面砂——造型时铺覆在模样表面，构成型腔表面层的型砂。
背砂——填在面砂背面起填充作用的型砂。 单一砂 ——不分面砂和背砂，只一种造型砂。
• 2.1 水分、最适宜干湿程度和紧实率
• （1）水分： 型砂中含水质量百分数
• 测定：称50g型砂，红外烘干105-110℃，4-8min至恒重，
称量质量变化。 • X=（G-G1）/G×100%
• 局限性：只表达水的绝对数量，不代表型砂的干湿程度。 • （2） 手捏感觉 型砂是否容易成团、是否沾手。
• 韧性的测定 • 落球法：标准抗压试样、 φ50mm，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：试样从1.8米的高度 直接坠落到铁砧上。
其它新方法
• 我国新研制的型 砂压力—变形曲 线测试仪。
第三节
湿型砂用原料及质量要求
一、铸造用原砂
1.石英质原砂及应用
石英砂——以石英为主要矿物成分的天然硅砂。
特点：资源丰富，分布广易开采，价低，满足要求。 天然硅砂形成：由火成岩风化形成。
• 火成岩组成及风化：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 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 过化学风化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子 中。
3.湿型铸造法
基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。 主要优点： 生产灵活，效率高，成本低，周期短； 易实现机械化和自动化； 省烘干设备、燃料、电力及空间； 砂箱使用寿命长； 容易落砂。 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 500Kg以下的铸件 。
（3）测量 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 量残留物的质量，判断发气量大小。 方法二：称取经过干燥的型砂，盛入小舟→推入 850℃管式加热炉加热→产生的气体经冷凝进入带刻 度的玻璃管中→测量大气压力下型砂的发气体积。
小 结
• • • • 1 2 3 4 了解湿型铸造的特点； 掌握型砂的七个方面的性能； 熟悉型砂性能对铸造质量的影响； 了解型砂性能的测试方法。
• 2.5 起模性、变形量、韧性和破碎指数 • 起模性：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 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。 • 变形量：在测定型砂抗拉强度时，试样破碎前的变形， 一般很小。 韧性：型砂的湿压强度（MPa）×变形量（cm）×乘 1000。它表示了型砂由于塑性变形而能吸收能量的性质。
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
， 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——经过水力搬运，含泥量少，颗粒较圆，
粒度均匀，海砂如北戴河砂、新会砂、福建东山砂；湖砂如江西都 昌砂、星子砂；河砂如上海吴淞砂、河南郑庵 砂；
风砂——经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木
• 透气率
k=VH/Spt
• 式中: • • • •
V--通过试样的空气体积，2000cm3； p--试样前压力（1mmH2O=9.806Pa）； H--试样高度（cm）； S--试样截面积（cm2）； t--2000cm3空气通过试样的时间（min）。
• 2.3 湿态强度 • （1） 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。 • 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 本；增加混砂、紧实、落砂困难。 • （2） 测量：用标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力 值表示。MPa、KPa。 • 指标：湿态抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、劈裂强度
• 2.6 抗夹砂结疤缺陷的能力 （1） 夹砂类缺陷产生的原因 • 水分迁移：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。 • 热压应力：石英573℃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。
（2）测量 测热湿拉强度 见图2-1-9。模拟金属浇 入铸型后型砂的受热情况。 湿型砂试样φ50mmх50mm， 加热板温度320±10℃， 紧贴20-30s，形成5mm左 右的干砂层及水分凝聚区， 测定热湿拉强度。
≥85
2.0 ≤2.0
（2）原砂的颗粒组成
原砂的颗粒组成（粒度）——砂粒的粗细程度和分布
测定方法：筛分法，用一套（11 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。
国家标准规定的铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸：
表1-2
筛子序号 筛孔尺寸 相当 筛号 行业标准 JB/T9156—1999
• 劈裂强度（如图2-1-3所示） • 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 度可以按照下式计算：
• • • • • σ sF=2F/π dL σ sF—型砂湿态劈裂强度（MPa） F—劈裂载荷（N）； d—试样直径，为50mm； L—试样高，为50mm。
• 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。
铸造用硅砂分级： 根据国家标准GB/T9442—1998的规定，铸造用硅砂 按SiO2含量可分为五级。 表1-1 铸造用硅砂按SiO2含量分级
分级代号 98 96 93 90 85
w(SiO2)(%)
分级代号 w泥分(%)
≥wk.baidu.com8
0.2 ≤0.2
≥96
0.3 ≤0.3
≥93
0.5 ≤0.5
≥90
1.0 ≤1.0
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。
• 2.4 流动性 • （1） 概念：型砂在自重或外力作用下，沿模样或砂 粒间移动的能力。 • （2） 对造型（芯）的影响：均匀性、光滑性、紧实 力、生产率。
• （3） 测量（无统一标准）

（4）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 中的砂粒流动性好。
对铸造用原砂质量要求 （1）含泥量——含泥量指原砂中直径小于0.02mm（ 20µm）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。 检测方法：利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度 不同，可将原砂中颗粒直径>20µm 与直径<20µm的颗 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 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。
主要缺点：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。 应用范围：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。
第二节 湿型砂性能、检测及方法
一、型（芯）砂应具备的性能
（1）造型、制芯和合型阶段对型砂性能的要求。
1.湿度：湿态强度和韧性，粘土砂须含适量水分。 2.流动性：型（芯）砂沿模样（或芯盒表面）和砂粒 间相对移动的能力。 3.强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力。 4.可塑性：型（芯）砂在外力作用下变形并保持形状 的能力。
• （3）其它方法 • 激热性能试验法： • 圆饼形型砂试样，开V 形槽，在13000C，的 高温下烘烤。观测型 砂表面开始脱落的时 间，当时间脱落或者 开裂下垂1mm的时间越 长，说明抗夹砂结疤 能力越好。
• 2.7 发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂） • （1）目的：防止机械粘砂 • （2）煤粉及附加物可防止机械粘砂的机理： • 浇注烘烤→大量挥发分→分解反应→砂粒表面沉积形成光 泽碳→防止机械粘砂，提高表面光洁度。
• 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。
(在线老工人经常用，如若掌握，则比水分
定量要准确)
• （3）紧实率：用1MPa的压力紧实，测量紧实前后高度的 变化率。GB2684-81。 • 紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高×100%
• 依据：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， 铸件易产生气孔、胀砂、夹砂、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 合适，并规定在一定范围内浮动。
• 应用：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50%左右，高压造 型为35-45%，挤压造型为35-40%。
• 2.2 透气性 • （1）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。 • 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 砂。
5.韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。 6.不粘模性：型（芯）砂粘附模样或芯盒表面的性质。
（2）铸件浇注、冷却、落砂、清理要求。 1.耐火度：型（芯）砂抵抗高温作用的性能。 2.透气性：砂型让气体通过而逸出的能力。 3.发气量和有效煤粉含量：型砂中煤粉或有机物（如 重油、沥青等）受热挥发气体量称发气量； 4.退让性：型砂随铸件收缩而体积减小的能力 5.溃散性：型芯砂在清理时的溃散性能。
•
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。
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。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。
• （2） 测量方法 •
• 测量方法 • 标准法：如图2-1-2，在 3 水封钟罩内吸入2000cm 2 空气，造成10g/cm 的压 力条件，用秒表测出在该 压力下2000cm3空气通过 试样流出的时间t，并记 下气压计读数（p）
• 湿压强度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用时能保持 型腔（或砂芯）形状的能力。 • 普通机器造型控制在0.06-0.12MPa， • 高密度造型控制在0.09-0.20MPa。
• 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 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。 • 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。
4.表干型铸造法
工艺规范：砂型表层烘干5–20㎜，或自然干燥。
基本特点：表面层强度高、湿度小，浇注质大铸件时 不易产 生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。
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。
5.干型铸造法
基本特点: 粘土砂湿型烘干 。 主要优点：提高强度、透气性、降发气量，减少气孔 、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷，涂料改善铸件表面。
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。
石英砂岩 ——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 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。
石英岩 ——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 岩通常含有很高的SiO2，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）。