1.粘土砂及涂料

2、我国铸造硅砂的来源、分类及产地
我国铸造生产中所用砖砂根据其来源和加工方式不同可以 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组分分离，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持点，可以分为河砂、湖砂、海 砂、风积砂等几种。海砂和湖砂又还可再细分为海(湖)滩 砂、沉积砂、堆积砂等等。
原砂的纯净度
a）在化学组成上，Si02及其他成份的含量多少，以及SiO2以何种形态存
在，即它是以自由形态存在，还是以复合硅酸盐的形态存在。为了保 证原砂具有较高的耐火度，通常要求有较高的SiO2含量，并且不是以 复合硅酸盐的形态存在，因为硅酸盐的软化点要比纯二氧化硅低得多 。因此，可以根据对不同种类合金铸件的表面不同光洁程度（粗糙度 值）的要求，选择含有合适的SiO 2含量的原砂。 b）在物理组成上，以混合物形态存在的无机及有机杂质的种类和数量 ，如以自由形态存在的金属和非金属氧化物(粘土等)，以及可挥发物 质如水、油类，其它残留的有机物质。粘附在砂粒表面的微量物质， 如气体及油膜等。上述杂质的存在，对型（芯）用砂分别起着不同的 作用，因此原砂的纯洁度包括化学的与物理的两方面的意义。
（2）砂型的种类及制造方法
粘土砂型 水玻璃砂型 树脂砂型（芯）—— 1）壳芯(型) 2）热(温)芯盒法砂芯 3）自硬冷芯盒法砂型（芯） 4）气硬冷芯盒法砂芯
（3）名词解释
型、芯砂：将原砂或再生砂+粘结剂+其它附加物等所混制 成的混合物为型砂或芯砂（其中将其用于铸型者被称为型 砂,用于制砂芯者称为芯砂）。
1）机械粘结剂型芯——以粘土为粘结剂的粘土型芯砂所产 生的粘结；
2）化学粘结剂型芯——型芯砂在造型、芯过程中，依靠其 粘结剂本身发生物理、化学反应达到硬化，从而建立强度， 使砂粒牢固地粘结为一个整体。有机、无机粘结剂，其中 无机粘结剂为钠水玻璃及熔（溶）模铸型，而有机分别介 绍热硬、自硬和气硬树脂砂型（芯）； 3）物理固结——指用物理学原理产生的力将不含粘结剂的 原砂固结在一起，磁型铸造法、负压造型法或真实密封造 型法或薄膜负压造型法，以及消失模造型法。
4、铸造用硅砂分级与牌号
铸造用硅砂可根据GB/T9442-2010《铸造用硅砂》国家标淮 规定，按二氧化硅含量、含泥量、粒度、角形因数等进行分 级或命名牌号，也可按照铸钢用和铸铁用硅砂进行分级。 以二氧化硅含量作为其主要验收依据，杂质含量作为验收参 考依据。 含泥量质量分数，水洗砂不大于1.0%，擦洗砂不大于0.3% ，精选砂不大于0.2%。 关于平均细度及粒度组成，对任一牌号的硅砂，生产厂家都 需提供其平均细度及粒度分布图表，铸造用硅砂的主要粒度 组成部分三筛不小于75%，四筛不小于85%，五筛不小于 95%。 其它粒度组成的细粉含量由供需双方协议商定。
铸造用硅砂是粒径为0.020～3.35mm的耐火颗粒物，其主要 的化学成分是硅的氧化物，自然界中，硅的氧化物多为结 晶形，也有的以无定形体存在，其中石英是最重要的晶体 形硅的氧化物。铸造生产所用的硅砂主要是由粒径为 0.053~3.35mm的小石英颗粒所组成。纯净的硅砂多为白 色，被铁的氧化物污染时常成淡黄或浅红色。 石英的密度为2.65g/cm3，莫氏硬度7级，是一种透明、浅 色或无色的晶体，其结构为硅氧四面体。石英具有复杂同 质多晶转化的特点，共有7个基本晶型变体和1个非晶型变 体。
*水玻璃砂
水玻璃砂是以水玻璃（硅酸钠Na2O· mSiO2的 水溶液）为粘结剂配制成的化学硬化砂。 它是除粘土砂外用得最广泛的一种型砂。
水玻璃砂铸型或芯无需烘干、硬化速度快、 生产周期短、易于机械化、劳动条件改善。 *油砂和合脂砂
油砂是以桐油、亚麻仁油等植物油为粘结 剂配制成的型砂。
合脂砂以合成脂肪酸残渣经煤油稀释而成 的合脂作粘结剂。
铸型：形成铸件外观轮廓的用型砂制成的空腔称为铸型。
铸（砂）芯：形成铸件内腔的用芯砂制成的实体称为砂芯。
1.1铸造用原砂
铸造用砂（foundry sand） 砂型铸造用的粒度大于0.020mm的颗粒耐火材料。 铸造用砂按矿物质组成分为硅砂、镁砂、锆砂、铬 铁矿砂、镁橄榄石砂、刚玉砂等。
一、铸造用硅砂 1、概述
轴承零件
模样
带浇口的铸件
a)模样置于砂箱中 )用平头砂舂锤平 用刮板刮去余砂 填砂造下型
b
c)翻转下型，修光 撒分型砂 平面，
d)放浇口棒，造上型 扎通气孔
e)开箱，起模
f)挖外浇口 开内浇口 修型，合箱，待浇注
2、分模造型 特点是：铸件的最大截面不在端部而在中部，因而 木模沿最大截面分成两半。Hale Waihona Puke Baidu作较简便，适用于形状较复 杂的铸件，特别是广泛用于有孔或带有型芯的铸件，如套 筒、水管、阀体、箱体、曲轴、立柱等。
后图为水管铸件的分模造型过程。
轴套零件
模样
带浇口的铸件
a)造下砂型
b)翻转下砂型后，造上砂型，
放浇口棒及出气口棒
c)开箱，起模，开浇口
d)下型芯，合箱
分模造型
三、机器造芯 在成批大量生产中，一般型芯可用 震击造芯机和普通射芯机等制造。由于 树脂砂的应用，使得造芯机械化和自动 化迅速发展到新阶段，出现了热芯盒、 冷芯盒和壳芯机制芯等制芯方法。 * 型(芯)砂组成 型砂及芯砂是制造铸型和型芯的造型 材料,它主要由原砂、粘结剂、附加物和 水混制而成。
二、非石英质原砂
硅砂缺点：热膨胀系数比 较大，而且在573℃时会 因相变而产生突然膨胀----铸件若裂；热扩散率比较 低；容易与铁的氧化物起 作用等。这些都会对铸型 与金属的界面反应起不良 影响。在生产高合金钢铸 件或大型铸钢件时，使用 硅砂配制的型砂，铸件容 易发生粘砂缺陷，使铸件 的清砂十分困难。 非石英质原砂是指矿物组 成中不含或只含少量游离 Si02的原砂。 目前可用的非石英质原砂 有橄榄石砂、锆砂、铬铁 矿砂、石灰石砂、镁砂、 刚玉砂、钛铁矿砂、铝矾 土砂等。 真正广泛使用的仍为石英 砂。
原砂的粒形
用光学显微镜或扫描电子显微镜观察原砂的颗粒，可 以清楚地看出各种砂粒的不同轮廓形状(即“粒形”)。 粒形从角形到半角形；不圆，但无锯齿状不平处到圆 形分为六种，按圆球度分为三级。 近些年，我国制定的国家标准《铸造用硅砂》(GB9442) 采用角形系数来反映铸造用硅砂的颗粒形貌。
粘结剂粘结后的原砂形状
铸造用锆砂的技术指标
2、铬铁矿砂
铬铁矿主要用于冶炼金属铬，从而制造不锈钢及各种合金， 冶金用铬铁矿的消耗量占铬铁矿总量的80%以上；在化学 工业中，主要用于制造重铬酸钠，它是电镀铬的基本原料， 化学工业用铬铁矿占10%左右；其余的用于制造镁铬质耐 火材料和铸造造型材料等。 根据用途，铬铁矿大致划分为三级：即耐火材料级、冶金 级和化学级。名义上耐火材料级铬铁矿含Cr2O244%-45%， 冶金级含Cr2O3大于46%，化学级一般约含Cr2O334%35%，但在实际使用时往往跨级，并无严格区分。矿石的 价格也决定于铁和SiO2的含量。
第1章 粘土砂及涂料
砂型铸造的工艺过程
型砂
零 件 图 铸 型 熔化 芯盒 芯砂 浇注 型 芯 合 冷却
铸 造 工 艺 图
模型
箱 凝固
落 砂 、 清 理
检 验
铸 件
一、手工造型
1、整模造型 特点是：模样是整体的，铸型的型腔一般只在下箱。
整模造型因操作简便，无砂箱错位现象，适用于外形 轮廓上有一个平面可作分型面的简单铸件，如齿轮坯、轴 承、皮带、轮罩等。 下图为整模造型过程。
人工硅砂
是将硅石或硅砂岩经过采矿、清洗、粗碎、细碎、筛选等 加工而制成：硅砂的二氧化硅含量很高，但岩石坚硬，破 碎后所得砂粒大部为尖角形，而且粉尘较多。硅砂岩的结 构较松散，比较容易破碎，胶结的砂粒经加工后仍然保持 原来的形状，因此粒形较好。我国早期铸钢大都采用硅石 加工制成的人造硅砂，现逐渐被天然硅砂所代替。
油砂或合脂砂制造结构复杂、要求高的型 芯 *树脂砂 树脂砂是以树脂为粘结剂配制成的型砂。 又分为热硬树脂砂、壳型树脂砂、覆模砂等。 用树脂砂造型或制芯，铸件质量好、生产 率高、节省能源和工时费用、工人劳动强度低、 易于实现机械和自动化、适宜成批大量生产。
概述 —— 砂型（芯）种类及其制造
（1）型（芯）砂粘结方式
1、锆砂
锆砂的矿物组成为硅酸锆，其理论含ZrO2 67.2%， SiO232.8%。 锆砂具有比石英砂高的导热性（高出2倍多）；锆砂热 膨胀小，只及石英的1/6～1/3；锆石粉在高温下表现为 中性和弱酸性，不与氧化铁起化学反应，有利于在大型 铸钢件上防止粘砂缺陷，因而在生产大型铸钢件和重要 铸钢、铸铁件时常常采用锆砂局部作面砂，或用锆石粉 作耐火涂料。 使用锆砂可生产出表面光洁的铸件，对于用于生产高熔 点的铸件是特别重要的。锆砂比硅砂的耐火度还高，达 1750℃以上，而一般硅砂因其含有杂质，其熔点为 1680℃左右。
熔融石英的熔点约1713℃，其线膨胀系数很低，在100～ 1200℃的温度范围内，仅在（0.51～0.63）×10-61/℃之间 变化（表2-16），几乎在所有的耐火材料中熔融石英线膨 胀系数最小。 所以它具有非常良好的热震稳定性（耐急冷急热性），可 从1100℃高温突然放入20℃冷水中而毫无损伤，加热至 1300℃还可在空气中急剧冷却，所以熔融石英型壳和型芯 在熔烧和浇注过程中不会因温度剧变而破裂。且由于熔融 石英的线膨胀系数很小，故用作制壳材料有利于提高铸件 的尺寸精度。
铸铁件用硅砂和铸钢件用硅砂
检定铸造粘结剂用标准砂
在GB/T 25138—2010《检定铸造粘结剂用标准砂》中， 规定了二氧化硅含量不低于90%，含泥量、含水量均 小于0.3%，角形因数不大于1.30，粒度组成符合下表 要求。
5、熔模铸造用硅砂、粉的分级和分组
6、熔融石英（石英玻璃）
纯净的石英熔体在过冷条件下得到的一种非晶态二氧化硅 称为熔融石英或石英玻璃，它分为透明和不透明两种。 透明熔融石英由水晶石（最纯的石英晶体称为水晶，w （SiO2）＞99.95%，外形呈六方柱锥体，经氢氧焰或电 阻炉熔融，随后迅速冷却而得，其密度为2.21g/cm3，在熔 模铸造中用作陶瓷型芯的基本材料。 不透明熔融石英是采用普通优质硅砂 [w（SiO2）＞99%]， 在电弧炉或碳极电阻炉中熔融，随后迅速冷却而得，纯度 比普通硅石要高得多，其密度为2.02～2.18g/cm3，是一种 良好的熔模铸造用耐火材料。
熔融石英的熔点约1713℃，其线膨胀系数很低，在100～1200℃的温度 范围内，仅在（0.51～0.63）×10-61/℃之间变化（表2-16），几乎在 所有的耐火材料中熔融石英线膨胀系数最小。 所以它具有非常良好的热震稳定性（耐急冷急热性），可从1100℃高温 突然放入20℃冷水中而毫无损伤，加热至1300℃还可在空气中急剧冷却， 所以熔融石英型壳和型芯在熔烧和浇注过程中不会因温度剧变而破裂。 且由于熔融石英的线膨胀系数很小，故用作制壳材料有利于提高铸件的 尺寸精度。
7、树脂（水玻璃）砂用原砂的性能 概述 选用树脂砂用原砂主要依据下列八项原砂物化性能
：1)矿物组成和化学成分；2)粒度及其分布；3)粒形及表 面状态4)含泥量及细粉含量；5)含水量；6)耗酸值及pH值 ；7)复用性；8)灼烧减量等。 （1）烧结点——通常通过测定原砂的烧结点来简单判断原 砂的矿物组成和化学成分含量。事实上测定烧结点比测定 耐火度和化学成分来评价原砂的耐火度要快，也更具有实 际意义。 原砂的耐火度固然取决于SiO2含量，但化学分析得出的 SiO2含量并不等于砂中的石英矿物含量，因为云母和长石 中也含有SiO2的成分。
3、我国铸钢用硅砂的主要产地及其质量
生产铸钢件所用的硅砂，目前主要产地是福建沿海一带， 己逐步建立了很多规模相当大、设备条件良好的生产基地， 产量完全可以满足我国铸钢行业的需求。
按照当地的习惯，将其分为“海砂”和“沉积砂”两种。 “海砂”是取自海边潮间带附近的砂，杂质较多，SiO2含 量一般在92%～97%之间，但砂粒基本上为圆形。海砂开 采方便，而且在某一矿点开采后，可在海潮的作用下得到 自然的补充。而“沉积砂”大都沉积在海岸附近，矿点表 面的覆盖上层大致厚1m左右，砂层一般在4～8m之间，供 应的原砂Si02含量大都在97%左右，但砂粒要为多角形。