造型材料复习题

试说明牌号ZGS 96-40/70(52)代表的意义。

ZGS 96-40/70(52)表示该牌号硅砂的二氧化硅为96级，主要粒度组成为三筛，其首筛筛号为40，尾筛筛号为70，其粒度的平均细度值为52.
原砂的PH和需酸量是如何测定的？pH测定方法如下：取待测原砂25g，臵于250mL的烧杯中，加蒸馏水100mL，在磁力搅拌器上用包有聚四氟乙烯的搅拌棒搅拌，用酸度计测定悬浮液的pH值，每30s读取一次数据，直到数值恒定为止，此时的值就是原砂的pH值.
需酸量的测定方法如下：称取待测原砂50g，臵于250mL 的烧杯中，加pH值为7的蒸馏水50mL在磁力搅拌器上用包有聚四氟乙烯的搅拌棒搅拌；再往烧杯中加入0.1mol 的盐酸50mL，并搅拌5min，然后放入测pH值的电极，用0.1mol的NaOH溶液滴定，在pH值为3.0、4.0、5.0或其他预定值时，读取耗用的NaOH溶液的毫升数。

原加盐酸的毫升数（50mL）减去NaOH溶液的毫升数，就是到预定pH值时原砂的需酸量.
如何采用AFS细度来表示砂子的粒度？AFS细度的求法如下：称取原砂50g左右，用冲洗法除去泥分，烘干后进行筛分。

称取留在每一筛上的砂粒的重量，并算出每一筛上的砂占原砂(未去泥分以前)的百分数。

将这些结果各乘以相应的乘数。

将所有的乘积相加，并将乘积的总和除以各筛上砂粒的百分数的和，所得结果就是AFS细度.
原砂的ＰＨ：某种溶液或悬浮液的酸度或碱度的。

原砂的pH值是其中含有的能溶于水的碱原砂的需酸量：原砂中含有能与酸反应的物质的表征，它表明用酸硬化剂时，原砂本身所需的酸的多少
水玻璃的模数:硅酸钠中SIO2和NA2O的摩尔分子数的比称为模数，用M来表示，模数代表了SIO2在硅酸钠中所占的比例。

硅碱比：水玻璃中SIO2的质量分数和NA2O的质量分数之比。

酸值:指中和1g植物油中游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数，它表征油脂中所有的游离脂肪酸的数量。

皂化值：是指中和1 g试料所含全部游离酸和化合酸需用的氢氧化钾毫克数，它表征植物油中游离的脂肪酸和与甘油结合的化合态脂肪酸总量的多少。

简述水泥的硬化原理及影响水泥硬化过程的因素有哪些？水泥的硬化过程大致分为溶解期、胶化期和结晶期三个阶段。

在溶解期，水泥颗粒的表面层和水进行反应，成为凝胶状态；在胶化期，凝胶体逐渐变稠，水泥浆逐渐失去塑性，表现为水泥的凝结，但这时水泥还不具有强度；在结晶期，凝胶体逐渐脱水而紧密，同时，析出晶体，并相互交织在一起，填充在凝胶体内，使水泥产生强度。

因素：（１）水泥的矿物组成（２）水泥的粒度（３）温度和湿度（４）水泥和水的比（５）添加剂型芯是如何分级的？各有什么特点？1级:形状复杂，断面
细薄，被液态金属包围的面积大，芯头小，铸件内腔不加
工，要求表面光滑2级：形状也较复杂，主体断面较大，
局部有细薄的筋片和凸起3级：形状复杂程度一般，有局
部凸起或筋片，芯头较大4级：形状不复杂的中等型芯5
级：形状简单，体积大
铸钢用湿型粘土砂的组成有何特点？铸钢件湿型砂具有
以下特点：①为了防止铸件增碳，型砂中不含煤粉，因而
含泥量要比铸铁湿型砂低，需水量少，水分一般在4%~5.5%
之间；②使用粒度较细的原砂，多用75/150较细的石英砂；
③为防止铸件产生粘砂，原砂的二氧化硅含量大多在97%
以上，采用活化膨润土或天然钠膨润土来提高型砂的热湿
拉强度和抗夹砂能力；④为了提高型砂的韧性和表面风干
强度，型砂中可加入适量的淀粉类材料。

了提高铸型表面
强度，可以喷一层糖浆、纸浆废液或水玻璃等。

型砂的紧实率对控制型砂的质量有什么作用？1由于紧实
率对水分非常敏感，水分有2%的变化时，紧实率就能够
反映出来，因此，紧实率数据能够判断水分含量是否适合
于造型；2紧实率可以反映砂型吸水物质的变化，当紧实
率不变，而水分变化时，则反映出砂型中吸水物质的变化；
3紧实率与湿压强度和水分一起考虑，可推测出粘土含量，
有效粘土含量和混砂效率，因此，生产中用紧实率控制砂
型性能是一种简单而迅速的方法。

影响粘土砂强度和透气性的因素有哪些？它们都有怎样
的影响？影响粘土砂强度和透气性的因素有如下几点：1
原砂颗粒大小和颗粒尺寸分散度，粗砂的透气性比细砂
高，砂粒尺寸分散度大，越不均匀，则透气性越低，强度
越高。

2粘土含量，水分适当时，粘土含量增加，透气性
下降，湿强度升高，但升高到一定值时不再升高3水分，
粘土含量一定时，随水分增加，强度先增加后逐渐降低，
透气性降低。

4混砂时间，必须充足的混砂时间才能保证
足够的强度，但时间过长或过短都会降低砂型的透气性。

5紧实度，紧实度越高，透气性越低，强度越高，但有一
定的限度。

湿型粘土砂普通造型时型砂的组成配比如何确定？铸铁
件用的湿型砂配比中，一般旧砂为50%-80%，添加新砂为
5%-20%，活化膨润土为6%-10%，有效煤粉为2%-7%,还可
以加入1%左右的重油或渣油作防粘砂的附加物，铸钢件
用的砂型中，新砂所占比例较大，膨润土加入量也相应增
多，为提高型砂性能常加入少量有机性粘结剂性（如糊精，
a淀粉）及氧化铁粉等附加物。

铸件非铁合金（钢合金，
铝合金，镁合金）主要要求型砂能防液态金属渗入砂型，
使铸件表面光滑，清晰，美观及尺寸比较精确。

因此。

原
砂粒度一般较细，含水量较低，以减少型砂的发气量和提
高流动性。

旧砂温度过高有何弊端？如何控制旧砂温度？旧砂温度
过高的不良影响有：①随着砂温的提高，标准试样的重量
和湿压强度等性能都会下降；②型砂水分很容易蒸发，混
砂机出口处型砂的紧实率和水的质量分数与造型机所用
型砂有明显变化；③热砂蒸发出来的水蒸气凝结在冷的运
输带、砂斗和模板表面上，而使其粘附一层型砂。

粘附在
输送带上的浮砂会掉落地面而污染作业环境；粘附在砂斗
内壁的砂会越聚越厚；粘附在模板上的型砂会造成起模困
难；④砂型表面的热砂容易脱水变干，使砂型棱角易碎，
不耐液态金属冲刷，容易造成冲蚀和砂眼缺陷；⑤热砂的
水蒸气凝结在冷铁和砂芯上，使铸件产生气孔缺馅；⑥由
于旧砂温度高、含水量少，运输过程中粉尘会随着空气流
和烟气向外散发，影响环境卫生。

解决热砂的最有效措施是旧砂采用增湿通风冷却处理。

为
了取得良好的增湿降温效果，一般需要配有测温、测湿和
自动加水控制系统。

除在冷却器内喷水外，当旧砂温度高
于100℃时，还可以在旧砂输送带上同时喷水，降温效果
会更好些。

砂型内的水分迁移会形成哪几个不同的区域？形成4个不
同的区。

I区为完全烘干区：在此区内砂型被完全烘干，
强度随温度的升高而上升，到粘土结晶构造被破坏的温
度，强度达到最高值。

此外还产生大量的气体。

II区为水
分饱和凝聚区：由于水分的迁移和水蒸气的凝聚，此区水
分已达饱和，故强度比较低。

水分饱和凝聚区向远离金属
和铸型界面的方向移动，金属的浇注温度越高，移动的速
度越快。

此区的厚度则随距砂型表面的距离的增加而增
加。

此区温度始终稳定在100℃左右。

III区为水分不饱和
凝聚区：该区为水分饱和凝聚区与正常区的过渡区，温度
也在它们之间，即20~100℃。

IV区为温度正常区：水分含
量无变化，强度也无变化。

铸件产生化学粘砂的原因有哪些？产生化学粘砂的先决
条件是金属表面的氧化。

影响化学粘砂的因素主要是金属
氧化物的数量及金属氧化物与型砂之间的作用程度，后者
主要取决于热作用的情况，如铸件大小和壁厚、浇注温度
等。

热作用对化学粘砂有很大的影响。

热作用越大，则化
学作用越剧烈。

型砂的耐火度不足，则在高温金属的作用
下发生熔化，将促使化学作用加剧，形成严重的化学粘砂。

由于金属氧化物渗入铸型孔隙后促进了金属氧化物与铸
型之间化学作用的进行。

因此，凡是影响机械粘砂的因素
也间接的影响化学粘砂。

粘土湿型砂铸造时产生夹砂的原因是什么？一般认为夹砂的成因如下：往砂型中浇注液态金属时，由于与液态金属的接触或辐射，砂型表面温度急剧上升，因而表面层膨胀，另一方面，自砂型表面层产生的水蒸气通过砂型内部时，被冷却而形成水滴，凝聚在表面干燥层下面，成为水分饱和凝聚的薄层，此层的热湿强度很低，仅为正常状态下湿强度的几分之一。

在形成高湿度低强度的水分饱和凝聚区的同时，若表面干燥层受热至600℃左右，由于石英突然膨胀，表面砂层产生较大的膨胀压应力，迫使表面层有沿着水分凝聚层滑动脱离本体而拱起的趋势。

如果型砂的膨胀压应力较小，或者热湿强度较大，就能够防止表面层拱起；否则拱起的表面层开裂，铁水从破裂处侵入，冷却凝固后即形成夹砂。

如何提高水玻璃砂型（芯）的抗吸湿性？采取以下措施提高抗吸湿性：①在钠水玻璃中加入锂水玻璃或在钠水玻璃中加入LiOH、CaCO3、ZnCO3等无机附加物，由于能形成相对不溶的碳酸盐和硅酸盐，并可减少游离的钠离子，因而可改善钠水玻璃粘结剂的抗吸湿性；②在钠水玻璃中加入少量有机材料或加入具有表面活性剂作用的有机物，粘结剂硬化时，钠水玻璃凝胶内亲水的Na+和OH-离子或为有机憎水基取代，或相互结合，从而改善吸湿性。

③提高水玻璃的模数。

④在钠水玻璃中加入淀粉水解液，更好的方法是采用淀粉水解液对钠水玻璃改性.
壳芯工艺，热芯盒工艺和温芯盒工艺各有哪些特点？壳芯工艺的优点：①固化后强度很高，比油砂大2~3倍，也比热芯盒砂强度高。

②壳芯是中空的，具有良好的透气性和出砂性，故可用较细的原砂获得表面光洁的铸件，芯砂消耗量也很小。

③壳芯砂在室温下一般不发生固化反应，能保存几个月。

④固化后的型芯吸湿性很小，可长期存放。

⑤壳芯砂在固化前是松散的干态混合料，流动性特别好，能吹制形状很复杂的型芯。

缺点：大型芯质量不够稳定，大壁厚的铸钢件表面粗糙，带有很多皱纹和凹坑，热芯盒工艺的优点：与壳芯工艺相比，①其制芯工艺过程简单，硬化周期更短，而且型芯从芯盒中取出后，利用余热自身能继续硬化，因此具有更高的生产率；②热芯盒工艺用树脂粘结剂比壳芯用的树脂粘结剂来源丰富，成本低，用量少；③热芯盒树脂砂的混制工艺也较简单。

缺点：热芯盒工艺的能耗相当高，在使用过程中产生有刺激性的烟气。

温芯盒工艺优点：与热芯盒工艺相比，①生产效率高；
②散发的游离甲醛少得多；③没有游离酚；④芯子抗吸湿能力强，能贮存较长的时间；⑤能耗低；⑥芯盒不易变形，寿命较高。

主要缺点：成本高。

与其他型砂比较，树脂砂有哪些优缺点？①制芯工艺过程
简化，便于实现机械化和自动化；②型芯可直接在芯盒里
（加热或不加热）硬化，不需进炉烘干，可取消烘炉；③型
芯是硬化后取出的，变形小，精度高，提高了铸件的尺寸
精确度，可以减少加工余量；④硬化反应快，只需几分钟
甚至几十秒钟即可完成，大大提高了生产效率。

呋喃树脂自硬砂和甲阶酚醛树脂自硬砂的异同因素有哪
些？相同之处：硬化剂都不参与树脂的硬化反应，只起催
化作用。

不同之处：①甲阶酚醛树脂对酸不敏感，因此，
混砂时，可先加树脂后加硬化剂，也可先加硬化剂后加树
脂。

而呋喃树脂自硬砂必须先加硬化剂，后加树脂，顺序
不可颠倒。

②甲阶酚醛树脂自硬砂中的树脂加入量增加，
自硬砂硬化时对硬化剂的稀释作用加强，因而不得不增加
硬化剂的加入量。

所以，对于甲阶酚醛树脂自硬砂，硬化
剂的加入量应以占树脂的百分数计算较为适宜。

而呋喃树
脂自硬砂则以占自硬砂的百分数计算。

三乙胺法硬化和二氧化硫法硬化各有何特点？三乙胺法
硬化工艺优点：①对不同原砂适用性十分广泛，对耗酸值
没有要求，石英砂、锆砂和石灰石砂均可使用；②型芯硬
化迅速，几秒钟就可硬化，硬化后强度高，几乎可以立即
浇注；③可以制造复杂程度不同、大小不等的型芯；④浇
注后的型芯落砂性很好；⑤制好的型芯可以长期储存。

此
法的主要缺点：①粘结剂和硬化剂都易燃，需要妥善储存；
②催化剂有毒，不能直接与皮肤接触。

SO2法硬化工艺优
点：①热强度高，使铸件表面粗糙度和尺寸精度高于三乙
胺法；②出砂性优良，对铝镁合金也极易出砂；③树脂
砂有效期特别长，混好的砂不接触SO2气体决不会硬化；
④发气量是有机粘结剂中最低的，约为三乙胺法的50%，
浇注时烟雾气味小；⑤强度增加快，脱模强度为终强度的
75%~90%。

SO2法的缺点：①腐蚀性大，虽然所有的工程
材料都可作为芯盒材料，但都要涂漆防护；②树脂粘结剂
不能直接与任何酸催化剂混合，否则易燃烧；③过氧化物
为强氧化剂，易燃烧，要妥善保管；④ SO2气体有臭味，
空气中含量为1ppm时即可感到，要严格检查系统的密封
性，以防泄漏；⑤过氧化物、SO2气体及洗涤塔中的NaOH
溶液对人都有害。

呋喃树脂自硬砂混砂时应注意什么问题？①合理选用混
砂机。

虽然原则上任何一种混砂机都可以用来混拌树脂
砂，但是最好不要使用会使砂子因强烈摩擦而发热的混砂
机。

②正确的加料顺序。

基本原则是先使硬化剂在砂中分
散以后再加入树脂。

如果先加入树脂，则加硬化剂时，在
它还未分散以前浓度很高，会使附近的树脂发生强烈的反
应而失效。

③恰当的混砂时间。

混砂时间的确定应以催化
剂能均匀的覆盖砂粒表面所需的时间为准。

太短了混不
匀；太长了使砂温升高。

在树脂自硬砂中，砂温是一个比较重要的工艺因素，简述
砂温有何影响及如何有效确定砂温？影响：自硬砂是在不
加热的条件下硬化的，其交联反应的速度在很大的程度上
取决于砂的温度。

一般情况下，砂温升高10℃，则反应速
度将提高一倍。

因此，必须充分重视原砂的温度，最合适
的砂温是25~30℃，在此条件下，硬化剂的用量可减到最
少，树脂砂的流动性也很好。

砂温超过40℃，则硬化太快，
会导致铸型或型芯表面脆化，铸件上容易产生冲砂、粘砂
及脉状纹等缺陷。

砂温太低，则硬化太慢，脱模时间明显
增长，影响生产节拍。

控制措施：①在大批量生产的条
件下，应设有砂温控制装臵，这包括加热和冷却两个方面，
大量使用再生砂时，砂冷却装臵尤为重要。

②在小批量生
产或只用自硬砂制芯的条件下，常常不进行砂的再生，因
而没有热砂冷却的问题，只要考虑冬季加热砂即可。

如果
原砂加热的条件不具备，则不能仅靠调整硬化剂用量解决
冬季生产的问题，应改变硬化剂的品种。

③模具表面的温
度也要控制。

树脂砂氮针孔产生的原因是什么？有哪些预防措施？大
多数呋喃树脂都含有氮，如果其含量和浇注的金属及铸件
的特征不相适应，就可能导致氮针孔。

浇注时树脂分解出
的氮气，相当的一部分会被熔融金属所吸收。

金属凝固期
间，氮的溶解度急剧下降，就会析出氮而形成氮针孔或裂
隙样的分散气孔。

具体措施如下：①选用含氮量低的树
脂，但树脂氮量降低，则树脂砂硬化缓慢；②尽量降低树
脂加入量，并加以严格的控制；③选用含氮量低的涂料且
涂料应彻底干透；④根据再生砂中的含氮量，限定再生砂
的用量；⑤改进浇注系统，以求缩短浇注时间并消除热节；
⑥避免浇注温度过高；⑦往铁水中加钛，以抵消氮的影
响；⑧避免使用含氮的增碳剂；⑨用无氮的酚醛呋喃树
脂配面砂，用价格梗宜的高氮树脂配背砂。

简述树脂砂中氮的来源有哪些？用树脂砂作造型材料时，
应考虑以下各种氮源：①树脂及硬化剂产生的氮；②再
生砂中积累的氮；③浇注之前金属液原有的氮；④型砂
中的含氮附加物和涂料中的氮。

壳芯工艺：将砂料倾注在预热到250-300℃的模板上或芯
盒中，经一段时间（15-50s）后，靠近模板或芯盒壁处的
型砂受热，树脂熔化而将砂粒粘结在一起，沿模板或芯盒
内腔形成具有一定厚度的壳，然后将模板或芯盒翻转，将
为反应的砂料倒出，积聚加热一定时间（30-90s）。

开启模
板或芯盒，把壳芯顶出，即得到薄壳状的铸型或型芯。

热芯盒工艺：用射芯机以5×105-7×105pa的压缩空气，
将湿态树脂砂射入加热至一定温度（180-260 ℃）的芯盒
内，经几十秒至几分钟即可从热芯盒中取出具有足够强度
的芯型，该种工艺称为热芯盒工艺。