粘土湿型砂及其质量控制

粘土湿型砂及其质量控制

一粘土湿型砂的特点

湿型砂主要由原砂、膨润土、附加物（煤粉、淀粉等）和水组成。造型过程中，型砂捣实并达到一定紧实度后，形成砂型。

粘土湿型砂的结构示意图

通常使用的硅砂，来源广，便宜，耐火度高。另一方面，原砂砂粒能为砂型（芯）提供众多孔隙，保证型、芯具有一定的透气性，在浇注时，使型内产生的大量气体顺利逸出。

湿型砂按在造型时的情况，可分为面砂、背砂和单一砂。

二粘土湿型砂用的原材料

1 硅砂

1）硅砂种类及其SiO2含量

天然硅砂河砂、湖砂、、海砂（牟平）、风积砂（大林、围场）。

人工硅砂由硅石岩、硅砂岩采矿、清洗、破碎、筛选加工而成。

硅砂的SiO2含量及不同用途

铸铁用砂SiO2≥85%；铸钢用砂SiO2≥95%。

2）石英的结构转变特性

石英为硅氧四面体，相变温度：573℃时产生体积膨胀，易夹砂。

870℃时也产生相变，故烧过此温度后，用于复膜砂。

3）硅砂的杂质长石、云母、氧化铁、碳酸盐及粘土，均降低

（1）

耐火度。

4）硅砂的含泥量原砂含有的直径小于0．０２ｍｍ的颗粒，其质量分数称为原砂的含泥量。

５）硅砂的粒度和表示方法

例如：三筛＞７５％，４０／７０；四筛＞８５％，５０／１４０６）硅砂的颗粒形状和角形因数

颗粒较圆（角形因数小）的砂粒，型砂的流动性好，紧实密度较高，透气性好。

２膨润土粘土的主要成分是水化硅酸铝（mAl2O3．SiO2．xH2O）。晶体结构有两层型（高岭土，即普通粘土），三层型（蒙脱石，即膨润土）。和普通粘土相比，膨润土有较大的吸水膨胀性、胶体分散性、、吸附性、离子交换性和湿态粘结性能。故多用于湿型砂。

膨润土在500-700℃时失去结构水，加热到800℃以上时，晶格破坏，失去粘结作用。

膨润土分钙基膨润土和钠基膨润土，钠基膨润土在水分较高时仍有较好的强度，即具有较高的热湿拉强度和抗夹砂能力。

铸造用膨润土按工艺试样湿压强度值分为4级，，热湿拉强度值也分为4级。

（２）

各种牌号的铸造用膨润土，其吸附亚甲基蓝量每１００克至少应在２０克以上；水分不大于１２％，膨润土的９５％应通过２００号铸造用试验筛。

使用优质膨润土，加入量少，含泥量少，降低型砂中的含水量，型砂的强度好，铸件由此产生废品少。

使用劣质膨润土，加入量大，含泥量多，型砂的粘结力不足，起模性差，易掉砂，产生砂眼、冲砂等缺陷；含泥量多，水分大，易产生气孔缺陷。

所以，在生产过程中，型砂均应进行砂处理，检测并控制型砂的各项指标，以降低铸件由型砂而产生废品率。

３煤粉

湿型用煤粉通常是将烟煤里的肥煤和焦煤根据铸造煤粉性能（主要是灰分和挥发分）要求，按一定比例进行混配，粉碎而成。

高效煤粉性能指标：

煤粉的作用

1）在铁液的高温作用下，煤粉产生大量的还原性气体，防止铁液被氧化，并可使铁液表面的氧化铁还原，以防止铸铁件产生化学粘砂。

2）煤粉在受热后开始软化，可缓和石英砂粒受热后产生的膨胀，减少铸铁件产生的夹砂缺陷。

（3）

3）煤粉在受热后，产生气、液、固三相的胶质体，可部分堵塞砂型表面砂粒间的孔隙，以减少铸铁件产生机械粘砂。

4）煤粉在受热后，在金属液和铸型的界面析出一层带有光泽的微细结晶碳（光亮碳），这层光亮碳使砂型不受铁液润湿，铁液难以向砂粒的孔隙间渗透，从而得到表面光洁的铸件。

4 淀粉

淀粉经处理可获得各种产品：如α淀粉、糊精、糖浆、氢化淀粉水溶液等。在湿型砂中加入0．5%的α淀粉就可以使型砂韧性得到显著改善。在高密度造型中，也需要加入少量的α淀粉或糊精。

三湿型砂性能及检测

1紧实率

粘土砂的紧实率是指湿态型芯砂在一定紧实力的作用下，其体积变化的百分比，是专门用来表示型砂干湿程度的一个指标。

紧实率 = 紧实距离/筒高 x100%

手工造型，震击或压实：紧实率 45-50%

气冲及多触头高压造型：紧实率 40-45%

如果型砂紧实率相同，实际含水量偏高，则反映型砂中的细颗粒成分偏多，则透气性不好。

2含水量粘土砂的含水量是指在105-110℃烘干，以试样烘干后失去的质量与原试样质量的比（%）来表示。

（4）

原试样质量-剩余质量/原试样质量x100%

手工造型的含水量一般5-6%；普通机器造型含水量一般4.5-5.5%;高压造型的含水量一般 3.2-4.5%。如果型砂中的微粉多，灰分多，煤粉和膨润土的质量不好而加入量多，则型砂中的含水量就多，透气性不好，并容易形成气孔缺陷。

3透气性

粘土砂的透气性是指紧实后的砂样允许气体通过的能力。

粘土砂的透气性并非越高越好。面砂的透气性一般控制在40-100；背砂的透气性一般控制在100-200；单一砂的透气性一般控制在100-150。

4 常温强度

1）湿态抗压强度是型砂的最重要的性能之一。

2）湿态抗拉强度

3）热湿拉强度是湿砂型在高温铁水的作用下，发生水分迁移，在砂型的水分凝聚区的抗拉强度，以Pa表示。

5 砂型硬度

手工造型，震击或压实：比压：0．13-0．4 Mpa 硬度： 50-80 气动微震： 0．4-0．7 80-90 射压、气冲、静压、多触头高压：＞0．7 90-95 砂型硬度高，密度均匀，可减少缩孔缩松胀箱和粘砂缺陷。

6有效煤粉含量是指在旧砂中除去已经失效的，而能起着相当于

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新煤粉作用的煤粉含量。用测定煤粉发气量的方法对比测定。目前的煤粉质量差异较大，可用控制型砂的发气量去控制煤粉用量。

7有效膨润土含量在浇注过程中，紧靠铸件表面的型砂被迅速加热，超过500℃以上，膨润土就会失去晶格水，蒙脱石结构被破坏，变成失去粘结力的死粘土。未被烧损的膨润土，就是有效膨润土。具有吸附亚甲基蓝的性能。可用吸蓝量法测定。

8型砂的含泥量包括有效的膨润土、煤粉和灰分。

灰分包括失效的膨润土和煤粉，以及原砂带入的≤320目的细粉。

四湿型砂的制备和性能控制

1 对一般湿型砂砂处理线的要求

1）通过多道磁选去除旧砂中的残铁；

2）通过滚筒筛，去除旧砂中的芯头、砂块，起过筛、破碎、冷却作用。

3）配造型线或连续生产，应有效的降低旧砂温度，≤50℃。

4）混砂机应使砂子、水分、膨润土、煤粉等有效混合，膨润土和煤粉在砂粒表面均匀复盖，使型砂具有较高的强度和韧性。

5）有足够和有效的通风除尘设备，减少粉尘在型砂中的积累及对环境的污染。

6）能方便的改变型砂中各种加入物料的配比，以满足不同型砂的工艺要求。

（6）