第一章 造型材料(第一节)

1、第一章第一章 造型材料造型材料 造型材料相关术语造型材料相关术语 造型材料造型材料凡是用来制作铸型或型芯的原材料及由各种原凡是用来制作铸型或型芯的原材料及由各种原 材料按一定比例配制而成的工作混合料。材料按一定比例配制而成的工作混合料。 型型 砂砂用来制作铸型的工作混合料。用来制作铸型的工作混合料。 芯芯 砂砂用来制作型芯的工作混合料。用来制作型芯的工作混合料。 粘结剂粘结剂 用来粘结砂粒，使型芯砂有一定强度的工作混合料。用来粘结砂粒，使型芯砂有一定强度的工作混合料。 附加物附加物 用来改善型芯砂性能而加入的其他材料用来改善型芯砂性能而加入的其他材料 涂涂 料料用来涂敷型腔或型芯表面，以改善其

2、表面性能的用来涂敷型腔或型芯表面，以改善其表面性能的 工作混合料。工作混合料。 造型材料在铸造生产中的地位造型材料在铸造生产中的地位 在铸造生产中，砂型铸造占有很大的比例，约在铸造生产中，砂型铸造占有很大的比例，约 有有80的铸件是用砂型铸造生产的，每生产的铸件是用砂型铸造生产的，每生产1吨铸吨铸 件约需件约需56吨型（芯）砂，同时有吨型（芯）砂，同时有1吨旧砂被淘汰。吨旧砂被淘汰。 在铸件的废品中，约有在铸件的废品中，约有50%的废品铸件是由于的废品铸件是由于 造型材料方面的原因造成的。造型材料方面的原因造成的。 由此可见，砂型铸造在铸造生产中的重要性。由此可见，砂型铸造在铸造生产中的重要性

3、。 砂型的组成及各组分的作用砂型的组成及各组分的作用 在砂型中：在砂型中： 原原 砂砂是骨干材料；是骨干材料； 按理化特性分为：按理化特性分为：石英质原砂石英质原砂和和非石英质原砂非石英质原砂 按成砂过程分为：按成砂过程分为：天然砂天然砂和和人造砂人造砂 粘结剂粘结剂 是中间材料；分为是中间材料；分为有机有机粘结剂和粘结剂和无机无机粘结剂粘结剂 涂料、附加物涂料、附加物是辅助材料。是辅助材料。 型芯砂的质量好坏与造型材料的理化性能有直接的影响。型芯砂的质量好坏与造型材料的理化性能有直接的影响。 第一节第一节 造型材料及其质量要求造型材料及其质量要求 一、石英质原砂一、石英质原砂 1、原砂的来源

4、、原砂的来源 天然砂天然砂：火成岩经长期风化，或停留原地，或经水力、：火成岩经长期风化，或停留原地，或经水力、 风力、冰川等多次搬运后，沉积而成的天然矿物。风力、冰川等多次搬运后，沉积而成的天然矿物。 按沉积地不同分为：按沉积地不同分为： 山砂山砂、海砂海砂、湖砂湖砂、河砂河砂、风积砂风积砂等。等。 人造砂人造砂：是由石英岩或石英砂岩经人工破碎而得到的。：是由石英岩或石英砂岩经人工破碎而得到的。 一、石英质原砂一、石英质原砂 2、原砂的矿物组成、原砂的矿物组成 火成岩在风化过程中，花岗岩中的石英火成岩在风化过程中，花岗岩中的石英 破碎成小颗粒；长石和云母一部分风化成粘破碎成小颗粒；长石和云母一

5、部分风化成粘 土，另一部分没有风化而混在砂子中。土，另一部分没有风化而混在砂子中。 原砂的主要矿物组成原砂的主要矿物组成是是石英石英。其次是。其次是长长 石石及少量的及少量的云母、铁的氧化物、硫化物和碳云母、铁的氧化物、硫化物和碳 酸盐酸盐等。等。 一、石英质原砂一、石英质原砂 3、原砂的化学成分及物理特性、原砂的化学成分及物理特性 原砂的化学成分主要是原砂的化学成分主要是SiO2。其理化特性为：。其理化特性为： 熔点为熔点为1713，硬度为，硬度为莫氏莫氏7级级，密度为，密度为2.65 g/cm3。 纯净的石英呈无色透明或半透明状态，有杂质存在时呈纯净的石英呈无色透明或半透明状态，有杂质存在

6、时呈 红、黄等其他颜色。石英的最大特点：红、黄等其他颜色。石英的最大特点：耐磨耐磨、耐高温耐高温。 SiO2含量的多少是铸造用原砂的一个主要质量指标。含量的多少是铸造用原砂的一个主要质量指标。 国家标准国家标准铸造用硅砂铸造用硅砂（GB9442-1998）将硅砂按）将硅砂按SiO2 含量分为若干等级。含量分为若干等级。 一、石英质原砂一、石英质原砂 4、原砂的含泥量、原砂的含泥量 泥泥 分分是指原砂中直径小于是指原砂中直径小于20m的颗粒。的颗粒。 含泥量含泥量指原砂中泥分所占的质量分数。指原砂中泥分所占的质量分数。 原砂含泥量过高，会发生下列情形：原砂含泥量过高，会发生下列情形： 降低型芯砂

7、的透气性降低型芯砂的透气性 增大型芯砂的含水量增大型芯砂的含水量 增加型芯砂的脆性增加型芯砂的脆性 增加有机粘结剂的加入量增加有机粘结剂的加入量 粘土砂用原砂的含泥量应粘土砂用原砂的含泥量应2； 有机粘结剂类型芯砂用原砂的含泥量应有机粘结剂类型芯砂用原砂的含泥量应0.3 国家标准国家标准铸造用硅砂铸造用硅砂（GB9442-1998）将硅砂按含泥量分级）将硅砂按含泥量分级 一、石英质原砂一、石英质原砂 5、原砂的颗粒组成（粒度）、原砂的颗粒组成（粒度） 颗粒组成颗粒组成是指原砂颗粒尺寸是指原砂颗粒尺寸大小大小和颗粒大小的和颗粒大小的分布分布情况。情况。 通常采用通常采用筛分法筛分法来确定原砂颗粒

8、大小。来确定原砂颗粒大小。 筛分使用铸造标准试验筛。筛分使用铸造标准试验筛。 采用采用三筛分布三筛分布确定砂粒大小的分布状态。确定砂粒大小的分布状态。 粒度的表示方法：粒度的表示方法： 列表法、直方图法、符号法、平均细度法。列表法、直方图法、符号法、平均细度法。 铸造标准试验筛 粒度代号 21Q 粒度代号 21Q 粒度代号 21Q 一、石英质原砂一、石英质原砂 符号法：符号法： 是用数字和符号构成表示原砂粒度的一组代号。是用数字和符号构成表示原砂粒度的一组代号。 如果在主要粒度组成中，前筛余留砂量大于后筛，在如果在主要粒度组成中，前筛余留砂量大于后筛，在 粒度代号后加粒度代号后加Q表示，反之加

9、表示，反之加H表示。表示。 国家标准国家标准铸造用硅砂铸造用硅砂（GB9442-1998）按主）按主 要粒度组成将原砂粒度分组要粒度组成将原砂粒度分组 AFS平均细度反映原砂平均颗粒尺寸。平均细度反映原砂平均颗粒尺寸。 一、石英质原砂一、石英质原砂 6、原砂的表面状态：、原砂的表面状态： 原砂的表面状态包括：原砂颗粒的原砂的表面状态包括：原砂颗粒的形状形状、颜色颜色、透明程度透明程度、 粗糙程度粗糙程度、有无裂纹有无裂纹等。等。 铸造用砂将原砂粒形分为：铸造用砂将原砂粒形分为：圆形砂、多角形砂、尖角形砂圆形砂、多角形砂、尖角形砂 圆形砂圆形砂 颗粒为圆形或接近圆形，表面光滑，没有突出的棱角颗粒

10、为圆形或接近圆形，表面光滑，没有突出的棱角 多角形砂多角形砂 颗粒表面呈现多处突出的棱角，且多为钝角颗粒表面呈现多处突出的棱角，且多为钝角 尖角形砂尖角形砂 颗粒表面呈现多处突出的棱角，且多为锐角颗粒表面呈现多处突出的棱角，且多为锐角 通过砂粒表面的通过砂粒表面的颜色颜色可以判断原砂的纯净度（品位）可以判断原砂的纯净度（品位） 表面表面有无裂纹有无裂纹可以预测原砂在特定条件下的破碎可能性可以预测原砂在特定条件下的破碎可能性 表面粗糙表面粗糙，凹坑严重，导致粘结剂的加入量增高，凹坑严重，导致粘结剂的加入量增高 圆形砂 多角形砂 尖角形砂 一、石英质原砂一、石英质原砂 7、原砂的粒形系数、原砂的粒

11、形系数 原砂的颗粒形状可用原砂的颗粒形状可用粒形系数粒形系数来定量地表示。来定量地表示。 理论比表面积 实际比表面积 角形系数E 多角形多角形 E1.31.6 尖角形尖角形 E1.6 圆圆 形形 E1.01.3 国家标准国家标准铸造用硅砂铸造用硅砂（GB9442-1998）按）按角形系数角形系数将将 原砂粒形分类原砂粒形分类 一、石英质原砂一、石英质原砂 比表面积比表面积 是指单位重量原砂的表面积。原砂比表面积是指单位重量原砂的表面积。原砂比表面积 越大，则砂粒直径越小。越大，则砂粒直径越小。 理论比表面积理论比表面积 将同一筛号上的砂粒假想成相同直径的球体所具有将同一筛号上的砂粒假想成相同直

12、径的球体所具有 的表面积的表面积 实际比表面积实际比表面积 实验测出的表面积实验测出的表面积 一、石英质原砂一、石英质原砂 8、原砂的牌号、原砂的牌号 铸造用硅砂的牌号表示方法：铸造用硅砂的牌号表示方法： ZGS 粒形分类代号粒形分类代号 Q或或H 粒度分组代号粒度分组代号 SiO2分级代号分级代号 铸造用硅砂铸造用硅砂 如如 ZGS96-30H-30 一、石英质原砂一、石英质原砂 9、原砂的耐火度与烧结点、原砂的耐火度与烧结点 原砂耐火度：原砂耐火度：是指材料抵抗高温作用而不熔化的能力。是指材料抵抗高温作用而不熔化的能力。 原砂的耐火度主要取决于原砂的原砂的耐火度主要取决于原砂的矿物成分矿物

13、成分和和颗粒度颗粒度。 一般认为，原砂中，石英含量越高、颗粒越粗大、一般认为，原砂中，石英含量越高、颗粒越粗大、 杂质含量越低，耐火度则越高。杂质含量越低，耐火度则越高。 一、石英质原砂 原砂烧结点：原砂烧结点：原砂颗粒表面或砂粒间的混杂物开始熔化，冷却原砂颗粒表面或砂粒间的混杂物开始熔化，冷却 后，砂粒之间相互粘连且不分开的温度。后，砂粒之间相互粘连且不分开的温度。 烧结点是原砂各种组合成分耐火性能综合反映。烧结点是原砂各种组合成分耐火性能综合反映。 原砂烧结点比耐火度要低。原砂烧结点比耐火度要低。 通常在砂型铸造中，烧结点能间接反映出原砂通常在砂型铸造中，烧结点能间接反映出原砂SiO2含量

14、，含量， 是原砂主要性能指标之一。是原砂主要性能指标之一。 烧结点：烧结点：1350； 1250 ；1150 SiO2含量：含量： 94% ； 90%； 87% 一、石英质原砂一、石英质原砂 10、原砂中的杂质、原砂中的杂质 长石、云母及其杂质中含有的碱金属氧化物（长石、云母及其杂质中含有的碱金属氧化物（Na2O、 K2O)、碱土金属氧化物（、碱土金属氧化物（CaO、MgO）等都能与）等都能与SiO2反应反应 生成易熔物质。例如：生成易熔物质。例如： 73SiO2与与27Na2O的混合物，其熔点仅为的混合物，其熔点仅为793， K2O与与SiO2可形成熔点仅为可形成熔点仅为525的低熔点物质。

15、的低熔点物质。 在铸造用砂中，应严格控制原砂中杂质含量，保证原砂的在铸造用砂中，应严格控制原砂中杂质含量，保证原砂的 纯净度。纯净度。 一、石英质原砂一、石英质原砂 11、原砂受热后的体积变化、原砂受热后的体积变化 由于物理化学条件不同，石英存在着复由于物理化学条件不同，石英存在着复 杂的同素异晶现象。在杂的同素异晶现象。在 573，开始由，开始由石英石英 向向石英转变，晶形转变同时，伴有体积膨胀。石英转变，晶形转变同时，伴有体积膨胀。 一、石英质原砂一、石英质原砂 12、原砂的选用、原砂的选用 选用原则选用原则 根据铸件的大小来选用根据铸件的大小来选用 根据铸件的复杂程度来选用根据铸件的复杂

16、程度来选用 根据铸件合金的种类来选用根据铸件合金的种类来选用 根据铸型及型芯的类别来选用根据铸型及型芯的类别来选用 根据造型、制芯的方法来选用根据造型、制芯的方法来选用 一、石英质原砂一、石英质原砂 铸钢件铸钢件 浇注温度在浇注温度在1500左右，原砂左右，原砂SiO2含量含量94。 一般可选用一般可选用98级、级、96级原砂。级原砂。 小型铸钢件可选用小型铸钢件可选用93级原砂。粒度可选用级原砂。粒度可选用60、42、 30、21组。组。 铸铁件铸铁件 浇注温度浇注温度1400左右，一般可选用左右，一般可选用93级级75 级原砂。级原砂。 大件大件选选85级以上，级以上，中中、小件小件选选8

17、5级以下的原砂。级以下的原砂。 粒度一般选用粒度一般选用4210组。组。 一、石英质原砂一、石英质原砂 铸铜及铝镁合金件铸铜及铝镁合金件 由于有色金属的浇注温度不高，所以，对原砂由于有色金属的浇注温度不高，所以，对原砂SiO2 含量要求也不高含量要求也不高 铸铜的浇注温度约铸铜的浇注温度约1200 铝、镁合金的浇注温度均在铝、镁合金的浇注温度均在800以下以下 粒度一般选用较细的原砂，如粒度一般选用较细的原砂，如15、10、07组组 一、石英质原砂一、石英质原砂 13、石英质原砂的主要缺点：、石英质原砂的主要缺点： 热膨胀大、扩散率低、蓄热系数低热膨胀大、扩散率低、蓄热系数低 SiO2属于酸性

18、氧化物，很容易与碱性氧化物反应生属于酸性氧化物，很容易与碱性氧化物反应生 成低熔点化合物成低熔点化合物导致铸件发生化学粘砂导致铸件发生化学粘砂 因此，在某些铸造生产中，就不能用石英质原砂，而因此，在某些铸造生产中，就不能用石英质原砂，而 只能采用其他只能采用其他非石英质原砂非石英质原砂。 二、非石英质原砂二、非石英质原砂 铸造用非石英质原砂主要有铸造用非石英质原砂主要有： 镁砂镁砂 橄榄石砂橄榄石砂 锆砂锆砂 铬铁矿砂等铬铁矿砂等 1、镁砂、镁砂 主要成分主要成分：MgO 物理特性物理特性：熔点：熔点1840，密度，密度3.5，莫氏硬度，莫氏硬度44.5级级 工艺特性工艺特性：热膨胀率小，不发

19、生因相变引起体积突变，：热膨胀率小，不发生因相变引起体积突变， 蓄热系数大（是硅砂的蓄热系数大（是硅砂的1.5倍）倍） MgO不与碱金属氧化物作用，因而铸件不易产生粘砂。不与碱金属氧化物作用，因而铸件不易产生粘砂。 主要用途主要用途： 常用于锰钢铸件和高熔点合金铸件。常用于锰钢铸件和高熔点合金铸件。 2、橄榄石砂、橄榄石砂 主要成分主要成分： Mg2SiO4，其次是，其次是Fe2SiO4（510%） 物理特性物理特性：熔点：熔点 16001760；密度；密度 3.23.6； 莫氏硬度莫氏硬度 6.57.5级。级。 工艺特性工艺特性：热膨胀小，且膨胀均匀缓慢。：热膨胀小，且膨胀均匀缓慢。 无晶型

20、转变（从无晶型转变（从50到熔化温度）到熔化温度） 主要用途主要用途：常用于高锰钢铸件。：常用于高锰钢铸件。 3、锆砂、锆砂 主要成分：主要成分： ZrSiO4 物理特性：物理特性：熔点熔点 2400；密度；密度 4.54.7；莫氏硬度；莫氏硬度 78级级 工艺特性工艺特性：热膨胀率更小（只有硅砂的：热膨胀率更小（只有硅砂的1/61/3） 热导率和蓄热系数更大热导率和蓄热系数更大可加速冷却，细化组织可加速冷却，细化组织 化学稳定性高化学稳定性高几乎不被金属及金属氧化物润湿，几乎不被金属及金属氧化物润湿， 可有效的阻止金属液渗入型壁，防止化学粘砂。可有效的阻止金属液渗入型壁，防止化学粘砂。 主要

21、用途：主要用途：常用于铸钢件的型砂、芯砂和涂料。常用于铸钢件的型砂、芯砂和涂料。 4、铬铁矿砂、铬铁矿砂 主要成分主要成分：Cr2O3 物理特性物理特性：密度：密度44.8，熔点，熔点14501480 工艺特性工艺特性： 热导率高（是硅砂的几倍）；热膨胀率小热导率高（是硅砂的几倍）；热膨胀率小 不与铁的氧化物起化学作用不与铁的氧化物起化学作用 主要用途主要用途： 一般用于大型铸钢件或合金钢铸件的面砂、芯一般用于大型铸钢件或合金钢铸件的面砂、芯 砂或涂料。砂或涂料。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 1、粘土的概念、粘土的概念 粘土粘土是岩石经过长期风化后，分解和是岩石经过长期风化后，分解和 沉积而

22、成的由细小结晶质粘土矿物组成的沉积而成的由细小结晶质粘土矿物组成的 土状材料。土状材料。 2、粘土的作用、粘土的作用 铸造用粘土主要是用来做粘土砂的粘结剂。铸造用粘土主要是用来做粘土砂的粘结剂。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 3、粘土按晶体结构分类、粘土按晶体结构分类 高岭石组高岭石组 包括高岭石、珍珠陶土、地开石等包括高岭石、珍珠陶土、地开石等 伊利石组伊利石组 包括伊利石、海绿石等包括伊利石、海绿石等 蒙脱石组蒙脱石组 包括蒙脱石、贝得石、绿脱石等包括蒙脱石、贝得石、绿脱石等 常用铸造粘土有常用铸造粘土有高岭石组高岭石组和和蒙脱石组蒙脱石组 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 4、粘土矿物晶体的

23、基本结构单位、粘土矿物晶体的基本结构单位 粘土矿物的晶格中都包含着粘土矿物的晶格中都包含着两种基本结构单位两种基本结构单位： 硅氧四面体硅氧四面体 铝氧八面体铝氧八面体 底氧底氧 顶氧顶氧 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 5、 粘土中的水分粘土中的水分 粘土在粘土在润湿润湿状态下通常有三种水分存在：状态下通常有三种水分存在： 吸附水吸附水这种水分在这种水分在105温度下即能去除。温度下即能去除。 层间水层间水粘土单位晶层间定向排列的极性水和阳离粘土单位晶层间定向排列的极性水和阳离 子吸附的阳离子水化膜。子吸附的阳离子水化膜。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 结构水结构水（晶格水）：（晶格水）： 直

24、接参与构成粘土矿物晶格的直接参与构成粘土矿物晶格的OH水；水； 层间水和结构水必须加热到更高温度才能去除。层间水和结构水必须加热到更高温度才能去除。 粘土晶层表面的吸附水，其密度和粘滞度较大。在阳粘土晶层表面的吸附水，其密度和粘滞度较大。在阳 离子的周围也能吸附一层定向排列的水分子，形成水离子的周围也能吸附一层定向排列的水分子，形成水 化阳离子。化阳离子。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 6、粘土的粘结机理、粘土的粘结机理 带负电荷的粘土颗粒将极性水分子吸带负电荷的粘土颗粒将极性水分子吸 附在自己的周围，形成胶团的水化膜，依附在自己的周围，形成胶团的水化膜，依 靠粘土颗粒间的公共水化膜，通过其中

25、的靠粘土颗粒间的公共水化膜，通过其中的 水化阳离子起水化阳离子起“桥桥”的作用，使粘土颗粒的作用，使粘土颗粒 相互连结起来。相互连结起来。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 7、粘土颗粒与砂粒之间的粘结机理、粘土颗粒与砂粒之间的粘结机理 砂粒因破碎而带微量负电荷，也砂粒因破碎而带微量负电荷，也 能吸附极性水分子在其周围作定向排能吸附极性水分子在其周围作定向排 列。依靠粘土颗粒与砂粒之间的公共列。依靠粘土颗粒与砂粒之间的公共 水化膜，通过水化阳离子的水化膜，通过水化阳离子的“桥桥”作作 用，使粘土砂获得湿强度。用，使粘土砂获得湿强度。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 粘土的干态粘结机理粘土的干态粘结机

26、理： 烘干过程中粘土逐步失水，使砂粒和粘土烘干过程中粘土逐步失水，使砂粒和粘土 颗粒之间相互靠近，紧密接触而产生附着作颗粒之间相互靠近，紧密接触而产生附着作 用。用。 继续失去水分，使水化膜进一步变薄，粘土继续失去水分，使水化膜进一步变薄，粘土 和砂粒之间通过和砂粒之间通过“强大强大”的附着力紧紧拉在的附着力紧紧拉在 一起而产生一起而产生“干干”强度强度 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 8、铸造用粘土分类：、铸造用粘土分类： 铸造用粘土可分为两大类：铸造用粘土可分为两大类： 膨润土膨润土和和普通粘土普通粘土 分别用符号分别用符号“P”和和“N”来表示。来表示。 膨润土又分为：膨润土又分为：钠基膨

27、润土钠基膨润土和和钙基膨润土钙基膨润土 分别用符号分别用符号“PNa ”和和“PCa”表示。表示。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 9、两种粘土的主要共同点：、两种粘土的主要共同点： 都是都是亲水亲水的，都具有吸水膨胀增加自身体的，都具有吸水膨胀增加自身体 积的能力积的能力 粘土的最大特性是粘土的最大特性是粘结性粘结性和和可塑性可塑性，这种，这种 特性只有当被水特性只有当被水充分湿润充分湿润后才能表现出出来。后才能表现出出来。 在显微镜下观察，都属于在显微镜下观察，都属于层片状层片状结构结构 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 10、两种粘土的主要异同点：、两种粘土的主要异同点： 矿物组成不同矿物组成

28、不同 普通粘土的主要矿物组成为普通粘土的主要矿物组成为高岭石高岭石，其分子式结构，其分子式结构 为为Al2O32SiO22H2O ，带有，带有2个个层间水层间水 膨润土的主要矿物组成为膨润土的主要矿物组成为蒙脱石蒙脱石，其分子式结构为，其分子式结构为 Al2O34SiO2H2O nH2O ，带有，带有N个个层间水层间水 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 晶体结构不同晶体结构不同 高岭石高岭石的晶体结构属于的晶体结构属于两层型两层型结构，即由两层结构，即由两层 硅氧四面体构成，硅氧四面体构成， 单位晶层之间由单位晶层之间由氧面氧面和和氢氧面氢氧面紧密结合。紧密结合。 蒙脱石蒙脱石的晶体结构属于的晶体

29、结构属于三层型三层型结构，即由两层结构，即由两层 硅氧四面体中间夹着一层铝氧八面体构成，硅氧四面体中间夹着一层铝氧八面体构成， 单位晶层之间由单位晶层之间由氧面氧面和和氧面氧面相接。相接。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 晶层间结合方式与结合键不同晶层间结合方式与结合键不同 高岭石晶层间高岭石晶层间氧面与氧面之间是靠氢键结合，氧面与氧面之间是靠氢键结合， 结合键不易被打开，结合力较强，水分子不易进结合键不易被打开，结合力较强，水分子不易进 入晶层间。入晶层间。 蒙脱石晶层间蒙脱石晶层间氧面与氧面之间是靠分子间力结氧面与氧面之间是靠分子间力结 合，结合键极易被打开，结合力较弱，水分子很合，结合键极

30、易被打开，结合力较弱，水分子很 容易进入晶层间。容易进入晶层间。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 片状晶体结构的表面状态及厚度不同片状晶体结构的表面状态及厚度不同 高岭石晶体表面呈六角形高岭石晶体表面呈六角形鳞片状鳞片状结构，其结构，其 厚度约厚度约20微米。微米。 蒙脱石晶体表面呈不规则的薄片状或绒毛蒙脱石晶体表面呈不规则的薄片状或绒毛 状，其厚度约状，其厚度约1微米。微米。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 吸水特性不同吸水特性不同 普通粘土只能沿着晶体普通粘土只能沿着晶体外表面外表面吸收水分，吸收水分， 吸水吸水 膨胀增加自身体积的能力较弱，膨胀增加自身体积的能力较弱，胶质价胶质价通常不大通常

31、不大 于于35 膨润土同时沿着晶体膨润土同时沿着晶体内、外两个表面内、外两个表面吸收水分，吸收水分， 吸水膨胀增加自身体积能力较强，吸水膨胀增加自身体积能力较强，胶质价胶质价通常大通常大 于于75 胶质价 膨润土与水按比例混合后，加适量氧化镁，使其凝膨润土与水按比例混合后，加适量氧化镁，使其凝 聚形成的凝胶体的体积，称为胶质价。以聚形成的凝胶体的体积，称为胶质价。以15克样形成的克样形成的 凝胶体积的毫升数表示。胶质价显示试样颗粒分散与水凝胶体积的毫升数表示。胶质价显示试样颗粒分散与水 化程度，是分散性、亲水性和膨胀性的综合表现，它的化程度，是分散性、亲水性和膨胀性的综合表现，它的 大小与膨润

32、土矿的属型和蒙脱石含量密切相关，钠基比大小与膨润土矿的属型和蒙脱石含量密切相关，钠基比 钙基、酸性膨润土的胶质价高，同一属型的膨润土，含钙基、酸性膨润土的胶质价高，同一属型的膨润土，含 蒙脱石愈多，胶质价愈高。所以，胶质价是鉴定膨润土蒙脱石愈多，胶质价愈高。所以，胶质价是鉴定膨润土 矿石属型和估价膨润土质量的技术指标之一。矿石属型和估价膨润土质量的技术指标之一。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 负电性及带负电的原因不同负电性及带负电的原因不同 粘土颗粒表面一般带有负电荷，其原因有二：粘土颗粒表面一般带有负电荷，其原因有二： 一是一是破键破键，二是，二是离子置换离子置换 破键：破键：粘土片状结晶体

33、受到外界环境的影响，边缘处的粘土片状结晶体受到外界环境的影响，边缘处的 Al-O、Si-O离子键断裂形成不饱和键。离子键断裂形成不饱和键。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 晶体内部离子置换：晶体内部离子置换：粘土在成矿过程中，单位晶层内粘土在成矿过程中，单位晶层内 硅氧四面体中的硅氧四面体中的Si4+被被Al3+所置换，铝氧八面体中的所置换，铝氧八面体中的Al3+ 部部 分地被分地被Mg2+、Fe2+所置换，使单位晶层电荷不平衡，呈现出所置换，使单位晶层电荷不平衡，呈现出 较大的负电性。较大的负电性。 Si4+ Al3+ Al3+ Mg2+ 负电性及带负电的原因不同负电性及带负电的原因不同 破键

34、破键是高岭石类粘土颗粒带负电的主要原因，是高岭石类粘土颗粒带负电的主要原因， 而蒙脱石类膨润土中只有很小一部分电荷是而蒙脱石类膨润土中只有很小一部分电荷是 由破键产生的。由破键产生的。 离子置换离子置换是蒙脱石类粘土颗粒带负电的主要原是蒙脱石类粘土颗粒带负电的主要原 因，而高岭石晶体中很少发生离子置换。因，而高岭石晶体中很少发生离子置换。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 交换性阳离子交换性阳离子 粘土中能被交换出来的吸附阳离子称为粘土中能被交换出来的吸附阳离子称为交换性阳离子交换性阳离子 阳离子交换容量阳离子交换容量 粘土中所含交换性阳离子的数量称为粘土中所含交换性阳离子的数量称为阳离子交换容量

35、阳离子交换容量 主要交换性阳离子主要交换性阳离子 用来置换的阳离子占阳离子总容量的用来置换的阳离子占阳离子总容量的50以上，则称其为以上，则称其为主主 要交换性阳离子要交换性阳离子。 如为钠离子，则称为钠膨润土，用如为钠离子，则称为钠膨润土，用PNa表示表示 如为钙离子，则称为钙膨润土，用如为钙离子，则称为钙膨润土，用PCa表示表示 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 为使负电荷得到平衡，粘土矿物通常吸附一些阳离子，为使负电荷得到平衡，粘土矿物通常吸附一些阳离子， 如如Ca2+、 、Mg2+、Na+、K+等，这些阳离子有机会被其他阳离 等，这些阳离子有机会被其他阳离 子所替换子所替换。 国家标准国家

36、标准：膨润土中如果某一交换性阳离子量与任一交换性：膨润土中如果某一交换性阳离子量与任一交换性 阳离子量均少于阳离子总容量的阳离子量均少于阳离子总容量的50，则以含量相对较多，则以含量相对较多 的两种离子表示，如的两种离子表示，如PNaCa、PNaMg 按粘土的按粘土的pH值分为：值分为：酸性酸性膨润土和膨润土和碱性碱性膨润土膨润土 分别用符号分别用符号“S”和符号和符号J表示表示 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 活化效果不同活化效果不同 利用粘土晶体内的离子交换性质，可以向粘土中利用粘土晶体内的离子交换性质，可以向粘土中 加入某种物质，人为地改变膨润土中的离子种类，加入某种物质，人为地改变膨润土

37、中的离子种类， 从而改变膨润土的属性，达到改变膨润土的工艺性从而改变膨润土的属性，达到改变膨润土的工艺性 能。这种利用离子交换处理技术称为膨润土的能。这种利用离子交换处理技术称为膨润土的活化活化 处理处理，所加入的物质称为，所加入的物质称为活化剂活化剂。 而而普通粘土普通粘土基本上基本上不具备活化条件不具备活化条件。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 目前我国开采的膨润土几乎都是钙基膨润土，目前我国开采的膨润土几乎都是钙基膨润土， 往往满足不了生产要求，活化处理是往往满足不了生产要求，活化处理是唯一方法唯一方法。 常用的活化剂：常用的活化剂：Na2CO3 Na2CO3在水中能完全电离成在水中能完全

38、电离成Na+和和CO 3 2 - ，使，使 溶液中的溶液中的Na+浓度增加，浓度增加， 逐步将钙基膨润土中的逐步将钙基膨润土中的 Ca2+置换出来。被置换出的置换出来。被置换出的Ca2+与与CO 32 -生成生成 CaCO 3 ，不溶于水，从而使交换反应进行完全。，不溶于水，从而使交换反应进行完全。 钙膨润土经活化处理后与天然钠膨润土的性能相近钙膨润土经活化处理后与天然钠膨润土的性能相近。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 Na2CO3的加入量：的加入量： 37 （占膨润土）（占膨润土） 一般取一般取45。加入量不足或过多，都会影响膨。加入量不足或过多，都会影响膨 润土的粘结性润土的粘结性 Na2

39、CO3的加入方式：的加入方式： 可在混砂时以干态状态进入混砂机内。一般做法可在混砂时以干态状态进入混砂机内。一般做法 是先溶入水后，再随水加入混砂机内。是先溶入水后，再随水加入混砂机内。 现有已活化的膨润土商品销售。现有已活化的膨润土商品销售。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 吸附色素的能力不同吸附色素的能力不同 膨润土具有吸附色素的能力，尤以吸附亚甲基蓝的能力为膨润土具有吸附色素的能力，尤以吸附亚甲基蓝的能力为 最强。每最强。每100克蒙脱石大约可吸附克蒙脱石大约可吸附44克亚甲基蓝色素。克亚甲基蓝色素。 膨润土吸附色素的能力越强膨润土吸附色素的能力越强说明膨润土的分散性越好说明膨润土的分散性

40、越好 分散度越大分散度越大膨润土中，弥散胶质成分越多膨润土中，弥散胶质成分越多粘性越大粘性越大 普通粘土基本上不具备吸附色素能力。普通粘土基本上不具备吸附色素能力。 这也是鉴别普通粘土和膨润土的方法之一。这也是鉴别普通粘土和膨润土的方法之一。 粘土受热后的脱水过程不同粘土受热后的脱水过程不同 润湿的粘土在加热过程中将出现脱水、润湿的粘土在加热过程中将出现脱水、 体积收缩、矿物分解等一系列变化。体积收缩、矿物分解等一系列变化。 蒙脱石的脱水：蒙脱石的脱水：脱水过程分三个阶段完成脱水过程分三个阶段完成 第一阶段：第一阶段：2020140140， 逸出吸附水逸出吸附水 第二阶段：第二阶段：40040

41、0500500，逸出层间水，逸出层间水 第三阶段：第三阶段：500500600600，脱水迅速，脱水迅速， 800800后，脱水基本完成。后，脱水基本完成。 粘土受热后的脱水过程不同粘土受热后的脱水过程不同 润湿的粘土在加热过程中将出现脱水、润湿的粘土在加热过程中将出现脱水、 体积收缩、矿物分解等一系列变化。体积收缩、矿物分解等一系列变化。 高岭石的脱水：高岭石的脱水：脱水过程分两个阶段脱水过程分两个阶段 第一阶段：第一阶段：105，逸出吸附水，逸出吸附水 第二阶段：第二阶段：400600，失去结构水，失去结构水 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 进一步提高加热温度，粘土会被熔化。进一步提高加热温

42、度，粘土会被熔化。 高岭石的熔点为高岭石的熔点为1650 1775； 蒙脱石的熔点为蒙脱石的熔点为12001300； 蒙脱石中氧化铁含量高时，熔点降到蒙脱石中氧化铁含量高时，熔点降到1000以下；以下； 随着温度的升高，粘土会出现一定的膨胀，但主要随着温度的升高，粘土会出现一定的膨胀，但主要 倾向是收缩。倾向是收缩。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 11、粘土的复水性、粘土的复水性 粘土在受热后仍能吸水的性质称为粘土在受热后仍能吸水的性质称为复水性复水性。这。这 是粘土型砂可以多次回用的是粘土型砂可以多次回用的主要原因主要原因。 但如果加热温度过高，使粘土失去结构水，粘但如果加热温度过高，使粘土

43、失去结构水，粘 土的矿物结构一旦遭到破坏，致使粘土成为不再具土的矿物结构一旦遭到破坏，致使粘土成为不再具 有粘结性的失效粘土（也称死粘土），这也是粘土有粘结性的失效粘土（也称死粘土），这也是粘土 型砂反复使用后性能变坏的型砂反复使用后性能变坏的主要原因主要原因。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 12、粘土属性的鉴别方法、粘土属性的鉴别方法 测定吸蓝量测定吸蓝量 蒙脱石有吸附色素的能力，尤以吸附亚甲基蓝为明显。蒙脱石有吸附色素的能力，尤以吸附亚甲基蓝为明显。100g 纯蒙脱石能吸附亚甲基纯蒙脱石能吸附亚甲基44g，而高岭石吸附色素的能力很弱。，而高岭石吸附色素的能力很弱。 可根据吸蓝量测定膨润土的

44、蒙脱石含量。可根据吸蓝量测定膨润土的蒙脱石含量。 看在水中的下落情况看在水中的下落情况 普通粘土在水中普通粘土在水中散落散落，膨润土在水中，膨润土在水中团落团落。 用手指蘸水搓捻用手指蘸水搓捻 普通粘土普通粘土发滑发滑，膨润土，膨润土发粘发粘，能搓成泥条。，能搓成泥条。 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 13、粘土的牌号、粘土的牌号 国家标准，普通粘土的牌号中应标明粘土耐火度等国家标准，普通粘土的牌号中应标明粘土耐火度等 级、湿压强度等级、干压强度等级。级、湿压强度等级、干压强度等级。 N 普通粘土普通粘土 耐火度等级耐火度等级 G G或或D D 湿压强度等级代号湿压强度等级代号 干压强度干压强度

45、 等级代号等级代号 如如 NG350 三、铸造用粘土三、铸造用粘土 国家标准，膨润土的牌号中，应表示出膨润土中吸国家标准，膨润土的牌号中，应表示出膨润土中吸 附的附的阳离子种类阳离子种类、酸碱性酸碱性、湿压强度等级、热湿拉、湿压强度等级、热湿拉 强度等级。强度等级。 P 膨润土膨润土 阳离子种类阳离子种类 Na Na 或或 CaCa 酸碱性代号酸碱性代号 S S 或或 J J 湿压强度等级代号湿压强度等级代号 热湿拉强度等级代号热湿拉强度等级代号 如如 PCaJPCaJ7 72020 四、附加物四、附加物 型砂中除了含有原砂、粘土、水分以外，型砂中除了含有原砂、粘土、水分以外， 有时人为的加入一些其他材料，以使型砂具有有时人为的加入一些其他材料，以使型砂具有 某些特殊性能，并改善铸件的表面质量。这些某些特殊性能，并改善铸件的表面质量。这些 材料统称为材料统称为附加物附加物。 常用的铸造附加物有：常用的铸造附加物有： 煤粉、渣油（又称重油）、淀粉、糊精、木屑煤粉、渣油（又称重