铸造湿型砂完整过程控制

1、 湿型砂概述 1998/12/15初稿， 2002/02，2006/06改写 一、湿型砂品质控制1引言12型砂性能及检验1 2.1干湿程度、紧实率和含水量1 2.2透气率2 2.3湿态强度2 2.4韧性和起模性4 2.5有效煤粉量、发气量、浇注试验4 2.6有效膨润土含量、膨润土利用率5 2.7热压应力、热湿强度、激热开裂试验7 2.8含泥量、粒度、微粒含量、团块含量8 2.9型砂温度10 2.10流动性、可紧实性11 2.11表面耐磨性11 2.12其它型砂性能113型砂性能检测频率和结果整理分析12 3.1型砂性能检测频率12 3.2检测结果的整理12二、湿型砂的原材料1引言122膨润土1

2、2 2.1前言12 2.2膨润土的品质和检测13 2.3膨润土的应用163煤粉及代用品15 3.1前言15 3.2煤粉品质的检测16 3.3煤粉代用品和新型煤粉商品20 3.4煤粉材料的应用214淀粉类材料20 4.1前言20 4.2淀粉对湿型砂性能的影响20 4.3淀粉材料的鉴别和检验21 4.4淀粉的应用225新砂22 5.1前言22 5.2SiO2含量22 5.3含泥量23 5.4粒度23 5.5颗粒形状246旧砂24 6.1前言24 6.2芯砂的混入24 6.3旧砂的冷却24 6.4旧砂中粉尘的降低25 6.5湿型旧砂的再生257水27一，湿型砂性能检测与品质控制1. 引言影响湿型铸件

3、表面品质的各生产工序中以型砂品质最为关键。我国不少铸造工厂对型砂品质的检验不够重视。很多铸造厂的型砂实验室只偶尔检测型砂性能，或者仅只测定型砂的三、四种性能，因而不足以判断型砂的品质如何，也无法确定铸件缺陷是由哪个型砂性能数据引起的。为了保证湿型铸件表面良好，必须对所使用型砂的性能有全面了解。铸造工厂对湿型砂性能的具体要求随造型方法和砂处理设备不同而有区别。高密度造型方法（包括多触头高压、气冲、挤压、射压、静压等造型方法）的生产效率高、铸件品质较好，对型砂性能的要求甚为严格。但是，机器造型和手工造型也不可忽视型砂性能检测，否则必然会出现大量铸件缺陷。下面将简要介绍常用的湿型砂性能与铸件品质的关

4、系，以及检验方法的原理。具体的试验步骤可参考其它资料，不在此赘述。在本文中将举例提到一些国内外铸造工厂的型砂性能和品质数据，这些数据仅代表当时搜集到的资料，并不说明目前的实际情况。2.型砂性能检验项目分论2.1 型砂的干湿程度、紧实率和含水量(1)型砂干湿程度型砂如果太干，就不能充分发挥膨润土的粘结力，型砂的韧性不足，砂型容易破碎，起模困难，砂型表面强度低，铸件容易产生冲砂和砂孔等缺陷。型砂不可太湿，否则型砂流动性差，砂型紧实程度不均匀，还易使铸件产生针孔、气孔、水爆炸粘砂、呛火、跑火、胀砂和夹砂缺陷。因此，型砂的干湿程度应保持在最适宜范围内。型砂的含水量只是说明所含自由水的绝对数量，并不反映

5、型砂的干湿程度。如果型砂含有大量的细粉类吸水性材料，虽然含水量已高达5%，型砂仍然会显得过分干脆。如果型砂只是由纯净的新砂和优质膨润土混制而成，含水量5.0%的型砂会显得又湿又粘。(2)紧实率有实际操作经验的人可以根据手捏型砂来判断其干湿程度，但手捏的感觉因人而异，而且不能用数值表示。型砂的干湿程度应当用紧实率表示。试验时将型砂通过带有筛网的漏斗（作者认为应仿照国外产品用4目筛网，不用6目以免过筛费时而使测得紧实率低于型砂实际紧实率），自由落下装满试样筒，刮去多余的砂后在锤击式制样机上打击三次，试样高度缩小程度即为紧实率。测定原理是较干的松散型砂自由流入试样筒时，砂粒堆积得比较密实，在相同的捶

6、击紧实力作用下，型砂体积减小较少；而较湿的型砂，在未被紧实前砂粒的堆积比较疏松，紧实后体积减小较多。根据型砂被紧实前后的体积变化多少，就可以检测出型砂的干湿程度。通常认为手工造型和震压式机器造型用型砂要求起模性好，造型处最适宜干湿状态下的紧实率大约在50%左右；高压造型、静压造型和冲击造型时为40%左右；射压、挤压造型要求流动性好，紧实率为3540%。不管型砂中膨润土、煤粉和灰分的含量有多少，只要将紧实率控制在上述范围内，手感的干湿程度就处于最适宜状态。GF、BMD和FA公司推荐气冲造型用型砂紧实率分别为3540%、3842%和3639%。近年来高密度造型工厂由于机器起模精度提高，为了提高型砂

7、流动性，在保证起模的前提下尽可能降低紧实率。对流动性要求较高的挤压、射压造型的型砂更是如此。以上均为造型处取样数据，如为混砂机处取样，还应再少许提高，以补偿运输和储存过程中型砂变干。很多铸造工厂只从混砂机处取样，认为较为方便和容易及时控制型砂品质。这就需要根据各季节气候不同调整混砂机处的紧实率控制值。 (3)含水量从减少铸件针孔、气孔、水爆炸粘砂等缺陷的角度出发，要求最适宜干湿状态下型砂的含水量不可过高。含水量的快速测定法是在红外线烘干器上进行。以试料重量减少量占试样原重量的比例计算含水量。试料在盛砂盘中所承受的温度高达170左右，型砂内如果含有煤粉、重油等易挥发物质，可能会有少量随水分一同烘

8、掉，从而使测得数值要比实际含水量偏高些。有些实验室用药物托盘天平的感量为±0.1g，测定出型砂含水量的称量误差绝对值可能高达±0.5%。因此应当使用感量±0.01g的天平，最好是电子天平。如果经济条件允许，可以使用进口的带有卤素灯加热装置的电子天平。由于各铸造工厂型砂中吸水物质含量不同，造型设备和操作习惯各异，湿型砂含水量控制数值是很不一致的。国外高压造型、气冲造型生产汽车、拖拉机等铸件的灰铁和球铁铸造工厂的型砂在造型机处取样的含水量大多数在2.83.8%之间(集中在3.4%左右)。型砂的含水量也应以造型处为准，经过运送过程型砂含水量有所下降，其幅度因砂温、气候和

9、车间运输条件而异。我国很多工厂只从混砂机处取样，这样就需要根据季节不同适量提高型砂含水量来补偿蒸发损失。例如昆山信嘉射压造型夏季要求含水量为2.93.5%，冬季为2.73.3%。手工造型和震压式机器造型的型砂紧实率稍高，含水量也稍多些，大多在3.54.5%。但还有很多类似造型条件的铸造工厂的型砂含水量可能高达5.56.5%以上，其原因是型砂含泥量过高和混砂工艺不够合理造成的。但是型砂含水也不应过少，否则如果有±0.2%的偏差都会引起型砂性能显著波动。一些生产具有大量树脂砂芯的铸件的铸造厂，由于溃碎砂芯混入型砂过多，型砂含泥量太少，就会遇此困难。经验表明，如果型砂中不含糊精、a淀粉等有

10、机物，紧实率:含水量的比率最好在(1012):1。2.2 透气率型砂必须具有良好的透气能力，以免浇注过程中发生呛火和铸件产生气孔缺陷。但是湿型砂的透气能力又不应太高，以免金属液渗透入砂粒孔隙中而造成铸件表面粗糙和机械粘砂。测定湿型砂透气性能时，将内有型砂试样的试样筒固定在仪器的试样座上，试样座的管口处装有阻流孔。气钟产生100mm水柱气体压力。用微压计测出通过试样前的试样筒中空气压力，可由微压计的表盘上直接读出透气率。有的仪器厂生产出电动透气率测定仪，改用电动机带动的离心鼓风机产生测试气源，替代操作不便的气钟。实验室应定期检验阻流孔的通气能力、气钟产生压力是否改变，否则会出现误差。型砂透气率高

11、低的选定主要根据砂型排气条件和对铸件表面粗糙度的要求。砂型上扎有较多排气孔等通气设施，可以降低对透气率的要求。高密度砂型比较密实，则要求型砂有较高透气率。纺织机械要求表面光洁，其型砂透气率就较低。国内外工厂高密度造型型砂透气率大多集中在100140。有些工厂的透气率高达160以上，是粗芯砂混入造成的，可能需要在砂型表面喷涂料，以免铸件表面粗糙。手工或震压造型单一砂的透气率大体为6090。如果使用面砂，其透气率可更低些，背砂透气率需高于面砂。影响型砂透气率的因素有砂粒粗细、含泥量多少、紧实程度高低、型砂流动性好坏等。2.3 湿态强度湿型砂必须具备一定强度以承受各种外力的作用。如果湿态强度不足，在

12、起模、搬运砂型、下芯、合型等过程中，砂型有可能破损和塌落；浇注时可能承受不住金属液的冲刷和冲击而使铸件造成砂孔缺陷甚至跑火(漏铁水)；由于砂型缺乏足够强度以保证其硬度，浇注铁水后石墨析出会造成型壁移动而导致铸件疏松和胀砂缺陷。另一方面，生产较大铸件的高密度砂型所用砂箱都无箱带，高强度型砂可以避免塌箱、胀箱和漏箱。无箱造型的砂型在浇注时需要承受金属液压力，挤压造型时顶出的砂型还要推动其它砂型向前移动，也对型砂的强度提出较高要求。但强度也不宜过高，因为高强度的型砂需要加入更多的粘土，不但影响型砂的水分、透气性和铸件的生产成本，也给混砂、紧实和落砂带来困难。型砂的强度用标准试样在受外力作用下遭到破坏

13、时的应力值来表示。湿型铸造时，可以检查型砂的湿态抗压强度、抗剪强度、抗拉强度或劈裂强度。测试以上几种型砂强度都需要用圆柱形标准型砂试样。冲制抗压、竖剪和劈裂强度试样的整体试样筒使用最为频繁。我国有的仪器厂以往制造的铸铁试样筒耐磨性差，较易磨损。研究工作表明：使用内表面已磨损的老试样筒比用光滑的新试样筒抗压强度低2028%，透气率高1214%，将试样顶出所需的力为新试样筒的2.69倍。美国铸造师学会要求试样筒为钢制，内表面硬度Rc6570，珩磨加工后粗糙度Ra0.20mm，并定期喷涂少量液态脱模剂。美国铸造师学会还要求冲样器应安装在专门的反冲底座上，或在坚实台上垫6.4mm厚皮革。研究结果还表明

14、：冲样器放置在木桌中央比安装在反冲底座上或在水泥台上垫约6.2mm厚橡胶板，测得型砂抗压强度低2526%。(1)湿压强度目前在我国铸造工厂的型砂实验室中所用测试仪器有液压强度试验机或杠杆式强度试验机。GF公司液压强度试验机的低压表测定范围为0320kPa，适合测定高密度造型型砂的湿压强度。但有些旧式国产液压强度试验机的低压表测定抗压强度量程为0130kPa，高压表的测定范围01300kPa。常用湿型砂的湿压强度范围大致处于低压表的顶端和高压表的低端，高压表的示值精度为±2.5%，绝对误差高达±30kPa。不适合测定高密度造型的型砂湿压强度。液压试验机还经常漏油。近年来有的单

15、位将电测传感器安装在压力表快换接头座上，由数码管显示并保持强度峰值，避免高、低压表的频繁更换，压力示值的精度提高到±1.5%。不少工厂仍愿使用原有的老式杠杆强度试验机，认为其结构简单、不易损坏。但需靠手动旋转丝杠来移动杠杆的支点和指示出试样的强度值，如果型砂的韧性较高，试样碎裂前的变形量较大，就很难判断支点的停留位置。现已无杠杆强度试验机生产供应。清华大学研制的气动多功能强度仪用传感器测定强度，和用液晶显示测定结果，使用较为方便。我国工厂高密度造型的型砂湿压强度接近美洲和日本工厂，大多在140180kPa。震压造型的湿压强度大约在70100kPa上下。欧洲铸造行业对铸铁用高密度造型型

16、砂的的湿压强度值要求较高。例如瑞士GF公司要求气冲型砂180220，丹麦DISA公司挤压型砂200±20。有人认为欧洲铸造工厂的铸铁型砂湿压强度较高的原因是所用原砂含SiO2高，型砂中必须加入大量膨润土才能避免铸件产生夹砂结疤缺陷，以致型砂强度偏高。我国很多工厂的型砂强度要求较低的原因之一是工厂的震动落砂机破碎效果较低，湿压强度高的大块型砂难于碎开，而会大量随铸件跑掉。同时，有些铸造工厂所用膨润土的品质差，要使型砂达到高强度就必须加入大量膨润土。不但提高生产成本，而且会使型砂含水量过高。 剪切强度及变形仪器的工作原理示意图1固定支架 2试样筒 3测试环 4锁紧螺钉 5连接件 6压力传

17、感器 7位移传感器 8轴 9轴承 10螺旋测微器 11摇柄 12微机系统(2)湿剪强度从材料力学角度来看，抗压强度除了代表型砂中膨润土浆的粘结力以外，也反映受压力时砂粒之间的摩擦阻力，因而不能用湿压强度值说明型砂的起模性能好坏。可以形象化地认为起模时砂型边缘的破损主要是由于与模样摩擦产生的剪切应力超过型砂的抗剪强度；砂型中吊砂的断裂主要是由于型砂所承受的拉应力超过型砂的抗拉强度。湿态抗剪强度的传统测试方法是利用前面所述的测试湿压强度的试验机，将标准圆柱试样安放在两只半面凸台的剪切力测试头中间，剪切断裂平面与试样轴线相合，进行试样轴向剪切。GF公司建议我国第二汽车厂的高压造型线采用湿剪强度值为4

18、5±5kPa。BMD公司推荐上海机床铸造三厂的气冲型砂为3236kPa。另一种较新的湿态抗剪强度测试方法是径向剪切方法，使用特制的试样筒和专门试验机进行测试，剪切断裂平面与试样轴线垂直(见右图)。这种仪器可以同时测定抗剪强度和剪切断裂时的变形量。所得出的径向湿剪强度数值与竖向剪切强度是一致的。(3)湿拉强度和劈裂强度如前段所述，湿态抗拉强度是防止起模破坏的主要型砂性能之一。测定型砂的湿态抗拉强度必须使用特制的试样筒制作试样，需用专门的试验机或型砂热湿拉强度试验仪来测定常温湿拉强度。BMD公司建议上海机床铸造三厂气冲型砂为2636kPa。DISA公司要求挤压型砂为2025kPa。一般的

19、型砂实验室中缺少测试湿拉强度试验机。有人建议将圆柱形标准试样横放，使它在直径方向受压应力，就可以得出近似抗拉强度的劈裂强度值。但是，劈裂强度读数误差稍大，测试塑性较高的型砂时读数不够准确。因此应用不普遍。DISA公司推荐的湿劈强度是3034kPa。DISA公司还给出了用劈裂强度估算抗拉强度的近似公式：湿拉强度 湿劈强度×0.65。 2.4 型砂韧性和起模性型砂不可太脆，应当具有一定的韧性。否则在起模、下芯、合型和运搬时砂型的棱角和吊砂受到冲击和震动容易碰碎或掉落。但型砂韧性也不应太高，以免其流动性下降而影响砂型的紧实程度。型砂的韧性与湿强度是两种不同的特性。强度代表将物体破坏所需施加

20、的力如何；而韧性反映的是将物体破坏所需做的功如何，包含了强度和变形量两种参数。早年曾经试图用型砂强度试验机和千分表，同时测得湿压强度值和达到最高湿压强度值时的变形量，近似计算出试样破碎所需做的功当做韧性。但用眼观看千分表的指针难以判断试样压碎时的变形量，60年代起改用试样受碰撞破碎时碎块的大小代表韧性，称为破碎指数。至80年代初才研究出较准确地测定试样受径向剪切断裂时剪切变形量的方法。破碎指数测定仪结构图1、3钢球擒纵机构 2钢球 4支架 5管 6铁砧 7筛圈 8筛网 9底盘 10机座。型砂应当具有良好的起模性，起模性但起模性是一个极为复杂的性能。假定模样的材质、起模斜度、表面粗糙度、清洁度、

21、温度、脱模剂种类和有无、是否形成真空等因素都不变，则除了型砂的湿拉、湿剪强度、变形量和韧性的影响以外，砂型的起模难易程度还取决于型砂与模样间的摩擦阻力和粘附力。摩擦阻力和粘附力可以用试样顶出阻力来测定。以下分别介绍破碎指数、剪切变形量和试样顶出阻力的试验方法。(1)破碎指数我国通用的测定方法是先将圆柱形标准试样放在铁砧上，把f50mm钢球从1m高处落下砸在试样上使它碎开，并向围绕铁砧的筛圈碰撞。筛圈直径为f200mm，筛网的网孔直径10mm。（右图）停留在筛网上面大砂块重量占试样原重的比例称为型砂的破碎指数。当型砂的膨润土量、紧实率、糊精加入量等有利于起模性的参数提高时，试样的破碎指数随之提高

22、。但是试样紧实程度越高，破碎指数也随之提高，而砂型越难起模。我国工厂型砂破碎指数举例如下：常州柴油机厂6575%，上海汽车厂6070%，第二汽车厂铸造一厂8090%，东安发动机厂7085%。作者认为我国生产的破碎指数测定仪应改用2目筛网，以提高测试结果的敏感度；铁砧凸出筛网高度应降低为<3mm，以避免钢球滚落筛网上造成震动。 (2)剪切变形量手工造型起模前在围绕模样的砂型棱角上刷水，虽然砂型局部因含水剧增使强度猛烈下降，但砂型的棱角和吊砂受模样水平方向碰撞能够退让变形，就可避免砂型破损。由此可知，变形量是同时影响型砂韧性和起模性的关键性参数。清华大学研究改进的仪器可同时测出型砂剪切强度和

23、变形量(见前页图)。所用试样筒的一端为15mm高的测定环，标准圆柱试样处于试样筒和测定环之内。测量时将试样筒倒挂，摇动摇柄使轴带动压力传感器和位移传感器同时向左运动顶向测定环，对试样施加横向剪切力。压力传感器的测头与测试环接触时，微型计算机从零开始记录位移传感器的信号。测试环中的型砂在外力的作用下产生应力和变形，直至试样断裂。微型计算机即可输出试样的剪切强度和试样断裂时的变形量。测得型砂的变形量通常多在0.50mm0.70mm范围内。(3)试样顶出阻力在液压式强度仪上安装一个附加装置就可对试验筒中的圆柱形标准试样施加压力，测定试样在开始移动所需的顶出力。它是摩擦阻力和粘附力的综合表现。测定结果

24、表明型砂的湿压强度高，顶出阻力也高；型砂中加有煤粉、试样筒表面涂有硅油都可降低顶出阻力；型砂中加入a淀粉或糊精可使顶出阻力减少到原来的1/31/4；提高紧实率不仅增大型砂变形能力，而且能降低顶出阻力，二者都有利于起模。2.5 有效煤粉量、发气量、浇注试验(1)有效煤粉量研究工作表明，湿型铸铁和铸钢件的表面粘砂大多是机械粘砂。为了消除机械粘砂和使铸件表面光洁，应当控制型砂的透气率和保证砂型各部位的紧实程度。生产铸铁件的湿型砂中还加入煤粉，除了可以防粘砂和改善表面光洁程度以外，所产生的还原性气体可以防止铁水氧化，使已有的氧化物杂质还原，冲淡型腔表面的水蒸气，防止球墨铸铁件生成反应性皮下气孔。所以型

25、砂中应当含有足够量的有效煤粉。但是有效煤粉量也不可过多，以免铸件产生呛火、冷隔等缺陷。浇注后靠近型腔表面型砂中的煤粉被烧掉，砂型其它部分的煤粉仍然保留在回用的旧砂中。每次混砂时只需补充少量煤粉即可。为了测定型砂和旧砂中有效煤粉量，在国外至今仍是靠测定型砂或旧砂的灼烧减量、挥发分、型砂含碳量等推论有效煤粉量。美国通常认为649挥发分在1.52.5%，982灼烧减量在3.04.5%，其有效煤粉就是在适宜范围内。但是用含碳量或灼烧减量检验法无法区别砂中的已被烧损的焦炭。用灼烧减量和挥发分检验法又难以区分粘土的结构水，而且这几种测试方法的操作都比较麻烦合费时，不适合快速检验应用。1管式电炉 2瓷舟 3

26、冷凝管 4平衡瓶 5滴定管(2)发气量60年代初期清华大学考虑到煤粉受热产生挥发分是防铸铁件粘砂的主要原因之一。将预先经烘干和磁选除掉铁粒的型砂试料1g置于磁舟中，送入850管式炉陶瓷管内加热7min（见上图）。粘土受热分解发出的水蒸气经过冷凝管成为液态，测定出的气体容积基本上是水以外的挥发分气体。粘土中可能含有少量碳酸盐等受热发气的杂质，其影响可忽略不计。因此，用型砂的发气量除以0.01g煤粉发气量即可推算得出有效煤粉含量。八十年代初期清华大学研制出新型发气量测定仪改用压力传感器测定发气压力折算成发气容积。由记录仪自动绘出发气量与时间的关系曲线；用石英管代替陶瓷管，提高了炉管的密闭性和使用寿

27、命；用不锈钢舟代替瓷舟，避免了试样升温速度波动；改进了管塞与试样钩的结构，保证试料在炉管中位置正确，并使操作时间大为缩短。目前机械行业标准JB/T92211999将加热温度定为900。铸铁件型砂中应含有的有效煤粉量因铸件大小和厚薄、浇注温度、面砂或单一砂、造型方法、砂型紧实程度等因素不同而异。更重要的是因煤粉品质不同而异。例如，高密度砂型用单一砂应用较好煤粉时，有效煤粉含量大多为45%，使用更高品质的增效煤粉时只为33.5%。震压造型使用较好煤粉的型砂含有效煤粉量可能略微高些，在56%范围内。目前我国各地销售供应的煤粉品质差异较大，最好只控制型砂的发气量，不必推算有效煤粉含量。如果型砂中加入有

28、重油、淀粉等抗机械粘砂附加物，或掺有废芯砂，更不宜估算其有效煤粉含量。一般震压造型生产铸铁件用型砂每1g的发气量大约在2028mL，高紧实度造型用型砂大体在1422mL。(3)浇注试验型砂真实抗机械粘砂性能的判断应当靠浇注试验，观察铸件表面的状况。如果要比较不同抗粘砂附加物的效果，最好在同一箱中放置几块相同形状的阶梯试块模样，铺有不同配方的面砂，进行浇注试验进行比较。但必须使所配制的各种型砂透气率一致，必要时需要向某一种型砂中掺加惰性粉状材料来降低透气率。因为有的附加物抗粘砂能力极强，所需加入量很少，以致型砂透气率显著提高，反而可能使铸件表面粗糙。但是在实际铸铁件生产中，不可向型砂中故意加入惰

29、性粉，也不要选用掺有惰性粉的抗粘砂附加物商品，以免型砂的含泥量和含水量增高。如果型砂的透气率过高而影响铸件表面粗糙度，应该采取的措施是将除尘系统中的微粒返回旧砂中，或者换用粒度较细的原砂。2.6 有效膨润土含量、膨润土利用率(1)有效膨润土含量金属液进入砂型后，紧靠铸件表面的型砂被迅速加热。型砂中膨润土的大多数层间水在100200即失去，随着温度提高后，又失去阳离子周围的水分子。大约在 300以上蒙脱石晶体结构中的OH晶格水可能开始少量失去，大约加热到500以上膨润土迅速失去OH水而使蒙脱石晶体结构不断破坏，最终变成失去粘结力的死粘土。钙基膨润土比活化膨润土和天然钠基膨润土的耐热性差，受热后较

30、易烧损。如果型砂中含无效的粉尘量多而含有效膨润土量少，粉尘材料的摩擦作用也仍会使湿压强度显得较高。但型砂变脆，起模性变坏，透气性下降，同样紧实率下的含水量提高。铸件容易产生夹砂、冲砂、砂孔、气孔和针孔等缺陷。未被烧损的膨润土中所含蒙脱石具有强烈的吸附亚甲基蓝的性能，可用来检验型砂中有效膨润土含量，简称为吸蓝量法。方法是称取烘干和磁选除掉铁粒的型砂5g置入三角烧瓶中，加入焦磷酸钠溶液并煮沸，向分散后的试料液中逐渐滴加亚甲基蓝溶液。如果加入的亚甲基蓝全部被膨润土吸附，则试料液中不存在游离状态的亚甲基蓝。用玻璃棒沾一滴试料液点在定量滤纸上，在中央深色泥点之外只有无色的水环。如果膨润土的吸附已经饱和，

31、泥点之外出现一圈宽度为0.51mm的浅蓝绿色晕环，表明液体中已有游离染料（右图）。为了计算出型砂或旧砂的有效膨润土含量，称取0.3g膨润土（供货状态）和4.7g新砂，混合成为含膨润土6%的混合料。滴定完成后，将所用亚甲基蓝溶液的mL数除以6，算得标定系数，也就是型砂中每含1%膨润土的吸蓝量，与测出的型砂或旧砂吸蓝量相比即可计算得出有效膨润土量。注意不可使用低纯度的生物染色用亚甲基蓝，含亚甲基蓝98.5%即可当作纯品。也不要将亚甲基蓝高温烘干或将亚甲基蓝溶液长时间放置在白色透明玻璃瓶中而导致变质。由于我国通常采用的亚甲基蓝溶液浓度为0.20%，测定5.00g型砂试料的吸蓝量时的滴定量大多超过50

32、mL，给试验操作带来诸多不便。原因是作者当年提出实验规范时国内尚无高密度造型方法，通常的型砂湿压强度仅为目前的一半左右，5g型砂吸蓝量大多不超过40mL。因此建议如今测定吸蓝量时将型砂试料量减为2.50g，测得结果乘以2。铸造生产的型砂中最适宜的有效膨润土含量取决于对型砂湿态强度的要求、所用膨润土的粘结力高低、型砂中的膨润土是否混合均匀。国内外各厂型砂的有效膨润土含量有相当大的差异。例如DISA公司要求2013型挤压造型机的型砂有效膨润土量>7%；GF公司建议第二汽车厂铸造一厂气冲造型用7.4%；大发汽车厂要求天津内燃机厂静压造型用>6%。我国东安发动机厂的静压造型线生产用型砂吸蓝

33、量为68%；山西国际铸造公司高压线为6.26.7。我国有些工厂的有效膨润土含量较高的原因主要是所选用膨润土品质不够好，而且混砂时间太短没有将膨润土充分包覆砂粒造成的。为了排除膨润土品质不同的影响，最好直接用吸蓝量代表型砂可用的粘结能力（包括潜在的粘结能力）。我国有些与外资有关企业按照美国AFS规定的亚甲基蓝溶液浓度为0.374（即0.01mol浓度）。例如昆山丰田静压型砂要求吸蓝量为30±1mL，常州小松常林的高压型砂实测为3133.5mL。如果亚甲基蓝浓度按照0.2计算，则分别为54.458.1 mL和58.162.8mL。 (2)膨润土利用率在某些工厂的型砂中的膨润土没有得到充分

34、利用，有一部分膨润土自己或与其它粉料积聚成膨润土团，成为不起粘结砂粒作用的潜在膨润土。检查型砂中是否有潜在膨润土的办法是取铸造工厂现用的型砂测定其湿态强度，然后在混砂机中混碾1 min，但需加水少许以保持紧实率基本不变，并测定湿态强度。如此每次延长混碾1 min直到湿态强度不再升高为止，记下总共增添的混碾时间，做为型砂所缺少的混砂时间。用增添混碾时间前后强度的百分比做为膨润土的利用率。混砂不均的原因如下：有些铸造厂原设计所选用的混砂设备能力不足，为了保证型砂充分供应，不得不缩短混砂时间。有些铸造厂并非设备能力不够，但由于管理不善和缺乏严格的技术要求，操作者将混砂时间尽量缩短。国外经验表明每混合

35、1吨型砂至少应耗用11.6 kWh的电能，高密度造型用型砂还要更高些，否则难于混匀。日本丰田等几家汽车件铸造厂使用碾轮式混砂机的混砂周期全是6min左右。昆山信嘉公司碾轮式混砂机的混砂周期也为6min。有些工厂使用进口Eirich搅拌式混砂机，混砂周期不应少于140s。研究工作表明，使用国产转子式混砂机的混砂时间应在4min以上。很多铸造厂采用先干混，再加水的混砂工艺。如果旧砂较干，所加入的膨润土等粉料一部分被排风机吸掉。其余粉料则向混砂机的底盘和围圈的夹角处偏析和积聚，被其后加入的水润湿后膨润土与其它粉料结成膨润土团。最好改为先加水65%左右湿混，再加干粉材料，然后根据紧实率或含水量的目标值

36、补加水湿混。有的混砂机刮板磨损，缺乏维护修理，碾轮上粘附大量积砂，没有及时清理，以致混砂效果极差。混砂机应当经常清理干净，并且有完善的预防性维修制度，使它随时处于良好和清洁的状态。个别工厂的型砂出现大量细小团块的原因是膨润土加入量过多，应当暂时停加或少加膨润土，并延长混砂时间来消化掉膨润土团块。2.7 热压应力和热湿强度、激热开裂试验(1)热压应力和热湿强度用湿型砂浇注较厚大的平板类铸件时，最容易产生夹砂类缺陷。产生机理为浇注开始后，型腔表面受金属液的辐射热，使表面层砂粒达到石英的相变温度，砂粒体积急剧膨胀而产生沿型腔表面的横向压应力，称为“热压应力”。与此同时，砂型上表面受金属液的烘烤，使所

37、含水分向里迁移凝聚形成低“热湿强度”的高含水层。如果型砂的热膨胀量较大而产生较高的热压应力，而此时水分凝聚层的热湿强度又较低，其热湿剪强度不足以阻止表层型砂的横向剪切滑移，其热湿拉强度又不足以抵制表面砂层拱起脱离砂型本体的倾向，同时该处砂型又无金属液的覆盖压力，砂型表面层(厚度大约有34mm)便可能脱离砂型本体，向外拱起，或进而翘曲开裂，在铸件表面造成夹砂、结疤、沟痕缺陷。开始浇注时，从浇口流入金属液流下面砂层受热膨胀虽然并不拱起，但会向侧面滑移使膨胀砂层的边缘突出型腔表面之外，铸件便形成鼠尾缺陷。型砂的抗夹砂性能最常用热湿拉强度表示。我国制造的试验仪（右图）是使型砂试样的外露端面与320的加

38、热板贴紧加热20s后，在试样表层内形成干砂区和水分凝聚区。用仪器的测力装置测出使型砂试样从凝聚区拉断所需的力，即可测得型砂的热湿拉强度。影响型砂热湿拉强度的最主要因素是膨润土所吸附阳离子的种类、对砂粒起粘结作用的膨润土含量以及膨润土的纯度（蒙脱石含量）。天然钠基膨润土或活化处理钙基膨润土的热湿拉强度比天然钙基膨润土高几倍。然而用碳酸钠活化钙基膨润土不可过量，超过极限活化量后热湿拉强度反而下降。实际生产中，在保证铸件不致产生夹砂结疤缺陷的前提下，不必过份提高热湿拉强度。采用天然钠土或使钙土完全活化可能使型砂的混制、造型和落砂带来一些负面影响，而且使生产成本提高。一般形状简单或没有水平放置平面的小

39、件、薄壁件，可将热湿拉强度适度降低。假如所用原砂的SiO2不高，而且型砂中还加入了煤粉、渣油、淀粉类材料，热压应力就会较低，不必采用过高的热湿拉强度。美国铸铁件工厂都是应用天然钠土和钙土掺合的商品。在欧洲，普通铸件高密度造型用型砂的热湿拉强度大约要求为1.52.5kPa，对于较敏感的铸件要求2.5kPa就可确保不产生夹砂缺陷。我国铸铁用原砂的SiO2 含量大多92%，有的不足85%，铸钢用原砂的SiO2含量也大多只有9597%。与欧美用原砂的SiO2含量相比较低，热膨胀应力较小些，对型砂的热湿拉强度要求也可比欧美工厂低。震压造型的砂型密度较低，对热湿拉强度的要求也比高密度造型低些。由于钠土和活

40、化土的热稳定性比钙土高和较不易烧损，除了薄壁小铸铁件以外，都最好使用部分活化钙土。圆饼形型砂试样示意图(2)激热开裂试验清华大学研制出一种测定型砂抗夹砂性能的型砂激热试验仪。用液压制样机将型砂在外径内径f135mm，高度40mm的耐热钢圈中压制成圆饼形试样（右图）。型砂试样的工作平面有两条夹角为90°、宽3mm、深5mm的沟槽。激热试验炉的碳硅棒发热元件置于下部，与型砂试样之间隔有碳化硅辐射加热板，将板温加热为1300。其作用是模拟金属液对试样自下向上的烘烤作用。在加热板的两侧有长条导轨使型砂试样与辐射板的距离间隔为10mm。激热试验炉如右侧示意图所示。试验时，把圆饼形试样连同试样圈

41、送入炉内，使“V”形槽的面向下， “V”形槽的角端朝向窥视孔。当看到“V”形槽角端部位开裂脱落或翘曲下垂的时间即是激热开裂时间。各种型砂的激热开裂时间都大致在1065s范围内。激热试验仪能够综合反映出热压应力以及热湿拉强度对铸件夹砂倾向的作用。激热开裂时间可以与浇注时间的长短相互联系，假如生产所用型砂的激热开裂时间比铸件的浇注时间长，就不会出现夹砂缺陷。 型砂激热试验仪结构示意图 1炉门 2窥视孔 3试样 4辐射板 5碳硅棒 6炉体 7导烟孔 8导轨2.8 含泥量、粒度和微粒含量、团块含量(1)含泥量型砂中直径小于20mm的微细颗粒为泥分。湿型砂的泥分是由有效的膨润土和煤粉，以及灰分组成的。所

42、谓灰分包括有失效的膨润土和煤粉，由新砂、煤粉、膨润土等原材料带进来的粉尘，以及硅砂颗粒破碎而成的细粉。灰分含量过多会使型砂的含水量增高、透气性下降，铸件容易产生针孔、气孔类缺陷。而且在湿压强度维持不变的情况下，型砂韧性、热湿强度降低，铸件容易产生砂孔和夹砂类缺陷。通常采用冲洗法根据悬浮在水中的砂和泥分的直径大小不同，其下降速度也不同的原理，将砂与泥分分开。当砂样与水充分搅拌后，砂粒和泥分均悬浮于水中。如水温为20，静置5min后，直径20mm的砂粒应沉降到距离水面100mm以下。经过多次沉降和虹吸，直到水清。冲洗前后砂样的重量差占原来砂样的重量百分比为含泥量(%)。试验时应当注意：使用感量为1

43、/100g或1/1000g的天平称量型砂和旧砂试料，否则测试结果误差过高。试料在称量前预先经过烘干和用磁铁吸掉铁粒，否则也会产生严重误差。还应注意旧砂和型砂烘干后容易偏析，粉末部分会沉积在容器底层而影响取样代表性。建议称取一份湿态砂样进行含泥量的检测，另外再另外取一份湿态砂样单独测定水分，然后计算出干态旧砂和型砂的含泥量。应当使用专用的800mL耐热玻璃高烧杯，不要用500mL玻璃烧杯。否则沉降距离不够100mm，或者与杯底砂粒距离太近，容易将砂粒虹吸掉。600 mL洗砂杯也可用，但高度为180mm的800mL洗砂杯更好用。烧杯中加90mL蒸馏水或去离子水，并且还加入10mL浓度为5%的焦磷酸

44、钠溶液。使用蒸馏水或去离子水而不用自来水的原因是避免产生絮凝物，以免夹杂砂粒被虹吸掉。焦磷酸钠溶液的作用是使砂粒与其上面包覆的膨润土分散开。为了使砂粒上的粘土膜完全分散和600 mL洗砂杯也可用，但高度为180mm的800mL洗砂杯更好用。打散絮状物，按照GB2684-81的规定，需要煮沸35min和用洗砂机搅拌15min。研究表明，如将煮沸时间保持为5min也可不需搅拌，以免将硅砂颗粒打碎。冷却后加入清洁自来水即可。用细塑料棒或竹筷子搅拌均匀，不必用玻璃棒，以免操作不慎而捅漏玻璃烧杯。搅拌后的液面不可形成漩涡，尽量使沉淀下的砂层无凸起处。静置后吸水时使虹吸管的入口沿烧杯壁逐渐下降，以免水流过

45、猛而吸出砂粒。±颗粒沉降速度是用Stokes公式算出的。水的粘度随温度而变，对砂粒的沉降速度影响甚大。石英的密度为2.65g/cm3，煤粉只有1.21.45g/cm3，直径20mm的煤粉颗粒也会被虹吸掉。而且测得的含泥量中还包括一些水溶性材料如淀粉、糊精等所占重量。因此，含泥量的测定只是一个近似试验方法。大多数铸造工厂的型砂含泥量大约比旧砂高0.53.0%。由于对型砂性能影响较大的是型砂的含泥量而不是旧砂的含泥量，因此测定含泥量应以型砂为主。一些国外生产铸铁件工厂型砂含泥量的情况如下：美国的汽车制造厂由于回用砂中掺入了大量溃碎的芯砂，型砂含泥量大多较低，例如John Deere生产球

46、墨铸铁的高压造型型砂含泥量为7.58.8%。International Harvester生产拖拉机缸体的型砂含泥量为910%。GMC生产雪佛兰缸体型砂为911%。日本三菱的SPO线型砂管理标准规定含泥量为1214%。DISA公司推荐一般挤压造型机用型砂含泥量为1113%。我国第二汽车制造厂的第一铸造厂缸体线高压型砂实际含泥量为1113%。天津内燃机总厂的汽车铸铁件静压造型按照大发汽车厂的要求，型砂含泥量为1011%。我国有些铸造厂含泥量高的原因是膨润土、煤粉等原材料品位低劣，旧砂缺乏有效地除尘处理造成的。还有些发动机铸造工厂的型砂出现含泥量过低现象，是旧砂中混入大量溃碎树脂砂芯造成的。应当回

47、用部分除尘排出物，降低型砂对水的敏感性。国外有人认为良好的铸铁湿型砂中有效膨润土量应占含泥量的2/3以上，煤粉和灰分只占1/3以下，泥分中灰分应不多于3%或3.25%。(2)粒度分析和微粒含量型砂洗去泥分并烘干后即可进行粒度分析。关于标准筛：如今我国的标准是JB/T9156-1999，与美国铸造师协会(AFS)所采用的网孔尺寸和筛号完全相同。筛号代表每英寸长度的网孔数量。标准筛的网孔尺寸如下表：标准筛号6122030405070100140200270底盘网孔尺寸mm3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053我国以前标准JB435

48、-63和JB2488-78的标准筛网孔尺寸与新标准筛有一些差异（见下表）。例如JB2488-78的12和75号筛的网孔尺寸分别为1.60和0.200mm，而新的标准筛的相应网孔分别为1.70和0.212mm。由于筛网的生产需要使用特制的和尺寸精密的设备，我国标准筛生产工厂恐难严格按照新标准制造。有时还发现网孔尺寸与规定不符。目前尚缺乏对铸造用标准筛产品品质的有效监督和检验。JB43563试验筛筛号6122030405070100140200270网孔尺寸mm3.361.680.840.590.420.2970.210.1490.1050.0750.05JB248878试验筛筛号61224284

49、55575100150200260网孔尺寸mm3.201.600.800.630.400.3150.2000.1540.1000.0710.056砂粒的粗细程度：湿型砂的砂粒较细将降低型砂透气率，有可能引起铸件产生气孔缺陷。但适当降低透气率可改善铸件表面光洁程度和防止粘砂。高密度造型方法的砂型透气条件比一般的振压造型或手工造型差，型砂粒度稍粗。纺织机和缝纫机铸件希望表面光洁程度高，而且不需要进行水压试验，粒度就可细些。表示砂粒粗细程度有以下几种方法：a)按照国家标准GB/T9442-1998铸造用硅砂，用标准筛筛分后主要粒度组成三筛中头尾筛的筛号表示。例如砂粒集中在标准筛的50、70和100三

50、筛上，可以表示为50/100。我国铸造工厂还习惯用100/50表示在100号筛上停留量比50号筛上多。有些高密度造型工厂用粒度为50/140（表示主要分布在50、70、100和140号筛上）。b)美国铸造师学会规定用AFS细度表示粒度。假设将去除泥分的砂样换算成同样重量的均一直径的颗粒，而砂粒的总表面积又与原来一致，这种均一直径砂粒恰好通过的筛号(即每英寸长度的网孔数)就是AFS细度。计算时将每一筛上停留量的百分数乘以该筛相对应的乘数(见下表)，乘积的总和除以砂粒停留量百分数的总和，其结果就是AFS细度。AFS筛号停留量%´100AFS乘数停留量´乘数理论比表面积cm2/g

51、停留量´理论比表面积6 0 3 012 0 5 09.00 020 0 10 017.83 030 0.5 20 1031.35 15.6840 1.0 30 30 44.35 44.3550 9.0 40 36062.70 564.3070 27.0 50 135088.79 2397.33100 31.5 70 2205125.56 3955.14140 21.5 100 2150177.58 3817.97200 5.0 140 700251.16 1255.80270 2.2 200 440355.16 781.35底盘 0.3 300 90622.74 186.82总和 9

52、8.0 7335 13018.74表中是美国Michigan岸砂的AFS细度计算举例，停留量与对应乘数乘积的总和为7335，砂粒部分停留量总和为98.0，计算结果为：733598.0Michigan岸砂的AFS细度 = 74.9国家标准GB/T94421998铸造用硅砂也采用同样的表示方法，但将AFS细度改称为“平均细度”，还将AFS乘数改称为“细度因数”。AFS细度的表示方法在欧洲和日本也应用较多。国外湿型铸造用型砂的AFS细度举例如下：加拿大76家铸造工厂，其中品质最好的型砂粒度都在AFS细度5065之间，相当我国习惯符号的50/10050/140。日本8家用静压造型机的铸造工厂，所用型砂

53、的AFS细度在52.161.4范围内，平均56.4。瑞士Hofmann调查五家铸铁工厂气冲造型的AFS细度在5463。美国在三、四十年代铸钢湿型用砂细度多为3545，后来一般铸钢和铸铁件都改用AFS细度6065（大体相当100/5050/140）。汽车铸铁件使用大量树脂砂芯而使型砂粒度变粗，AFS细度大多为5862。砂粒的集中程度：湿型砂的砂粒不应过分集中在一两筛上，否则粗粒和细粒之间不能充分镶嵌，致使型砂强度偏低，透气率偏高，容易生成砂孔和机械粘砂。而且过分集中分布的型砂受热膨胀较为激烈，更容易生成夹砂缺陷。通常希望湿型砂的砂粒为4筛分布。所谓“一筛”是指在该筛上停留量10而言。还希望四筛分

54、布砂在四筛上停留量之总和>85，单一筛上40。 (3)型砂中微粒含量是指直径20mm，而又分布在200、270和底盘上的颗粒含量而言。湿型砂通常希望保持一定的微粒含量(35%)，目的是防止型砂透气率过高，铸件表面粗糙。微粒也还可以保持型砂的水分，降低型砂对水分的敏感性。铸铁件的湿型砂中大多加有煤粉，透气率本应较易控制。但是在一些机械化程度较高的铸造车间中，落砂、运输、冷却降温、混制等过程中对旧砂的通风除尘可能风力过猛，不仅将粉尘去除，而且大量微粒也被吸掉。粉尘中除了含有已失效的死粘土和死煤粉以外，还含有不少有效的膨润土和煤粉，有些砂处理系统将通风除尘系统的旋风分离器组分全部返回型砂中，有

55、的工厂还将布袋除尘器的粉尘也部分地加以利用。(4)团块含量型砂和旧砂中的团块可能为：膨润土球团：由于混砂机的结构不够好，混砂机刮砂板磨损，混砂时间不够长，混砂时加料顺序不对或膨润土加入量过多等原因，膨润土未被完全分散开，而在型砂中形成大量小球团状夹杂物。碎砂芯块：如筛网不够密，甚至筛网破损而未及时维修，就会有大量大大小小的碎砂芯块混入回用砂中。铁豆：如果磁力分离设备的效果较差，将有相当多的铁豆混入旧砂中。型砂碎块：高压造型的砂型强度较高，浇注后距离金属液较远部位的砂型仍然相当坚硬牢固，振动落砂时通常还是不易碎开。筛分后还有一部分通过筛孔或破损筛网混入回用砂中。在混砂时旧砂的这种团块受到强力混碾或搅拌，团块有可能碎开。但经过碾压混砂后又可能产生很多新的大砂团，应在造型之前经过一次松砂处理。其它杂质：如车间管理不善，操作工人乱丢香烟头、纸屑、木块等垃