5-第1章-湿型砂解读课件

第二篇砂型和砂芯的制造第一章湿砂型铸造第二篇砂型和砂芯的制造第一章湿砂型铸造第一节湿型铸造特点1.粘土型砂可分为：湿型（潮型）——砂型不烘干，直接浇

干型——合型和浇注前送窑烘干。表面烘干型——型腔表层烘干一定深度。2.按造型可分为：背砂——填在面砂背面起填充作用的型砂。单一砂

——不分面砂和背砂，只一种造型砂。面砂——造型时铺覆在模样表面，构成型腔表面层的型砂。

第一节湿型铸造特点1.粘土型砂可分为：湿型（潮型）——砂3.湿型铸造法基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。主要优点：

生产灵活，效率高，成本低，周期短；易实现机械化和自动化；

省烘干设备、燃料、电力及空间；

砂箱使用寿命长；容易落砂。主要缺点：易夹砂结疤、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。

应用范围：流水生产和手工造型500Kg以下的铸件。3.湿型铸造法基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。主4.表干型铸造法基本特点：表面层强度高、湿度小，浇注质大铸件时不易产生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。工艺规范：砂型表层烘干5–20㎜，或自然干燥。技术要求：采用粗砂，型砂水分要严格控制，在造型、制芯、合型、浇注等严格。4.表干型铸造法基本特点：表面层强度高、湿度小，浇注质大铸件5.干型铸造法基本特点:

粘土砂湿型烘干。主要优点：提高强度、透气性、降发气量，减少气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷，涂料改善铸件表面。

主要缺点：需烘干设备，燃料，吊车周期，砂箱寿命，成本增加，生产率降低，落砂比较困难，灰尘。应用范围：表面质量要求高，或结构特别复杂的单件或小批生产及大型、重型铸件。5.干型铸造法基本特点:粘土砂湿型烘干。主要优点：提一、型（芯）砂应具备的性能（1）造型、制芯和合型阶段对型砂性能的要求。

1.湿度：湿态强度和韧性，粘土砂须含适量水分。

2.流动性：型（芯）砂沿模样（或芯盒表面）和砂粒间相对移动的能力。3.强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力。

4.可塑性：型（芯）砂在外力作用下变形并保持形状的能力。第二节湿型砂性能、检测及方法一、型（芯）砂应具备的性能（1）造型、制芯和合型阶段对型砂性5.韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。

6.不粘模性：型（芯）砂粘附模样或芯盒表面的性质。（2）铸件浇注、冷却、落砂、清理要求。

1.耐火度：型（芯）砂抵抗高温作用的性能。2.透气性：砂型让气体通过而逸出的能力。

3.发气量和有效煤粉含量：型砂中煤粉或有机物（如重油、沥青等）受热挥发气体量称发气量；4.退让性：型砂随铸件收缩而体积减小的能力5.溃散性：型芯砂在清理时的溃散性能。5.韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。6.不粘模性2.1水分、最适宜干湿程度和紧实率（1）水分：型砂中含水质量百分数测定：称50g型砂，红外烘干105-110℃，4-8min至恒重，称量质量变化。

X=（G-G1）/G×100%局限性：只表达水的绝对数量，不代表型砂的干湿程度。（2）手捏感觉型砂是否容易成团、是否沾手。易成团，不沾手，有柔和感觉，砂团上的手指痕迹清晰。局限性：凭经验、不够准确稳定，不能定量，欠科学。2.1水分、最适宜干湿程度和紧实率(在线老工人经常用，如若掌握，则比水分定量要准确)(在线老工人经常用，如若掌握，则比水分定量要准确)（3）紧实率：用1MPa的压力紧实，测量紧实前后高度的变化率。GB2684-81。紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高×100%（3）紧实率：用1MPa的压力紧实，测量紧实前后高度的变化率依据：较干的型砂堆得密实，相同紧实力下的紧实率高，韧性差，起模易损破；较湿的型砂流动性差，紧实率低，铸件易产生气孔、胀砂、夹砂、表面粗糙。因此，根据紧实率的大小，可以检查出型砂水分是否合适，并规定在一定范围内浮动。

应用：根据紧实率范围控制的加水量，称为最适宜水分。如：手工造型用型砂，最适宜的紧实率50%左右，高压造型为35-45%，挤压造型为35-40%。5-第1章-湿型砂解读课件2.2透气性（1）概念：紧实的型砂能让气体通过而逸出的能力，用透气率表示。对铸造的影响：过低会产生气孔、呛火、浇不足；过高表明砂粒间空隙较大，金属液易渗入，造成表面粗糙、粘砂。影响透气性的因素：砂粒大小、分布、粒形、含泥量、粘结剂及加入量、紧实度。（2）测量方法原理：通过在一定条件下气体流过试样时所受到的阻力的大小来间接反映。用在单位压力下通过单位面积和单位长度试样的气体量来度量。2.2透气性测量方法标准法：如图2-1-2，在水封钟罩内吸入2000cm3空气，造成10g/cm2的压力条件，用秒表测出在该压力下2000cm3空气通过试样流出的时间t，并记下气压计读数（p）

测量方法透气率k=VH/Spt式中:V--通过试样的空气体积，2000cm3；

p--试样前压力（1mmH2O=9.806Pa）；

H--试样高度（cm）；

S--试样截面积（cm2）；

t--2000cm3空气通过试样的时间（min）。5-第1章-湿型砂解读课件2.3湿态强度（1）对铸造过程的影响：承受工序中的机械力、浇注时的冲刷、静压力。过低：塌箱、砂眼、胀砂、跑火。过高：增加粘土和最适宜含水量，降低透气性；提高成本；增加混砂、紧实、落砂困难。（2）测量：用标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力值表示。MPa、KPa。指标：湿态抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、劈裂强度2.3湿态强度湿压强度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用时能保持型腔（或砂芯）形状的能力。普通机器造型控制在0.06-0.12MPa，高密度造型控制在0.09-0.20MPa。许多情况下，砂型破坏是由拉应力引起的。当型砂中粉尘和死粘土含量高时，虽然湿态抗压强度高，但是湿拉强度和变形量很低，可塑性差，很容易破坏，使造型操作困难，并引起铸造缺陷。单纯地用湿态抗压强度衡量型砂性能并不太合适，引入劈裂强度的概念。湿压强度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用时能保持型腔（或劈裂强度（如图2-1-3所示）在标准圆柱试样的径向加栽，使试样沿其轴向平面断裂。劈裂强度可以按照下式计算：

σsF=2F/πdLσsF—型砂湿态劈裂强度（MPa）F—劈裂载荷（N）；d—试样直径，为50mm；L—试样高，为50mm。劈裂强度可以更正确、更可靠地说明型砂中粘土的粘结作用。劈裂强度（如图2-1-3所示）注意：型砂强度是指整体强度，反映表面强度常用表面硬度计。注意：型砂强度是指整体强度，反映表面强度常用表面硬度计。2.4流动性（1）概念：型砂在自重或外力作用下，沿模样或砂粒间移动的能力。（2）对造型（芯）的影响：均匀性、光滑性、紧实力、生产率。（3）测量（无统一标准）

（4）影响流动性的因素：原砂的形状、大小、表面状态，粘结剂的性质、混砂质量。形态圆、粒度大而集中的砂粒流动性好。2.4流动性（4）影响流动性的因素：原砂的形状、大小、表面阶梯试样硬度差法测量A、B点的硬度，对比两点的硬度差。差值小说明型砂的流动性好，差值大说明流动性差。思考：流动性对紧实度的影响阶梯试样硬度差法侧孔法：拔出柱塞，顶出试样，称量被挤出的型砂多少，数量越大流动性越好。侧孔法：环形空腔法：冲击3次后看h的大小，h越小进入圆环中的型砂越多，流动性越好。检测有凹槽、窄缝模样，及要求轮廓非常清晰的砂型（芯）。环形空腔法：2.5起模性、变形量、韧性和破碎指数起模性：表示起模时模样或模板与砂型分离时是否容易损坏（开裂、掉砂）。起模性的好坏与型砂的湿态抗压强度是两种绝然不同的特性。影响因素：拉应力、受力破碎前的变形量。变形量：在测定型砂抗拉强度时，试样破碎前的变形，一般很小。

韧性：型砂的湿压强度（MPa）×变形量（cm）×乘1000。它表示了型砂由于塑性变形而能吸收能量的性质。

2.5起模性、变形量、韧性和破碎指数韧性的测定落球法：标准抗压试样、φ50mm，510克钢球，12.7mm的筛。破碎指数：留在筛网上的型砂质量占试样质量的比值。表示在冲击条件下的韧性高，表示型砂的起模性好，过高，流动性差，不够致密。跌碎法：试样从1.8米的高度直接坠落到铁砧上。韧性的测定其它新方法我国新研制的型砂压力—变形曲线测试仪。其它新方法2.6抗夹砂结疤缺陷的能力（1）夹砂类缺陷产生的原因水分迁移：使凝聚区的热湿拉强度降低，控制热湿拉强度是控制夹砂结疤类缺陷的关键。热压应力：石英573℃急热相变出现较大的热膨胀受到阻抑后产生应力，导致膨胀变形、破裂，控制热应力。2.6抗夹砂结疤缺陷的能力（2）测量测热湿拉强度见图2-1-9。模拟金属浇入铸型后型砂的受热情况。湿型砂试样φ50mmх50mm，加热板温度320±10℃，紧贴20-30s，形成5mm左右的干砂层及水分凝聚区，测定热湿拉强度。（2）测量（3）其它方法

激热性能试验法：圆饼形型砂试样，开V形槽，在13000C，的高温下烘烤。观测型砂表面开始脱落的时间，当时间脱落或者开裂下垂1mm的时间越长，说明抗夹砂结疤能力越好。（3）其它方法2.7发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂）（1）目的：防止机械粘砂（2）煤粉及附加物可防止机械粘砂的机理：浇注烘烤→大量挥发分→分解反应→砂粒表面沉积形成光泽碳→防止机械粘砂，提高表面光洁度。2.7发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂）方法二：称取经过干燥的型砂，盛入小舟→推入850℃管式加热炉加热→产生的气体经冷凝进入带刻度的玻璃管中→测量大气压力下型砂的发气体积。（3）测量方法一：采用测定型砂发气性的办法，将定量待测样品在密闭系统中加热，测定气体的容积或压力，或称量残留物的质量，判断发气量大小。方法二：称取经过干燥的型砂，盛入小舟→推入850℃管式加热炉5-第1章-湿型砂解读课件

小结1了解湿型铸造的特点；2掌握型砂的七个方面的性能；3熟悉型砂性能对铸造质量的影响；4了解型砂性能的测试方法。小一、铸造用原砂1.石英质原砂及应用石英砂——以石英为主要矿物成分的天然硅砂。特点：资源丰富，分布广易开采，价低，满足要求。天然硅砂形成：由火成岩风化形成。第三节湿型砂用原料及质量要求一、铸造用原砂1.石英质原砂及应用石英砂——以石英为主要矿物火成岩组成及风化：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等矿物颗粒组成。火成岩经过长期风化作用后，花岗岩中的石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不变，仅被破碎成细粒；花岗岩中的长石、云母，一部分通过化学风化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子中。火成岩组成及风化：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等矿山砂——风化后的产物或就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多，粒形不规则，如江苏六合红砂、河北唐山红砂等。

河砂、湖砂、海砂——经过水力搬运，含泥量少，颗粒较圆，粒度均匀，海砂如北戴河砂、新会砂、福建东山砂；湖砂如江西都昌砂、星子砂；河砂如上海吴淞砂、河南郑庵砂；风砂——经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木盟的伊胡塔、甘旗卡等处的砂子为风积砂，其颗粒形状更圆整而均匀。山砂——风化后的产物或就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多，石英砂岩——沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英砂岩的质地比较松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角形，例如湖南湘潭的石英砂岩。石英岩——沉积的石英砂粒在地壳高温高压作用下，经过变质而形成坚固整体的岩石则称为石英岩。这种石英岩通常含有很高的SiO2，质地极为坚硬。经过人工破碎、筛分后就可得到人造硅砂（或称为人造石英砂）。石英砂岩——沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳酸钙对铸造用原砂质量要求（1）含泥量——含泥量指原砂中直径小于0.02mm（20µm）的细颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土，也包括细的砂子和其它非粘土质点。检测方法：利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，可将原砂中颗粒直径>20µm与直径<20µm的颗粒分开。称量烘干的原砂并置入烧杯中，加入水及分散剂，煮沸及搅拌使其充分分散；然后反复按规定时间沉淀，虹吸排除浑水和冲入清水。直到水清后，由烘干的残留砂样质量即可计算出原砂含泥量。对铸造用原砂质量要求（1）含泥量——含泥量指原砂中直径小于0铸造用硅砂分级：根据国家标准GB/T9442—1998的规定，铸造用硅砂按SiO2含量可分为五级。表1-1铸造用硅砂按SiO2含量分级分级代号9896939085w(SiO2)(%)≥98≥96≥93≥90≥85分级代号0.20.30.51.02.0w泥分(%)≤0.2≤0.3≤0.5≤1.0≤2.0铸造用硅砂分级：表1-1铸造用硅砂按SiO2含量分级分级（2）原砂的颗粒组成原砂的颗粒组成（粒度）——砂粒的粗细程度和分布测定方法：筛分法，用一套（11个）筛孔尺寸自大而小的铸造用试验筛来筛分已洗去泥分的干砂样。国家标准规定的铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸：

筛子序号0102030405060708091011筛孔尺寸3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053相当筛号行业标准JB/T9156—19996122030405070100140200270原机标JB2488—816122428455575100150200260表1-2铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸(单位：mm)（2）原砂的颗粒组成原砂的颗粒组成（粒度）——砂粒的粗细程度5-第1章-湿型砂解读课件原砂粗细和颗粒分布特征的表示方法

1）符号表示法。将铸造用试验筛筛分后所得到的各筛子上砂子质量，选出余留量之和为最大值的相邻三筛，即得该砂样的主要粒度组成部分，用相邻三筛的中间筛孔尺寸(单位为mm)小数点后的两位数作为粒度分组代号。表1-3铸造用硅砂按粒度分组分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm85604230211.70,0.850,0.6000.850,0.600,0.4250.600,0.425,0.3000.425,0.300,0.212,0.300,0.212,0.150151007050.212,0.150,0.1060.150,0.106,0.0750.106,0.075,0.0530.075,0.053,底盘原砂粗细和颗粒分布特征的表示方法1）符号表示法。将铸造2）列表法。列表法是用表格列出各筛上砂粒余留量，以表示粒度组成。

表1-4江西湖口砂的颗粒组成（质量分数）

筛孔尺寸/mm3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053底盘含泥量总量余留量（%）112.146.269.9624.740.8411.582.80.260.060.061.2299.88

（3）原砂的颗粒形状：用光学显微镜或扫描电镜观察，可清楚看出砂粒的轮廓形状（即“粒形”）。铸造常用原砂的主要颗粒分类法：按粒形：尖角、角、半角、半圆、圆、很圆形六种；按圆球度：高球形、半球形、少球形三级；按粒形：圆形、钝角形、尖角形三种，用符号“○”、“□”、“△”表示。2）列表法。列表法是用表格列出各筛上砂粒余留量，以表示粒度组

图1-2原砂粒形分类

图1-2原砂粒形分类角形因数分类角形因数E——硅砂实际比表面积与理论计算（球形）比表面积的比值。圆形1.0~1.3，多角形1.3~1.6，尖角形＞1.6。湿型砂原砂越圆，越易紧实，透气越低；砂粒更靠近，粘结桥较多且完善，因而强度更高。在粘结剂加入量相同的情况下，用圆粒砂的试样紧实程度高，而且砂粒实际比表面积小，所以比尖角形砂强度高很多。角形因数分类角形因数E——硅砂实际比表面积与理论计算（球形）表1-5铸造用硅砂按角形因数分类铸造用硅砂牌号表示方法为：例：ZGS93-40/100（53）分类代号1530456390角形因数E≤1.15≤1.30≤1.45≤1.63＞1.63粒形符号○○-□□-○□-△△-□△表1-5铸造用硅砂按角形因数分类铸造用硅砂牌号表示方法为（4）硅砂的选用

根据铸件质量、壁厚、合金、铸型（湿、干、表干型）、造型方法（手工或机器造型）来考虑，及来源和成本。铸铁件用原砂选用浇温1400℃左右，对原砂耐火度要求较低。大件可用表1-1中的93、90号硅砂，小件可用85号硅砂。刷涂料的干型和表干型多用粗砂，表干型可用表1-3中的85、60、42号原砂，干型可用60、42、30号原砂。湿型用较细原砂，表面要求高的不加工小件，应选用特细原砂，可选用21、15、10号原砂。（4）硅砂的选用根据铸件质量、壁厚、合金、铸型（湿、干、表铸钢件原砂选用浇温1500℃左右，含碳低缺还原气氛，易氧化而化学粘砂。要求原砂SiO2含量高，有害杂质应严格控制。有色金属铸件原砂选用铸铜浇温1200℃左右，对原砂化学成分要求不高，铜合金流动性好易钻入砂粒间孔隙内粘砂，用较细的原砂，可选用表1-3中的07、10、15号原砂，并要求粒度比较均匀。铝700~800℃，对原砂化学成分无特殊要求，但这类铸件要求表面光洁，常选用10、15号的细粒砂和特细砂。铸钢件原砂选用浇温1500℃左右，含碳低缺还原气氛，易氧化而

优点：来源广，价格低，能满足铸铁、铸钢和非铁合金要求硅砂的优缺点

缺点：1.

热膨胀系数大，573℃相变膨胀；

2.

热扩散率（物体使其内部温度趋于一致的能力。其值大，则物体内各点的温差小）比较低；

3.

蓄热系数（冷却能力，其值大，加快铸件凝固速度）比较低；4.

易与铁的氧化物发生化学反应，对铸型与金属的界面反应起不良影响；5.

合金钢或大型铸钢件，易粘砂，清砂十分困难；6.

清砂工长期吸入硅石粉尘易患矽肺病。优点：来源广，价格低，能满足铸铁、铸钢和非铁合金要求硅砂2.非石英质原砂

为提高铸件质量，改善劳动条件，预防矽肺病，铸钢可用非石英砂配制型砂、芯砂或涂料。优点：①

高耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低而且膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低。②

铸件表面质量高并改善清砂劳动条件。缺点：价格较高，比较稀缺。

原砂：橄榄石砂、铬铁矿砂、锆砂、石灰石砂、镁砂、

刚玉砂、碳质材料、耐火熟料等。2.非石英质原砂为提高铸件质量，改善劳动条件

1）橄榄石砂2MgO·SiO2不低于90%，熔点1790℃，不与MnO作用。用于高锰钢铸件，可获得较好表面质量。

2）铬铁矿砂

Cr2O3·Fe2O3，熔点1450～1480℃，密度4～4.8，热导率比硅砂高几倍，热膨胀率小，不与氧化铁起化学作用。用作大型铸钢件或合金钢铸件的面砂、芯砂或涂料。

3）锆砂

ZrSiO4，熔点2400℃，莫氏硬度7～8级，密度4.5～4.7，热膨胀率为硅砂1/6～1/3，可减夹砂。导热性极好，可加速凝固，防止大型铸件粘砂。1）橄榄石砂2）铬铁矿砂3）锆砂5-第1章-湿型砂解读课件

4）石灰石砂CaCO3，游离SiO2不大于5%，铸钢件不粘砂，易清理。

5）刚玉

α-Al2O3，耐火度1850～2050℃，硬度高，热导率高，热膨胀率小。结构致密，能抗酸和碱的浸蚀。用于铸造精度高、表面粗糙度低的合金钢铸件。6）镁砂MgO，熔点1840℃，热膨胀率小，蓄热系数大，密度3.5。不与氧化铁或氧化锰作用，铸件不易产生粘砂缺陷。用于锰钢等高熔点合金铸件，及表面要求高的铸钢件。4）石灰石砂5）刚玉6）镁砂7）耐火熟料多孔材料，密度1.45，热膨胀率小，耐火度高，铁及其氧化物浸润性小。用作大型碳素钢铸件涂料和熔模铸造的制壳材料。

8）碳质材料化学活性很低，不被金属液和氧化物浸润，耐火度高，导热性好，热容量大，热膨胀率很低。用作面砂代替冷铁。7）耐火熟料8）碳质材料①

粘土矿物组成由细小结晶质的铝硅酸盐组成。mAl2O3·nSiO2·xH2O。形成机理：含铝硅酸盐岩石长期风化生成②

粘土的性能特点铸造用粘土是型砂的一种主要粘结剂。

被水湿润后具有粘结性和可塑性；

烘干后硬结具干强度，加水恢复粘结性和可塑性；

资源丰富，价格低廉，应用广泛。二、铸造用粘土及应用1.粘土的矿物组成、性能及分类①粘土矿物组成由细小结晶质的铝硅酸盐组成。mAl2O3·③粘土的分类铸造用粘土

膨润土

普通粘土

化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O

主要成分为高岭石类粘土矿物

化学式为Al2O3·4SiO2·H2OnH2O

主要成分为蒙脱石类粘土矿物

膨润土用符号P表示

普通粘土用符号N表示

③粘土的分类铸造用粘土膨润土普通粘土化学式为Al2O④高岭石和蒙脱石的晶体基本结构单位④高岭石和蒙脱石的晶体基本结构单位⑤普通粘土和膨润土性能比较（1）高岭石类粘土矿物1）晶体结构特点①单位晶层由一层硅氧四面体和一层铝氧、氢氧八面体构成②四面体顶端都指向八面体层，并共用顶端氧原子③单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另两个方向无限展开2）性能特点①相邻晶层结合牢固，晶体比较粗大，比表面积较小

②水仅能进入晶层间被吸附在晶体边缘，吸水膨胀性小⑤普通粘土和膨润土性能比较（1）高岭石类粘土矿物1）（2）蒙脱石类粘土矿物1）晶体结构特点①单位晶层由两层硅氧四面体夹层铝氧八面体构成②两层四面体顶端都指向八面体层且共用顶端氧原子③单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另两个方向展开2）性能特点①晶层间结合力弱，晶粒细小，比表面积大；②水能进入晶层间及晶体表面，吸水膨胀大，粘结性好。（2）蒙脱石类粘土矿物1）晶体结构特点①单位晶层由两层硅

2.粘土的粘结性能膨润土

钠膨润土

钙膨润土

主要交换性阳离子为钙离子主要交换性阳离子为钠离子钠膨润土用符号PNa表示

钙膨润土用符号PCa表示

酸性膨润土碱性膨润土用符号S表示用符号J表示

①膨润土分类2.粘土的粘结性能膨润土钠膨润土钙膨润土主要交换

②膨润土理化特性

优点：a.吸水率和膨胀倍数大，在介质中分散性好

c.较好可塑性，较高强度及抗加砂能力

b.热稳定性好，较高温度仍保持膨胀性缺点：吸水速度较慢d.资源较丰富，开采和供应比较方便。根据阳离子交换特性，处理钙基膨润土为钠基膨润土。活化剂为碳酸钠，加入量4～5%；机理：Ca2+蒙脱石

+

Na2CO3→Na+蒙脱石

+

CaCO3↓③膨润土的活化处理②膨润土理化特性优点：a.吸水率和膨胀倍数大，在介

④粘土的粘结机理

水化现象:粘土质点带负电荷，水分子定向地排列在粘土质点的周围和粘土中阳离子的周围，形成水化壳层；a.水化阳离子——吸附了水分子的阳离子b.粘土胶团——粘土质点水化后形成

a)粘土胶团b)水化阳离子④粘土的粘结机理水化现象:粘土质点带负电荷，水粘土胶团与水化阳离子接近时，相互吸引，于是水化阳离子就在粘土胶团之间起“桥”或键的作用，形成粘结力，使粘土颗粒相互结合起来。粘土粘结机理粘土胶团与水化阳离子接近时，相互吸引，于是水化阳离子就在粘土粘土型砂的粘结a.砂粒破碎表面带微弱负电，能使极性水分子定向排列在砂粒周围。b.当砂、粘土和水混合后，粘土胶团与砂粒之间具有公共水化膜，通过水化阳离子的桥梁作用结合，紧实具强度。粘土型砂的粘结a.砂粒破碎表面带微弱负电，能使极性水分子定影响粘土粘结性的因素过低不能形成完整水化膜；过高会出现自由水，湿态粘结力都不大。（1）水分一般说来，粘土颗粒所带电荷越多或粘土颗粒越细小，比表面积越大，则湿粘结力越大。（2）粘土颗粒所带电荷（3）粘土本身的吸水性

粘土吸附水性与粘土的种类有关。膨润土的吸水能力大于普通粘土，故膨润土的湿态粘结能力比普通粘土好。影响粘土粘结性的因素过低不能形成完整水化膜；过高会出高岭石熔点1650~1775℃，蒙脱石1200~1300℃，粘土熔化，铸型的强度显著降低。1.高温长时间烘烤，粘土层间水完全除去，颗粒不再呈电性，静电斥力消失；使粘土和砂粒联结力仅分子间引力。2.蒙脱石600～800℃，高岭石400～600℃失结构水，导致矿物结构破坏，成不具粘结能力的失效粘土（死粘土。影响粘土失效原因

（2）粘土本身的熔点（1）粘土之间水分和粘土本身结构水消失高岭石熔点1650~1775℃，蒙脱石1200~1300℃，3.粘土的应用（1）粘土的选用粘土砂湿型和表面烘干型一般选用膨润土湿型砂用钠基膨润土可提高热湿粘结力和焙烧粘结力大平面的铸件，为减少件夹砂，应选用钠基膨润土中小铸铁件，可用钙基膨润土，必要时可将钠基膨润土和钙基膨润土混合使用，或与普通粘土混合使用手工造型生产大型铸纲件，干型应选用优质普通粘土。3.粘土的应用（1）粘土的选用粘土砂湿型和表面烘干型一般选（2）普通粘土的性能指标1）普通粘土按耐火度、湿亚强度、干强度分级表1-6铸造用普通粘土按耐火度分级等级耐火度高的耐火度低的等级代号GD耐火度＞1580℃1530~1580℃表1-7铸造用普通粘土按湿压强度值分级等级代号532工艺试样湿压强度/kPa＞50＞30~5020~30表1-8铸造用普通粘土按干压强度值分级等级代号503020工艺试样干压强度/kPa＞500＞300~500200~300（2）普通粘土的性能指标1）普通粘土按耐火度、湿亚强度、干2）普通粘土的牌号以耐火度等级和强度等级表示。3）各牌号普通粘土，其含水量不大于10%（质量分数），其质量的95%以上通过0.106mm的铸造用试验筛。（3）膨润土的性能指标膨润土按热湿拉强度值分级表1-9膨润土按湿压强度值分级等级代号10753工艺试样湿压强度/kPa＞100＞70~100＞50~7030~50等级代号2520155工艺试样热湿拉强度/kPa＞2.5＞2.0~2.5＞1.5~2.00.5~1.52）普通粘土的牌号以耐火度等级和强度等级表示。3三、附加物常用：煤粉、渣油、淀粉、锯末等目的：使型砂具特定性能，并改善铸件表面质量。

（1）煤粉：成批、大量湿型铸铁件用防粘砂；煤粉是用烟煤磨细制成的；煤粉加入量一般为原砂的6～8%。

①防止金属液被氧化，减少金属氧化物和造型材料化学反应；

②可减少砂型受热膨胀而产生的铸造缺陷；

③可防止机械粘砂。三、附加物常用：煤粉、渣油、淀粉、锯末等（1）煤粉：成批（2）淀粉铸铁面砂中淀粉含量一般为0.5%～1.0%1）淀粉的作用减少铸件夹砂结疤和冲砂缺陷；增加型砂变形量，提高型砂韧性和可塑性；降低起模时模样与砂型间的摩擦阻力；减少因砂型表面风干和强度下降而引起的砂孔缺陷。2）淀粉的加入量（2）淀粉铸铁面砂中淀粉含量一般为0.5%～1.0%1）淀（3）渣油1）渣油的作用防止化学粘砂降低铸件的表面粗糙度；有利于保持型砂中的水分；改善型砂的流动性；避免混砂时型砂结团，使型砂松散。2）渣油加入量铸铁面砂中渣油的加入量一般为0.01%～0.02%。（3）渣油1）渣油的作用2）渣油加入量（4）锯末1）锯末的作用增加型砂的透气性防止化学粘砂改善型砂的流动性；避免混砂时型砂结团，使型砂松散。2）锯末的加入量铸铁面砂中渣油的加入量一般为0.01%～0.02%。（4）锯末1）锯末的作用2）锯末的加入量铸铁面砂中渣油的加入四、新砂和旧砂的处理1．原砂的处理处理的目的：清草根、贝壳和石子等杂物，降低含水量常用的方法:筛分、水漂洗、酸浸洗、精选、烘干等筛分：去除粗粒或粉粒，得到合适的粒度；

水漂洗：将原砂用清水漂洗并搅动，除去泥分；

酸浸洗：清洁砂粒表面，提高粘结剂的粘结力；精选：将原砂中石英与长石分离，除掉磁性杂质；烘干：降低原砂中的含水量。四、新砂和旧砂的处理1．原砂的处理处理的目的：清草根、贝壳2．旧砂的处理目的：改善型砂性能，提高铸件质量；环境，降低成本特性：

经高温强烈作用，成分和性能发生很大变化；粘土失去结晶水，失去粘结力；砂粒被惰性膜包覆，直径增大，致使铸件表面粗糙；煤粉、粘土烧损，灰分增大；2．旧砂的处理目的：改善型砂性能，提高铸件质量；环境，降低

措施：

通风冷却，降低温度；破碎、磁选、过筛，除去杂物；干法碾搓，除去包覆膜、失效粘土及灰分；按一定比例添加原砂，补加新粘土、煤粉；调整含水分量，达到型砂性能要求。措施：第四节湿型砂的制备控制及质量

拟定配方的基本步骤：根据合金、铸件特征和要求、造型方法和工艺、清理方法等因素，确定型砂性能范围；根据造型原材料、砂处理方法和设备、砂铁比和各项材料损耗比例等因素初定型砂配方；在实验室进行试配、调整，使性能指标达到要求；车间小批混制，造型浇注，生产考验，最终确定。第四节湿型砂的制备控制及质量拟定配方的基本步骤：（一）湿型砂的性能和配方特点湿型砂按其使用特点可分为面砂、背砂和单一砂。（1）面砂——铺覆在模样表面上构成型腔表面的型砂。性能特点:厚约15～50mm；

接触金属液，高强、可塑、流动、抗粘砂性；常含多新砂、粘土、防粘砂附加物；混碾时间较长。（一）湿型砂的性能和配方特点湿型砂按其使用特点可分为面砂、背（2）背砂背砂——面砂与箱壁间的砂层，加固和充填。性能:强度较面砂低，搬运和翻箱时不塌箱；

透气性比面砂高，利排除气体；一般由旧砂和水配成，必要时加入少量粘土；混砂时间较短。背砂与面砂配合:

易保证铸件质量；降低原材料消耗；减少混砂和落砂劳动量；适手工造型。（2）背砂背砂——面砂与箱壁间的砂层，加固和充填。性能:背（3）单一砂单一砂——不分面砂和背砂，采用单一型砂目的：

简化混砂、供砂系统；

减少设备投入

有效提高造型机的生产率。

多用于机械化造型生产线也可用于小批量、小铸件的手工造型适用范围:（3）单一砂单一砂——不分面砂和背砂，采用单一型砂目的：（一）湿型砂的性能和配方特点

1.铸铁件湿型砂配方及性能实例（一）湿型砂的性能和配方特点1.铸铁件湿型砂配方及性能2.铸钢件湿型砂性能及配方实例2.铸钢件湿型砂性能及配方实例1）铸铁件干型(芯)砂性能及配方实例（二）干型砂的性能和配方特点1）铸铁件干型(芯)砂性能及配方实例（二）干型砂的性能和配2．铸钢件干型砂铸钢件用粘土干型（芯）砂性能及配方实例2．铸钢件干型砂铸钢件用粘土干型（芯）砂性能及配方实例3．砂型（芯）的烘干工艺2）铸铁件干型（芯）的烘干工艺1）烘干过程的三个阶段：均热阶段，水分迅速蒸发阶段，缓冷阶段。3．砂型（芯）的烘干工艺2）铸铁件干型（芯）的烘干工艺1）（三）型砂的混制工艺1）.常用的混砂机及特点1.碾轮式混砂机：混合和揉搓作用较好，混制的型砂质量较高，但生产率低。用于混制面砂2.摆轮式混砂机：

生产效率较高，能鼓风冷却型砂，胆混砂质量较差。常用于混制单一砂和背砂。3.叶片式混砂机:

仅有混合作用而无搓揉作用，常用于混制背砂或粘土含量低的单一砂。（三）型砂的混制工艺1）.常用的混砂机及特点1.碾轮式混2）.加料顺序及混砂流程加回用砂干混加水加煤粉加煤粉加原砂湿混继续湿混加适量水调整紧实率加锯末加渣油继续混碾卸砂松沙3）混碾时间①

碾轮式混砂机混砂：背砂3min，单一砂3～5min，面砂5～8min。②摆轮式混砂机混砂：背砂0.5～1min，面砂2～3min。2）.加料顺序及混砂流程加回用砂干混加水加煤粉加煤（四）型砂的质量检验和控制（1）型砂检验制度确定：根据车间的生产性质。机械化流水线生产比小批量生产检验次数多。项目：见表2-1-22取样：在造型工部。（四）型砂的质量检验和控制（2）试验结果的综合分析须由多次试验数据和多项试验结果判断型砂的性能。（2）试验结果的综合分析（3）型砂的宏观控制目的：跟踪型砂在长期使用过程中的倾向性变化。动态控制。方法：控制图法（3）型砂的宏观控制本章重点：型砂的基本组成基本性能要求及检测方法石英砂及其质量指标粘土的主要矿物组成、化学成分、分类粘土的鉴别粘土对型砂质量的影响常见附加物（煤粉、重油、淀粉）的作用常用湿型砂的特点混制工艺本章重点：简介湿型砂的概念、组成及检测方法。本章作业：简介湿型砂的概念、组成及检测方法。本章作业：5-第1章-湿型砂解读课件第二篇砂型和砂芯的制造第一章湿砂型铸造第二篇砂型和砂芯的制造第一章湿砂型铸造第一节湿型铸造特点1.粘土型砂可分为：湿型（潮型）——砂型不烘干，直接浇

干型——合型和浇注前送窑烘干。表面烘干型——型腔表层烘干一定深度。2.按造型可分为：背砂——填在面砂背面起填充作用的型砂。单一砂

——不分面砂和背砂，只一种造型砂。面砂——造型时铺覆在模样表面，构成型腔表面层的型砂。

第一节湿型铸造特点1.粘土型砂可分为：湿型（潮型）——砂3.湿型铸造法基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。主要优点：

生产灵活，效率高，成本低，周期短；易实现机械化和自动化；

省烘干设备、燃料、电力及空间；

砂箱使用寿命长；容易落砂。主要缺点：易夹砂结疤、粘砂、气孔、砂眼、胀砂等。

应用范围：流水生产和手工造型500Kg以下的铸件。3.湿型铸造法基本特点：型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。主4.表干型铸造法基本特点：表面层强度高、湿度小，浇注质大铸件时不易产生气孔、粘砂、夹砂、冲砂等缺陷。工艺规范：砂型表层烘干5–20㎜，或自然干燥。技术要求：采用粗砂，型砂水分要严格控制，在造型、制芯、合型、浇注等严格。4.表干型铸造法基本特点：表面层强度高、湿度小，浇注质大铸件5.干型铸造法基本特点:

粘土砂湿型烘干。主要优点：提高强度、透气性、降发气量，减少气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷，涂料改善铸件表面。

主要缺点：需烘干设备，燃料，吊车周期，砂箱寿命，成本增加，生产率降低，落砂比较困难，灰尘。应用范围：表面质量要求高，或结构特别复杂的单件或小批生产及大型、重型铸件。5.干型铸造法基本特点:粘土砂湿型烘干。主要优点：提一、型（芯）砂应具备的性能（1）造型、制芯和合型阶段对型砂性能的要求。

1.湿度：湿态强度和韧性，粘土砂须含适量水分。

2.流动性：型（芯）砂沿模样（或芯盒表面）和砂粒间相对移动的能力。3.强度：型砂、芯砂抵抗外力破坏的能力。

4.可塑性：型（芯）砂在外力作用下变形并保持形状的能力。第二节湿型砂性能、检测及方法一、型（芯）砂应具备的性能（1）造型、制芯和合型阶段对型砂性5.韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。

6.不粘模性：型（芯）砂粘附模样或芯盒表面的性质。（2）铸件浇注、冷却、落砂、清理要求。

1.耐火度：型（芯）砂抵抗高温作用的性能。2.透气性：砂型让气体通过而逸出的能力。

3.发气量和有效煤粉含量：型砂中煤粉或有机物（如重油、沥青等）受热挥发气体量称发气量；4.退让性：型砂随铸件收缩而体积减小的能力5.溃散性：型芯砂在清理时的溃散性能。5.韧性：韧性是指型砂抵抗外力破坏的性能。6.不粘模性2.1水分、最适宜干湿程度和紧实率（1）水分：型砂中含水质量百分数测定：称50g型砂，红外烘干105-110℃，4-8min至恒重，称量质量变化。

X=（G-G1）/G×100%局限性：只表达水的绝对数量，不代表型砂的干湿程度。（2）手捏感觉型砂是否容易成团、是否沾手。易成团，不沾手，有柔和感觉，砂团上的手指痕迹清晰。局限性：凭经验、不够准确稳定，不能定量，欠科学。2.1水分、最适宜干湿程度和紧实率(在线老工人经常用，如若掌握，则比水分定量要准确)(在线老工人经常用，如若掌握，则比水分定量要准确)（3）紧实率：用1MPa的压力紧实，测量紧实前后高度的变化率。GB2684-81。紧实率=（筒高-紧实距离）/筒高×100%（3）紧实率：用1MPa的压力紧实，测量紧实前后高度的变化率依据：较干的型砂堆得密实，相同紧实力下的紧实率高，韧性差，起模易损破；较湿的型砂流动性差，紧实率低，铸件易产生气孔、胀砂、夹砂、表面粗糙。因此，根据紧实率的大小，可以检查出型砂水分是否合适，并规定在一定范围内浮动。

应用：根据紧实率范围控制的加水量，称为最适宜水分。如：手工造型用型砂，最适宜的紧实率50%左右，高压造型为35-45%，挤压造型为35-40%。5-第1章-湿型砂解读课件2.2透气性（1）概念：紧实的型砂能让气体通过而逸出的能力，用透气率表示。对铸造的影响：过低会产生气孔、呛火、浇不足；过高表明砂粒间空隙较大，金属液易渗入，造成表面粗糙、粘砂。影响透气性的因素：砂粒大小、分布、粒形、含泥量、粘结剂及加入量、紧实度。（2）测量方法原理：通过在一定条件下气体流过试样时所受到的阻力的大小来间接反映。用在单位压力下通过单位面积和单位长度试样的气体量来度量。2.2透气性测量方法标准法：如图2-1-2，在水封钟罩内吸入2000cm3空气，造成10g/cm2的压力条件，用秒表测出在该压力下2000cm3空气通过试样流出的时间t，并记下气压计读数（p）

测量方法透气率k=VH/Spt式中:V--通过试样的空气体积，2000cm3；

p--试样前压力（1mmH2O=9.806Pa）；

H--试样高度（cm）；

S--试样截面积（cm2）；

t--2000cm3空气通过试样的时间（min）。5-第1章-湿型砂解读课件2.3湿态强度（1）对铸造过程的影响：承受工序中的机械力、浇注时的冲刷、静压力。过低：塌箱、砂眼、胀砂、跑火。过高：增加粘土和最适宜含水量，降低透气性；提高成本；增加混砂、紧实、落砂困难。（2）测量：用标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力值表示。MPa、KPa。指标：湿态抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、劈裂强度2.3湿态强度湿压强度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用时能保持型腔（或砂芯）形状的能力。普通机器造型控制在0.06-0.12MPa，高密度造型控制在0.09-0.20MPa。许多情况下，砂型破坏是由拉应力引起的。当型砂中粉尘和死粘土含量高时，虽然湿态抗压强度高，但是湿拉强度和变形量很低，可塑性差，很容易破坏，使造型操作困难，并引起铸造缺陷。单纯地用湿态抗压强度衡量型砂性能并不太合适，引入劈裂强度的概念。湿压强度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用时能保持型腔（或劈裂强度（如图2-1-3所示）在标准圆柱试样的径向加栽，使试样沿其轴向平面断裂。劈裂强度可以按照下式计算：

σsF=2F/πdLσsF—型砂湿态劈裂强度（MPa）F—劈裂载荷（N）；d—试样直径，为50mm；L—试样高，为50mm。劈裂强度可以更正确、更可靠地说明型砂中粘土的粘结作用。劈裂强度（如图2-1-3所示）注意：型砂强度是指整体强度，反映表面强度常用表面硬度计。注意：型砂强度是指整体强度，反映表面强度常用表面硬度计。2.4流动性（1）概念：型砂在自重或外力作用下，沿模样或砂粒间移动的能力。（2）对造型（芯）的影响：均匀性、光滑性、紧实力、生产率。（3）测量（无统一标准）

（4）影响流动性的因素：原砂的形状、大小、表面状态，粘结剂的性质、混砂质量。形态圆、粒度大而集中的砂粒流动性好。2.4流动性（4）影响流动性的因素：原砂的形状、大小、表面阶梯试样硬度差法测量A、B点的硬度，对比两点的硬度差。差值小说明型砂的流动性好，差值大说明流动性差。思考：流动性对紧实度的影响阶梯试样硬度差法侧孔法：拔出柱塞，顶出试样，称量被挤出的型砂多少，数量越大流动性越好。侧孔法：环形空腔法：冲击3次后看h的大小，h越小进入圆环中的型砂越多，流动性越好。检测有凹槽、窄缝模样，及要求轮廓非常清晰的砂型（芯）。环形空腔法：2.5起模性、变形量、韧性和破碎指数起模性：表示起模时模样或模板与砂型分离时是否容易损坏（开裂、掉砂）。起模性的好坏与型砂的湿态抗压强度是两种绝然不同的特性。影响因素：拉应力、受力破碎前的变形量。变形量：在测定型砂抗拉强度时，试样破碎前的变形，一般很小。

韧性：型砂的湿压强度（MPa）×变形量（cm）×乘1000。它表示了型砂由于塑性变形而能吸收能量的性质。

2.5起模性、变形量、韧性和破碎指数韧性的测定落球法：标准抗压试样、φ50mm，510克钢球，12.7mm的筛。破碎指数：留在筛网上的型砂质量占试样质量的比值。表示在冲击条件下的韧性高，表示型砂的起模性好，过高，流动性差，不够致密。跌碎法：试样从1.8米的高度直接坠落到铁砧上。韧性的测定其它新方法我国新研制的型砂压力—变形曲线测试仪。其它新方法2.6抗夹砂结疤缺陷的能力（1）夹砂类缺陷产生的原因水分迁移：使凝聚区的热湿拉强度降低，控制热湿拉强度是控制夹砂结疤类缺陷的关键。热压应力：石英573℃急热相变出现较大的热膨胀受到阻抑后产生应力，导致膨胀变形、破裂，控制热应力。2.6抗夹砂结疤缺陷的能力（2）测量测热湿拉强度见图2-1-9。模拟金属浇入铸型后型砂的受热情况。湿型砂试样φ50mmх50mm，加热板温度320±10℃，紧贴20-30s，形成5mm左右的干砂层及水分凝聚区，测定热湿拉强度。（2）测量（3）其它方法

激热性能试验法：圆饼形型砂试样，开V形槽，在13000C，的高温下烘烤。观测型砂表面开始脱落的时间，当时间脱落或者开裂下垂1mm的时间越长，说明抗夹砂结疤能力越好。（3）其它方法2.7发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂）（1）目的：防止机械粘砂（2）煤粉及附加物可防止机械粘砂的机理：浇注烘烤→大量挥发分→分解反应→砂粒表面沉积形成光泽碳→防止机械粘砂，提高表面光洁度。2.7发气量和有效煤粉含量（铸铁用湿型砂）方法二：称取经过干燥的型砂，盛入小舟→推入850℃管式加热炉加热→产生的气体经冷凝进入带刻度的玻璃管中→测量大气压力下型砂的发气体积。（3）测量方法一：采用测定型砂发气性的办法，将定量待测样品在密闭系统中加热，测定气体的容积或压力，或称量残留物的质量，判断发气量大小。方法二：称取经过干燥的型砂，盛入小舟→推入850℃管式加热炉5-第1章-湿型砂解读课件

小结1了解湿型铸造的特点；2掌握型砂的七个方面的性能；3熟悉型砂性能对铸造质量的影响；4了解型砂性能的测试方法。小一、铸造用原砂1.石英质原砂及应用石英砂——以石英为主要矿物成分的天然硅砂。特点：资源丰富，分布广易开采，价低，满足要求。天然硅砂形成：由火成岩风化形成。第三节湿型砂用原料及质量要求一、铸造用原砂1.石英质原砂及应用石英砂——以石英为主要矿物火成岩组成及风化：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等矿物颗粒组成。火成岩经过长期风化作用后，花岗岩中的石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不变，仅被破碎成细粒；花岗岩中的长石、云母，一部分通过化学风化变成粘土，另一部分未被化学风化，混在砂子中。火成岩组成及风化：火成岩重的花岗岩是由石英、长石、黑云母等矿山砂——风化后的产物或就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多，粒形不规则，如江苏六合红砂、河北唐山红砂等。

河砂、湖砂、海砂——经过水力搬运，含泥量少，颗粒较圆，粒度均匀，海砂如北戴河砂、新会砂、福建东山砂；湖砂如江西都昌砂、星子砂；河砂如上海吴淞砂、河南郑庵砂；风砂——经风力搬运的砂称为风积砂。内蒙古通辽市大林、哲里木盟的伊胡塔、甘旗卡等处的砂子为风积砂，其颗粒形状更圆整而均匀。山砂——风化后的产物或就地贮集的砂矿称为山砂，含泥分较多，石英砂岩——沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英砂岩的质地比较松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角形，例如湖南湘潭的石英砂岩。石英岩——沉积的石英砂粒在地壳高温高压作用下，经过变质而形成坚固整体的岩石则称为石英岩。这种石英岩通常含有很高的SiO2，质地极为坚硬。经过人工破碎、筛分后就可得到人造硅砂（或称为人造石英砂）。石英砂岩——沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳酸钙对铸造用原砂质量要求（1）含泥量——含泥量指原砂中直径小于0.02mm（20µm）的细颗粒的含量（质量分数），其中既有粘土，也包括细的砂子和其它非粘土质点。检测方法：利用不同颗粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，可将原砂中颗粒直径>20µm与直径<20µm的颗粒分开。称量烘干的原砂并置入烧杯中，加入水及分散剂，煮沸及搅拌使其充分分散；然后反复按规定时间沉淀，虹吸排除浑水和冲入清水。直到水清后，由烘干的残留砂样质量即可计算出原砂含泥量。对铸造用原砂质量要求（1）含泥量——含泥量指原砂中直径小于0铸造用硅砂分级：根据国家标准GB/T9442—1998的规定，铸造用硅砂按SiO2含量可分为五级。表1-1铸造用硅砂按SiO2含量分级分级代号9896939085w(SiO2)(%)≥98≥96≥93≥90≥85分级代号0.20.30.51.02.0w泥分(%)≤0.2≤0.3≤0.5≤1.0≤2.0铸造用硅砂分级：表1-1铸造用硅砂按SiO2含量分级分级（2）原砂的颗粒组成原砂的颗粒组成（粒度）——砂粒的粗细程度和分布测定方法：筛分法，用一套（11个）筛孔尺寸自大而小的铸造用试验筛来筛分已洗去泥分的干砂样。国家标准规定的铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸：

筛子序号0102030405060708091011筛孔尺寸3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053相当筛号行业标准JB/T9156—19996122030405070100140200270原机标JB2488—816122428455575100150200260表1-2铸造用试验筛筛子序号和筛孔尺寸(单位：mm)（2）原砂的颗粒组成原砂的颗粒组成（粒度）——砂粒的粗细程度5-第1章-湿型砂解读课件原砂粗细和颗粒分布特征的表示方法

1）符号表示法。将铸造用试验筛筛分后所得到的各筛子上砂子质量，选出余留量之和为最大值的相邻三筛，即得该砂样的主要粒度组成部分，用相邻三筛的中间筛孔尺寸(单位为mm)小数点后的两位数作为粒度分组代号。表1-3铸造用硅砂按粒度分组分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm分组代号主要粒度组成部分筛孔尺寸/mm85604230211.70,0.850,0.6000.850,0.600,0.4250.600,0.425,0.3000.425,0.300,0.212,0.300,0.212,0.150151007050.212,0.150,0.1060.150,0.106,0.0750.106,0.075,0.0530.075,0.053,底盘原砂粗细和颗粒分布特征的表示方法1）符号表示法。将铸造2）列表法。列表法是用表格列出各筛上砂粒余留量，以表示粒度组成。

表1-4江西湖口砂的颗粒组成（质量分数）

筛孔尺寸/mm3.351.700.8500.6000.4250.3000.2120.1500.1060.0750.053底盘含泥量总量余留量（%）112.146.269.9624.740.8411.582.80.260.060.061.2299.88

（3）原砂的颗粒形状：用光学显微镜或扫描电镜观察，可清楚看出砂粒的轮廓形状（即“粒形”）。铸造常用原砂的主要颗粒分类法：按粒形：尖角、角、半角、半圆、圆、很圆形六种；按圆球度：高球形、半球形、少球形三级；按粒形：圆形、钝角形、尖角形三种，用符号“○”、“□”、“△”表示。2）列表法。列表法是用表格列出各筛上砂粒余留量，以表示粒度组

图1-2原砂粒形分类

图1-2原砂粒形分类角形因数分类角形因数E——硅砂实际比表面积与理论计算（球形）比表面积的比值。圆形1.0~1.3，多角形1.3~1.6，尖角形＞1.6。湿型砂原砂越圆，越易紧实，透气越低；砂粒更靠近，粘结桥较多且完善，因而强度更高。在粘结剂加入量相同的情况下，用圆粒砂的试样紧实程度高，而且砂粒实际比表面积小，所以比尖角形砂强度高很多。角形因数分类角形因数E——硅砂实际比表面积与理论计算（球形）表1-5铸造用硅砂按角形因数分类铸造用硅砂牌号表示方法为：例：ZGS93-40/100（53）分类代号1530456390角形因数E≤1.15≤1.30≤1.45≤1.63＞1.63粒形符号○○-□□-○□-△△-□△表1-5铸造用硅砂按角形因数分类铸造用硅砂牌号表示方法为（4）硅砂的选用

根据铸件质量、壁厚、合金、铸型（湿、干、表干型）、造型方法（手工或机器造型）来考虑，及来源和成本。铸铁件用原砂选用浇温1400℃左右，对原砂耐火度要求较低。大件可用表1-1中的93、90号硅砂，小件可用85号硅砂。刷涂料的干型和表干型多用粗砂，表干型可用表1-3中的85、60、42号原砂，干型可用60、42、30号原砂。湿型用较细原砂，表面要求高的不加工小件，应选用特细原砂，可选用21、15、10号原砂。（4）硅砂的选用根据铸件质量、壁厚、合金、铸型（湿、干、表铸钢件原砂选用浇温1500℃左右，含碳低缺还原气氛，易氧化而化学粘砂。要求原砂SiO2含量高，有害杂质应严格控制。有色金属铸件原砂选用铸铜浇温1200℃左右，对原砂化学成分要求不高，铜合金流动性好易钻入砂粒间孔隙内粘砂，用较细的原砂，可选用表1-3中的07、10、15号原砂，并要求粒度比较均匀。铝700~800℃，对原砂化学成分无特殊要求，但这类铸件要求表面光洁，常选用10、15号的细粒砂和特细砂。铸钢件原砂选用浇温1500℃左右，含碳低缺还原气氛，易氧化而

优点：来源广，价格低，能满足铸铁、铸钢和非铁合金要求硅砂的优缺点

缺点：1.

热膨胀系数大，573℃相变膨胀；

2.

热扩散率（物体使其内部温度趋于一致的能力。其值大，则物体内各点的温差小）比较低；

3.

蓄热系数（冷却能力，其值大，加快铸件凝固速度）比较低；4.

易与铁的氧化物发生化学反应，对铸型与金属的界面反应起不良影响；5.

合金钢或大型铸钢件，易粘砂，清砂十分困难；6.

清砂工长期吸入硅石粉尘易患矽肺病。优点：来源广，价格低，能满足铸铁、铸钢和非铁合金要求硅砂2.非石英质原砂

为提高铸件质量，改善劳动条件，预防矽肺病，铸钢可用非石英砂配制型砂、芯砂或涂料。优点：①

高耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低而且膨胀均匀，无体积突变，与金属氧化物的反应能力低。②

铸件表面质量高并改善清砂劳动条件。缺点：价格较高，比较稀缺。

原砂：橄榄石砂、铬铁矿砂、锆砂、石灰石砂、镁砂、

刚玉砂、碳质材料、耐火熟料等。2.非石英质原砂为提高铸件质量，改善劳动条件

1）橄榄石砂2MgO·SiO2不低于90%，熔点1790℃，不与MnO作用。用于高锰钢铸件，可获得较好表面质量。

2）铬铁矿砂

Cr2O3·Fe2O3，熔点1450～1480℃，密度4～4.8，热导率比硅砂高几倍，热膨胀率小，不与氧化铁起化学作用。用作大型铸钢件或合金钢铸件的面砂、芯砂或涂料。

3）锆砂

ZrSiO4，熔点2400℃，莫氏硬度7～8级，密度4.5～4.7，热膨胀率为硅砂1/6～1/3，可减夹砂。导热性极好，可加速凝固，防止大型铸件粘砂。1）橄榄石砂2）铬铁矿砂3）锆砂5-第1章-湿型砂解读课件

4）石灰石砂CaCO3，游离SiO2不大于5%，铸钢件不粘砂，易清理。

5）刚玉

α-Al2O3，耐火度1850～2050℃，硬度高，热导率高，热膨胀率小。结构致密，能抗酸和碱的浸蚀。用于铸造精度高、表面粗糙度低的合金钢铸件。6）镁砂MgO，熔点1840℃，热膨胀率小，蓄热系数大，密度3.5。不与氧化铁或氧化锰作用，铸件不易产生粘砂缺陷。用于锰钢等高熔点合金铸件，及表面要求高的铸钢件。4）石灰石砂5）刚玉6）镁砂7）耐火熟料多孔材料，密度1.45，热膨胀率小，耐火度高，铁及其氧化物浸润性小。用作大型碳素钢铸件涂料和熔模铸造的制壳材料。

8）碳质材料化学活性很低，不被金属液和氧化物浸润，耐火度高，导热性好，热容量大，热膨胀率很低。用作面砂代替冷铁。7）耐火熟料8）碳质材料①

粘土矿物组成由细小结晶质的铝硅酸盐组成。mAl2O3·nSiO2·xH2O。形成机理：含铝硅酸盐岩石长期风化生成②

粘土的性能特点铸造用粘土是型砂的一种主要粘结剂。

被水湿润后具有粘结性和可塑性；

烘干后硬结具干强度，加水恢复粘结性和可塑性；

资源丰富，价格低廉，应用广泛。二、铸造用粘土及应用1.粘土的矿物组成、性能及分类①粘土矿物组成由细小结晶质的铝硅酸盐组成。mAl2O3·③粘土的分类铸造用粘土

膨润土

普通粘土

化学式为Al2O3·2SiO2·2H2O

主要成分为高岭石类粘土矿物

化学式为Al2O3·4SiO2·H2OnH2O

主要成分为蒙脱石类粘土矿物

膨润土用符号P表示

普通粘土用符号N表示

③粘土的分类铸造用粘土膨润土普通粘土化学式为Al2O④高岭石和蒙脱石的晶体基本结构单位④高岭石和蒙脱石的晶体基本结构单位⑤普通粘土和膨润土性能比较（1）高岭石类粘土矿物1）晶体结构特点①单位晶层由一层硅氧四面体和一层铝氧、氢氧八面体构成②四面体顶端都指向八面体层，并共用顶端氧原子③单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另两个方向无限展开2）性能特点①相邻晶层结合牢固，晶体比较粗大，比表面积较小

②水仅能进入晶层间被吸附在晶体边缘，吸水膨胀性小⑤普通粘土和膨润土性能比较（1）高岭石类粘土矿物1）（2）蒙脱石类粘土矿物1）晶体结构特点①单位晶层由两层硅氧四面体夹层铝氧八面体构成②两层四面体顶端都指向八面体层且共用顶端氧原子③单位晶层沿一个方向一层层重叠，在另两个方向展开2）性能特点①晶层间结合力弱，晶粒细小，比表面积大；②水能进入晶层间及晶体表面，吸水膨胀大，粘结性好。（2）蒙脱石类粘土矿物1）晶体结构特点①单位晶层由两层硅

2.粘土的粘结性能膨润土

钠膨润土

钙膨润土

主要交换性阳离子为钙离子主要交换性阳离子为钠离子钠膨润土用符号PNa表示

钙膨润土用符号PCa表示

酸性膨润土碱性膨润土用符号S表示用符号J表示

①膨润土分类2.粘土的粘结性能膨润土钠膨润土钙膨润土主要交换

②膨润土理化特性

优点：a.吸水率和膨胀倍数大，在介质中分散性好

c.较好可塑性，较高强度及抗加砂能力

b.热稳定性好，较高温度仍保持膨胀性缺点：吸水速度较慢d.资源较丰富，开采和供应比较方便。根据阳离子交换特性，处理钙基膨润土为钠基膨润土。活化剂为碳酸钠，加入量4～5%；机理：Ca2+蒙脱石

+

Na2CO3→Na+蒙脱石

+

CaCO3↓③膨润土的活化处理②膨润土理化特性优点：a.吸水率和膨胀倍数大，在介

④粘土的粘结机理

水化现象:粘土质点带负电荷，水分子定向地排列在粘土质点的周围和粘土中阳离子的周围，形成水化壳层；a.水化阳离子——吸附了水分子的阳离子b.粘土胶团——粘土质点水化后形成

a)粘土胶团b)水化阳离子④粘土的粘结机理水化现象:粘土质点带负电荷，水粘土胶团与水化阳离子接近时，相互吸引，于是水化阳离子就在粘土胶团之间起“桥”或键的作用，形成粘结力，使粘土颗粒相互结合起来。粘土粘结机理粘土胶团与水化阳离子接近时，相互吸引，于是水化阳离子就在粘土粘土型砂的粘结a.砂粒破碎表面带微弱负电，能使极性水分子定向排列在砂粒周围。b.当砂、粘土和水混合后，粘土胶团与砂粒之间具有公共水化膜，通过水化阳离子的桥梁作用结合，紧实具强度。粘土型砂的粘结a.砂粒破碎表面带微弱负电，能使极性水分子定影响粘土粘结性的因素过低不能形成完整水化膜；过高会出现自由水，湿态粘结力都不大。（1）水分一般说来，粘土颗粒所带电荷越多或粘土颗粒越细小，比表面积越大，则湿粘结力越大。（2）粘土颗粒所带电荷（3）粘土本身的吸水性

粘土吸附水性与粘土的种类有关。膨润土的吸水能力大于普通粘土，故膨润土的湿态粘结能力比普通粘土好。影响粘土粘结性的因素过低不能形成完整水化膜；过高会出高岭石熔点1650~1775℃，蒙脱石1200~1300℃，粘土熔化，铸型的强度显著降低。