金属材料成形工艺及控制课件 1.2 湿砂型

第一章造型材料及砂型（芯）制作粘土砂型分：湿型、干型和表面干型湿型的特点：①经济。无需烘干，节省烘干设备和燃料②砂箱使用寿命长③改善工人劳动条件④工序简单，生产率高⑤便于组织流水生产，易于实现生产过程的机械化和自动化

1.2湿砂型湿型的特点：⑥湿型含水量为3.5～5.5％，比干型高得多，易产生大量气体；⑦湿型受热形成水分凝聚区，易造成夹砂类缺陷；⑧粘土砂的湿态强度比干态强度低，约占其1/5～1/10，在金属液作用下会造成砂眼或铸件多肉；⑨湿型的硬度和刚度比干型低，易产生型壁移动。因此，要适应湿型越来越广的发展前景，用湿型生产出优质铸件，根本的措施是使用质量优良的原材料，配制优质的湿型砂，既具备各种必要的性能，又必须保持这些性能的稳定。1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂原砂的质量要求：

1）含泥量2）原砂的颗粒组成

3）原砂的颗粒形状

4）原砂的矿物组成与化学成分

5)非石英质砂1.2湿砂型图1.1石英砂、海砂、覆膜原砂、石英砂滤料实物图原砂的质量要求：

1）含泥量：原砂中直径小于20μm的小质点的含量

2）原砂的颗粒组成98.0原砂的质量要求：2）原砂的颗粒组成颗粒组成的表示：列表筛号表示：以标准筛筛分后砂粒最集中的三个相邻筛子的头尾筛号表示，并以三筛上停留量之和表示原砂的集中度。1.原砂原砂的质量要求：

3）原砂的颗粒形状圆形、多角形和尖角形

4）原砂的矿物组成与化学成分1.2湿砂型1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂4）原砂的矿物组成与化学成分①矿物组成：主要是石英，其次是长石及少量云母。此外还有铁的氧化物、碳酸盐等。石英（SiO2）特点：高熔点（1713℃），高硬度（莫氏7），受热过程中体积膨胀。长石（铝硅酸盐）：熔点、硬度均低于石英，易粉碎，降低砂子复用性。但受热过程中体积变化小。1.2湿砂型云母（含水的铝硅酸盐）：熔点、硬度都较低，易粉碎，降低砂子复用性。铁的氧化物：易与其它氧化物形成易熔化合物，降低砂子耐化度硫化物：以黄铁矿（FeS2）形式存在于砂中，降低砂子烧结点，引起严重粘砂。②硅砂的化学成分对铸件质量的影响（不同铸件对原砂质量要求）：原砂中SiO2含量是衡量和控制原砂质量的一个主要指标铸钢件：浇注温度高达1500℃左右，对型砂耐火度要求高，要求SiO2含量较高，96％以上，有害杂质严格控制铸铁件：浇注温度1400℃以下，原砂SiO2含量较低。1.原砂5）非石英质砂矿物组成中不含或仅含少量游离SiO2的原砂优点：耐火度高，热膨胀小，蓄热系数和热扩散率大，呈中性或碱性。如镁砂、锆砂、铬铁矿砂、刚玉等，价格较贵。1.2湿砂型1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂2.粘土①分类②粘土的表面电荷和交换性阳离子③粘土的吸附水分及湿态粘结机理④粘土对型砂性能的影响1.2湿砂型1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂2.粘土：由细小结晶质的粘土矿物组成，化学成分都是含水的铝硅酸盐。1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂2.粘土①分类普通粘土：高岭石类粘土矿物，两层型晶体结构膨润土：蒙托石类粘土矿物，三层型晶体结构1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂2.粘土①分类1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂2.粘土①分类②粘土的表面电荷和交换性阳离子粘土颗粒表面带负电荷。钠土和钙土粘土的粒子交换性质：粘土粒子吸附的阳离子能被其它阳离子交换出来的性质1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂2.粘土③粘土的吸附水分及湿态粘结机理

粘土在润湿状态下含有三种水分：

颗粒表面的液态水（自由水）层间吸附水（结合水）晶格水（结构水）：以OH形式存在于晶体内1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂2.粘土③粘土的吸附水分及湿态粘结机理1.2.1湿型砂用原材料及质量要求图1.2粘土颗粒间粘结力示意图2.粘土③粘土的吸附水分及湿态粘结机理粘土的粘结是表面联结与桥联结之和1.2.1湿型砂用原材料及质量要求最适宜水分倍数1234室温表面联接强弱无无桥联接无弱强弱图1.3不同含水量时粘土微粒表面之间的水分子和吸附阳离子的水化膜联接示意图O－阳离子●－强联接的水分子＋＋＋－弱联接的水分子＝＝＝－自由水分子1.原砂2.粘土③粘土的吸附水分及湿态粘结机理

1.2.1湿型砂用原材料及质量要求图1.4膨润土的湿态强度（表面联结强度和桥联结强度之和）与水分含量的关系1.原砂2.粘土①分类②粘土的表面电荷和交换性阳离子③粘土的吸附水分及湿态粘结机理④粘土对型砂性能的影响1.2湿砂型1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.原砂2.粘土3.附加物煤粉：铸铁件湿型砂中常加入煤粉的主要作用是防粘砂和夹砂1.2湿砂型1.2.1湿型砂用原材料及质量要求湿型砂的种类：面砂、背砂和单一砂水分、最适宜干湿程度（适宜湿度）和紧实率最适宜干湿程度：型砂的综合性能达最好时的干湿程度。此时的含水量为最适宜水分。1.2湿砂型1.2.2湿型砂性能要求及检测原理水分、最适宜干湿程度（适宜湿度）和紧实率最适宜干湿程度的判断方法：

①水分（含水量）②手感法③紧实率：湿型砂在一定紧实力作用下体积变化的百分数1.2湿砂型1.2.2湿型砂性能要求及检测原理水分、最适宜干湿程度（适宜湿度）和紧实率最适宜干湿程度的判断方法：③紧实率图1.5紧实率测定法示意图一般：手工和机器造型用型砂，紧实率接近50％；高压造型和冲击造型，40％～45％；挤压造型，35％～40％。水分、最适宜干湿程度（适宜湿度）和紧实率2.透气性：型砂能让气体透过而逸出的能力1.2.2湿型砂性能要求及检测原理图1.6透气性测定仪示意图1－气钟;2－水筒;3－三通阀;4－试样座;5－试样筒;6－标准试样;7－微压表;8－阻流孔3.湿态强度强度的定量表示：用标准试样在受外力作用下遭破坏时的应力值表示。1.2.2湿型砂性能要求及检测原理图1.8型砂强度试验方法示意图3.湿态强度1.2.2湿型砂性能要求及检测原理劈裂强度试验是在标准圆柱形试样的径向加载，使试样沿其轴向平面断裂的一种试验，比用湿压强度有可能较正确、可靠地说明型砂中粘土的粘结作用图1.7型砂湿态劈裂强度实验示意图3.湿态强度4.流动性：型砂在外力或本身重力作用下，砂粒间相互移动的能力。5.起模性、韧性和破碎指数起模性：表示起模时砂型的棱角和吊砂是否容易碰碎或掉落的性能。1.2.2湿型砂性能要求及检测原理图1.9落球法测定破碎指数示意图5.起模性、韧性和破碎指数6.抗夹砂结疤类缺陷的能力1.2.2湿型砂性能要求及检测原理图1.10热湿拉强度的测定方法示意图5.起模性、韧性和破碎指数6.抗夹砂结疤类缺陷的能力1.2.2湿型砂性能要求及检测原理图1.11热压应力测定示意图1－固定托架;2－可动托架;3－压杆;4－水浴;5－测量箱;6－氧－乙炔烧嘴5.起模性、韧性和破碎指数6.抗夹砂结疤类缺陷的能力7.发气量和有效煤粉含量造型材料的发气性对气体缺陷的产生有重要影响。发气性是用试料在高温下产生气体的量、发气速度和发气时间来表示的。如用秒表计时，间隔一定时间读一次发气量值，直至发气量不再增加，即可得知试料的发气速度和析出气体的时间。1.2.2湿型砂性能要求及检测原理5.起模性、韧性和破碎指数6.抗夹砂结疤类缺陷的能力7.发气量和有效煤粉含量有效煤粉含量用于表征铸铁件用湿型砂的抗机械粘砂能力。1.2.2湿型砂性能要求及检测原理图1.12发气量测定原理示意图1－瓷舟;2－石英管;3－管式加热炉;4－冷凝管;5－量管;6－平衡瓶1.水分、最适宜干湿程度（适宜湿度）和紧实率2.透气性：型砂能让气体透过而逸出的能力3.湿态强度4.流动性5.起模性、韧性和破碎指数6.抗夹砂结疤类缺陷的能力7.发气量和有效煤粉含量1.2.2湿型砂性能要求及检测原理1.湿型砂性能和配方特点铸铁件湿型砂铸钢件湿型砂有色合金用型砂1.2湿砂型1.2.1湿型砂用原材料及质量要求1.2.2湿型砂性能要求及检测原理1.2.3湿型砂制备及质量控制1.湿型砂性能和配方特点高密度造型型砂优点：砂型硬度高，防止型壁移动；砂粒排列紧密，铸件表面光洁。

高压造型：比压大于7公斤/cm2的压实造型方法

1.2湿砂型1.2.3湿型砂制备及质量控制1.湿型砂性能和配方特点高密度造型型砂

高压造型：比压大于7公斤/cm2的压实造型方法气冲造型：利用天然气点燃或压缩空气通过迅速开启阀门而造成对砂箱中松散型砂的冲击力，使上部砂粒逐层向其下相邻砂粒传递冲击力。靠近模板处砂型由于冲击力累计而达到较高的紧实程度，其后砂型部分稍疏松利于排气，整个紧实过程在若干毫秒内完成。1.2湿砂型1.2.3湿型砂制备及质量控制1.湿型砂性能和配方特点

2.旧砂特性及其处理

经济，环境污染，自然资源旧砂的变化：①部分粘土成为死粘土②砂粒变粗－一部分死土在高温作用下包在砂粒表面，