粘土湿型砂及其质量控制

目录•第1章绪论•第2章湿型砂用原材料•第3章湿型砂性能及其检测•第4章粘土湿型砂的制备•第5章铸件常见缺陷及其防止第1章绪论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。第1章绪论图1粘土湿型砂结构示意图1—原砂砂粒；2、3—水、粘土及其他附加物；4—微孔(孔隙)第1章绪论通常使用的硅砂，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。第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.1硅砂的种类及其SiO2含量天然硅砂是由火成岩经过风化或变质作用，逐渐剥裂、细化，坚硬的石英颗粒于其他矿物颗粒部分分离，然后再经水流或风力搬运沉积形成砂矿。这些砂矿按其成矿条件和特点，可以分为河砂、湖砂、海砂、风积砂等几种。人工硅砂是将硅石岩或硅砂岩经过采矿、清洗、粗碎、细啐、筛选等加工而成。硅石岩(又名石英岩)的二氧化硅含量很高，但岩石坚硬，破碎后所得砂粒为尖角形。硅砂岩由砂粒天然胶结成团块状，结构较松散，比较容易破碎，胶结的砂粒经加工后仍然保持原来的形状，因此粒形大多呈钝角形。第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.1硅砂的种类及其SiO2含量硅砂的SiO2含量及不同用途铸铁用砂SiO2≥85%；铸钢用砂SiO2≥95%第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.2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。第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.2石英的结构转变特性图2硅砂加热时石英各种变体的转变第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.3矿物组成和杂质成分的影响硅砂中除石英外还含有长石、云母、铁的氧化物、硅酸盐以及粘土等矿物。这些矿物的存在降低了硅砂的耐火度，因此皆称为杂质矿物。8590939698最小SiO2含量(质量分数，%)8590939698分级代号表1硅砂按SiO2含量分级第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.4硅砂的含泥量原砂中含有的直径小于0.020mm的颗粒其质量分数称为原砂的含泥量。铸造用硅砂中含泥量见表2。表2硅砂含泥量分级(GB/T9442-1998)2.01.00.50.30.2最大含泥量(%)2.01.00.50.30.2分级代号第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.5硅砂的粒度和表示方法0.0530.0750.1060.1500.2120.3000.4250.6000.8501.7003.350筛孔尺寸/mm2702001401007050403020126筛号表3铸造用实验筛筛号与筛孔尺寸的关系(GB/T9442-1998)第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.5硅砂的粒度和表示方法按照筛分后各筛上的停留量占砂样总量的质量分数，其中相邻三筛停留量的质量分数不小于75%或相邻四筛停留量不少于85%，即视此三筛或四筛为该砂的主要粒度组成，然后以其首尾筛号表示，如40/70或50/140。第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.6硅砂的表面状态和颗粒形状硅砂的实际比表面积与理论比表面积(即同样体积的圆球形砂粒的比表面积)之比称为硅砂的角形因数S，即：TWSSS式中：Sw-硅砂的实际比表面积(cm2/g);Sw-硅砂的实际比表面积(cm2/g);第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.6硅砂的表面状态和颗粒形状≤1.45□钝角形＞1.63△尖角形≤1.30○－□椭圆形≤1.63□－△方角形≤1.15○圆形角形因数分级代号形状角形因数分级代号形状表4硅砂颗粒形状与角形因数的关系(GB/T9442-1998)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。第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.7硅砂的加工水洗和擦洗硅砂原矿中颗粒直接小于0.020mm的泥分以及砂粒表面的一些污染物一般都需要通过水洗或擦洗予以清除。第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.8标准砂根据国家专业标准《检定铸造粘结剂用标准砂》(JB/T9224-1999)的规定，检定铸造粘结剂用的标准砂由内蒙古自治区哲里木盟通辽大林型砂厂生产，其性能应符合以下要求：二氧化硅质量分数不小于90%，泥分及水的质量分都不大于0.3%，角形因数不大于1.30，粒度组成应符合表5的要求。第2章湿型砂用原材料2.1硅砂2.1.8标准砂表5检定铸造粘结剂用标准砂的粒度组成》(JB/T9224-1999)3813~1740~4618~2332停留量(质量分数,%)200~底盘1401007050406~30筛号第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.1概述粘土是铸造生产中用量最大的一种粘结剂。它是一种天然粘土矿物经磨碎成土状的细颗粒材料，一般为白色、灰白色、土黄、淡红或黑灰等颜色。粘土被水润湿后具有粘土和塑性，烘干后有一定的干强度；它的耐火度较高、复用性好、资源丰富、价格低廉，在铸造生产中获得广泛的应用。第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.1概述粘土的主要成份是水化硅酸铝(mAl2O3·nSiO2·xH2O)。粘土矿物的结晶结构有两层型(如高岭石)、三层型(如蒙托石)，还有其他规则混和层型和链状构型。铸造用膨润土主要由蒙托石矿物所组成。蒙托石是一种SiO2与R2O3(3价金属氧化物)的摩尔比值在4左右，并含有少量碱金属和碱土金属的水化硅铝酸，其简化的化学式为Al2O3·4SiO2·nH2O。第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.1概述和普通粘土相比，膨润土具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。第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.1概述高高或稍低湿压强度好较差落砂性中等好型砂韧性较差好回用性好中等型砂流动性较低好抗膨胀缺陷能力快中等混砂时强度增长率较低高热湿拉强度中等大吸水膨胀、胶体分散性钙基膨润土钠基膨润土性能钙基膨润土钠基膨润土性能表6钠基膨润土和钙基膨润土工艺性能比较第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.1概述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。第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.1概述【注】混合料配制：标准砂2000g，膨润土100g，干混2min然后加水40ml再混8min后测定紧实率。当紧实率小于43%时，可加少量水(外加水量可按每毫升水提高紧实率1.5%估算)，湿碾2min，再检查紧实率，若紧实率大于47%，将试样过筛1-2次再检查紧实率，紧实率在43-47%的范围内即可。30-5050-7070-100100工艺试样湿压强度/kPa35710等级代号表7铸造用膨润土按湿压强度值分级(JB/T9227-1999)第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.1概述0.5-1.51.5-2.02.0-2.52.5工艺试样热湿拉强度/kPa5152025等级代号表8铸造用膨润土按热湿拉强度值分级(JB/T9227-1999)第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.2铸造用膨润土品质的评定1.膨润土的湿态粘结力膨润土能使型砂具有强度，因此，检测湿型砂试样湿态抗压强度成为判断膨润土湿态粘结力的最直接方法。1）型砂工艺试样湿强度法第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.2铸造用膨润土品质的评定1.膨润土的湿态粘结力1）型砂工艺试样湿强度法图3水分对型砂湿压强度、透气性和试样质量的影响型砂配方：七棵树砂100%，黑山膨润土6%；混砂：干混3min，湿混10min第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.2铸造用膨润土品质的评定1.膨润土的湿态粘结力1）型砂工艺试样湿强度法由图3可以看出，随着型砂水分的增加，湿压强度开始增加，然后达到最大值。这以后，随着水分含量的增加，湿压强度下降。型砂透气性的变化趋势和湿压强度的变化趋势基本一致，只是达到最大值时含水量稍多一些，更接近型砂的最适宜湿度。型砂标准试样重量的变化与透气性的变化恰好相反，原因是如果型砂中的空隙大，则透气性好，同时试样质量也就相应较小。第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.2铸造用膨润土品质的评定1.膨润土的湿态粘结力2）膨润土的吸蓝量法膨润土的纯度(即蒙托石含量)与其粘结能力有极为密切的关系，一般情况下，膨润土的纯度越高，其粘结力也越大。可以采用X射线衍射等方法测定出膨润土中蒙托石含量，但需要特殊的仪器设备和专门的检测技术。在实际生产中可以采用测定膨润土的吸蓝量的方法大致推算出其纯度。第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.2铸造用膨润土品质的评定1.膨润土的湿态粘结力2）膨润土的吸蓝量法图4吸蓝量测定滴定管a)仪器；b)滤纸及滴定圆环第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.2铸造用膨润土品质的评定2.膨润土的热湿态粘结力不论是天然的或是人工钠化的膨润土，其所含交换性钠、钾离子越多，型砂的热湿拉强度就越高，抗夹砂能力就越强。此外，膨润土的纯度也影响其热湿拉强度。在实际铸造生产中并不是都要求使用钠基膨润土或者达到极限强度的钠化膨润土配置型砂。因为使用这样膨润土在混砂时会产生团块，而且型砂的流动性、落砂性较差。国外的汽车铸件通常选用钠基和钙基两种膨润土或不完全钠化膨润土，这样不但可以避免上述缺点，还可以降低生产成本，而且对于防止夹砂类缺陷已经足够。第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.3膨润土的选用不论各种牌号的铸造用膨润土，其吸附亚甲基蓝量每100g至少应在20g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。第2章湿型砂用原材料2.2膨润土2.2.3膨润土的选用无要求手工造型≥25≥504一般要求机器造型和手工造型≥30≥703要求严格机器造型≥32≥902要求极严气冲、高压、挤压造型≥35≥1101铸件气孔砂眼缺陷造型方法吸蓝量/(g/100g)湿压强度/kPa序号表9膨润土的工艺试样湿压强度和吸蓝量及适用范围第2章湿型砂用原材料2.3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。140目0.3-0.65-6级30-361-46-1014-16粒度(目)硫分/%焦渣特征挥发分/%水分/%灰分/%光亮碳/%表10高效煤粉性能指标2.3.1概述第2章湿型砂用原材料2.3煤粉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。2.3.1概述煤粉的作用：第2章湿型砂用原材料2.3煤粉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。2.3.1概述煤粉的作用：第2章湿型砂用原材料2.3煤粉2.3.2湿型用煤粉的品质评定1.灰分煤粉完全燃烧后残留物的质量分数。JB/T9222-1999标准规定湿型铸造用煤粉的灰分应不大于10%(质量分数)。2.挥发分JB/T9222-1999标准规定煤粉中除水以外的挥发物所占的质量分数即煤粉的挥发分。第2章湿型砂用原材料2.3煤粉2.3.2湿型用煤粉的品