第一章 造型材料(第一節(jié))

1、第一章第一章 造型材料造型材料造型材料相關(guān)術(shù)語造型材料相關(guān)術(shù)語 造型材料造型材料凡是用來制作鑄型或型芯的原材料及由各種原凡是用來制作鑄型或型芯的原材料及由各種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 砂砂用來制作鑄型的工作混合料。用來制作鑄型的工作混合料。 芯芯 砂砂用來制作型芯的工作混合料。用來制作型芯的工作混合料。 粘結(jié)劑粘結(jié)劑 用來粘結(jié)砂粒，使型芯砂有一定強(qiáng)度的工作混合料。用來粘結(jié)砂粒，使型芯砂有一定強(qiáng)度的工作混合料。 附加物附加物 用來改善型芯砂性能而加入的其他材料用來改善型芯砂性能而加入的其他材料 涂涂 料料用來涂敷型腔或型芯表面，以改善其表面

2、性能的用來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。造型材料在鑄造生產(chǎn)中的地位造型材料在鑄造生產(chǎn)中的地位 在鑄造生產(chǎn)中，砂型鑄造占有很大的比例，約在鑄造生產(chǎn)中，砂型鑄造占有很大的比例，約有有80的鑄件是用砂型鑄造生產(chǎn)的，每生產(chǎn)的鑄件是用砂型鑄造生產(chǎn)的，每生產(chǎn)1噸鑄噸鑄件約需件約需56噸型（芯）砂，同時(shí)有噸型（芯）砂，同時(shí)有1噸舊砂被淘汰。噸舊砂被淘汰。 在鑄件的廢品中，約有在鑄件的廢品中，約有50%的廢品鑄件是由于的廢品鑄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。 由此可見，砂型鑄造在鑄造生產(chǎn)中的重要性。由此可見，砂型鑄造在鑄造生產(chǎn)中的重要性。砂型的組成

3、及各組分的作用砂型的組成及各組分的作用在砂型中：在砂型中：原原 砂砂是骨干材料；是骨干材料； 按理化特性分為：按理化特性分為：石英質(zhì)原砂石英質(zhì)原砂和和非石英質(zhì)原砂非石英質(zhì)原砂 按成砂過程分為：按成砂過程分為：天然砂天然砂和和人造砂人造砂粘結(jié)劑粘結(jié)劑 是中間材料；分為是中間材料；分為有機(jī)有機(jī)粘結(jié)劑和粘結(jié)劑和無機(jī)無機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)劑涂料、附加物涂料、附加物是輔助材料。是輔助材料。 型芯砂的質(zhì)量好壞與造型材料的理化性能有直接的影響。型芯砂的質(zhì)量好壞與造型材料的理化性能有直接的影響。第一節(jié)第一節(jié) 造型材料及其質(zhì)量要求造型材料及其質(zhì)量要求一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂1、原砂的來源、原砂的來源天然砂天然砂：火

4、成巖經(jīng)長期風(fēng)化，或停留原地，或經(jīng)水力、：火成巖經(jīng)長期風(fēng)化，或停留原地，或經(jīng)水力、風(fēng)力、冰川等多次搬運(yùn)后，沉積而成的天然礦物。風(fēng)力、冰川等多次搬運(yùn)后，沉積而成的天然礦物。按沉積地不同分為：按沉積地不同分為： 山砂山砂、海砂海砂、湖砂湖砂、河砂河砂、風(fēng)積砂風(fēng)積砂等。等。人造砂人造砂：是由石英巖或石英砂巖經(jīng)人工破碎而得到的。：是由石英巖或石英砂巖經(jīng)人工破碎而得到的。一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂2、原砂的礦物組成、原砂的礦物組成 火成巖在風(fēng)化過程中，花崗巖中的石英火成巖在風(fēng)化過程中，花崗巖中的石英破碎成小顆粒；長石和云母一部分風(fēng)化成粘破碎成小顆粒；長石和云母一部分風(fēng)化成粘土，另一部分沒有風(fēng)化而混在砂子

5、中。土，另一部分沒有風(fēng)化而混在砂子中。 原砂的主要礦物組成原砂的主要礦物組成是是石英石英。其次是。其次是長長石石及少量的及少量的云母、鐵的氧化物、硫化物和碳云母、鐵的氧化物、硫化物和碳酸鹽酸鹽等。等。一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂3、原砂的化學(xué)成分及物理特性、原砂的化學(xué)成分及物理特性 原砂的化學(xué)成分主要是原砂的化學(xué)成分主要是SiO2。其理化特性為：。其理化特性為： 熔點(diǎn)為熔點(diǎn)為1713，硬度為，硬度為莫氏莫氏7級(jí)級(jí)，密度為，密度為2.65 g/cm3。 純凈的石英呈無色透明或半透明狀態(tài)，有雜質(zhì)存在時(shí)呈純凈的石英呈無色透明或半透明狀態(tài)，有雜質(zhì)存在時(shí)呈紅、黃等其他顏色。石英的最大特點(diǎn)：紅、黃等其他顏

6、色。石英的最大特點(diǎn)：耐磨耐磨、耐高溫耐高溫。 SiO2含量的多少是鑄造用原砂的一個(gè)主要質(zhì)量指標(biāo)。含量的多少是鑄造用原砂的一個(gè)主要質(zhì)量指標(biāo)。 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)鑄造用硅砂鑄造用硅砂（GB9442-1998）將硅砂按）將硅砂按SiO2含量分為若干等級(jí)。含量分為若干等級(jí)。一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂4、原砂的含泥量、原砂的含泥量泥泥 分分是指原砂中直徑小于是指原砂中直徑小于20m的顆粒。的顆粒。含泥量含泥量指原砂中泥分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。指原砂中泥分所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 原砂含泥量過高，會(huì)發(fā)生下列情形：原砂含泥量過高，會(huì)發(fā)生下列情形： 降低型芯砂的透氣性降低型芯砂的透氣性 增大型芯砂的含水量增大型芯砂的含水量

7、 增加型芯砂的脆性增加型芯砂的脆性 增加有機(jī)粘結(jié)劑的加入量增加有機(jī)粘結(jié)劑的加入量 粘土砂用原砂的含泥量應(yīng)粘土砂用原砂的含泥量應(yīng)2； 有機(jī)粘結(jié)劑類型芯砂用原砂的含泥量應(yīng)有機(jī)粘結(jié)劑類型芯砂用原砂的含泥量應(yīng)0.3國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)鑄造用硅砂鑄造用硅砂（GB9442-1998）將硅砂按含泥量分級(jí)）將硅砂按含泥量分級(jí)一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂 5、原砂的顆粒組成（粒度）、原砂的顆粒組成（粒度） 顆粒組成顆粒組成是指原砂顆粒尺寸是指原砂顆粒尺寸大小大小和顆粒大小的和顆粒大小的分布分布情況。情況。 通常采用通常采用篩分法篩分法來確定原砂顆粒大小。來確定原砂顆粒大小。 篩分使用鑄造標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩。篩分使用鑄造標(biāo)準(zhǔn)

8、試驗(yàn)篩。 采用采用三篩分布三篩分布確定砂粒大小的分布狀態(tài)。確定砂粒大小的分布狀態(tài)。粒度的表示方法：粒度的表示方法： 列表法、直方圖法、符號(hào)法、平均細(xì)度法。列表法、直方圖法、符號(hào)法、平均細(xì)度法。 鑄造標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)篩粒度代號(hào)21Q粒度代號(hào)21Q粒度代號(hào)21Q一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂符號(hào)法：符號(hào)法： 是用數(shù)字和符號(hào)構(gòu)成表示原砂粒度的一組代號(hào)。是用數(shù)字和符號(hào)構(gòu)成表示原砂粒度的一組代號(hào)。如果在主要粒度組成中，前篩余留砂量大于后篩，在如果在主要粒度組成中，前篩余留砂量大于后篩，在粒度代號(hào)后加粒度代號(hào)后加Q表示，反之加表示，反之加H表示。表示。 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)鑄造用硅砂鑄造用硅砂（GB9442-1998）

9、按主）按主要粒度組成將原砂粒度分組要粒度組成將原砂粒度分組 AFS平均細(xì)度反映原砂平均顆粒尺寸。平均細(xì)度反映原砂平均顆粒尺寸。一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂6、原砂的表面狀態(tài)：、原砂的表面狀態(tài)： 原砂的表面狀態(tài)包括：原砂顆粒的原砂的表面狀態(tài)包括：原砂顆粒的形狀形狀、顏色顏色、透明程度透明程度、粗糙程度粗糙程度、有無裂紋有無裂紋等。等。 鑄造用砂將原砂粒形分為：鑄造用砂將原砂粒形分為：圓形砂、多角形砂、尖角形砂圓形砂、多角形砂、尖角形砂 圓形砂圓形砂 顆粒為圓形或接近圓形，表面光滑，沒有突出的棱角顆粒為圓形或接近圓形，表面光滑，沒有突出的棱角 多角形砂多角形砂 顆粒表面呈現(xiàn)多處突出的棱角，且多為鈍

10、角顆粒表面呈現(xiàn)多處突出的棱角，且多為鈍角 尖角形砂尖角形砂 顆粒表面呈現(xiàn)多處突出的棱角，且多為銳角顆粒表面呈現(xiàn)多處突出的棱角，且多為銳角 通過砂粒表面的通過砂粒表面的顏色顏色可以判斷原砂的純凈度（品位）可以判斷原砂的純凈度（品位） 表面表面有無裂紋有無裂紋可以預(yù)測原砂在特定條件下的破碎可能性可以預(yù)測原砂在特定條件下的破碎可能性 表面粗糙表面粗糙，凹坑嚴(yán)重，導(dǎo)致粘結(jié)劑的加入量增高，凹坑嚴(yán)重，導(dǎo)致粘結(jié)劑的加入量增高圓形砂多角形砂尖角形砂一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂7、原砂的粒形系數(shù)、原砂的粒形系數(shù)原砂的顆粒形狀可用原砂的顆粒形狀可用粒形系數(shù)粒形系數(shù)來定量地表示。來定量地表示。理論比表面積實(shí)際比表面

11、積角形系數(shù)E多角形多角形 E1.31.6尖角形尖角形 E1.6 圓圓 形形 E1.01.3 國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)鑄造用硅砂鑄造用硅砂（GB9442-1998）按）按角形系數(shù)角形系數(shù)將將原砂粒形分類原砂粒形分類一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂 比表面積比表面積 是指單位重量原砂的表面積。原砂比表面積是指單位重量原砂的表面積。原砂比表面積越大，則砂粒直徑越小。越大，則砂粒直徑越小。 理論比表面積理論比表面積 將同一篩號(hào)上的砂粒假想成相同直徑的球體所具有將同一篩號(hào)上的砂粒假想成相同直徑的球體所具有的表面積的表面積 實(shí)際比表面積實(shí)際比表面積 實(shí)驗(yàn)測出的表面積實(shí)驗(yàn)測出的表面積一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂8、原砂

12、的牌號(hào)、原砂的牌號(hào)鑄造用硅砂的牌號(hào)表示方法：鑄造用硅砂的牌號(hào)表示方法：ZGS 粒形分類代號(hào)粒形分類代號(hào)Q或或H粒度分組代號(hào)粒度分組代號(hào)SiO2分級(jí)代號(hào)分級(jí)代號(hào)鑄造用硅砂鑄造用硅砂如如 ZGS96-30H-30一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂9、原砂的耐火度與燒結(jié)點(diǎn)、原砂的耐火度與燒結(jié)點(diǎn) 原砂耐火度：原砂耐火度：是指材料抵抗高溫作用而不熔化的能力。是指材料抵抗高溫作用而不熔化的能力。 原砂的耐火度主要取決于原砂的原砂的耐火度主要取決于原砂的礦物成分礦物成分和和顆粒度顆粒度。 一般認(rèn)為，原砂中，石英含量越高、顆粒越粗大、一般認(rèn)為，原砂中，石英含量越高、顆粒越粗大、雜質(zhì)含量越低，耐火度則越高。雜質(zhì)含量越

13、低，耐火度則越高。 一、石英質(zhì)原砂原砂燒結(jié)點(diǎn)：原砂燒結(jié)點(diǎn)：原砂顆粒表面或砂粒間的混雜物開始熔化，冷卻原砂顆粒表面或砂粒間的混雜物開始熔化，冷卻后，砂粒之間相互粘連且不分開的溫度。后，砂粒之間相互粘連且不分開的溫度。 燒結(jié)點(diǎn)是原砂各種組合成分耐火性能綜合反映。燒結(jié)點(diǎn)是原砂各種組合成分耐火性能綜合反映。 原砂燒結(jié)點(diǎn)比耐火度要低。原砂燒結(jié)點(diǎn)比耐火度要低。 通常在砂型鑄造中，燒結(jié)點(diǎn)能間接反映出原砂通常在砂型鑄造中，燒結(jié)點(diǎn)能間接反映出原砂SiO2含量，含量，是原砂主要性能指標(biāo)之一。是原砂主要性能指標(biāo)之一。 燒結(jié)點(diǎn)：燒結(jié)點(diǎn)：1350； 1250 ；1150 SiO2含量：含量： 94% ； 90%； 87

14、%一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂10、原砂中的雜質(zhì)、原砂中的雜質(zhì) 長石、云母及其雜質(zhì)中含有的堿金屬氧化物（長石、云母及其雜質(zhì)中含有的堿金屬氧化物（Na2O、K2O)、堿土金屬氧化物（、堿土金屬氧化物（CaO、MgO）等都能與）等都能與SiO2反應(yīng)反應(yīng)生成易熔物質(zhì)。例如：生成易熔物質(zhì)。例如： 73SiO2與與27Na2O的混合物，其熔點(diǎn)僅為的混合物，其熔點(diǎn)僅為793， K2O與與SiO2可形成熔點(diǎn)僅為可形成熔點(diǎn)僅為525的低熔點(diǎn)物質(zhì)。的低熔點(diǎn)物質(zhì)。 在鑄造用砂中，應(yīng)嚴(yán)格控制原砂中雜質(zhì)含量，保證原砂的在鑄造用砂中，應(yīng)嚴(yán)格控制原砂中雜質(zhì)含量，保證原砂的純凈度。純凈度。一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂11、

15、原砂受熱后的體積變化、原砂受熱后的體積變化 由于物理化學(xué)條件不同，石英存在著復(fù)由于物理化學(xué)條件不同，石英存在著復(fù)雜的同素異晶現(xiàn)象。在雜的同素異晶現(xiàn)象。在 573，開始由，開始由石英石英向向石英轉(zhuǎn)變，晶形轉(zhuǎn)變同時(shí)，伴有體積膨脹。石英轉(zhuǎn)變，晶形轉(zhuǎn)變同時(shí)，伴有體積膨脹。一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂12、原砂的選用、原砂的選用選用原則選用原則 根據(jù)鑄件的大小來選用根據(jù)鑄件的大小來選用 根據(jù)鑄件的復(fù)雜程度來選用根據(jù)鑄件的復(fù)雜程度來選用 根據(jù)鑄件合金的種類來選用根據(jù)鑄件合金的種類來選用 根據(jù)鑄型及型芯的類別來選用根據(jù)鑄型及型芯的類別來選用 根據(jù)造型、制芯的方法來選用根據(jù)造型、制芯的方法來選用一、石英質(zhì)原砂

16、一、石英質(zhì)原砂 鑄鋼件鑄鋼件 澆注溫度在澆注溫度在1500左右，原砂左右，原砂SiO2含量含量94。一般可選用一般可選用98級(jí)、級(jí)、96級(jí)原砂。級(jí)原砂。 小型鑄鋼件可選用小型鑄鋼件可選用93級(jí)原砂。粒度可選用級(jí)原砂。粒度可選用60、42、30、21組。組。 鑄鐵件鑄鐵件 澆注溫度澆注溫度1400左右，一般可選用左右，一般可選用93級(jí)級(jí)75級(jí)原砂。級(jí)原砂。 大件大件選選85級(jí)以上，級(jí)以上，中中、小件小件選選85級(jí)以下的原砂。級(jí)以下的原砂。粒度一般選用粒度一般選用4210組。組。一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂 鑄銅及鋁鎂合金件鑄銅及鋁鎂合金件 由于有色金屬的澆注溫度不高，所以，對(duì)原砂由于有色金屬的澆

17、注溫度不高，所以，對(duì)原砂SiO2含量要求也不高含量要求也不高 鑄銅的澆注溫度約鑄銅的澆注溫度約1200 鋁、鎂合金的澆注溫度均在鋁、鎂合金的澆注溫度均在800以下以下粒度一般選用較細(xì)的原砂，如粒度一般選用較細(xì)的原砂，如15、10、07組組一、石英質(zhì)原砂一、石英質(zhì)原砂13、石英質(zhì)原砂的主要缺點(diǎn)：、石英質(zhì)原砂的主要缺點(diǎn)：熱膨脹大、擴(kuò)散率低、蓄熱系數(shù)低熱膨脹大、擴(kuò)散率低、蓄熱系數(shù)低 SiO2屬于酸性氧化物，很容易與堿性氧化物反應(yīng)生屬于酸性氧化物，很容易與堿性氧化物反應(yīng)生成低熔點(diǎn)化合物成低熔點(diǎn)化合物導(dǎo)致鑄件發(fā)生化學(xué)粘砂導(dǎo)致鑄件發(fā)生化學(xué)粘砂因此，在某些鑄造生產(chǎn)中，就不能用石英質(zhì)原砂，而因此，在某些鑄造生

18、產(chǎn)中，就不能用石英質(zhì)原砂，而只能采用其他只能采用其他非石英質(zhì)原砂非石英質(zhì)原砂。二、非石英質(zhì)原砂二、非石英質(zhì)原砂鑄造用非石英質(zhì)原砂主要有鑄造用非石英質(zhì)原砂主要有： 鎂砂鎂砂 橄欖石砂橄欖石砂 鋯砂鋯砂 鉻鐵礦砂等鉻鐵礦砂等1、鎂砂、鎂砂主要成分主要成分：MgO物理特性物理特性：熔點(diǎn)：熔點(diǎn)1840，密度，密度3.5，莫氏硬度，莫氏硬度44.5級(jí)級(jí)工藝特性工藝特性：熱膨脹率小，不發(fā)生因相變引起體積突變，：熱膨脹率小，不發(fā)生因相變引起體積突變， 蓄熱系數(shù)大（是硅砂的蓄熱系數(shù)大（是硅砂的1.5倍）倍） MgO不與堿金屬氧化物作用，因而鑄件不易產(chǎn)生粘砂。不與堿金屬氧化物作用，因而鑄件不易產(chǎn)生粘砂。主要用途

19、主要用途： 常用于錳鋼鑄件和高熔點(diǎn)合金鑄件。常用于錳鋼鑄件和高熔點(diǎn)合金鑄件。2、橄欖石砂、橄欖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：熔點(diǎn)：熔點(diǎn) 16001760；密度；密度 3.23.6； 莫氏硬度莫氏硬度 6.57.5級(jí)。級(jí)。工藝特性工藝特性：熱膨脹小，且膨脹均勻緩慢。：熱膨脹小，且膨脹均勻緩慢。 無晶型轉(zhuǎn)變（從無晶型轉(zhuǎn)變（從50到熔化溫度）到熔化溫度）主要用途主要用途：常用于高錳鋼鑄件。：常用于高錳鋼鑄件。3、鋯砂、鋯砂主要成分：主要成分： ZrSiO4物理特性：物理特性：熔點(diǎn)熔點(diǎn) 2400；密度；密度 4.54.7；莫氏硬度；莫

20、氏硬度 78級(jí)級(jí)工藝特性工藝特性：熱膨脹率更?。ㄖ挥泄枭暗模簾崤蛎浡矢。ㄖ挥泄枭暗?/61/3） 熱導(dǎo)率和蓄熱系數(shù)更大熱導(dǎo)率和蓄熱系數(shù)更大可加速冷卻，細(xì)化組織可加速冷卻，細(xì)化組織 化學(xué)穩(wěn)定性高化學(xué)穩(wěn)定性高幾乎不被金屬及金屬氧化物潤濕，幾乎不被金屬及金屬氧化物潤濕，可有效的阻止金屬液滲入型壁，防止化學(xué)粘砂?？捎行У淖柚菇饘僖簼B入型壁，防止化學(xué)粘砂。主要用途：主要用途：常用于鑄鋼件的型砂、芯砂和涂料。常用于鑄鋼件的型砂、芯砂和涂料。4、鉻鐵礦砂、鉻鐵礦砂 主要成分主要成分：Cr2O3物理特性物理特性：密度：密度44.8，熔點(diǎn)，熔點(diǎn)14501480工藝特性工藝特性： 熱導(dǎo)率高（是硅砂的幾倍）；熱膨

21、脹率小熱導(dǎo)率高（是硅砂的幾倍）；熱膨脹率小 不與鐵的氧化物起化學(xué)作用不與鐵的氧化物起化學(xué)作用主要用途主要用途： 一般用于大型鑄鋼件或合金鋼鑄件的面砂、芯一般用于大型鑄鋼件或合金鋼鑄件的面砂、芯砂或涂料。砂或涂料。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土1、粘土的概念、粘土的概念 粘土粘土是巖石經(jīng)過長期風(fēng)化后，分解和是巖石經(jīng)過長期風(fēng)化后，分解和沉積而成的由細(xì)小結(jié)晶質(zhì)粘土礦物組成的沉積而成的由細(xì)小結(jié)晶質(zhì)粘土礦物組成的土狀材料。土狀材料。2、粘土的作用、粘土的作用鑄造用粘土主要是用來做粘土砂的粘結(jié)劑。鑄造用粘土主要是用來做粘土砂的粘結(jié)劑。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土3、粘土按晶體結(jié)構(gòu)分類、粘土按晶體結(jié)構(gòu)分類高嶺

22、石組高嶺石組 包括高嶺石、珍珠陶土、地開石等包括高嶺石、珍珠陶土、地開石等伊利石組伊利石組 包括伊利石、海綠石等包括伊利石、海綠石等蒙脫石組蒙脫石組 包括蒙脫石、貝得石、綠脫石等包括蒙脫石、貝得石、綠脫石等常用鑄造粘土有常用鑄造粘土有高嶺石組高嶺石組和和蒙脫石組蒙脫石組三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土4、粘土礦物晶體的基本結(jié)構(gòu)單位、粘土礦物晶體的基本結(jié)構(gòu)單位粘土礦物的晶格中都包含著粘土礦物的晶格中都包含著兩種基本結(jié)構(gòu)單位兩種基本結(jié)構(gòu)單位：硅氧四面體硅氧四面體鋁氧八面體鋁氧八面體底氧底氧頂氧頂氧三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 5、 粘土中的水分粘土中的水分 粘土在粘土在潤濕潤濕狀態(tài)下通常有三種水分存在

23、：狀態(tài)下通常有三種水分存在： 吸附水吸附水這種水分在這種水分在105溫度下即能去除。溫度下即能去除。 層間水層間水粘土單位晶層間定向排列的極性水和陽離粘土單位晶層間定向排列的極性水和陽離子吸附的陽離子水化膜。子吸附的陽離子水化膜。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 結(jié)構(gòu)水結(jié)構(gòu)水（晶格水）：（晶格水）： 直接參與構(gòu)成粘土礦物晶格的直接參與構(gòu)成粘土礦物晶格的OH水；水； 層間水和結(jié)構(gòu)水必須加熱到更高溫度才能去除。層間水和結(jié)構(gòu)水必須加熱到更高溫度才能去除。 粘土晶層表面的吸附水，其密度和粘滯度較大。在陽粘土晶層表面的吸附水，其密度和粘滯度較大。在陽離子的周圍也能吸附一層定向排列的水分子，形成水離子的周圍也

24、能吸附一層定向排列的水分子，形成水化陽離子?；栯x子。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土6、粘土的粘結(jié)機(jī)理、粘土的粘結(jié)機(jī)理 帶負(fù)電荷的粘土顆粒將極性水分子吸帶負(fù)電荷的粘土顆粒將極性水分子吸附在自己的周圍，形成膠團(tuán)的水化膜，依附在自己的周圍，形成膠團(tuán)的水化膜，依靠粘土顆粒間的公共水化膜，通過其中的靠粘土顆粒間的公共水化膜，通過其中的水化陽離子起水化陽離子起“橋橋”的作用，使粘土顆粒的作用，使粘土顆粒相互連結(jié)起來。相互連結(jié)起來。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土7、粘土顆粒與砂粒之間的粘結(jié)機(jī)理、粘土顆粒與砂粒之間的粘結(jié)機(jī)理 砂粒因破碎而帶微量負(fù)電荷，也砂粒因破碎而帶微量負(fù)電荷，也能吸附極性水分子在其周圍作定向

25、排能吸附極性水分子在其周圍作定向排列。依靠粘土顆粒與砂粒之間的公共列。依靠粘土顆粒與砂粒之間的公共水化膜，通過水化陽離子的水化膜，通過水化陽離子的“橋橋”作作用，使粘土砂獲得濕強(qiáng)度。用，使粘土砂獲得濕強(qiáng)度。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土粘土的干態(tài)粘結(jié)機(jī)理粘土的干態(tài)粘結(jié)機(jī)理： 烘干過程中粘土逐步失水，使砂粒和粘土烘干過程中粘土逐步失水，使砂粒和粘土顆粒之間相互靠近，緊密接觸而產(chǎn)生附著作顆粒之間相互靠近，緊密接觸而產(chǎn)生附著作用。用。繼續(xù)失去水分，使水化膜進(jìn)一步變薄，粘土繼續(xù)失去水分，使水化膜進(jìn)一步變薄，粘土和砂粒之間通過和砂粒之間通過“強(qiáng)大強(qiáng)大”的附著力緊緊拉在的附著力緊緊拉在一起而產(chǎn)生一起而產(chǎn)生“

26、干干”強(qiáng)度強(qiáng)度三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 8、鑄造用粘土分類：、鑄造用粘土分類： 鑄造用粘土可分為兩大類：鑄造用粘土可分為兩大類： 膨潤土膨潤土和和普通粘土普通粘土 分別用符號(hào)分別用符號(hào)“P”和和“N”來表示。來表示。膨潤土又分為：膨潤土又分為：鈉基膨潤土鈉基膨潤土和和鈣基膨潤土鈣基膨潤土 分別用符號(hào)分別用符號(hào)“PNa ”和和“PCa”表示。表示。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土9、兩種粘土的主要共同點(diǎn)：、兩種粘土的主要共同點(diǎn)： 都是都是親水親水的，都具有吸水膨脹增加自身體的，都具有吸水膨脹增加自身體積的能力積的能力 粘土的最大特性是粘土的最大特性是粘結(jié)性粘結(jié)性和和可塑性可塑性，這種，這種特性只

27、有當(dāng)被水特性只有當(dāng)被水充分濕潤充分濕潤后才能表現(xiàn)出出來。后才能表現(xiàn)出出來。 在顯微鏡下觀察，都屬于在顯微鏡下觀察，都屬于層片狀層片狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 10、兩種粘土的主要異同點(diǎn)：、兩種粘土的主要異同點(diǎn)： 礦物組成不同礦物組成不同 普通粘土的主要礦物組成為普通粘土的主要礦物組成為高嶺石高嶺石，其分子式結(jié)構(gòu)，其分子式結(jié)構(gòu)為為Al2O32SiO22H2O ，帶有，帶有2個(gè)個(gè)層間水層間水 膨潤土的主要礦物組成為膨潤土的主要礦物組成為蒙脫石蒙脫石，其分子式結(jié)構(gòu)為，其分子式結(jié)構(gòu)為Al2O34SiO2H2O nH2O ，帶有，帶有N個(gè)個(gè)層間水層間水三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 晶體結(jié)構(gòu)不

28、同晶體結(jié)構(gòu)不同高嶺石高嶺石的晶體結(jié)構(gòu)屬于的晶體結(jié)構(gòu)屬于兩層型兩層型結(jié)構(gòu)，即由兩層結(jié)構(gòu)，即由兩層硅氧四面體構(gòu)成，硅氧四面體構(gòu)成， 單位晶層之間由單位晶層之間由氧面氧面和和氫氧面氫氧面緊密結(jié)合。緊密結(jié)合。蒙脫石蒙脫石的晶體結(jié)構(gòu)屬于的晶體結(jié)構(gòu)屬于三層型三層型結(jié)構(gòu)，即由兩層結(jié)構(gòu)，即由兩層硅氧四面體中間夾著一層鋁氧八面體構(gòu)成，硅氧四面體中間夾著一層鋁氧八面體構(gòu)成，單位晶層之間由單位晶層之間由氧面氧面和和氧面氧面相接。相接。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 晶層間結(jié)合方式與結(jié)合鍵不同晶層間結(jié)合方式與結(jié)合鍵不同高嶺石晶層間高嶺石晶層間氧面與氧面之間是靠氫鍵結(jié)合，氧面與氧面之間是靠氫鍵結(jié)合，結(jié)合鍵不易被打開，結(jié)合

29、力較強(qiáng)，水分子不易進(jìn)結(jié)合鍵不易被打開，結(jié)合力較強(qiáng)，水分子不易進(jìn)入晶層間。入晶層間。蒙脫石晶層間蒙脫石晶層間氧面與氧面之間是靠分子間力結(jié)氧面與氧面之間是靠分子間力結(jié)合，結(jié)合鍵極易被打開，結(jié)合力較弱，水分子很合，結(jié)合鍵極易被打開，結(jié)合力較弱，水分子很容易進(jìn)入晶層間。容易進(jìn)入晶層間。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 片狀晶體結(jié)構(gòu)的表面狀態(tài)及厚度不同片狀晶體結(jié)構(gòu)的表面狀態(tài)及厚度不同高嶺石晶體表面呈六角形高嶺石晶體表面呈六角形鱗片狀鱗片狀結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)，其厚度約厚度約20微米。微米。蒙脫石晶體表面呈不規(guī)則的薄片狀或絨毛蒙脫石晶體表面呈不規(guī)則的薄片狀或絨毛狀，其厚度約狀，其厚度約1微米。微米。 三、鑄造用粘土三

30、、鑄造用粘土 吸水特性不同吸水特性不同 普通粘土只能沿著晶體普通粘土只能沿著晶體外表面外表面吸收水分，吸收水分， 吸水吸水膨脹增加自身體積的能力較弱，膨脹增加自身體積的能力較弱，膠質(zhì)價(jià)膠質(zhì)價(jià)通常不大通常不大于于35 膨潤土同時(shí)沿著晶體膨潤土同時(shí)沿著晶體內(nèi)、外兩個(gè)表面內(nèi)、外兩個(gè)表面吸收水分，吸收水分，吸水膨脹增加自身體積能力較強(qiáng)，吸水膨脹增加自身體積能力較強(qiáng)，膠質(zhì)價(jià)膠質(zhì)價(jià)通常大通常大于于75膠質(zhì)價(jià) 膨潤土與水按比例混合后，加適量氧化鎂，使其凝膨潤土與水按比例混合后，加適量氧化鎂，使其凝聚形成的凝膠體的體積，稱為膠質(zhì)價(jià)。以聚形成的凝膠體的體積，稱為膠質(zhì)價(jià)。以15克樣形成的克樣形成的凝膠體積的毫升數(shù)

31、表示。膠質(zhì)價(jià)顯示試樣顆粒分散與水凝膠體積的毫升數(shù)表示。膠質(zhì)價(jià)顯示試樣顆粒分散與水化程度，是分散性、親水性和膨脹性的綜合表現(xiàn)，它的化程度，是分散性、親水性和膨脹性的綜合表現(xiàn)，它的大小與膨潤土礦的屬型和蒙脫石含量密切相關(guān)，鈉基比大小與膨潤土礦的屬型和蒙脫石含量密切相關(guān)，鈉基比鈣基、酸性膨潤土的膠質(zhì)價(jià)高，同一屬型的膨潤土，含鈣基、酸性膨潤土的膠質(zhì)價(jià)高，同一屬型的膨潤土，含蒙脫石愈多，膠質(zhì)價(jià)愈高。所以，膠質(zhì)價(jià)是鑒定膨潤土蒙脫石愈多，膠質(zhì)價(jià)愈高。所以，膠質(zhì)價(jià)是鑒定膨潤土礦石屬型和估價(jià)膨潤土質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)之一。礦石屬型和估價(jià)膨潤土質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)之一。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 負(fù)電性及帶負(fù)電的原因不同負(fù)

32、電性及帶負(fù)電的原因不同 粘土顆粒表面一般帶有負(fù)電荷，其原因有二：粘土顆粒表面一般帶有負(fù)電荷，其原因有二： 一是一是破鍵破鍵，二是，二是離子置換離子置換 破鍵：破鍵：粘土片狀結(jié)晶體受到外界環(huán)境的影響，邊緣處的粘土片狀結(jié)晶體受到外界環(huán)境的影響，邊緣處的Al-O、Si-O離子鍵斷裂形成不飽和鍵。離子鍵斷裂形成不飽和鍵。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 晶體內(nèi)部離子置換：晶體內(nèi)部離子置換：粘土在成礦過程中，單位晶層內(nèi)粘土在成礦過程中，單位晶層內(nèi)硅氧四面體中的硅氧四面體中的Si4+被被Al3+所置換，鋁氧八面體中的所置換，鋁氧八面體中的Al3+ 部部分地被分地被Mg2+、Fe2+所置換，使單位晶層電荷不平衡

33、，呈現(xiàn)出所置換，使單位晶層電荷不平衡，呈現(xiàn)出較大的負(fù)電性。較大的負(fù)電性。Si4+Al3+Al3+Mg2+ 負(fù)電性及帶負(fù)電的原因不同負(fù)電性及帶負(fù)電的原因不同破鍵破鍵是高嶺石類粘土顆粒帶負(fù)電的主要原因，是高嶺石類粘土顆粒帶負(fù)電的主要原因，而蒙脫石類膨潤土中只有很小一部分電荷是而蒙脫石類膨潤土中只有很小一部分電荷是由破鍵產(chǎn)生的。由破鍵產(chǎn)生的。離子置換離子置換是蒙脫石類粘土顆粒帶負(fù)電的主要原是蒙脫石類粘土顆粒帶負(fù)電的主要原因，而高嶺石晶體中很少發(fā)生離子置換。因，而高嶺石晶體中很少發(fā)生離子置換。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土交換性陽離子交換性陽離子 粘土中能被交換出來的吸附陽離子稱為粘土中能被交換出來的吸

34、附陽離子稱為交換性陽離子交換性陽離子陽離子交換容量陽離子交換容量 粘土中所含交換性陽離子的數(shù)量稱為粘土中所含交換性陽離子的數(shù)量稱為陽離子交換容量陽離子交換容量主要交換性陽離子主要交換性陽離子 用來置換的陽離子占陽離子總?cè)萘康挠脕碇脫Q的陽離子占陽離子總?cè)萘康?0以上，則稱其為以上，則稱其為主主要交換性陽離子要交換性陽離子。 如為鈉離子，則稱為鈉膨潤土，用如為鈉離子，則稱為鈉膨潤土，用PNa表示表示 如為鈣離子，則稱為鈣膨潤土，用如為鈣離子，則稱為鈣膨潤土，用PCa表示表示三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 為使負(fù)電荷得到平衡，粘土礦物通常吸附一些陽離子，為使負(fù)電荷得到平衡，粘土礦物通常吸附一些陽離子，

35、如如Ca2+、Mg2+、Na+、K+等，這些陽離子有機(jī)會(huì)被其他陽離等，這些陽離子有機(jī)會(huì)被其他陽離子所替換子所替換。國家標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)：膨潤土中如果某一交換性陽離子量與任一交換性：膨潤土中如果某一交換性陽離子量與任一交換性陽離子量均少于陽離子總?cè)萘康年栯x子量均少于陽離子總?cè)萘康?0，則以含量相對(duì)較多，則以含量相對(duì)較多的兩種離子表示，如的兩種離子表示，如PNaCa、PNaMg按粘土的按粘土的pH值分為：值分為：酸性酸性膨潤土和膨潤土和堿性堿性膨潤土膨潤土 分別用符號(hào)分別用符號(hào)“S”和符號(hào)和符號(hào)J表示表示三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 活化效果不同活化效果不同 利用粘土晶體內(nèi)的離子交換性質(zhì)，可以向粘土中

36、利用粘土晶體內(nèi)的離子交換性質(zhì)，可以向粘土中加入某種物質(zhì)，人為地改變膨潤土中的離子種類，加入某種物質(zhì)，人為地改變膨潤土中的離子種類，從而改變膨潤土的屬性，達(dá)到改變膨潤土的工藝性從而改變膨潤土的屬性，達(dá)到改變膨潤土的工藝性能。這種利用離子交換處理技術(shù)稱為膨潤土的能。這種利用離子交換處理技術(shù)稱為膨潤土的活化活化處理處理，所加入的物質(zhì)稱為，所加入的物質(zhì)稱為活化劑活化劑。 而而普通粘土普通粘土基本上基本上不具備活化條件不具備活化條件。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 目前我國開采的膨潤土幾乎都是鈣基膨潤土，目前我國開采的膨潤土幾乎都是鈣基膨潤土，往往滿足不了生產(chǎn)要求，活化處理是往往滿足不了生產(chǎn)要求，活化處理

37、是唯一方法唯一方法。常用的活化劑：常用的活化劑：Na2CO3 Na2CO3在水中能完全電離成在水中能完全電離成Na+和和CO 3 2 - ，使，使溶液中的溶液中的Na+濃度增加，濃度增加， 逐步將鈣基膨潤土中的逐步將鈣基膨潤土中的Ca2+置換出來。被置換出的置換出來。被置換出的Ca2+與與CO 32 -生成生成 CaCO 3 ，不溶于水，從而使交換反應(yīng)進(jìn)行完全。，不溶于水，從而使交換反應(yīng)進(jìn)行完全。鈣膨潤土經(jīng)活化處理后與天然鈉膨潤土的性能相近鈣膨潤土經(jīng)活化處理后與天然鈉膨潤土的性能相近。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 Na2CO3的加入量：的加入量： 37 （占膨潤土）（占膨潤土） 一般取一般取4

38、5。加入量不足或過多，都會(huì)影響膨。加入量不足或過多，都會(huì)影響膨潤土的粘結(jié)性潤土的粘結(jié)性 Na2CO3的加入方式：的加入方式： 可在混砂時(shí)以干態(tài)狀態(tài)進(jìn)入混砂機(jī)內(nèi)。一般做法可在混砂時(shí)以干態(tài)狀態(tài)進(jìn)入混砂機(jī)內(nèi)。一般做法是先溶入水后，再隨水加入混砂機(jī)內(nèi)。是先溶入水后，再隨水加入混砂機(jī)內(nèi)。 現(xiàn)有已活化的膨潤土商品銷售?，F(xiàn)有已活化的膨潤土商品銷售。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 吸附色素的能力不同吸附色素的能力不同 膨潤土具有吸附色素的能力，尤以吸附亞甲基藍(lán)的能力為膨潤土具有吸附色素的能力，尤以吸附亞甲基藍(lán)的能力為最強(qiáng)。每最強(qiáng)。每100克蒙脫石大約可吸附克蒙脫石大約可吸附44克亞甲基藍(lán)色素?？藖喖谆{(lán)色素。膨

39、潤土吸附色素的能力越強(qiáng)膨潤土吸附色素的能力越強(qiáng)說明膨潤土的分散性越好說明膨潤土的分散性越好分散度越大分散度越大膨潤土中，彌散膠質(zhì)成分越多膨潤土中，彌散膠質(zhì)成分越多粘性越大粘性越大 普通粘土基本上不具備吸附色素能力。普通粘土基本上不具備吸附色素能力。這也是鑒別普通粘土和膨潤土的方法之一。這也是鑒別普通粘土和膨潤土的方法之一。 粘土受熱后的脫水過程不同粘土受熱后的脫水過程不同 潤濕的粘土在加熱過程中將出現(xiàn)脫水、潤濕的粘土在加熱過程中將出現(xiàn)脫水、體積收縮、礦物分解等一系列變化。體積收縮、礦物分解等一系列變化。蒙脫石的脫水：蒙脫石的脫水：脫水過程分三個(gè)階段完成脫水過程分三個(gè)階段完成 第一階段：第一階段

40、：2020140140， 逸出吸附水逸出吸附水 第二階段：第二階段：400400500500，逸出層間水，逸出層間水 第三階段：第三階段：500500600600，脫水迅速，脫水迅速， 800800后，脫水基本完成。后，脫水基本完成。 粘土受熱后的脫水過程不同粘土受熱后的脫水過程不同 潤濕的粘土在加熱過程中將出現(xiàn)脫水、潤濕的粘土在加熱過程中將出現(xiàn)脫水、體積收縮、礦物分解等一系列變化。體積收縮、礦物分解等一系列變化。高嶺石的脫水：高嶺石的脫水：脫水過程分兩個(gè)階段脫水過程分兩個(gè)階段 第一階段：第一階段：105，逸出吸附水，逸出吸附水 第二階段：第二階段：400600，失去結(jié)構(gòu)水，失去結(jié)構(gòu)水三、鑄造

41、用粘土三、鑄造用粘土進(jìn)一步提高加熱溫度，粘土?xí)蝗刍＿M(jìn)一步提高加熱溫度，粘土?xí)蝗刍?高嶺石的熔點(diǎn)為高嶺石的熔點(diǎn)為1650 1775； 蒙脫石的熔點(diǎn)為蒙脫石的熔點(diǎn)為12001300； 蒙脫石中氧化鐵含量高時(shí)，熔點(diǎn)降到蒙脫石中氧化鐵含量高時(shí)，熔點(diǎn)降到1000以下；以下； 隨著溫度的升高，粘土?xí)霈F(xiàn)一定的膨脹，但主要隨著溫度的升高，粘土?xí)霈F(xiàn)一定的膨脹，但主要傾向是收縮。傾向是收縮。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土11、粘土的復(fù)水性、粘土的復(fù)水性 粘土在受熱后仍能吸水的性質(zhì)稱為粘土在受熱后仍能吸水的性質(zhì)稱為復(fù)水性復(fù)水性。這。這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

42、果加熱溫度過高，使粘土失去結(jié)構(gòu)水，粘但如果加熱溫度過高，使粘土失去結(jié)構(gòu)水，粘土的礦物結(jié)構(gòu)一旦遭到破壞，致使粘土成為不再具土的礦物結(jié)構(gòu)一旦遭到破壞，致使粘土成為不再具有粘結(jié)性的失效粘土（也稱死粘土），這也是粘土有粘結(jié)性的失效粘土（也稱死粘土），這也是粘土型砂反復(fù)使用后性能變壞的型砂反復(fù)使用后性能變壞的主要原因主要原因。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土12、粘土屬性的鑒別方法、粘土屬性的鑒別方法 測定吸藍(lán)量測定吸藍(lán)量 蒙脫石有吸附色素的能力，尤以吸附亞甲基藍(lán)為明顯。蒙脫石有吸附色素的能力，尤以吸附亞甲基藍(lán)為明顯。100g純蒙脫石能吸附亞甲基純蒙脫石能吸附亞甲基44g，而高嶺石吸附色素的能力很弱。，而高

43、嶺石吸附色素的能力很弱?？筛鶕?jù)吸藍(lán)量測定膨潤土的蒙脫石含量。可根據(jù)吸藍(lán)量測定膨潤土的蒙脫石含量。 看在水中的下落情況看在水中的下落情況 普通粘土在水中普通粘土在水中散落散落，膨潤土在水中，膨潤土在水中團(tuán)落團(tuán)落。 用手指蘸水搓捻用手指蘸水搓捻 普通粘土普通粘土發(fā)滑發(fā)滑，膨潤土，膨潤土發(fā)粘發(fā)粘，能搓成泥條。，能搓成泥條。三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土13、粘土的牌號(hào)、粘土的牌號(hào) 國家標(biāo)準(zhǔn)，普通粘土的牌號(hào)中應(yīng)標(biāo)明粘土耐火度等國家標(biāo)準(zhǔn)，普通粘土的牌號(hào)中應(yīng)標(biāo)明粘土耐火度等級(jí)、濕壓強(qiáng)度等級(jí)、干壓強(qiáng)度等級(jí)。級(jí)、濕壓強(qiáng)度等級(jí)、干壓強(qiáng)度等級(jí)。 N 普通粘土普通粘土耐火度等級(jí)耐火度等級(jí) G G或或D D濕壓強(qiáng)度等級(jí)

44、代號(hào)濕壓強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)干壓強(qiáng)度干壓強(qiáng)度 等級(jí)代號(hào)等級(jí)代號(hào)如如 NG350三、鑄造用粘土三、鑄造用粘土 國家標(biāo)準(zhǔn)，膨潤土的牌號(hào)中，應(yīng)表示出膨潤土中吸國家標(biāo)準(zhǔn)，膨潤土的牌號(hào)中，應(yīng)表示出膨潤土中吸附的附的陽離子種類陽離子種類、酸堿性酸堿性、濕壓強(qiáng)度等級(jí)、熱濕拉、濕壓強(qiáng)度等級(jí)、熱濕拉強(qiáng)度等級(jí)。強(qiáng)度等級(jí)。 P 膨潤土膨潤土陽離子種類陽離子種類 Na Na 或或 CaCa酸堿性代號(hào)酸堿性代號(hào) S S 或或 J J濕壓強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)濕壓強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)熱濕拉強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)熱濕拉強(qiáng)度等級(jí)代號(hào)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，有時(shí)人為的加入一些其他材料，以使型砂具有有時(shí)人為的加入一些其他材料，以使型砂具有某些特殊性能，并改善鑄件的表面質(zhì)量。這些某些特殊性能，并改善鑄件的表面質(zhì)量。這些材料統(tǒng)稱為材料統(tǒng)稱為附加物附加物。常用的鑄造附加物有：常用的鑄造附加物有： 煤粉、渣油（又稱重油）、淀粉、糊精、木屑煤粉、渣油（又稱重油）、淀粉、