砂型和砂芯制造PPT課件

1、 物理固結(jié)：不含粘結(jié)劑，用物理學(xué)原理。例如磁型鑄造、物理固結(jié)：不含粘結(jié)劑，用物理學(xué)原理。例如磁型鑄造、V V法造型。法造型。 化學(xué)粘結(jié)：在造型（芯）時(shí)依靠粘結(jié)劑物理化學(xué)作用達(dá)化學(xué)粘結(jié)：在造型（芯）時(shí)依靠粘結(jié)劑物理化學(xué)作用達(dá)到硬化，建立強(qiáng)度，使砂粒結(jié)合牢固。到硬化，建立強(qiáng)度，使砂粒結(jié)合牢固。 機(jī)械粘結(jié)：以粘土作粘結(jié)劑。機(jī)械粘結(jié)：以粘土作粘結(jié)劑。第2頁/共265頁第1頁/共265頁第3頁/共265頁第2頁/共265頁第4頁/共265頁第3頁/共265頁第1章 濕 型第1節(jié) 濕型鑄造特點(diǎn)1.1 1.1 粘土砂類型粘土砂類型（1 1）按砂型在合箱和澆注時(shí)的狀態(tài)）按砂型在合箱和澆注時(shí)的狀態(tài) 濕砂型、濕型

2、：不烘干。濕砂型、濕型：不烘干。濕型使用最廣泛、最簡便，但是對于大件、厚件不濕型使用最廣泛、最簡便，但是對于大件、厚件不適合，容易產(chǎn)生鑄造缺陷。適合，容易產(chǎn)生鑄造缺陷。干砂型、干型：合箱前烘干。干砂型、干型：合箱前烘干。 干型強(qiáng)度高，氣體少，退讓性差，成本高，周期長。干型強(qiáng)度高，氣體少，退讓性差，成本高，周期長。表面干型：在澆注前對型腔表層烘干，厚度表面干型：在澆注前對型腔表層烘干，厚度5-10mm5-10mm，大件大于大件大于20mm20mm。第5頁/共265頁第4頁/共265頁 （2 2）按造型時(shí)的使用情況）按造型時(shí)的使用情況 面砂：特殊配制，覆蓋在模樣表面。面砂：特殊配制，覆蓋在模樣表面

3、。 背砂：填充砂箱用。背砂：填充砂箱用。 單一砂：用于中小件，簡化生產(chǎn)管理和操作。單一砂：用于中小件，簡化生產(chǎn)管理和操作。第6頁/共265頁第5頁/共265頁 1.2 1.2 濕型鑄造的特點(diǎn)濕型鑄造的特點(diǎn) （1 1）優(yōu)點(diǎn)）優(yōu)點(diǎn) 不需要烘干，簡化、靈活、生產(chǎn)周期短。不需要烘干，簡化、靈活、生產(chǎn)周期短。 成本低、生產(chǎn)率高、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。成本低、生產(chǎn)率高、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。 砂箱壽命長。砂箱壽命長。 （2 2）缺點(diǎn)）缺點(diǎn) 易產(chǎn)生鑄造缺陷，如氣孔、夾砂、砂眼等。易產(chǎn)生鑄造缺陷，如氣孔、夾砂、砂眼等。 （3 3）濕型鑄造的發(fā)展）濕型鑄造的發(fā)展 砂處理設(shè)備：濕型砂檢測、質(zhì)量保證程度提高。砂處理設(shè)備：濕型砂

4、檢測、質(zhì)量保證程度提高。 特別適用于機(jī)械化鑄造，如高壓、高密度造型，能特別適用于機(jī)械化鑄造，如高壓、高密度造型，能生產(chǎn)高尺寸精度和好的表面質(zhì)量的鑄件，見表生產(chǎn)高尺寸精度和好的表面質(zhì)量的鑄件，見表2-1-1 2-1-1 。 獲得輪廓清晰、表面光潔、尺寸精度高、內(nèi)在質(zhì)量獲得輪廓清晰、表面光潔、尺寸精度高、內(nèi)在質(zhì)量好的鑄件，必須保證型砂質(zhì)量，從型砂的配方、混制、好的鑄件，必須保證型砂質(zhì)量，從型砂的配方、混制、儲運(yùn)等方面必須始終保持優(yōu)良性能。儲運(yùn)等方面必須始終保持優(yōu)良性能。 第7頁/共265頁第6頁/共265頁 第2節(jié) 濕型砂的性能要求、檢測原理及檢測方法 對濕型砂的性能要求取決于鑄造條件（包括：合金

5、、澆對濕型砂的性能要求取決于鑄造條件（包括：合金、澆注溫度、模樣、造型方法、鑄件結(jié)構(gòu)）。注溫度、模樣、造型方法、鑄件結(jié)構(gòu)）。 濕型砂的主要性能：濕型砂的主要性能：水分、透氣性、強(qiáng)度、水分、透氣性、強(qiáng)度、緊實(shí)率、變緊實(shí)率、變形量、破碎指數(shù)、流動性、含泥量、顆粒組成、發(fā)氣性、形量、破碎指數(shù)、流動性、含泥量、顆粒組成、發(fā)氣性、附加物含量、抗夾砂性、抗粘砂性等。附加物含量、抗夾砂性、抗粘砂性等。 檢測方法檢測方法 在線檢測：偏重造型性能，如緊實(shí)率、水分、抗壓強(qiáng)度在線檢測：偏重造型性能，如緊實(shí)率、水分、抗壓強(qiáng)度等，可及時(shí)反映現(xiàn)場砂處理情況，適用于流水線。等，可及時(shí)反映現(xiàn)場砂處理情況，適用于流水線。 線外

6、檢測：在實(shí)驗(yàn)室中檢測，周期長、效率低，不能實(shí)線外檢測：在實(shí)驗(yàn)室中檢測，周期長、效率低，不能實(shí)時(shí)控制，適用于手工造型、單件小批生產(chǎn)。時(shí)控制，適用于手工造型、單件小批生產(chǎn)。第8頁/共265頁第7頁/共265頁 2.1 2.1 水分、最適宜干濕程度和緊實(shí)率水分、最適宜干濕程度和緊實(shí)率 （1 1）水分）水分 表示型砂中所含水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。表示型砂中所含水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。 測定原理：稱取測定原理：稱取50g50g型砂，在紅外線烘干器中烘干，型砂，在紅外線烘干器中烘干， 105-110105-110，4-8min4-8min烘至恒重，稱量烘干前后的質(zhì)量變烘至恒重，稱量烘干前后的質(zhì)量變化?；?。 X=X=（G-

7、GG-G1 1）/G/G100%100% 局限性：只表達(dá)水的絕對數(shù)量，不代表型砂的干濕程度。局限性：只表達(dá)水的絕對數(shù)量，不代表型砂的干濕程度。如砂中含有大量的吸水性粉塵、型砂成分不同，最適宜如砂中含有大量的吸水性粉塵、型砂成分不同，最適宜干濕程度的水分不同。干濕程度的水分不同。 （2 2） 手捏感覺手捏感覺 型砂是否容易成團(tuán)、是否沾手。型砂是否容易成團(tuán)、是否沾手。 易于成團(tuán)，不沾手，且有柔和感覺，砂團(tuán)上的手指痕易于成團(tuán)，不沾手，且有柔和感覺，砂團(tuán)上的手指痕跡清晰。跡清晰。 局限性：憑經(jīng)驗(yàn)、不夠準(zhǔn)確穩(wěn)定，不能定量，欠科學(xué)。局限性：憑經(jīng)驗(yàn)、不夠準(zhǔn)確穩(wěn)定，不能定量，欠科學(xué)。第9頁/共265頁第8頁/

8、共265頁 （3 3）緊實(shí)率）緊實(shí)率 方法：如圖方法：如圖2-1-12-1-1，用，用1MPa1MPa的壓力緊實(shí)，測量緊實(shí)前后的壓力緊實(shí)，測量緊實(shí)前后高度的變化率。已列入國家標(biāo)準(zhǔn)高度的變化率。已列入國家標(biāo)準(zhǔn)GB2684-81GB2684-81。 緊實(shí)率緊實(shí)率= =（筒高（筒高- -緊實(shí)距離）緊實(shí)距離）/ /筒高筒高100%100%第10頁/共265頁第9頁/共265頁 依據(jù)：依據(jù)：較干較干的型砂自由流入試樣筒時(shí)，砂粒堆得比較的型砂自由流入試樣筒時(shí)，砂粒堆得比較密密實(shí)實(shí)。在相同的緊實(shí)力作用下，型砂體積減小。在相同的緊實(shí)力作用下，型砂體積減小較少，緊實(shí)較少，緊實(shí)率高率高。這種砂發(fā)脆、韌性差，起模容

9、易損壞，砂型轉(zhuǎn)角。這種砂發(fā)脆、韌性差，起模容易損壞，砂型轉(zhuǎn)角處容易破碎，鑄件容易產(chǎn)生沖砂、砂眼缺陷；而處容易破碎，鑄件容易產(chǎn)生沖砂、砂眼缺陷；而較濕較濕的的型砂流動性差，未被緊實(shí)前砂粒堆積型砂流動性差，未被緊實(shí)前砂粒堆積疏松疏松，緊實(shí)后體積，緊實(shí)后體積減少減少較多，緊實(shí)率低較多，緊實(shí)率低。使用這種砂澆注時(shí)急速產(chǎn)生大量。使用這種砂澆注時(shí)急速產(chǎn)生大量氣體，鑄件可能產(chǎn)生氣孔、脹砂、夾砂、表面粗糙。氣體，鑄件可能產(chǎn)生氣孔、脹砂、夾砂、表面粗糙。 因此，根據(jù)緊實(shí)率大小的變化，就可以檢查出型砂水分因此，根據(jù)緊實(shí)率大小的變化，就可以檢查出型砂水分是否合適，是否合適，克服了主觀因素克服了主觀因素。 應(yīng)用：應(yīng)用

10、：加水量根據(jù)緊實(shí)率范圍控制，稱為最適宜水分。加水量根據(jù)緊實(shí)率范圍控制，稱為最適宜水分。如：手工造型用型砂，在最適宜干濕狀態(tài)下的緊實(shí)率接如：手工造型用型砂，在最適宜干濕狀態(tài)下的緊實(shí)率接近近50%50%，高壓造型為，高壓造型為35-45%35-45%，擠壓造型為，擠壓造型為35-40%35-40%。第11頁/共265頁第10頁/共265頁 2.2 2.2 透氣性透氣性 （1 1）概念：緊實(shí)的型砂能讓氣體通過而逸出的能力，用）概念：緊實(shí)的型砂能讓氣體通過而逸出的能力，用透氣率表示。透氣率表示。 對鑄造的影響：對鑄造的影響：過低會產(chǎn)生氣孔、嗆火、澆不足；過過低會產(chǎn)生氣孔、嗆火、澆不足；過高表明砂粒間空

11、隙較大，金屬液易滲入，造成表面粗糙、高表明砂粒間空隙較大，金屬液易滲入，造成表面粗糙、粘砂。粘砂。 影響透氣性的因素：影響透氣性的因素：砂粒大小、分布、粒形、含泥量、砂粒大小、分布、粒形、含泥量、粘結(jié)劑及加入量、緊實(shí)度。粘結(jié)劑及加入量、緊實(shí)度。 （2 2） 測量方法測量方法 原理：通過在一定條件下氣體流過式樣時(shí)所受到的阻原理：通過在一定條件下氣體流過式樣時(shí)所受到的阻力的大小來間接反映。用在單位壓力下通過單位面積和力的大小來間接反映。用在單位壓力下通過單位面積和單位長度試樣的氣體量來度量。單位長度試樣的氣體量來度量。第12頁/共265頁第11頁/共265頁 測量方法測量方法 標(biāo)準(zhǔn)法：如圖標(biāo)準(zhǔn)法：

12、如圖2-1-22-1-2，在，在水封鐘罩內(nèi)吸入水封鐘罩內(nèi)吸入2000cm2000cm3 3空氣，造成空氣，造成10g/cm10g/cm2 2的壓的壓力條件，用秒表測出在力條件，用秒表測出在該壓力下該壓力下2000cm2000cm3 3空氣通空氣通過試樣流出的時(shí)間過試樣流出的時(shí)間t t，并，并記下氣壓計(jì)讀數(shù)（記下氣壓計(jì)讀數(shù)（p p） 第13頁/共265頁第12頁/共265頁 透氣率透氣率 k=VH/Sptk=VH/Spt 式中式中: V-: V-通過式樣的空氣體積，通過式樣的空氣體積，2000cm2000cm3 3； p-p-試樣前壓力（試樣前壓力（mmHmmH2 2O O）；）； H-H-試樣

13、高度；試樣高度； S-S-式樣截面積；式樣截面積； t-2000cmt-2000cm3 3空氣通過式樣的時(shí)間?？諝馔ㄟ^式樣的時(shí)間。第14頁/共265頁第13頁/共265頁 2.3 2.3 濕態(tài)強(qiáng)度濕態(tài)強(qiáng)度 （1 1） 對鑄造過程的影響：承受工序中的機(jī)械力、澆對鑄造過程的影響：承受工序中的機(jī)械力、澆注時(shí)的沖刷、靜壓力。注時(shí)的沖刷、靜壓力。 過低：塌箱、砂眼、脹砂、跑火。過低：塌箱、砂眼、脹砂、跑火。 過高：增加粘土和最適宜含水量，降低透氣性；提過高：增加粘土和最適宜含水量，降低透氣性；提高成本；增加混砂、緊實(shí)、落砂困難。高成本；增加混砂、緊實(shí)、落砂困難。 （2 2） 測量：用標(biāo)準(zhǔn)式樣在外力作用下

14、遭到破壞時(shí)的測量：用標(biāo)準(zhǔn)式樣在外力作用下遭到破壞時(shí)的應(yīng)力值表示。應(yīng)力值表示。MPaMPa、KPaKPa。 指標(biāo)：濕態(tài)抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)指標(biāo)：濕態(tài)抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度度 第15頁/共265頁第14頁/共265頁 濕態(tài)抗壓強(qiáng)度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用時(shí)濕態(tài)抗壓強(qiáng)度表示起模后砂型（芯）自身及受外力作用時(shí)能保持型腔（或砂芯）形狀的能力。能保持型腔（或砂芯）形狀的能力。 普通機(jī)器造型控制在普通機(jī)器造型控制在0.06-0.12MPa0.06-0.12MPa， 高密度造型控制在高密度造型控制在0.09-0.20MPa0.09-0.20MPa。 許多情況下，砂型

15、破壞是由拉應(yīng)力引起的。當(dāng)型砂中粉塵許多情況下，砂型破壞是由拉應(yīng)力引起的。當(dāng)型砂中粉塵和死粘土含量高時(shí)，雖然濕態(tài)抗壓強(qiáng)度高，但是濕拉強(qiáng)度和死粘土含量高時(shí)，雖然濕態(tài)抗壓強(qiáng)度高，但是濕拉強(qiáng)度和變形量很低，可塑性差，很容易破壞，使造型操作困難，和變形量很低，可塑性差，很容易破壞，使造型操作困難，并引起鑄造缺陷。并引起鑄造缺陷。 單純地用濕態(tài)抗壓強(qiáng)度衡量型砂性能并不太合適，引入劈單純地用濕態(tài)抗壓強(qiáng)度衡量型砂性能并不太合適，引入劈裂強(qiáng)度的概念。裂強(qiáng)度的概念。第16頁/共265頁第15頁/共265頁 劈裂強(qiáng)度（如圖劈裂強(qiáng)度（如圖2-1-3所示）所示） 在標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣的徑向加栽，使在標(biāo)準(zhǔn)圓柱試樣的徑向加栽，使

16、試樣沿其軸向平面斷裂。劈裂強(qiáng)試樣沿其軸向平面斷裂。劈裂強(qiáng)度可以按照下式計(jì)算：度可以按照下式計(jì)算： sFsF=2F/dL=2F/dL sFsF型砂濕態(tài)劈裂強(qiáng)度（型砂濕態(tài)劈裂強(qiáng)度（MPaMPa） F F劈裂載荷（劈裂載荷（N N）；）； d d試樣直徑，為試樣直徑，為50mm50mm； L L試樣高，為試樣高，為50mm50mm。 劈裂強(qiáng)度可以更正確、更可靠地劈裂強(qiáng)度可以更正確、更可靠地說明型砂中粘土的粘結(jié)作用。說明型砂中粘土的粘結(jié)作用。第17頁/共265頁第16頁/共265頁注意：型砂強(qiáng)度是指整體強(qiáng)度，反映表面強(qiáng)度常用表面硬注意：型砂強(qiáng)度是指整體強(qiáng)度，反映表面強(qiáng)度常用表面硬度計(jì)。度計(jì)。第18頁/

17、共265頁第17頁/共265頁 2.4 2.4 流動性流動性 （1 1） 概念：型砂在自重或外力作用下，沿模樣或砂概念：型砂在自重或外力作用下，沿模樣或砂粒間移動的能力。粒間移動的能力。 （2 2） 對造型（芯）的影響：均勻性、光滑性、緊實(shí)對造型（芯）的影響：均勻性、光滑性、緊實(shí)力、生產(chǎn)率。力、生產(chǎn)率。 （3 3） 測量（無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）測量（無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)） 第19頁/共265頁第18頁/共265頁 階梯試樣硬度差法階梯試樣硬度差法 測量測量A A、B B點(diǎn)的硬度，對點(diǎn)的硬度，對比兩點(diǎn)的硬度差。差值比兩點(diǎn)的硬度差。差值小說明型砂的流動性好，小說明型砂的流動性好，差值大說明流動性差。差值大說明流動性差

18、。 流動性對緊實(shí)度的影響流動性對緊實(shí)度的影響第20頁/共265頁第19頁/共265頁 側(cè)孔法側(cè)孔法 拔出柱塞，頂出試樣，稱量被擠出的型砂多少，數(shù)量越大拔出柱塞，頂出試樣，稱量被擠出的型砂多少，數(shù)量越大流動性越好。流動性越好。 型砂受力后，向側(cè)面、凹槽處流動的能力。對均勻性、輪型砂受力后，向側(cè)面、凹槽處流動的能力。對均勻性、輪廓有意義，多用于吹射型（芯）砂的測定。廓有意義，多用于吹射型（芯）砂的測定。第21頁/共265頁第20頁/共265頁 環(huán)形空腔法環(huán)形空腔法 沖擊沖擊3 3次后看次后看h h的的大小，大小， h h越小進(jìn)越小進(jìn)入圓環(huán)中的型砂越入圓環(huán)中的型砂越多，流動性越好。多，流動性越好。

19、檢測有凹槽、窄縫檢測有凹槽、窄縫模樣，及要求輪廓模樣，及要求輪廓非常清晰的砂型非常清晰的砂型（芯）。（芯）。第22頁/共265頁第21頁/共265頁 （4 4）影響流動性的因素：原砂的形狀、大小、表面狀）影響流動性的因素：原砂的形狀、大小、表面狀態(tài)，粘結(jié)劑的性質(zhì)、混砂質(zhì)量。形態(tài)圓、粒度大而集中態(tài)，粘結(jié)劑的性質(zhì)、混砂質(zhì)量。形態(tài)圓、粒度大而集中的砂粒流動性好。的砂粒流動性好。第23頁/共265頁第22頁/共265頁 2.5 2.5 起模性、變形量、韌性和破碎指數(shù)起模性、變形量、韌性和破碎指數(shù) 起模性：表示起模時(shí)模樣或模板與砂型分離時(shí)是否容易起模性：表示起模時(shí)模樣或模板與砂型分離時(shí)是否容易損壞（開裂

20、、掉砂）。起模性的好壞與型砂的濕態(tài)抗壓損壞（開裂、掉砂）。起模性的好壞與型砂的濕態(tài)抗壓強(qiáng)度是兩種絕然不同的特性。強(qiáng)度是兩種絕然不同的特性。 影響因素：拉應(yīng)力、受力破碎前的變形量。影響因素：拉應(yīng)力、受力破碎前的變形量。 變形量：在測定型砂抗拉強(qiáng)度時(shí)，試樣破碎前的變形，變形量：在測定型砂抗拉強(qiáng)度時(shí)，試樣破碎前的變形，一般很小。一般很小。 韌性：型砂的濕壓強(qiáng)度（韌性：型砂的濕壓強(qiáng)度（MPaMPa）乘變形量（）乘變形量（cmcm）再乘）再乘10001000的乘積。它表示了型砂由于塑性變形而能吸收能的乘積。它表示了型砂由于塑性變形而能吸收能量的性質(zhì)。量的性質(zhì)。 第24頁/共265頁第23頁/共265頁

21、韌性的測定韌性的測定 落球法：見圖落球法：見圖2-1-62-1-6。標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)抗壓試樣、抗壓試樣、50mm50mm，510510克克鋼球，鋼球，12.7mm12.7mm的篩。的篩。 在沖擊條件下的韌性在沖擊條件下的韌性用破用破碎指數(shù)表示碎指數(shù)表示 破碎指數(shù)：留在篩網(wǎng)上的大破碎指數(shù)：留在篩網(wǎng)上的大塊型砂的質(zhì)量占試樣原質(zhì)量塊型砂的質(zhì)量占試樣原質(zhì)量的比值。的比值。 破碎指數(shù)高，表示型砂的起破碎指數(shù)高，表示型砂的起模性好，但破碎指數(shù)過高時(shí)模性好，但破碎指數(shù)過高時(shí)型砂的流動性差，使砂型表型砂的流動性差，使砂型表面不夠致密。面不夠致密。 跌碎法：試樣從跌碎法：試樣從1.81.8米的高米的高度直接墜落到鐵砧

22、上。度直接墜落到鐵砧上。第25頁/共265頁第24頁/共265頁其它新方法其它新方法 我國新研制的型我國新研制的型砂壓力砂壓力變形曲變形曲線測試儀（圖線測試儀（圖2-2-1-71-7）第26頁/共265頁第25頁/共265頁 濕型砂試樣加壓過程中的壓力濕型砂試樣加壓過程中的壓力- -變形（變形（F-F- ）曲線）曲線 1 1）OAOA段，壓力段，壓力與變形與變形成線性關(guān)系，反映了砂樣的粘彈成線性關(guān)系，反映了砂樣的粘彈性特征。性特征。 2 2）ABAB段，過度階段，非線性關(guān)系，粘塑性變形。壓力到達(dá)段，過度階段，非線性關(guān)系，粘塑性變形。壓力到達(dá)極限抗力極限抗力F Fm m后，砂樣內(nèi)部的砂粒間將會產(chǎn)

23、生滑移，應(yīng)力開后，砂樣內(nèi)部的砂粒間將會產(chǎn)生滑移，應(yīng)力開始下降始下降 3 3）C C點(diǎn)以后，砂樣點(diǎn)以后，砂樣屬于破裂階段。屬于破裂階段。 K K1 1體現(xiàn)了型砂的彈體現(xiàn)了型砂的彈性現(xiàn)象，近似于性現(xiàn)象，近似于彈性模量彈性模量E E，單位，單位N/mmN/mm。 F Fm m抗壓強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度。第27頁/共265頁第26頁/共265頁 2.6 2.6 抗夾砂結(jié)疤缺陷的能力抗夾砂結(jié)疤缺陷的能力 （1 1） 夾砂類缺陷產(chǎn)生的原因夾砂類缺陷產(chǎn)生的原因 水分遷移：使凝聚區(qū)的熱濕拉強(qiáng)度降低，控制熱濕拉強(qiáng)水分遷移：使凝聚區(qū)的熱濕拉強(qiáng)度降低，控制熱濕拉強(qiáng)度是控制夾砂結(jié)疤類缺陷的關(guān)鍵。度是控制夾砂結(jié)疤類缺陷的關(guān)鍵。

24、 熱壓應(yīng)力：石英熱壓應(yīng)力：石英573573急熱相變出現(xiàn)較大的熱膨脹受到急熱相變出現(xiàn)較大的熱膨脹受到阻抑后產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致膨脹變形、破裂，控制熱應(yīng)力。阻抑后產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致膨脹變形、破裂，控制熱應(yīng)力。第28頁/共265頁第27頁/共265頁（2 2）測量）測量測熱濕拉強(qiáng)度測熱濕拉強(qiáng)度見圖見圖2-1-92-1-9。模擬金屬澆入。模擬金屬澆入鑄型后型砂的受熱情況。鑄型后型砂的受熱情況。濕型砂試樣濕型砂試樣50mm50mm50mm50mm，加熱板溫度加熱板溫度3203201010，緊，緊貼貼20-30s20-30s，形成，形成5mm5mm左右的左右的干砂層及水分凝聚區(qū)，測干砂層及水分凝聚區(qū)，測定熱濕拉強(qiáng)度

25、。定熱濕拉強(qiáng)度。第29頁/共265頁第28頁/共265頁 測型砂熱壓應(yīng)力測型砂熱壓應(yīng)力 模擬型砂表面受到急熱后石英模擬型砂表面受到急熱后石英573573相變出現(xiàn)較大的熱相變出現(xiàn)較大的熱膨脹受到阻抑后產(chǎn)生多大的應(yīng)力，如圖膨脹受到阻抑后產(chǎn)生多大的應(yīng)力，如圖2-1-102-1-10。 球冠形圓盤試樣，凹面用氧球冠形圓盤試樣，凹面用氧- -乙炔焰加熱，托架置于水乙炔焰加熱，托架置于水中保持恒溫，受熱產(chǎn)生的壓力通過可動托架測量?？煞粗斜３趾銣?，受熱產(chǎn)生的壓力通過可動托架測量?？煞从吵鍪褂玫臐裥蜕笆欠褚子诋a(chǎn)生膨脹缺陷。映出使用的濕型砂是否易于產(chǎn)生膨脹缺陷。 第30頁/共265頁第29頁/共265頁 （3

26、3）其它方法）其它方法 激熱性能試驗(yàn)驗(yàn)法激熱性能試驗(yàn)驗(yàn)法（圖（圖2-1-112-1-11、1212） 圓餅形型砂試樣，開圓餅形型砂試樣，開V V形槽，在形槽，在130013000 0C C，的，的高溫下烘烤。觀測型高溫下烘烤。觀測型砂表面開始脫落的時(shí)砂表面開始脫落的時(shí)間。間。第31頁/共265頁第30頁/共265頁 2.7 2.7 發(fā)氣量和有效煤粉含量（鑄鐵用濕型砂）發(fā)氣量和有效煤粉含量（鑄鐵用濕型砂） （1 1）目的：防止機(jī)械粘砂）目的：防止機(jī)械粘砂 （2 2）煤粉及附加物可防止機(jī)械粘砂的機(jī)理：）煤粉及附加物可防止機(jī)械粘砂的機(jī)理： 澆注后高溫烘烤澆注后高溫烘烤產(chǎn)生大量揮發(fā)分產(chǎn)生大量揮發(fā)分高溫

27、下進(jìn)行氣相反高溫下進(jìn)行氣相反應(yīng)應(yīng)砂粒表面沉積形成光澤碳砂粒表面沉積形成光澤碳防止機(jī)械粘砂，提高表防止機(jī)械粘砂，提高表面光潔度。面光潔度。 （3 3）測量）測量 方法一：采用測定型砂發(fā)氣性的辦法，將定量待測樣品方法一：采用測定型砂發(fā)氣性的辦法，將定量待測樣品在在密閉系統(tǒng)中加熱密閉系統(tǒng)中加熱，測定氣體的容積或壓力，或稱量殘，測定氣體的容積或壓力，或稱量殘留物的質(zhì)量，判斷發(fā)氣量大小。留物的質(zhì)量，判斷發(fā)氣量大小。第32頁/共265頁第31頁/共265頁方法二：如圖方法二：如圖2-1-132-1-13所示，稱取經(jīng)過干燥的型砂盛入小舟所示，稱取經(jīng)過干燥的型砂盛入小舟推推入入850850的管式加熱爐加熱的管

28、式加熱爐加熱產(chǎn)生的氣體經(jīng)冷凝進(jìn)入帶刻度的產(chǎn)生的氣體經(jīng)冷凝進(jìn)入帶刻度的玻璃管中玻璃管中測量大氣壓力下型砂的發(fā)氣體積。測量大氣壓力下型砂的發(fā)氣體積。第33頁/共265頁第32頁/共265頁 小 結(jié) 1 1 了解濕型鑄造的特點(diǎn)；了解濕型鑄造的特點(diǎn)； 2 2 掌握型砂的七個(gè)方面的性能；掌握型砂的七個(gè)方面的性能； 3 3 熟悉型砂性能對鑄造質(zhì)量的影響；熟悉型砂性能對鑄造質(zhì)量的影響； 4 4 了解型砂性能的測試方法。了解型砂性能的測試方法。 對于各種性能的要求必須適量，許多性能之間是互對于各種性能的要求必須適量，許多性能之間是互相聯(lián)系的，對于某一種性能要求過分就會導(dǎo)致另外一種性相聯(lián)系的，對于某一種性能要求

29、過分就會導(dǎo)致另外一種性能變差。各種性能的具體控制范圍要根據(jù)具體生產(chǎn)條件以能變差。各種性能的具體控制范圍要根據(jù)具體生產(chǎn)條件以及操作習(xí)慣等因素的不同而定。及操作習(xí)慣等因素的不同而定。第34頁/共265頁第33頁/共265頁 第3節(jié) 濕型砂用原材料及其質(zhì)量要求 濕型砂的組成：原砂（新砂和舊砂）+粘土+附加物+水 影響型砂性能的三大因素：原材料的選擇 型砂的配比 混制工藝第35頁/共265頁第34頁/共265頁 3.1 石英質(zhì)原砂 （1）種類：天然硅砂、人造砂 天然硅砂：由火成巖風(fēng)化形成 山砂：風(fēng)化后就地儲集。泥多、粒形不規(guī)則。六合、唐山 海砂、湖砂、河砂：經(jīng)過水利搬運(yùn)。顆粒圓整，大小較均勻。 海砂：

30、北戴河、廣東新會、福建東山、山東 湖砂：江西都昌、星子 河砂：上海吳淞、河南鄭庵 風(fēng)積砂：經(jīng)風(fēng)力搬運(yùn)，顆粒更圓整、均勻。內(nèi)蒙古。 人造砂： 石英砂巖：沉積的石英顆粒被膠體二氧化硅或氧化鐵、碳酸鈣等膠結(jié)成塊狀，質(zhì)地疏松，易加工破碎，顆粒大多呈現(xiàn)多角狀。 石英巖：沉積的石英砂粒在地質(zhì)高溫高壓作用下，經(jīng)過變質(zhì)而形成堅(jiān)固、整體的巖石。SiO2含量高、質(zhì)地堅(jiān)硬，破碎后呈尖角狀。第36頁/共265頁第35頁/共265頁 （2）對石英質(zhì)原砂的一些質(zhì)量要求： a 含泥量 含泥量：原砂或型砂中直徑小于20m的細(xì)小顆粒的含量。既有粘土，也有極細(xì)的砂子和其它非粘土質(zhì)點(diǎn)。含量取決于形成條件，差別很大。 含泥量對型砂性

31、能的影響 （a） 透氣性 （b） 濕態(tài)抗壓強(qiáng)度、最適宜干濕狀態(tài)的含水量提高。 （c） 泥分中若無粘土，則使型砂變脆 （d） 消耗化學(xué)粘結(jié)劑（水洗、降泥0.2-0.3%）。第37頁/共265頁第36頁/共265頁 含泥量的測定 原理：不同顆粒尺寸的砂粒在水中下降速度不同，符合司托克司公式（見材料成型原理P12）： V=d2（r-r1）g/18 式中：V質(zhì)點(diǎn)下沉速度 d質(zhì)點(diǎn)直徑cm r下沉物的密度，2.62g/cm3(砂與粘土的密度大致相同) r1水的密度 水的粘度0.010g/cm.s(在20時(shí)) g重力加速度 980cm/s2第38頁/共265頁第37頁/共265頁 直徑為0.002cm的石英

32、砂質(zhì)點(diǎn)，在20時(shí)，在水中的下降速度V=0.0426cm/s=2.5cm/min。5min后下沉深度為2.55=12.5cm。因此，將原砂和水充分?jǐn)嚢?，使砂和泥懸浮與水中，然后靜置5分鐘，則2.5cm以上的水中懸浮物都是泥分。既可用虹吸管將它吸去。清洗幾次至上部水清為止。 含泥量 X=（G-G1）/G100% 式中：G洗砂前質(zhì)量 G1洗砂后的質(zhì)量第39頁/共265頁第38頁/共265頁 b 原砂的顆粒組成 顆粒組成：包括砂粒的粗細(xì)程度和粗細(xì)分布的集中程度。 檢測方法：篩分法。用一套（11個(gè)）篩孔尺寸自大而小的鑄造用試驗(yàn)篩篩分洗去泥分的干砂樣。見表2-1-2，ISO565-1983R20、我國專業(yè)

33、標(biāo)準(zhǔn)ZBJ31004-88、美國ASTME11-70。 表明顆粒組成的方法 符號表示法：國標(biāo)GB9442-88：對比篩分后各篩子上的砂子質(zhì)量，選出余留量為最大值的相鄰三篩，用相鄰三篩的中間篩孔尺寸mm后的兩位數(shù)作為粒度代號（表2-1-3）在主要粒度組成部分中，如果前篩余留量大于后篩，則在粒度代號后面用Q表示，反之用H表示。第40頁/共265頁第39頁/共265頁 計(jì)曲線表示法（德國鑄造協(xié)會）：見表2-1-4及圖2-1-14 美國鑄造協(xié)會平均細(xì)度（AFS grain fineness number）。 用砂粒平均尺寸第41頁/共265頁第40頁/共265頁 c 原砂的顆粒形狀和表面狀況 顆粒形狀

34、（見圖2-1-15）第42頁/共265頁第41頁/共265頁 按表面情況分六種：尖角形、角形、半角形、半圓形、圓形、很圓整 按圓球度分三級：高球形砂、半球形砂、少球形砂。 濕型砂一般用圓形砂 我國的分類： JB435-63；JB2488-78：圓形、多角形、尖角形 GB9442-88鑄造用硅砂：用角形系數(shù)表示 角形系數(shù)E 定義：單位質(zhì)量原砂的實(shí)測表面積（即實(shí)際比表面積Sth）與單位質(zhì)量同樣粗細(xì)等直徑假想圓球的表面積（即理論比表面積Sw）的比值。比值為1時(shí)砂粒為圓球形，比值大于1，砂粒的形狀越偏向尖角形，可表示形狀平均偏離圓球形的程度。第43頁/共265頁第42頁/共265頁 用通氣法測定砂粒實(shí)

35、際比表面積：其原理為：空氣通過砂柱時(shí)受到的阻力不僅與砂柱緊實(shí)程度有關(guān)，而且與砂粒的實(shí)際表面積有關(guān)，亦即砂粒的比表面積是砂柱孔隙率和透氣率的函數(shù)。用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示： 式中：-原砂的密度2.65g/cm3； K-常數(shù),取5； -砂柱的孔隙率； -空氣動力粘度，20時(shí)1810-6g/（cm.s）； A -砂柱的截面積； P-砂柱兩端空氣的壓力差； g -重力加速度981cm/s2； t -通氣時(shí)間s； V- 通過的空氣量； L -砂柱的高度。VLKAPgtSw3)1 (1第44頁/共265頁第43頁/共265頁 測定儀器見圖2-1-16、17 第45頁/共265頁第44頁/共265頁 測定值：孔隙

36、率由A、L及算出。 砂柱兩端的空氣壓力差 式中 -煤油或其它低粘度礦物油的密度。 h1-M2到M3之間的距離。 h2 -M3到M4之間的距離的2倍。)21lg(8686. 0211hhhP第46頁/共265頁第45頁/共265頁 計(jì)算理論比表面積：采用篩孔直徑平均值法 dm=（dp+dr）/2 dp通過篩的篩孔直徑 dr停留篩的篩孔直徑 Sth1= Sth1篩孔直徑平均值法理論比表面積 dm篩孔直徑平均值 砂樣密度dm6第47頁/共265頁第46頁/共265頁 還可采用等粒數(shù)圓球直徑法：稱量一定質(zhì)量的單篩砂，數(shù)出個(gè)數(shù) Sth2= Sth2等粒數(shù)圓球直徑法理論比表面積 W砂樣質(zhì)量 N質(zhì)量為W的砂

37、樣顆粒數(shù)3236WN第48頁/共265頁第47頁/共265頁 計(jì)算角形系數(shù)： E1=Sw/ Sth1 E2=Sw /Sth2 粒形對型砂性能的影響：粘結(jié)效率、流動性（易緊實(shí)、高的濕態(tài)強(qiáng)度、透氣率） 原砂的表面狀況：通過SEM觀測，主要對粘結(jié)劑的效果及消耗量有影響。第49頁/共265頁第48頁/共265頁 d 原砂的礦物組成、化學(xué)成分及燒結(jié)點(diǎn) 硅砂的礦物組成 需用專門的巖相分析技術(shù)和設(shè)備。主要成分是石英，其次為長石、云母、鐵的氧化物、碳酸鹽、硫化物。石英和長石、云母的特征見表2-1-8。 硅砂的化學(xué)成分 主要化驗(yàn)石英的含量 鑄造用硅砂根據(jù)GB9442-88，按SiO2的含量可以分為七級（見表2-

38、1-9） 選用：澆注溫度高，選用石英含量高的原砂，如鑄鋼。鑄鐵澆注溫度低，可選用石英含量低的原砂，由于表面燒結(jié)可防止機(jī)械粘砂，同時(shí)膨脹量小可防止夾砂類缺陷。 原砂的燒結(jié)點(diǎn) 燒結(jié)點(diǎn)是指原砂顆粒表面或砂粒間混合物開始熔化的溫度，是原砂各種組合成分耐火性能的綜合反映。推測SiO2含量。 硅砂的化學(xué)成分對鑄件質(zhì)量的影響：SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)每降低5%，硅砂的燒結(jié)點(diǎn)下降約50。 O第50頁/共265頁第49頁/共265頁 3.2 非石英質(zhì)原砂 石英質(zhì)原砂的缺陷：膨脹系數(shù)大、熱性能差、化學(xué)穩(wěn)定性差，勞動條件差。 （1） 鎂砂（magnesite） 主要成分 主要成分為MgO，（菱鎂礦）MgCO2MgO+CO2

39、。菱鎂礦高溫煅燒（1500-1650）使MgO重結(jié)晶、燒結(jié)、破碎、分選。 性能：熔點(diǎn)高、蓄熱系數(shù)高（是石英砂的一倍半）、熱膨脹率比石英小，無相變引起的體積膨脹、化學(xué)性能穩(wěn)定，不與MnO、FeO反應(yīng)，用于錳鋼可防止粘砂。 規(guī)格：見表2-1-10，按MgO的含量，有兩種規(guī)格。第51頁/共265頁第50頁/共265頁 （2） 橄欖石砂（olivine sand） 礦物組成及化學(xué)成分：（Mg，F(xiàn)e）2SiO4是由含Mg2SiO4高的橄欖石制成。見圖2-1-18。鑄造用橄欖石常含有5-10%的鐵橄欖石。 性能：熔點(diǎn)1600-1760 、熱膨脹率比石英小而且均勻（見圖1-2-10），不易發(fā)生夾砂類缺陷。燒

40、結(jié)點(diǎn)低1200，但不為金屬潤濕，具有化學(xué)惰性。與鋼液接觸形成致密層防止粘砂。同時(shí)，由于無晶型轉(zhuǎn)變，熱膨脹率低，故不易產(chǎn)生夾砂類缺陷。 規(guī)格：根據(jù)中國造型公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)XQ/ZQS-4-86，按物理化學(xué)性能分兩級，按粒度分兩組（見表2-1-11、12）。生產(chǎn)中通過破碎、細(xì)磨、分級、水洗。 應(yīng)用：用于高錳鋼鑄件可防止鑄件粘砂，也可防止對人體的危害。第52頁/共265頁第51頁/共265頁 （3） 鋯砂（zircon sand） 礦物組成：四方晶系的鋯英石ZrSiO4。 性能：密度4.4-4.7g/cm3、莫氏硬度7-8、熔點(diǎn)2038-2420，隨雜質(zhì)而不同、燒結(jié)點(diǎn)1540。熱膨脹率比其它原砂都小，可

41、避免夾砂類缺陷，熱導(dǎo)率、蓄熱系數(shù)、密度都比石英高，所以冷卻能力強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性高，不被金屬或金屬氧化物潤濕，不易產(chǎn)生粘砂缺陷。其缺點(diǎn)是難以獲得粗砂、有放射性、價(jià)格昂貴。 規(guī)格：根據(jù)國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鑄造用鋯砂ZBJ31005-88按化學(xué)成分分四等級；按粒度分三組，有中細(xì)砂、細(xì)砂、特細(xì)砂。見表2-1-14 應(yīng)用：合金鋼及大型鑄鋼件的面砂、磨粉制成抗粘砂涂料、涂膏。第53頁/共265頁第52頁/共265頁 （4） 鉻鐵礦砂（chromite sand） 礦物組成及化學(xué)成分：主要礦物組成為鉻鐵礦、鎂鉻鐵礦、鋁鎂鉻鐵礦，其中主要化學(xué)成分為Cr2O3，其它有MgO、FeO、AI2O3、少量SiO2及雜質(zhì)。 性能

42、：密度4.0-4.8g/cm3、莫氏硬度5.5-6、耐火度大于1900、化學(xué)性能穩(wěn)定，抗堿性渣比鎂砂更好、1700以前無相變，體積穩(wěn)定，熱導(dǎo)率比石英大數(shù)倍，激冷能力強(qiáng)、有固相燒結(jié)，抗鋼液滲透能力比鋯砂強(qiáng)。其缺陷為熱膨脹率大（2倍于鋯砂）、粒形不圓、偏堿性，耗酸值大，用樹脂砂時(shí)要多加硬化劑。 應(yīng)用：厚大鑄鋼件、合金鋼鑄件、局部熱結(jié)處面砂，涂料。 性能分級及粒度分組：按中國造型公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。第54頁/共265頁第53頁/共265頁 （5） 石灰石砂（limestone sand） 礦物組成與化學(xué)成分 三種礦物組成：石灰石型、白云石型、大理石型 主要化學(xué)成分：CaCO3 性能 優(yōu)勢：與石英砂相比，有

43、如下優(yōu)勢： a 無硅塵危害 b 鑄件表面光潔，清砂容易 c 鋼液流動性好，鑄鋼棱角清晰。 d 鑄件致密，因石灰石分解吸熱，表層冷卻速度比石英砂快。 E 資源豐富。 缺陷： a 硬度較低，故在混砂和造型時(shí)易破碎，惡化型砂性能。 b 澆注時(shí)分解并與鋼液作用，導(dǎo)致縮沉、氣孔 c 對工人技術(shù)要求高 應(yīng)用：鑄鋼件的水玻璃砂鑄造 規(guī)格： 按大小可分為五組：15、21、30、42、60 按化學(xué)成分可分四級第55頁/共265頁第54頁/共265頁 另外: 熟料砂: 熱穩(wěn)定性好 碳素砂: 導(dǎo)熱好 剛玉砂: 耐火度高 鈦鐵礦砂第56頁/共265頁第55頁/共265頁 3.3 粘土（clay） 簡介：粘結(jié)性、可塑性

44、、干強(qiáng)度、復(fù)用性。資源豐富，價(jià)格低廉。 （1） 粘土的礦物組成 粘土是各種鋁硅酸鹽礦物經(jīng)過長期風(fēng)化、熱液蝕變或沉積變質(zhì)作用而生成。 按晶體結(jié)構(gòu)分：高嶺石組、蒙脫石組、伊利石組。各種礦物主要是含水的鋁硅酸鹽，化學(xué)式可簡寫為mAI2O3nSiO2xH2O，粘土在沉積過程中?；祀s一些非粘土礦物，如石英、長石、云母。只有粘土礦物才產(chǎn)生粘結(jié)能力。 粘土的分類。按礦物組成： 普通粘土，主要含高嶺石、伊利石，用于修爐、干型砂 沈陽、無錫、唐山、鞏縣、昌邑 膨潤粘土，主要含蒙脫石，用于濕型砂 淳化、宣化、信陽、濰坊、凌源、黑山、懷德、長春 （2） 粘土的結(jié)晶特征 結(jié)構(gòu)不同，性能不同。兩種基本結(jié)構(gòu)單元，按不同的

45、晶層排列，第57頁/共265頁第56頁/共265頁 a 硅氧四面體晶片（圖2-1-19） b 鋁氧八面體晶片（圖2-1-20）第58頁/共265頁第57頁/共265頁 高嶺石的結(jié)晶特征 一個(gè)單位晶層為1：1型兩層結(jié)構(gòu)的粘土礦物；四面體頂端指向八面體，并共占有一個(gè)氧（見圖2-1-21）；單位晶層在垂直方向?qū)訉盈B起，層間為氫鍵緊密結(jié)合，因此，高嶺石結(jié)晶在水中不易分解，顆粒較粗，吸水膨潤現(xiàn)象及吸水率較小。第59頁/共265頁第58頁/共265頁 蒙脫石的結(jié)晶特征第60頁/共265頁第59頁/共265頁 單位晶層為2：1型三層結(jié)構(gòu)。一個(gè)單位晶層是由兩層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體，四面體的頂氧與八面

46、體共有。垂直方向?qū)訉盈B置（見圖2-1-22）。兩相鄰單位晶層靠O-O分子間力結(jié)合，結(jié)合力較弱，水分子和水溶液中的離子或其它極性分子容易進(jìn)入單位晶層之間，使晶格沿c軸膨脹，所以蒙脫石的單位晶層厚度可變，有時(shí)可以分離成單位晶層，故這類粘土礦物的晶粒特別細(xì)小。吸水能力強(qiáng)。 形態(tài) 在電子顯微鏡下：高嶺土為六角鱗片狀，輪廓清晰；蒙脫石為不規(guī)則的薄片。第61頁/共265頁第60頁/共265頁 （3） 粘土表面的電荷和交換性陽離子 粘土顆粒表面帶負(fù)電荷 a 破鍵 AI-O、Si-O離子鍵斷裂，是高嶺石類普通粘土帶電的主要原因 b 晶體內(nèi)離子置換造成正電荷不足，是蒙脫石和伊利石類礦物粒子帶電的主要原因 c 粘

47、土顆粒表面外露的OH-基上H+的置換，對高嶺石十分重要。第62頁/共265頁第61頁/共265頁 交換性陽離子：粘土中能被其它陽離子交換出來的吸附的陽離子。 粘土表面為了平衡負(fù)電荷，而從周圍介質(zhì)吸附的一些陽離子Ca+、Mg+、Na+、K+也可能被其他陽離子置換。高嶺石主要靠晶格邊緣的破鍵吸附陽離子，其顆粒又較大，故可交換陽離子的數(shù)量小。而蒙脫石顆粒小，所以破鍵多，更主要的是成礦過程中晶內(nèi)置換使負(fù)電性大，可交換的吸附性陽離子大多位于晶層與晶層之間的層面處，可交換陽離子數(shù)量大得多。第63頁/共265頁第62頁/共265頁 陽離子交換容量：粘土中所含交換性陽離子的數(shù)量為陽離子交換容量。陽離子交換容量

48、高意味著負(fù)電性強(qiáng)，顆粒細(xì)，濕粘結(jié)性較高。對膨潤土還意味著有效的粘土礦物蒙脫石含量高。 量度：用氯化銨溶液處理粘土，粘土中可以交換的陽離子與交換液中的銨離子進(jìn)行等量交換，測定所消耗的銨離子量，即可計(jì)算出粘土中的陽離子容量。以100g粘土可與多少毫摩爾的銨離子相交換來度量。第64頁/共265頁第63頁/共265頁 鈉基與鈣基膨潤土：根據(jù)國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鑄造用膨潤土和粘土ZBJ31009-90規(guī)定： 若鈉交換陽離子容量占大于50%，則稱其為納基膨潤土Pna，鈣交換陽離子容量占大于50%，則稱其為鈣基膨潤土PCa 。鈉基膨潤土的吸水膨脹能力比鈣基膨潤土要高，具有較高的粘結(jié)性能和抗夾砂能力。 而我國開采的膨

49、潤土幾乎都屬鈣膨潤土，所以要進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕罨幚?活化處理 原理：Ca2+-蒙脫石+Na2CO3=Na2+蒙脫石+CaCO3 方法：三種方法 混砂時(shí)加入干粉、混砂時(shí)加入水溶液、采礦時(shí)加入。第65頁/共265頁第64頁/共265頁 （4） 粘土的吸附水分 粘土在濕潤狀態(tài)下含有三種水分 吸濕水： 在105即可烘去。 層間吸附水：水分子呈層狀分布于礦物的晶體結(jié)構(gòu)層之間，數(shù)量可變。大約3-10個(gè)水分子數(shù)量級。在物理狀態(tài)上與自由液態(tài)水不同。其密度大、熱容量小、冰點(diǎn)低，有很大的粘滯性。 晶格水：所謂結(jié)構(gòu)水，就是以O(shè)H-、H+等離子形式存在于礦物晶格結(jié)構(gòu)中的“水”，在晶格中有一定的位置而且數(shù)量固定。因此，非在

50、高溫結(jié)構(gòu)遭受破壞的情況下，是不會結(jié)合成水分子逸出的。第66頁/共265頁第65頁/共265頁 交換陽離子對結(jié)合水量的影響 陽離子以水化離子（水分子在離子周圍按一定方向排列起來）形式存在于粘土單位晶層底面附近，帶負(fù)電的粘土顆粒吸附水化陽離子形成雙電層（水化膜）。在粘土膠核的表面負(fù)電量相同的情況下，吸附低價(jià)離子（如Na+）時(shí)，在膠粒表面外吸附層中被平衡的電荷少，粘土膠粒的電動電位較高，并且其電動電位隨距顆粒表面距離緩慢下降，可以延伸到較遠(yuǎn)的地方。因此可吸引更多層的水分子，水化膜較厚(如圖)。這一點(diǎn)對粘土的粘結(jié)性有很大影響。第67頁/共265頁第66頁/共265頁第68頁/共265頁第67頁/共26

51、5頁 （5） 粘土的粘結(jié)機(jī)理 粘土的濕態(tài)粘結(jié)性 a 橋聯(lián)結(jié)：按膠體化學(xué)理論，粘土在水中形成水-粘土膠體。帶負(fù)電的粘土顆粒將極性水分子吸引在自己周圍，形成膠團(tuán)的水化膜（如圖2-1-25a），依靠粘土間的公共水化膜，通過其中的水化陽離子所起的橋或鍵的作用，使粘土顆粒相互連接起來，產(chǎn)生濕態(tài)粘結(jié)性。如圖2-1-25b。 公共水化膜就是粘土膠粒間的公共擴(kuò)散層，在公共擴(kuò)散層中陽離子的吸引作用下，相鄰的粘土顆粒互相結(jié)合起來。粘土膠粒的擴(kuò)散層越薄，這種吸引力越強(qiáng)。而擴(kuò)散層的厚薄直接與加入的水量有關(guān)，若水分過低，則不能形成完整的水化膜；若水分過高，就會出現(xiàn)自由水，在這兩種情況下，濕態(tài)粘結(jié)力都不大。另外，粘土顆粒

52、越小，表面的吸附作用越強(qiáng)，粘結(jié)力越大。第69頁/共265頁第68頁/共265頁第70頁/共265頁第69頁/共265頁 b 表面聯(lián)結(jié)：直接吸附在粘土顆粒表面的極性水分子彼此連成六角網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，增加水分，逐漸發(fā)展成接二連三的水分子層，粘土顆粒就靠這種網(wǎng)格水分子彼此連接，從而產(chǎn)生濕態(tài)粘結(jié)力。聯(lián)結(jié)力的大小主要受含水量的影響。如圖2-1-26第71頁/共265頁第70頁/共265頁 橋聯(lián)結(jié)的強(qiáng)弱受離子種類、粘土與水的質(zhì)量比例影響。實(shí)際上，粘土吸附陽離子的表面只占整個(gè)表面很少的一部分，所以由于橋聯(lián)結(jié)而產(chǎn)生的粘結(jié)力是較小的，而表面聯(lián)結(jié)是形成粘結(jié)力的主要原因。 實(shí)驗(yàn)表明： 型砂的最適宜干濕狀態(tài)相當(dāng)于 粘土：水

53、=10：4； 而依靠表面聯(lián)結(jié)的最大強(qiáng)度的 粘土：水=10：3.7； 依靠橋聯(lián)結(jié)的最大強(qiáng)度為 粘土：水= 10：12。 如圖2-1-24第72頁/共265頁第71頁/共265頁第73頁/共265頁第72頁/共265頁 c 解釋鈉膨潤土的熱濕拉強(qiáng)度 （圖2-1-27） 粘土顆粒與砂粒間的粘結(jié)（濕態(tài)強(qiáng)度） 當(dāng)砂、水、粘土按一定比例混合組成型砂時(shí)，在砂粒周圍包有一層粘土膜，靠粘土膜把砂?；ハ噙B接起來，而粘土膜中的粘土顆粒又是通過吸附的水膜相互連接，使型砂具有一定的濕強(qiáng)度。 砂粒因自然破碎極其在混碾過程中產(chǎn)生新的破碎而面帶微弱負(fù)電，也能使極性水分子在其周圍規(guī)則地定向排列，粘土顆粒與砂粒之間的公共水化膜，

54、通過其中水化陽離子的作用，產(chǎn)生濕態(tài)強(qiáng)度（如圖）。第74頁/共265頁第73頁/共265頁 在水分凝聚層內(nèi)，型砂的水分含量是最適宜水分的2-3倍，橋聯(lián)結(jié)對產(chǎn)生粘結(jié)力具有重要的影響。此外，隨著型砂的溫度升高，水分子是活動自由度增大，因而強(qiáng)度下降。在100時(shí)，表面聯(lián)結(jié)的水分子沸騰，而陽離子吸附的水分子仍保持聯(lián)結(jié)狀態(tài)。因此，在水分凝聚層內(nèi)，鈉離子形成的橋聯(lián)結(jié)使粘土產(chǎn)生較高的熱濕粘結(jié)力。第75頁/共265頁第74頁/共265頁 粘土型砂的干態(tài)粘結(jié)機(jī)理 烘干過程中砂型逐步失水，使砂粒和粘土之間相互靠近，緊密接觸而產(chǎn)生附著作用。從膠體化學(xué)的觀點(diǎn)看，帶同類電荷的粘土膠粒間的公共水化膜，尤其是公共擴(kuò)散層，在烘干

55、過程中水分逐漸失去，使其擴(kuò)散層變薄，由于其中帶異號電荷的離子（如Ca+、Na+）的吸引，粘土顆粒間，粘土砂粒間就緊緊結(jié)合起來，烘干繼續(xù)進(jìn)行，粘土顆粒的水化膜進(jìn)一步變薄，將粘土和砂粒緊緊拉在一起而產(chǎn)生干強(qiáng)度。假如在較高溫度下長時(shí)烘烤，使粘土間水完全除去，則粘土顆粒不再呈電性，顆粒間的靜電斥力也同時(shí)消失，此時(shí)使粘土和砂粒聯(lián)結(jié)在一起的力是分子間的引力。第76頁/共265頁第75頁/共265頁 （6 ）粘土受熱后的變化 脫水、體積收縮、礦物分解 熱重分析（TGA）的結(jié)果 見圖2-1-28。三種粘土礦物脫水曲線不同。 蒙脫石 20-140，逸出14-17%的吸附水 400-500，脫水2% 500-60

56、0，結(jié)構(gòu)水迅速脫失。 800基本脫完，4-5%。 高嶺石 100，逸出6%的吸附水 400-600，脫失10-14%的結(jié)構(gòu)水。第77頁/共265頁第76頁/共265頁第78頁/共265頁第77頁/共265頁 差熱分析（DTA） 原理：利用礦物在一定溫度下由于析出水分而吸熱，或者由于結(jié)構(gòu)變化而伴隨發(fā)生熱效應(yīng)（吸熱、放熱）等特征來鑒別粘土礦物。吸熱效應(yīng)在差熱分析記錄曲線中記成負(fù)的谷形（吸熱谷），放熱效應(yīng)記成正的谷形，無熱效應(yīng)則記成一條直線。 特征：見圖2-1-29。第79頁/共265頁第78頁/共265頁 高嶺石：400-700迅速析出結(jié)構(gòu)水，出現(xiàn)尖銳的吸熱谷，950-1050出現(xiàn)相變放熱谷。 蒙

57、脫石：三個(gè)吸熱谷和一個(gè)放熱谷 熔化特征 復(fù)水性：粘土加熱以后是否仍能吸水的性質(zhì)。 膨脹收縮性能：高嶺土的收縮出現(xiàn)在較高溫度，而蒙脫石在100-200的低溫下便出現(xiàn)急劇的收縮。見圖2-1-30第80頁/共265頁第79頁/共265頁 （7） 粘土屬性的鑒別方法 X射線衍射分析 差熱分析 陽離子交換容量分析 分析各種陽離子含量，判斷膨潤土類別。 以上方法需要較高的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器，鑄造車間一般用以下兩種方法： 吸水率和吸水比 第81頁/共265頁第80頁/共265頁 吸水率：粘土吸收水分后質(zhì)量增加的百分?jǐn)?shù)。 E=D（Vt-V0）/P100% 一般兩小時(shí)后：高嶺土100%；鈣基膨潤土200%

58、；鈉基碰潤土600-700%。 吸水比：指膨潤土前10分鐘吸水率和2小時(shí)吸水率的比值。鈣基75%快，鈉基60%慢。由此來判斷膨潤土的屬性。 利用粘土漿粘度的比較 取粘土：水=1：3，加入4-5%Na2CO3粉攪拌均勻。觀察： 原為稀湯狀，加入Na2CO3后不變稠，為高嶺土（普通粘土） 原為稀糊狀，加入Na2CO3后變稠，為鈣基膨潤土 原為膏狀，加入Na2CO3后基本不變，鈉基膨潤土。 第82頁/共265頁第81頁/共265頁 （8） 粘土對型砂性能的影響 a 對濕壓強(qiáng)度的影響第83頁/共265頁第82頁/共265頁 水分適當(dāng)時(shí)，濕壓強(qiáng)度隨粘土含量提高而增加，但到一定值后會使混碾困難，形成團(tuán)塊，

59、使強(qiáng)度不再增加。如圖2-1-32、33、34。 粘土量一定時(shí)，濕壓強(qiáng)度隨含水量呈曲線變化（見圖2-1-3235）。鈣膨潤土在含水量高時(shí)強(qiáng)度下降幅度比鈉膨潤土快（對比圖2-1-32、33）。 粘土一定時(shí)，膨潤土砂的濕壓強(qiáng)度比普通粘土砂高。對比圖2-1-32、33、34。第84頁/共265頁第83頁/共265頁 b 對透氣性的影響 在保持型砂的水分為最適宜狀態(tài)時(shí)， 對膨潤土：透氣性隨粘土量的增加而增大，如圖2-1-36 對普通粘土：隨含量的增加而降低。如圖2-1-37 透氣性與水分的關(guān)系 見圖2-1-35 c 對干強(qiáng)度的影響 鈉膨潤土高于鈣膨潤土 隨型砂原有水分的提高，型砂的烘干強(qiáng)度不斷提高。 如

60、圖2-1-38、39、40第85頁/共265頁第84頁/共265頁第86頁/共265頁第85頁/共265頁 d 對熱濕拉強(qiáng)度的影響 粘土的加入量 粘土的品種，如表2-1-19 活化劑的加入量 如圖2-1-41第87頁/共265頁第86頁/共265頁 （9） 粘土的質(zhì)量和檢驗(yàn) 濕型砂用膨潤土的質(zhì)量取決于粘結(jié)力的優(yōu)劣；粘結(jié)力包括三種狀態(tài)：濕態(tài)粘結(jié)力、熱濕態(tài)粘結(jié)力、焙燒后的粘結(jié)力。 a 膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力 用工藝試樣強(qiáng)度直接說明粘結(jié)力。 按ZBJ31009-90，標(biāo)準(zhǔn)砂2000g、粘土試樣200g。普通粘土砂控制水分（加水200ml）；膨潤土砂樣控制試樣緊實(shí)率（45%）左右，含水量在混砂過程中調(diào)整。