鑄造工藝性之粘土型砂的性能

1、鑄造工藝性之粘土型砂的性能工藝性能：與各鑄造工序的操作相關(guān)的砂型性能。影響：生產(chǎn)率、勞 動(dòng)強(qiáng)度、同時(shí)影響鑄件質(zhì)量、流動(dòng)性、可塑性、粘膜型、保存性、吸 濕性、潰散性、復(fù)用性。工作性能 ;直接影響鑄件質(zhì)量的型砂性能成為工作性能。如濕強(qiáng)度、 干強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度、熱濕拉強(qiáng)度、 透氣性、發(fā)氣性、耐火度、退讓性、 導(dǎo)熱性等。粘土砂的性能，主要取決于粘土和原砂的材料的性質(zhì)及砂、土、水的 配合比例在很大程度還受混制工藝、緊實(shí)度、溫度等影響。1. 濕強(qiáng)度 在外力作用下，型砂達(dá)到破壞時(shí)，單位面積上所承受的力稱為強(qiáng)度。 型砂在濕態(tài)勢(shì)的強(qiáng)度為濕強(qiáng)度。影響：起模、翻轉(zhuǎn)、合型、搬運(yùn)過(guò)程 中造成塌箱。而在澆注時(shí)， 則可能承受

2、不住金屬液的沖刷，沖壞鑄型 表面，使鑄件產(chǎn)生砂眼，甚至炮火。濕強(qiáng)度包括濕壓、濕拉、濕剪強(qiáng)度。 濕強(qiáng)度主要取決于粘土的質(zhì)量和加入量，含水量、原砂的顆粒組成、 混砂質(zhì)量、緊實(shí)程度。1）原砂在粘土加入量足夠的情況下，砂粒越細(xì)、越不均勻，則型 砂質(zhì)點(diǎn)間的接觸面積越大，濕強(qiáng)度越高。（2）粘土和水分水分適當(dāng)時(shí)，隨著粘土量的增加，型砂的濕強(qiáng)度增 高。濕強(qiáng)度最大值在水 /水+ 粘土=20%z 左右時(shí)出現(xiàn)。（3）混砂時(shí)間為了保證粘土砂獲得一定的強(qiáng)度，混砂時(shí)間要充分， 鈉基膨潤(rùn)土由于吸水時(shí)間長(zhǎng)，因此比鈣基膨潤(rùn)土和普通粘土混 砂時(shí)間長(zhǎng)。（4）緊實(shí)度隨著緊實(shí)度的提高砂型質(zhì)點(diǎn)緊密排列，相互接觸面積增 大，粘土的粘結(jié)性能

3、更好的發(fā)揮，提高濕強(qiáng)度。 濕強(qiáng)度度對(duì)惰性粉末非常敏感，惰性粉末增加，濕強(qiáng)度增加， 但是濕拉強(qiáng)度和濕剪強(qiáng)度會(huì)降低，砂型發(fā)脆，起模時(shí)容易損壞 型腔。2. 干強(qiáng)度干強(qiáng)度對(duì)于干型、表面干型和干芯在運(yùn)輸、合型及澆注初期有著實(shí)際意義通常測(cè)定抗彎、抗壓、抗拉和抗剪等干強(qiáng)度。砂型烘干后，自由水和吸附水逸失，質(zhì)點(diǎn)相互靠近，質(zhì)點(diǎn)間附著力增加， 砂型濕強(qiáng)度比干強(qiáng)度有顯著增加。砂粒大小對(duì)型砂干強(qiáng)度影響不顯著。影響干強(qiáng)度主要是粘土和水 分。在相同的粘土加入量的情況下，一般膨潤(rùn)土砂的干強(qiáng)度高于普通粘土砂。但在實(shí)際生產(chǎn)中由于膨潤(rùn)土的用量和水分均較低，并且膨潤(rùn)土砂在 100-200 脫水量集中，如果不采取嚴(yán)格的烘干制度 將會(huì)

4、導(dǎo)致砂型和砂芯開(kāi)裂， 因而實(shí)際強(qiáng)度反而回比普通粘土砂低。 增加緊實(shí)度，能提高粘土砂的干強(qiáng)度。3. 熱濕拉強(qiáng)度 型砂式樣在高溫急熱的條件下，因水分向內(nèi)遷移，在表面層下數(shù) 毫米處形成高濕度凝聚層， 此層砂的的抗拉強(qiáng)度稱為熱濕拉強(qiáng)度。 此層砂的濕度較前增高 50% 以上，其溫度低于水的沸點(diǎn)。熱濕拉 強(qiáng)度之有正常室溫的幾分之一，是鑄件產(chǎn)生加沙缺陷的主要原因 之一。粘土砂的熱濕拉強(qiáng)度主要與粘土砂的種類和加入量有關(guān)。鈉基膨 潤(rùn)土砂的熱濕拉強(qiáng)度比鈣基膨潤(rùn)土砂高。鈣基膨潤(rùn)土砂經(jīng)過(guò)活化 處理后熱濕拉強(qiáng)度顯著提高。實(shí)驗(yàn)表明， NA2CO3 的加入量 4% 左右最好。粘土加入量增加時(shí)，各種粘土的熱濕拉強(qiáng)度都有不同程

5、度的提高。其次提高式樣的緊實(shí)度可使熱濕拉強(qiáng)度提高 ;加入面粉、糊精等 附加物可使熱濕拉強(qiáng)度略有提高；當(dāng)粘土含量不變時(shí)，隨砂粒變粗，角形系數(shù)變小，熱濕拉強(qiáng)度提高。沒(méi)有揉搓作用的混砂機(jī)混制的型砂，其熱濕拉強(qiáng)度差。4. 高溫強(qiáng)度試樣在高溫 （相當(dāng)于鑄型在金屬液作用下） 測(cè)得的強(qiáng)度稱為高溫強(qiáng) 度。高溫強(qiáng)度太低，型壁在金屬液壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)，造成鑄 件壁厚偏差或變形、縮孔、縮松等缺陷。高溫強(qiáng)度過(guò)高，會(huì)阻礙鑄件 的收縮，使鑄件應(yīng)力增大，嚴(yán)重時(shí)造成裂紋。隨著溫度的升高， 型砂的高溫強(qiáng)度逐漸增高， 達(dá)到最高值后很快下降。 膨潤(rùn)土砂和普通粘土砂的高溫強(qiáng)度均在 950-1000 左右。 隨著粘土加入量的和濕

6、態(tài)水分的增加熱壓強(qiáng)度會(huì)有明顯的提高。 提高 式樣的濕強(qiáng)度和緊實(shí)度都能提高高溫強(qiáng)度。5. 殘留強(qiáng)度和潰散性鑄型受高溫作用后冷卻至室溫所具有的抗壓強(qiáng)度稱為殘留強(qiáng)度。鑄件凝固冷卻后，型砂和芯砂從鑄件上清理下來(lái)的難易程度稱為潰散性。殘留強(qiáng)度于高溫強(qiáng)度有一定的關(guān)系，加熱至高溫強(qiáng)度最大值時(shí)的溫度。冷卻下來(lái)的殘留強(qiáng)度最小。鈣基膨潤(rùn)土砂和普通粘土砂的殘留強(qiáng)度比鈉基膨潤(rùn)土砂低，潰散性好。增加粘土型砂的水分含量，殘留強(qiáng)度提高；加入木屑可降低殘留強(qiáng)度。因此在保證必要的高溫強(qiáng)度的條件下，不應(yīng)過(guò)多的加入水分和粘土，以免惡化粘土砂的潰散性和殘留強(qiáng)度。6. 表面強(qiáng)度型腔和砂芯表層的強(qiáng)度稱為表面強(qiáng)度。 如果金屬液對(duì)型腔表面進(jìn)

7、行沖 刷和沖擊力大于表面強(qiáng)度，會(huì)產(chǎn)生沖砂、砂眼、表面粗糙等缺陷。 表面強(qiáng)度的提高：刷涂料、在型砂中加入糖漿、糊精，提高緊實(shí)度， 角形系數(shù)小和粒度分散的原砂。7. 透氣性型砂孔隙透過(guò)氣體的能力稱為透氣性。金屬液在澆入砂型時(shí)，以 及澆入鑄型后，在金屬液的熱作用下，型腔和砂型中的氣體受熱 膨脹、水分蒸發(fā)、有機(jī)物燃燒或升華、碳酸鹽分解等產(chǎn)生大量氣 體，這些氣體如果不及時(shí)排出型外，澆注時(shí)容易產(chǎn)生嗆火，甚至 使金屬液飛濺，鑄件易產(chǎn)生氣孔、澆不足等缺陷。（1）原砂原砂對(duì)透氣性的影響主要表現(xiàn)在砂的顆粒大小和顆粒均 勻度方面。圓形、顆粒粗大均勻、含泥量少的砂比表面積小，氣 體透過(guò)時(shí)所受阻力小，型砂的透氣性好。顆

8、粒不均勻的原砂，細(xì) 小顆粒鑲嵌在大顆粒的空隙中，使型砂透氣能力大幅下降。（2）粘土和水分透氣性隨粘土加入量的增加而降低，對(duì)不同的粘 土加入量都有對(duì)透氣性最適應(yīng)的含水量。舊砂中含有較多的灰分，若不經(jīng)除塵處理就回用時(shí)，會(huì)使型砂透氣性變壞，強(qiáng)度降低。（3）緊實(shí)度緊實(shí)度越高透氣性越差。（4）煤粉含量型砂中加入煤粉回使透氣性降低。（5）混制工藝為了使型砂混合均勻，混砂時(shí)間應(yīng)足夠，使粘土能 形成粘土膜均勻包在砂粒表面。但混砂時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不但影響生產(chǎn) 率，而且在用活化膨潤(rùn)土砂時(shí)易使型砂結(jié)塊，影響到型砂的透氣 性。對(duì)于不刷涂料的砂型，透氣性不易過(guò)高，否則會(huì)造成鑄件表面粗 糙或粘砂缺陷。8. 發(fā)氣性發(fā)氣性是指型砂

9、在加熱時(shí)析出氣體的能力， 一般用單位面積 的型砂被加熱時(shí)所產(chǎn)生氣體的量表示。隨發(fā)氣物質(zhì)的增加和澆注 溫度的提高，發(fā)氣量增大；當(dāng)型砂中加入有機(jī)粘結(jié)劑如（糖漿、 糊精）發(fā)氣量急劇增加，在考慮發(fā)氣性時(shí)，發(fā)氣速度和開(kāi)始析出 氣體的而時(shí)間也很重要，因在鑄件凝固初期，鑄型中形成氣體可 能性大。9. 流動(dòng)性型砂在外力作用或本身重力的作用下沿模樣和砂粒間相對(duì) 移動(dòng)的能力稱為流動(dòng)能力。 流動(dòng)性好的型砂可得到緊實(shí)度均勻、 輪廓 清晰、表面光潔、尺寸精確的型腔，有利于防止機(jī)械粘砂，并可減少 緊砂時(shí)間和提高生產(chǎn)率。 粒度大而集中，角形系數(shù)小的砂流動(dòng)性好。粘結(jié)劑的性質(zhì)和加入量對(duì)流動(dòng)性也有很大影響。 實(shí)踐證明鈣基膨潤(rùn)土

10、砂的流動(dòng)性最好，普通粘土稍次，鈉基膨潤(rùn)土最差。在原砂加入量一 定時(shí)，不能借提高水分來(lái)提高流動(dòng)性?；焐皶r(shí)間過(guò)久會(huì)使粘土砂結(jié)塊， 到哪混砂時(shí)間不足以致沒(méi)混均勻， 都 顯著降低流動(dòng)性。 未經(jīng)松砂處理的型砂流動(dòng)性也較差。 加入柴油或重 油提高流動(dòng)性。10. 可塑性型砂在外力作用下變形，當(dāng)去除外力后能完整保持所賦予 的形狀的能力稱為可塑性。型砂的可塑性好，可以制造出形狀準(zhǔn)確， 輪廓清晰的型腔；起模時(shí)不易損壞；容易修型；鑄件夾砂缺陷少。但 可塑性高的型砂，流動(dòng)性差，型砂不易春實(shí)到需要的緊實(shí)度。 細(xì)砂配制的型砂可塑性比粗砂好。當(dāng)適當(dāng)提高粘土含量可提高可塑 性。當(dāng)粘土含量一定是適當(dāng)提高水分含量可提高可塑性。

11、鈉基膨潤(rùn)土 砂的可塑性不鈣基膨潤(rùn)土砂的可塑性好。 型砂中粉塵和失效粘土的增 加，混砂時(shí)間短都可降低可塑性。11.其它性能能 （1）耐火度一般用燒結(jié)點(diǎn)來(lái)衡量。型砂在高溫作用發(fā)生溶化或燒結(jié) 時(shí)溫度稱為燒結(jié)點(diǎn)。 影響原砂耐火度的主要因素是原砂的化學(xué)成分和 礦物組成2）復(fù)用性型砂反復(fù)使用后保留原有性能而能多次反復(fù)使用的性能。粘土砂的復(fù)用性于原砂和粘土的性質(zhì)有關(guān)。 反復(fù)使用時(shí)， 其中砂粒體 積膨脹和收縮而破碎細(xì)化， 粘土喪失結(jié)構(gòu)水或喪失重新獲得層間水的 能力成為死粘土。 鈉基膨潤(rùn)土復(fù)用性最好， 活化處理的鈣基膨潤(rùn)土次 之，普通粘土稍次，鈣基膨潤(rùn)土最差。（3）保存性配制好型砂放置一段時(shí)間后不損失其原有性能

12、的能力稱 為保存性。 保存性主要取決于粘土保持水分的性質(zhì)。 保存性排列順序 普通粘土、鈣基膨潤(rùn)土、鈉基膨潤(rùn)土、活化鈣基膨潤(rùn)土。（4）吸濕性烘干硬化后的型砂在儲(chǔ)存過(guò)程中吸收水分的能力稱為吸 濕性。干型（芯）吸收空氣中的水分后將使強(qiáng)度下降，可能導(dǎo)致鑄件 產(chǎn)生氣孔和夾砂缺陷。 影響吸濕性的的主要因素空氣濕度、 停放時(shí)間 和附加物種類，型砂中加入紙漿殘夜或水溶性材料等均會(huì)增加吸濕 性。（5）退讓性當(dāng)鑄件凝固和凝固后繼續(xù)冷卻收縮時(shí)，型砂能被壓縮而 不阻礙鑄件收縮的性能。 型砂退讓性差會(huì)使鑄件產(chǎn)生應(yīng)力甚至產(chǎn)生裂 紋缺陷。型砂的退讓性主要取決于其所在溫度下高溫強(qiáng)度。 高溫強(qiáng)度 高則退讓性差。，鈉基膨潤(rùn)土砂的退讓性最差。隨著粘土和水分的增 加退讓性下降。在型砂中加入木屑、焦炭末等，有助于提高退讓性。在退讓性要求高的鑄件時(shí)常加入稻草繩。鑄件收縮時(shí)稻草繩已燒壞，就不會(huì)阻礙鑄件收縮，清砂也比較容易 （5）粘膜型造型或造芯時(shí)，型（芯）砂粘附在鑄件表面的性質(zhì)稱為粘膜型。粘膜是由于型（芯）砂的粘結(jié)材料與模樣表面的附著力超出了砂粒之間的粘結(jié)膜的凝聚力造成的，故粘膜性于粘結(jié) 材料和磨具材料有關(guān)。膨潤(rùn)土特別是鈉基膨潤(rùn)土產(chǎn)生粘膜時(shí)含 水量較高，故較不易粘膜。 濕潤(rùn)的粘土對(duì)木材的附著力比較大， 故木模較易發(fā)生粘膜。當(dāng)型砂的溫度高，摸樣溫度低，因水氣粘結(jié)，易發(fā)生粘膜。粘