粘土濕型砂及其質(zhì)量控制

1、粘土濕型砂及其質(zhì)量控制山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院公志光2008年7月山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院目目 錄錄 第第1 1章章 緒論緒論 第第2 2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料 第第3 3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測 第第4 4章章 粘土濕型砂的制備粘土濕型砂的制備 第第5 5章章 鑄件常見缺陷及其防止鑄件常見缺陷及其防止山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第1章章 緒論緒論粘土濕型砂的特點 濕型砂主要由原砂、膨潤土、附加物（煤粉、淀粉等）和水組成。造型過程中，型砂搗實并達(dá)到一定緊實度后，形成砂型。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料

2、科學(xué)與工程學(xué)院第第1章章 緒論緒論圖1 粘土濕型砂結(jié)構(gòu)示意圖1 原砂砂粒；2、3 水、粘土及其他附加物；4 微孔(孔隙)山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第1章章 緒論緒論 通常使用的硅砂，來源廣，便宜，耐火度高。另一方面，原砂砂粒能為砂型（芯）提供眾多孔隙，保證型、芯具有一定的透氣性，在澆注時，使型內(nèi)產(chǎn)生的大量氣體順利逸出。 濕型砂按在造型時的情況，可分為面砂、背砂和單一砂。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.1 硅砂的種類及其硅砂的種類及其SiO2含量含量天然硅砂是由火成巖經(jīng)過風(fēng)化或變質(zhì)作用

3、，逐漸剝裂、細(xì)化，堅硬的石天然硅砂是由火成巖經(jīng)過風(fēng)化或變質(zhì)作用，逐漸剝裂、細(xì)化，堅硬的石英顆粒于其他礦物顆粒部分分離，然后再經(jīng)水流或風(fēng)力搬運沉積形成砂英顆粒于其他礦物顆粒部分分離，然后再經(jīng)水流或風(fēng)力搬運沉積形成砂礦。這些砂礦按其成礦條件和特點，可以分為河砂、湖砂、海砂、風(fēng)積礦。這些砂礦按其成礦條件和特點，可以分為河砂、湖砂、海砂、風(fēng)積砂等幾種。砂等幾種。人工硅砂是將硅石巖或硅砂巖經(jīng)過采礦、清洗、粗碎、細(xì)啐、篩選等加人工硅砂是將硅石巖或硅砂巖經(jīng)過采礦、清洗、粗碎、細(xì)啐、篩選等加工而成。硅石巖工而成。硅石巖( (又名石英巖又名石英巖) )的二氧化硅含量很高，但巖石堅硬，破碎的二氧化硅含量很高，但巖

4、石堅硬，破碎后所得砂粒為尖角形。硅砂巖由砂粒天然膠結(jié)成團(tuán)塊狀，結(jié)構(gòu)較松散，后所得砂粒為尖角形。硅砂巖由砂粒天然膠結(jié)成團(tuán)塊狀，結(jié)構(gòu)較松散，比較容易破碎，膠結(jié)的砂粒經(jīng)加工后仍然保持原來的形狀，因此粒形大比較容易破碎，膠結(jié)的砂粒經(jīng)加工后仍然保持原來的形狀，因此粒形大多呈鈍角形。多呈鈍角形。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.1 硅砂的種類及其硅砂的種類及其SiO2含量含量硅砂的SiO2含量及不同用途 鑄鐵用砂SiO2 85%； 鑄鋼用砂SiO2 95%山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂

5、用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.2 石英的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變特性石英的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變特性石英為硅氧四面體相變溫度：573時產(chǎn)生體積膨脹，易夾砂。870時也產(chǎn)生相變，故燒過此溫度后，用于復(fù)膜砂。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.2 石英的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變特性石英的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變特性圖2 硅砂加熱時石英各種變體的轉(zhuǎn)變山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.3 礦物組成和雜質(zhì)成分的影響礦物組成和雜質(zhì)成分的影響 硅砂中除石英外還含有長石、云母、鐵的氧化物、硅酸鹽

6、以及粘土等礦物。這些礦物的存在降低了硅砂的耐火度，因此皆稱為雜質(zhì)礦物。8590939698最小SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)8590939698分級代號表1 硅砂按SiO2含量分級山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.4 硅砂的含泥量硅砂的含泥量 原砂中含有的直徑小于0.020mm的顆粒其質(zhì)量分?jǐn)?shù)稱為原砂的含泥量。鑄造用硅砂中含泥量見表2。表2 硅砂含泥量分級(GB/T9442-1998)2.01.00.50.30.2最大含泥量(%)2.01.00.50.30.2分級代號山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程

7、學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.5 硅砂的粒度和表示方法硅砂的粒度和表示方法0.0530.0750.1060.1500.2120.3000.4250.6000.8501.7003.350篩孔尺寸/mm2702001401007050403020126篩 號表3 鑄造用實驗篩篩號與篩孔尺寸的關(guān)系(GB/T9442-1998)山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.5 硅砂的粒度和表示方法硅砂的粒度和表示方法 按照篩分后各篩上的停留量占砂樣總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中相鄰三篩停留量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小

8、于75%或相鄰四篩停留量不少于85%，即視此三篩或四篩為該砂的主要粒度組成，然后以其首尾篩號表示，如40/70或50/140。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.6 硅砂的表面狀態(tài)和顆粒形狀硅砂的表面狀態(tài)和顆粒形狀 硅砂的實際比表面積與理論比表面積(即同樣體積的圓球形砂粒的比表面積)之比稱為硅砂的角形因數(shù)S，即：TWSSS式中：Sw-硅砂的實際比表面積(cm2/g); Sw-硅砂的實際比表面積(cm2/g);山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂

9、2.1.6 硅砂的表面狀態(tài)和顆粒形狀硅砂的表面狀態(tài)和顆粒形狀1.45鈍角形鈍角形1.63尖角形尖角形1.30橢圓形橢圓形1.63方角形方角形1.15圓形圓形角形因數(shù)角形因數(shù)分級代號分級代號形狀形狀角形因數(shù)角形因數(shù)分級代號分級代號形狀形狀表4 硅砂顆粒形狀與角形因數(shù)的關(guān)系(GB/T9442-1998) 顆粒較圓（角形因數(shù)?。┑纳傲?，型砂的流動性好，緊實密度較高，透氣性好。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.7 硅砂的加工硅砂的加工水洗和擦洗 硅砂原礦中顆粒直接小于0.020mm的泥分以及砂粒表面的一些污染物一般都需要

10、通過水洗或擦洗予以清除。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.8 標(biāo)準(zhǔn)砂標(biāo)準(zhǔn)砂 根據(jù)國家專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)檢定鑄造粘結(jié)劑用標(biāo)準(zhǔn)砂(JB/T9224-1999)的規(guī)定，檢定鑄造粘結(jié)劑用的標(biāo)準(zhǔn)砂由內(nèi)蒙古自治區(qū)哲里木盟通遼大林型砂廠生產(chǎn)，其性能應(yīng)符合以下要求： 二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)不小于90%，泥分及水的質(zhì)量分都不大于0.3%，角形因數(shù)不大于1.30，粒度組成應(yīng)符合表5的要求。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.1 硅砂硅砂2.1.8 標(biāo)準(zhǔn)砂標(biāo)準(zhǔn)砂表5 檢定鑄造粘結(jié)劑用標(biāo)準(zhǔn)砂的

11、粒度組成(JB/T9224-1999)381317404618233100工藝試樣濕壓強度/kPa35710等級代號表7 鑄造用膨潤土按濕壓強度值分級(JB/T9227-1999)山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.2 膨潤土膨潤土2.2.1 概述概述0.5-1.51.5-2.02.0-2.52.5工藝試樣熱濕拉強度/kPa5152025等級代號表8 鑄造用膨潤土按熱濕拉強度值分級(JB/T9227-1999)山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.2 膨潤土膨潤土2.2.2 鑄

12、造用膨潤土品質(zhì)的評定鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定1. 膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力 膨潤土能使型砂具有強度，因此，檢測濕型砂試樣濕態(tài)抗壓強度成為判斷膨潤土濕態(tài)粘結(jié)力的最直接方法。1）型砂工藝試樣濕強度法型砂工藝試樣濕強度法山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.2 膨潤土膨潤土2.2.2 鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定1. 膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力1）型砂工藝試樣濕強度法型砂工藝試樣濕強度法圖3 水分對型砂濕壓強度、透氣性和試樣質(zhì)量的影響型砂配方：七棵樹砂100%，黑山膨潤土6%；混砂：干混3min，濕混10m

13、in山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.2 膨潤土膨潤土2.2.2 鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定1. 膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力1）型砂工藝試樣濕強度法型砂工藝試樣濕強度法 由圖3可以看出，隨著型砂水分的增加，濕壓強度開始增加，然后達(dá)到最大值。這以后，隨著水分含量的增加，濕壓強度下降。型砂透氣性的變化趨勢和濕壓強度的變化趨勢基本一致，只是達(dá)到最大值時含水量稍多一些，更接近型砂的最適宜濕度。型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣重量的變化與透氣性的變化恰好相反，原因是如果型砂中的空隙大，則透氣性好，同時試樣質(zhì)量也就相應(yīng)較小。山東大學(xué)材料

14、科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.2 膨潤土膨潤土2.2.2 鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定1. 膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力2）膨潤土的吸藍(lán)量法膨潤土的吸藍(lán)量法 膨潤土的純度(即蒙托石含量)與其粘結(jié)能力有極為密切的關(guān)系，一般情況下，膨潤土的純度越高，其粘結(jié)力也越大?？梢圆捎肵射線衍射等方法測定出膨潤土中蒙托石含量，但需要特殊的儀器設(shè)備和專門的檢測技術(shù)。在實際生產(chǎn)中可以采用測定膨潤土的吸藍(lán)量的方法大致推算出其純度。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.2 膨潤土膨潤

15、土2.2.2 鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定1. 膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力2）膨潤土的吸藍(lán)量法膨潤土的吸藍(lán)量法圖4 吸藍(lán)量測定滴定管a) 儀器；b) 濾紙及滴定圓環(huán)山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.2 膨潤土膨潤土2.2.2 鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定鑄造用膨潤土品質(zhì)的評定2. 膨潤土的熱濕態(tài)粘結(jié)力 不論是天然的或是人工鈉化的膨潤土，其所含交換性鈉、鉀離子越多，型砂的熱濕拉強度就越高，抗夾砂能力就越強。此外，膨潤土的純度也影響其熱濕拉強度。 在實際鑄造生產(chǎn)中并不是都要求使用鈉基膨潤土或者達(dá)到極限強度的鈉化膨潤土

16、配置型砂。因為使用這樣膨潤土在混砂時會產(chǎn)生團(tuán)塊，而且型砂的流動性、落砂性較差。國外的汽車鑄件通常選用鈉基和鈣基兩種膨潤土或不完全鈉化膨潤土，這樣不但可以避免上述缺點，還可以降低生產(chǎn)成本，而且對于防止夾砂類缺陷已經(jīng)足夠。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.2 膨潤土膨潤土2.2.3 膨潤土的選用膨潤土的選用 不論各種牌號的鑄造用膨潤土，其吸附亞甲基藍(lán)量每100g至少應(yīng)在20g以上；水分不大于12%，膨潤土的95%應(yīng)通過200號鑄造用試驗篩。 使用優(yōu)質(zhì)膨潤土，加入量少，含泥量少，降低型砂中的含水量，型砂的強度好，鑄件由此產(chǎn)生廢品少。 使用

17、劣質(zhì)膨潤土，加入量大，含泥量多，型砂的粘結(jié)力不足，起模性差，易掉砂，產(chǎn)生砂眼、沖砂等缺陷；含泥量多，水分大，易產(chǎn)生氣孔缺陷。 所以，在生產(chǎn)過程中，型砂均應(yīng)進(jìn)行砂處理，檢測并控制型砂的各項指標(biāo)，以降低鑄件由型砂而產(chǎn)生廢品率。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.2 膨潤土膨潤土2.2.3 膨潤土的選用膨潤土的選用無要求手工造型25 50 4一般要求機器造型和手工造型30 70 3要求嚴(yán)格機器造型32 90 2要求極嚴(yán)氣沖、高壓、擠壓造型35 110 1鑄件氣孔砂眼缺陷造型方法吸藍(lán)量/(g/100g)濕壓強度/kPa序號表9 膨潤土的工藝試

18、樣濕壓強度和吸藍(lán)量及適用范圍山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.3 煤粉煤粉 濕型用煤粉通常是將煙煤里的肥煤和焦煤根據(jù)鑄造煤粉性能（主要是灰分和揮發(fā)分）要求，按一定比例進(jìn)行混配，粉碎而成。140目目0.3-0.65-6級級30-361-46-1014-16粒度(目)硫分/%焦渣特征揮發(fā)分/%水分/%灰分/%光亮碳/%表10 高效煤粉性能指標(biāo)2.3.1 概述概述山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.3 煤粉煤粉 在鐵液的高溫作用下，煤粉產(chǎn)生大量的還原性氣體，防止鐵液被氧化，并可使

19、鐵液表面的氧化鐵還原，以防止鑄鐵件產(chǎn)生化學(xué)粘砂。煤粉在受熱后開始軟化，可緩和石英砂粒受熱后產(chǎn)生的膨脹，減少鑄鐵件產(chǎn)生的夾砂缺陷。2.3.1 概述概述煤粉的作用：煤粉的作用：山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.3 煤粉煤粉煤粉在受熱后，產(chǎn)生氣、液、固三相的膠質(zhì)體，可部分堵塞砂型表面砂粒間的孔隙，以減少鑄鐵件產(chǎn)生機械粘砂。煤粉在受熱后，在金屬液和鑄型的界面析出一層帶有光澤的微細(xì)結(jié)晶碳（光亮碳），這層光亮碳使砂型不受鐵液潤濕，鐵液難以向砂粒的孔隙間滲透，從而得到表面光潔的鑄件。2.3.1 概述概述煤粉的作用：煤粉的作用：山東大學(xué)材料科學(xué)與工

20、程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.3 煤粉煤粉2.3.2 濕型用煤粉的品質(zhì)評定濕型用煤粉的品質(zhì)評定1. 灰分 煤粉完全燃燒后殘留物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。JB/T9222-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定濕型鑄造用煤粉的灰分應(yīng)不大于10%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。2. 揮發(fā)分 JB/T9222-1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定煤粉中除水以外的揮發(fā)物所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)即煤粉的揮發(fā)分。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.3 煤粉煤粉2.3.2 濕型用煤粉的品質(zhì)評定濕型用煤粉的品質(zhì)評定3. 發(fā)氣性 發(fā)氣性是衡量煤粉燃燒時產(chǎn)生的氣體量多少和速度快慢的性能指標(biāo)。

21、4. 焦渣特征 焦渣特征反映煤在干餾過程中軟化、熔融形成膠質(zhì)體，并固化粘結(jié)成焦的特性。是煤粉在干餾條件下熔融、析氣、固化的結(jié)果。5. 光亮碳 光亮碳是煤粉中富碳材料在高溫下氣相熱解性成的沉積微晶碳膜，因其光亮平滑，故稱之為光亮碳。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.3 煤粉煤粉2.3.2 濕型用煤粉的品質(zhì)評定濕型用煤粉的品質(zhì)評定一般一般嚴(yán)格嚴(yán)格極為嚴(yán)格極為嚴(yán)格對鑄件表面品質(zhì)要求程度6 2 1 1硫分(%)54-88-1212-20光亮碳量(%)41、82-73-64-5焦渣特征/級313 1310 7灰分(%)1差中優(yōu) 良特 級煤粉品

22、質(zhì)等級品質(zhì)項目序號表11 濕型鑄造用煤粉等級建議山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第2章章 濕型砂用原材料濕型砂用原材料2.4 淀粉淀粉 淀粉經(jīng)處理可獲得各種產(chǎn)品：如淀粉、糊精、糖漿、氫化淀粉水溶液等。在濕型砂中加入0.5%的淀粉就可以使型砂韌性得到顯著改善。在高密度造型中，也需要加入少量的淀粉或糊精。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.1 緊實率緊實率 粘土砂的緊實率是指濕態(tài)型芯砂在一定緊實力的作用下，其體積變化的百分比，用試樣緊實前后高度變化的百分?jǐn)?shù)來表示，是專門用來表示型砂干濕程度的一個指標(biāo)。緊實率=

23、緊實距離筒 高100% 手工造型，震擊或壓實：45-50%； 氣沖及多觸頭高壓造型：40-45%；山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.1 緊實率緊實率 濕型砂不可太干，否則膨潤土未被充分潤濕，期末困難，砂型亦碎，表面的耐磨強度低，鑄件容易生成砂眼和沖蝕缺陷。型砂不可太濕，否則易使鑄件產(chǎn)生針孔、氣孔、嗆火、水爆炸、夾砂、粘砂等缺陷，而且型砂太粘，型砂在砂斗中搭橋、造型流動性降低，型砂的型腔表面松緊不均，還可能導(dǎo)致造型緊實距離過大和造型機壓頭陷入砂箱邊緣以內(nèi)而損傷模具，以及可能造成型砂底面吃砂量過小。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東

24、大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.1 緊實率緊實率圖5 型砂緊實率的測定示意圖a) 填滿型砂；b) 刮平；c) 緊實山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.2 含水量含水量 粘土砂的含水量是指在105-110烘干，以試樣烘干后 失去的質(zhì)量與原試樣質(zhì)量的比（%）來表示。含水量=剩余質(zhì)量原試樣質(zhì)量100%原試樣質(zhì)量 各高密度造型工廠的型砂含水量大多在2.8-3.5%之間。凡是生產(chǎn)大量樹脂砂芯鑄件(如發(fā)動機鑄件)的型砂含水量大多偏于下限。這是由于大量樹脂砂芯潰散后混入型砂使含泥量下降和型砂吸水量降

25、低。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.2 含水量含水量 有人用型砂砂的緊實率（%）和含水量（%）的比值來衡量一種型砂的含水量是否處于合適的適度狀態(tài)。認(rèn)為對于各種不同的型砂，這個比值為10-12是合適的。如果比值小于10表明該型砂的含泥量偏多、韌性差；如果比值大于12，表明型砂的含泥量偏少，型砂型能對水分敏感度增大，且透氣性可能也偏高，易造成鑄件的粘砂缺陷。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.2 含水量含水量 手工造型的含水量一般5-6%；普通機器造型含水量一

26、般4.5-5.5%;高壓造型的含水量一般3.2-4.5%。如果型砂中的微粉多，灰分多，煤粉和膨潤土的質(zhì)量不好而加入量多，則型砂中的含水量就多，透氣性不好，并容易形成氣孔缺陷。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.3 透氣性透氣性 粘土濕型砂的透氣性是指緊實后的樣砂允許氣體通過的能力。型砂的排氣能力除了靠冒口和排氣孔來提高以外，更要靠型砂的透氣性。 型砂的透氣性不可過低，以免澆注過程中發(fā)生嗆火和鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷。但是決不可理解為型砂的透氣性越高越好。因為透氣性過高表面沙粒間空隙較大，金屬液易于滲透入砂粒間孔隙中造成鑄件表面粗糙，還

27、可能發(fā)生機械粘砂。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測 面砂的透氣性一般控制在40-100；背砂的透氣性一般控制在100-200；單一砂的透氣性一般控制在100-150。高密度造型型砂的單一砂透氣性大多在100-140之間。3.3 透氣性透氣性山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.3 透氣性透氣性圖6 型砂透氣性測試儀a) STZ型直讀式透氣性測定儀原理圖；b) 儀器外型；c) 電動透氣性儀外形1-外罩；2-水筒；3-三通閥；4-試樣座；5-試樣筒；6-標(biāo)準(zhǔn)圓柱砂樣

28、；7-微壓表；8-阻流孔山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.4 常溫強度常溫強度 濕態(tài)抗壓強度 是型砂的最重要的性能之一； 濕態(tài)抗拉強度 熱濕拉強度 是濕砂型在高溫鐵水的作用下，發(fā)生水分遷移，在型砂的水分凝聚區(qū)的抗拉強度，以Pa表示。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.4 常溫強度常溫強度圖7 型砂各種濕態(tài)強度的測定方法山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.5 型砂硬度型砂硬度90-950.7射

29、壓、氣沖、靜壓、多觸頭高壓80-900.4-0.7氣動微震50-800.13-0.4手工造型，震擊或壓實硬度比壓/MPa造型方法表12 對應(yīng)不同造型方法的型砂硬度砂型硬度高，密度均勻，可減少縮孔縮松脹箱和粘砂缺陷。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.6 有效煤粉含量有效煤粉含量 有效煤粉含量是指在舊砂中除去已經(jīng)失效的，而能起著相當(dāng)于新煤粉作用的煤粉含量?？梢酝ㄟ^測定型砂或舊砂中揮發(fā)分的發(fā)氣量計算出有效煤粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 目前的煤粉質(zhì)量差異較大，可用控制型砂的發(fā)氣量去控制煤粉用量。 鑄鐵件型砂中應(yīng)有的有效煤粉量因鑄件大小和厚薄、澆

30、注溫度、面砂或單一砂、造型方法、型砂緊實程度等因素而異。更重要的是因煤粉品質(zhì)不同而異。例如：應(yīng)用普通煤粉的高密度造型的型砂中有效煤粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多為5-7%，而是用高效煤粉時只要3-4%即可。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.7 有效膨潤土含量有效膨潤土含量 在澆注過程中，緊靠鑄件表面的型砂被迅速加熱，超過500以上，膨潤土就會失去晶格水，蒙脫石結(jié)構(gòu)被破壞，變成失去粘結(jié)力的死粘土。未被燒損的膨潤土，就是有效膨潤土。具有吸附亞甲基藍(lán)的性能?？捎梦{(lán)量法測定。 一般濕型鑄造生產(chǎn)中，都是根據(jù)型砂的濕態(tài)抗壓強度高低補加膨潤土。如果型砂

31、中灰分含量多而有效膨潤土量不足，也仍會顯得濕壓強度較高。這種型砂的性能變脆，起模型變壞，透氣性下降，同樣緊實率下的含水量較高。鑄件容易產(chǎn)生夾砂、沖砂、砂眼、氣孔等缺陷。因此有必要測試出型砂中實際含有的有效膨潤土量。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.7 有效膨潤土含量有效膨潤土含量 我國各地生產(chǎn)的膨潤土品質(zhì)差異極大，如果選用優(yōu)質(zhì)膨潤土，高密度造型的型砂活性膨潤土質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到6-7%的范圍內(nèi)也能滿足對強度和韌性的要求。劣質(zhì)膨潤土型砂活性膨潤土的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也許達(dá)到10-14%。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第

32、第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測3.8 型砂的含泥量型砂的含泥量 型砂的含泥量包括有效的膨潤土、煤粉和灰分；灰分包括失效的膨潤土和煤粉，以及原砂帶入的320目的細(xì)粉。 高密度造型鑄鐵用型砂(含煤粉)含泥量一般應(yīng)為10%-13%；舊砂含泥量為8%-11%。如果含泥量過高，應(yīng)當(dāng)加強各種原材料的選用和檢驗，改善舊砂除塵裝置的工作效果。如果含泥量過低，就應(yīng)該將除塵系統(tǒng)的排出物部分的返回舊砂系統(tǒng)中。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第3章章 濕型砂性能及其檢測濕型砂性能及其檢測型砂性能、組分手工造型震壓造型高壓、氣沖、靜壓造型射壓造型有箱造型無箱造型濕壓強度/kPa60

33、-7575-100120-18090-120120-180濕抗拉強度/ kPa11.015.020.0濕抗劈強度/ kPa17.023.031.0緊實率/%50-6045-5532-4030-38水分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)5.0-5.54.5-5.53.0-3.82.8-3.5透氣性60-8070-90100-14090-120含泥量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)13-1512-13活性膨潤土含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)5-66-76-9發(fā)氣量/(mL/g)20-2616-22灼燒減量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)3.5-5.0表13 鑄鐵件各種造型方法用濕型砂的性能、組分及控制目標(biāo)(參考值)山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)

34、與工程學(xué)院第第4章章 粘土濕型砂的制備粘土濕型砂的制備對一般濕型砂砂處理線的要求對一般濕型砂砂處理線的要求 通過多道磁選去除舊砂中的殘鐵； 通過滾筒篩，去除舊砂中的芯頭、砂塊，起過篩、破碎、冷卻作用。 配造型線或連續(xù)生產(chǎn)，應(yīng)有效的降低舊砂溫度，50。 混砂機應(yīng)使砂子、水分、膨潤土、煤粉等有效混合，膨潤土和煤粉在砂粒表面均勻復(fù)蓋，使型砂具有較高的強度和韌性。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第4章章 粘土濕型砂的制備粘土濕型砂的制備對一般濕型砂砂處理線的要求對一般濕型砂砂處理線的要求 有足夠和有效的通風(fēng)除塵設(shè)備，減少粉塵在型砂中的積累及對環(huán)境的污染。 能方便的改變型砂中各種加

35、入物料的配比，以滿足不同型砂的工藝要求。 可通過混砂過程的在線檢測，控制型砂的使用性能。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第5章章 鑄件常見缺陷及其防止鑄件常見缺陷及其防止5.1 氣孔氣孔5.1.1 析出性氣孔析出性氣孔 熔煉過程中溶入液態(tài)金屬中的氣體，當(dāng)液態(tài)金屬冷卻凝固時，其溶解度降低而析出，形成的氣孔。氣體多為氫氣和氮氣。常見于鋁合金和鑄鋼?；诣T鐵的析出性氣孔，大多靠近熱節(jié)，內(nèi)表面光潔，內(nèi)腔常有一層石墨薄膜，常在沖天爐的頭幾批鐵水中出現(xiàn)。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第5章章 鑄件常見缺陷及其防止鑄件常見缺陷及其防止5.1 氣孔氣孔5.1.2 侵

36、入性氣孔侵入性氣孔澆注時,鑄件表面凝固成殼以前，砂型、砂芯等造型材料受熱產(chǎn)生氣體，氣體并不溶解于金屬液，而是靠壓力作用下侵入金屬液中，形成氣泡和產(chǎn)生氣孔。也可簡稱為“侵入氣孔”。目前，我國濕型鑄造工廠中出現(xiàn)的氣孔缺陷大多數(shù)屬于這種氣孔。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第5章章 鑄件常見缺陷及其防止鑄件常見缺陷及其防止5.1 氣孔氣孔5.1.2 侵入性氣孔侵入性氣孔形成原因和防止措施：形成原因和防止措施： 濕型透氣性 提高濕砂型的透氣性有利于宣泄界面處的背壓力。但是，濕型砂的透氣性是一個對鑄件缺陷敏感的性能。濕型砂的透氣性應(yīng)當(dāng)有下限，以免產(chǎn)生氣孔缺陷；而且也必須有上限，以免

37、砂粒間孔隙過大，使鑄件出現(xiàn)機械粘砂或使鑄件表面粗糙。 幾種造型方法下的透氣性：高壓造型： 100-140 機器造型：80-100 手工造型：60-80山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第5章章 鑄件常見缺陷及其防止鑄件常見缺陷及其防止5.1 氣孔氣孔5.1.2 侵入性氣孔侵入性氣孔形成原因和防止措施：形成原因和防止措施：(2) 濕型砂緊實度 型砂的緊實程度不足就會引起鑄件產(chǎn)生機械粘砂、脹砂、鑄件尺寸和質(zhì)量超差、縮孔、縮松等缺陷。但是砂型緊實程度越高，砂粒間隙就小，澆鑄時砂型的通氣能力就越差。為了保證鑄件不產(chǎn)生氣孔缺陷，如有需要，應(yīng)當(dāng)增多排氣孔。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東

38、大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第5章章 鑄件常見缺陷及其防止鑄件常見缺陷及其防止5.1 氣孔氣孔5.1.2 侵入性氣孔侵入性氣孔形成原因和防止措施：形成原因和防止措施：(3) 濕型砂溫度 用熱砂造型后，在型腔中安裝冷的砂芯、芯撐或內(nèi)冷鐵，并且合型后等待一段時間才澆注，熱砂中不斷散發(fā)出的水蒸氣就會凝聚在冷的物體表面。澆鑄時凝聚水受熱立即蒸發(fā)成水蒸氣，進(jìn)入金屬液中形成氣泡。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第5章章 鑄件常見缺陷及其防止鑄件常見缺陷及其防止5.1 氣孔氣孔5.1.2 侵入性氣孔侵入性氣孔形成原因和防止措施：形成原因和防止措施： 濕型砂發(fā)氣量 型砂溫度過高，尤其是煤粉含

39、量也過多的情況下，金屬液澆注進(jìn)型腔時有可能猛然發(fā)出大量氣體。如同時排氣又不暢，氣體壓力就會超過局部的金屬液靜壓力而突然鉆入金屬液中，形成爆炸性噴濺。即通常所謂的“嗆火”，會在鑄件中形成較大的氣泡。 以高密度造型為例，比較理想的濕度是緊實率34%-38%，相應(yīng)的含水量為3.0%-3.5%，鑄鐵型砂發(fā)氣量可以是14-22mL/g。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第5章章 鑄件常見缺陷及其防止鑄件常見缺陷及其防止5.1 氣孔氣孔5.1.2 侵入性氣孔侵入性氣孔形成原因和防止措施：形成原因和防止措施： 濕型砂的砂中雜質(zhì) 小粘土團(tuán)，砂芯塊等的發(fā)氣； 還要特別注意砂芯造成的侵入性氣孔； 排氣暢通，提高澆注速度和澆注溫度，引火。山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院山東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院第第5章章 鑄件常見缺陷及其防止鑄件常見缺陷及其防止5.1