鑄造粘土砂各種性能知識(shí)匯總

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)勢的強(qiáng)度為濕強(qiáng)度。影響：起模、翻轉(zhuǎn)、合型、搬運(yùn)過程中造成塌箱。而在澆注時(shí)，則可能承受不住金屬液的沖刷，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)度極大值在水/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，鈉基膨潤土由于吸水時(shí)間長，因此比鈣基膨潤土和普通粘土混砂時(shí)間長。

（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)性能更好的發(fā)揮，提高濕強(qiáng)度。

濕強(qiáng)度度對惰性粉末非常敏感，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)中由于膨潤土的用量和水分均較低，并且膨潤土砂在100-200℃脫水量集中，如果不采取嚴(yán)格的烘干制度將會(huì)導(dǎo)致砂型和砂芯開裂，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)。鈉基膨潤土砂的熱濕拉強(qiáng)度比鈣基膨潤土砂高。鈣基膨潤土砂經(jīng)過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。

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)到高值后很快下降。膨潤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)度極大值時(shí)的溫度。冷卻下來的殘留強(qiáng)度很小。鈣基膨潤土砂和普通粘土砂的殘留強(qiáng)度比鈉基膨潤土砂低，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。如果金屬液對型腔表面進(jìn)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，氣體透過時(shí)所受阻力小，型砂的透氣性好。顆粒不均勻的原砂，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，對不同的粘土加入量都有對透氣性很適應(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)間過長，不但影響生產(chǎn)率，而且在用活化膨潤土砂時(shí)易使型砂結(jié)塊，影響到型砂的透氣性。

對于不刷涂料的砂型，透氣性不易過高，否則會(huì)造成鑄件表面粗糙或粘砂缺陷。

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發(fā)氣性 

發(fā)氣性是指型砂在加熱時(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、尺寸精準(zhǔn)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)和加入量對流動(dòng)性也有很大影響。實(shí)踐證明鈣基膨潤土砂的流動(dòng)性很好，普通粘土稍次，鈉基膨潤土很差。在原砂加入量一定時(shí)，不能借提高水分來提高流動(dòng)性。

混砂時(shí)間過久會(huì)使粘土砂結(jié)塊，到哪混砂時(shí)間不足以致沒混均勻，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。鈉基膨潤土砂的可塑性不鈣基膨潤土砂的可塑性好。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。鈉基膨潤土復(fù)用性很好，活化處理的鈣基膨潤土次之，普通粘土稍次，鈣基膨潤土很差。

（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、鈣基膨潤土、鈉基膨潤土、活化鈣基膨潤土。

（4）吸濕性 烘干硬化后的型砂在儲(chǔ)存過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。，鈉基膨潤土砂的退讓性很差。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)。膨潤土特別是鈉基膨潤土產(chǎn)生粘膜時(shí) 含水量較高，故較不易粘膜。濕潤的粘土對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。粘土砂中含水量越高，越易發(fā)生粘膜。

為了減少粘膜，木質(zhì)模樣和木質(zhì)芯盒表面應(yīng)刷漆，或檫拭防粘膜材料，如石墨粉、松子粉、滑石粉、經(jīng)稀釋的重油、煤油等；降低型砂含水量，使用內(nèi)聚力較大的鈉基膨潤土，舊砂溫度不宜過高。

型（芯）砂需要具備多種性能，但無法同時(shí)使各種性能都較好，在制訂和控制型砂性能時(shí)，必須根據(jù)合金種類、鑄件類型和大小、生產(chǎn)方式等條件來具體確定，由此相應(yīng)確定原砂、粘土種類及加入量、緊實(shí)度和配制工藝。

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