湿型铸造 （二）

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    非石英质原砂
    非石英质原砂是指矿物组成中不含或只含少量游离SiO2的原砂。虽然硅砂来源广，价格低，能满足一般铸铁、铸钢和非铁合金铸件生产的要求而得到广泛应用，但是硅砂还有一些缺点：热膨胀系数比较大，热扩散率比较低，蓄热系数比较低，容易与铁的氧化物起作用等。这些都会对铸型与金属的界面反应起不良影响。在生产高合金铜铸件或大型铸钢件时，使用硅砂配制的型砂，铸件容易发生粘砂缺陷，使铸件的清理十分困难。清砂过程中，工人长期吸入硅石粉尘易患矽肺。
    为了提高铸件表面质量，改善劳动条件，在铸钢生产中已逐渐采用一些非石英质原砂来配制无机和有机化学粘结剂型砂、芯砂或涂料。这些材料与硅砂相比，大多数都具有较高的耐火度、热导率、热扩散率和蓄热系数，热膨胀系数低而且膨胀均匀，与金属氧化物的反应能力低等优点，能得到表面质量高的铸件并改善清砂劳动条件。但这些材料中有的价格较高，比较稀缺，故应当合理选用。目前可用的非石英质原砂有橄榄石破、锆砂、铬铁矿砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、钛铁矿砂、铝矾土砂等等。
    粘土
    粘土是湿型砂的主要粘结剂。粘土被水湿润后具有粘结性和可塑性，烘干后硬结，具有干强度。而硬结的粘土加水后又能恢复粘结性和可塑性，因而具有较好的复用性。粘土资源丰富，价格低廉，所以应用广泛。
    粘土主要是由细小结晶质的粘土矿物所组成的土状材料。按晶体结构可分为高岭石（kaolinite）组，包括高岭石、珍珠陶土、地开石、埃洛石等；蒙脱石（montrillonite）组，包括蒙脱石、贝得石、绿脱石、皂石等；伊利石（illite）组，包括依利石、海绿石等。
    铸造工作者通常根据所含粘土矿物种类不同将所采用的粘土分为铸造用粘土（fireclay）和铸造用膨润土两类。膨润土主要是由蒙脱石组矿物组成的，主要用于湿型铸造的型砂粘结剂。铸造用粘土主要含有高岭石或依利石类矿物。
    附加物
    型砂中除了含有原砂、粘土和水等材料以外，通常还加入一些附加物如煤粉、渣油、淀粉等，目的是使型砂具有特定的性能，并改善铸件的表面质量。
    在铸铁及有色合金用湿型砂中加入煤粉，可以防止铸件表面产生粘砂缺陷，并能改善铸件的表面光洁程度。湿型铸铁件所用型砂中煤粉的含量常在3～8％（质量分数）范围内，根据铸件大小和厚薄而异。
    煤粉的代用材料，包括固体沥青或其乳化液，渣油或煤焦油或其乳合液，膨润土与沥青或其他石油衍生物的混合粉末或浆液，固态或水中分散的合成聚合物和淀粉等。铸铁面砂中淀粉含量（按质量分数计）一般为0.5％左右，铸钢面砂在0.5～1.0％左右。
    湿型砂性能要求及检测方法
    高质量型砂应当具有为铸造出高质量铸件所必备的各种性能。根据铸件合金的种类，铸件的大小、厚薄、浇注温度、金属液压头、砂型紧实方法、紧实比压、起模方法、浇注系统的形状、位置和出气孔情况，以及砂型表面风干情况等的不同，对湿型砂性能提出不同的要求。最主要的，即直接影响铸件质量和造型工艺的湿型性能有水分、透气性、强度、紧实率、变形量、破碎指数、流动性、含泥量、有效粘土含量、颗粒组成、缅化物、砂温、发气性、有效煤粉含量、灼烧减量、抗夹砂性、抗粘砂性等。
    水分、最适宜湿程度和紧实率
    为了得到所需要的湿态强度和韧性，粘土砂必须含有适量水分，太干或太湿均不适于造型，也难铸造出合格铸件。因此，型砂的干湿程度必须保持在一个适宜的范围内。
    判断型砂干湿程度有以下几种方法：
    （1）水分也叫含水量或湿度 
    它是表示型砂中所含水分的质量百分数，这是一般工厂中确定型砂干湿程度最常用的传统方法。测定的原理是称取定量的型砂，放入105～110℃烘干装置中使之干燥，由烘干前后的质量差异计算出型砂的水分。
    （2）手捏感觉 
    有实际操作的混砂或造型工人常根据用手捏型砂时砂是否容易成团和是否沾手来判断型砂的干湿程度，还根据捏紧动作中砂是否柔软和变形情况来判断型砂的可塑性；根据手指掐碎砂团时用力大小来判断型砂的强度是否合适。
    （3）紧实率 
    是指湿型砂用1MPa的压力压实或者在鼓击式制作机上打击三次，其试样体积在紧实前后的变化百分率，用试样紧实前后高度变化的百分数来表示，即紧实率=［（筒高一紧实距离）筒高］×100%。
    手工和机器造型用型砂最适干湿状态下的紧实率接近50％；高压造型和气冲造型时为35～45％；挤压造型时为35～40％；不管型砂中有效膨润上、煤粉和灰分的含量有多少，只要将紧实率控制在上述范围内，手捏感觉的干湿程度就处于最适宜状态。这时型砂的水分可称为最适宜水分。
    紧实的型砂能让气体通过而逸出的能力称为透气性。透气性的高低主要受砂粒的大小、粒度分布、粒形、含泥量、粘结剂种类、加入量和混砂时粘结剂在砂粒上的分布状况以及型砂紧实度的影响。对于湿型的单一砂和面砂而言，透气性不但要有下限，而且必须严格规定其上限。
    型砂必须具备一定的强度以承受各种外力的作用。型砂的强度用型砂标准试样在外力作用下遭到破坏时的应力值来表示。常用计量单位为兆帕(MPa)或千帕(kPa)。湿型铸造时，往往主要检查型砂石的湿态抗压强度，有的也测湿态抗剪强度和湿态抗拉强度。对普通机器造型用湿型砂，通常控制湿压强度为0.06~0.12MPa之间，高密度造型用湿型砂，湿压强度常控制在0.09~0.20MPa。
    在生产中常采用表面硬度计测定硬度，以此反映型砂紧实的质量，反映铸型表面强度。
    流动性
    型砂在外力或自重作用下，沿模样和砂粒之间相对移动的能力称为流动性。流动性好的型砂可形成紧实度均匀、无局部疏松、轮廓清晰、表面光洁的型腔，这有助于防止机械粘砂，获得光洁的铸件。此外，还能减轻造型紧实砂的劳动强度，提高生产率和便于实现造型、造芯过程的机械化。
    目前测流动性的方法还未统一，较多采用以下几种方方法来判定型砂流动性：①用湿型硬度计测定标准试样两个端面硬度值的差别，硬度差别越小，指明型砂的流动性越好；②在标准圆柱形试样简中放置一块高25mm的半圆形金属块，测定阶梯试样两平面的硬度差值；③测定在底侧有环形空腔型砂试样筒中冲击成的试样的高度；④侧孔法：测定在冲击型砂试样时圆柱形试样简侧面12mm 小孔中挤出的型砂的质量。⑤试样质量法：即对比测定紧实率后的试样质量，容积密度愈大，则流动性好。 ; p9 p0 B2 i C4 u2 `3 i( ?. U