造型材料展示解析

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1、第三章：粘土型（芯）砂的性能及影响因素 粘土型（芯）砂由砂、水、粘土和其他附加物按 一定比例混合而成。砂是主要原料，砂粒由粘土 膜彼此粘接起来。 按使用情况粘土砂分为：湿砂型、表面干砂型 、干砂型。型（芯）砂的性能选择要根据生产 条件和铸件种类来选择，但一般主要有：强度 、透气性、溃散性。 第三章：粘土型（芯）砂的性能及影响因素 一、强度 型砂紧实后必须具有一定的强度以承受外力作用而不致使 型（芯）破坏 强度不足：浇注时由于金属液的冲刷易造成砂眼、胀砂、 跑火等铸造缺陷，强度太高铸件易产生裂纹，落砂也比较 困难。 强度用型砂试样受力破坏时的应力值来表示 根据受力情况分为：抗压、抗拉、抗弯、抗剪

2、。 根据试样是否干燥：湿态强度、干态强度 2 第三章：粘土型（芯）砂的性能及影响因素 3 第三章：粘土型（芯）砂的性能及影响因素 影响湿、干强度的因素： 1. 湿强度 紧实度：紧实度越大，湿强度越大 砂粒越细，湿强度越大；粒度越分散，大小砂粒镶嵌，增 加了强度，砂粒的形状也有影响。 水分和粘土 4 第三章：粘土型（芯）砂的性能及影响因素 5 上述的湿强度指的是湿压强度，湿拉强度往 往也对砂型有重要影响， 湿拉强度的计算公式： 2. 干强度 粘土砂烘干，干强度不大，主要测的是其抗压强度 影响因素：粘土本身的粘结能力、紧实、粘土加入量、水分粘土含量 含量越大，干强度越大，水分含量越多，干强度越大，

3、干强度太大易 造成裂纹和铸件内应力 。 3.表面强度 受粘土膜的粘结力和砂粒间相互啮合影响 表面强度低，铸件易产生冲砂、砂眼等缺陷 第三章：粘土型（芯）砂的性能及影响因素 二、透气性 铸型壁砂粒间透过气体的能力称为透气性。 透气性不足易产生气孔、浇不足、浇注过程中发生喷溅。 减少砂粒间空隙的因素都有降低型砂透气性 砂子的颗粒组成和颗粒形状 粗砂、粒度集中的透气性好；细沙，粒度分散的透气性差。 紧实度： 紧实度大着透气性差 水分和粘土 6 第三章：粘土型（芯）砂的性能及影响因素 三、流动性 型砂在自重和外力的作用下砂粒间互相移动的能力称之为流动性。 流动性良好，才能保证紧实度均匀，得到轮廓清晰、

4、表面光洁的铸件型 腔。 在粘土砂中加入少量柴油或者重油（0.5%）或者表面活化剂能大大改善 其流动性。 四、可塑性和韧性 可塑性：型砂在外力作用下变形，当外力撤去后能完整地 保持所产生的变形的能力。 韧性：材料抵抗脆性破坏的性质，即材料有破坏时，需要 有较大的功或较大的塑性变形 凡是影响湿压强度和应变的因素都影响韧性 7 第三章：粘土型（芯）砂的性能及影响因素 五、粘土型砂的水分（上星期已讲） 型砂中的水分对型砂性能和铸件质量影响很大。 水分不足：型砂强度低，韧性、可塑性差，铸型易破碎，不易起模，铸 件易产生冲砂、砂眼等缺陷。水分高时：韧性、可塑性虽好，但是湿压 强度太低，砂型易变形，铸件薄处

5、可能浇不足，厚处表面粗糙，易产生 夹砂缺陷。 型砂过湿，干强度和湿强度过高，容让性太差，易产生裂纹。 目前生产测定事宜水分的方法主要有紧实率和过筛性 紧实率（上节课已讲，故略） 过筛性 过筛性：一定量的型砂在测定过筛性的滚筛中过筛10S，过筛的砂重和原重量的比。 较干的型砂比较湿的型砂容易过网，故可以根据型砂通过筛网的难易程度来表示 型砂中的含水量 过筛性对水含量比较敏感，一般而言过筛性在70%80%时，正好相对于手捏时 的适宜水分。 8 第四章，粘土型砂的配制与控制 粘土砂按铸造合金的种类可分为：铸铁用型砂、铸钢用型 砂、有色合金用型砂 下面按按铸造合金的种类，分别介绍各种型砂的特点 一、铸

6、铁件用的湿型砂 9 第四章，粘土型砂的配制与控制 湿型的优点：不用烘干设备和燃料，生产周期短，便于组 织流水作业，落砂容易，灰尘少，劳动条件好，砂箱寿命 长； 湿型的缺点：型砂的强度较低，含有水分，铸件易产生气 孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷。 湿型砂应用广泛，必须控制严格，保证稳定的性能。 湿型砂的原材料 原砂多用天然石英砂，或者石英-长石砂，粒度多为 55/100、75/150或100/200，以保证铸件表面光洁。 湿型砂大多用膨润土作粘结剂，有时进行活化处理，以 获得较高的湿强度或热湿拉强度。 煤粉是湿型用于铸铁件常加入的附加物以防粘砂 10 第四章，粘土型砂的配制与控制 湿型砂质量和性能的

7、控制 生产中常检测和控制的内容有以下几个方面： 型砂中的死粘土含量。 死粘土：靠近铸型表面的一层型砂中的粘土受热后失去结构 水成为死粘土。 煤粉含量。 对于活化膨润土砂。浇筑后Na2CO3也会烧损，Na2CO3 的加入量要视旧砂中的残余量来确定。 型砂中的有效地或死粘土、煤粉。灰分均导致纯SiO2含量 的降低。 湿型砂的日常检测项目主要有水分、紧实率、湿透气性和 强度。 11 第四章，粘土型砂的配制与控制 12 第四章，粘土型砂的配制与控制 二、表面烘干型砂 对型砂要求特点： 型砂要有很高的透气性 型砂要有很低的发气性：造好型后自然干燥或者表面火焰 干燥，以减少表面层和涂料的含水量 型砂应具有

8、较高的湿压强度：为此可加入活化膨润土 型砂要有较高的抗夹砂能力 铸型要刷涂料，以提高抗粘砂能力：一般选用耐热的石墨 涂料，以膨润土为粘结剂，用水作稀释剂。 13 第四章，粘土型砂的配制与控制 14 第四章，粘土型砂的配制与控制 三、干型砂 铸型烘干后强度大，透气性好，有效防止了砂眼和气孔，常用于重要 铸件的生产。 但是干型砂和湿型砂相比，溃散性和退让性变差（常加入木屑或者焦 炭粒以改善溃散性和退让性），恶化了工作条件，增加了燃料消耗。 烘干操作，水分迁移取决于温度梯度和湿度梯度, 水分的迁移方向：从含水量高出向含水量地处，从低温处向高温处。 因而烘干操作十分关键，其分为均热阶段（使砂型内外温差

9、迅速趋于 一致），水分蒸发阶段（表面水蒸发，内部水向外迁移），缓冷阶段 （利用余热进一步排除残留的水分，保证彻底烘干）。 15 第四章，粘土型砂的配制与控制 四、铸钢用粘土砂 铸钢件型砂的特点： 铸钢件浇注温度高，凝固时收缩大，故铸钢件易粘砂、裂纹等缺陷。 铸钢件要求型砂具有较高的耐火度、强度、退让性。 高温钢水也使得型砂具有较大的发气性，故型砂的透气性也应较大 原材料 主要用含SiO2 95%的人造石英砂。干型刷石英粉，锆英粉，刚玉， 铬铁矿等涂料来防止粘砂。 湿型用75/150较细的石英砂，湿型为提高表面强度可在表面喷一层糖 浆、纸浆或者水玻璃。 16 第四章，粘土型砂的配制与控制 五、有

10、色金属用的粘土型砂 Al、Mg等合金的特点是浇注温度低，收缩较大，极易氧化，对这类铸 件的要求是表面光洁，轮廓清晰，以尽量节约金属。型砂应具有良好 的可塑性和退让性，对耐火度、强度和透气性要求不高。 有色合金主要用湿型铸造，其用的型砂颗粒较细，大多用100/200天 然砂或天然粘土砂。 Mg合金用的型砂具有特殊要求，Mg极易氧化，并且还易和空气中的 N，型砂中的SiO2发生反应 17 为了防止Mg的燃烧，在浇注时要用 硫磺粉保护液流，在型砂中也要加入 保护性的附加物，一般用硫磺、硼 酸、碳化镁或者尿素。 第四章，粘土型砂的配制与控制 六、高压造型型砂 高压造型是在大量生产中得到迅速发展的新工艺

11、，铸件尺 寸精确，表面光洁，组织致密，机械性能提高，生产率高， 劳动条件改善。 压实比压是高压造型重要参数。其值的的提高会出现型砂 湿压强度也提高，当比压超过一定范围（105Pa1.5*105Pa） 砂型密度几乎不再变化，但是透气性急剧下降，同时比压的 过大，还会是模型与砂型的附加力过大，在起模时易破坏砂 型。 18 第四章，粘土型砂的配制与控制 七、型砂的配制 混砂的作用： 使砂、粘土、水分及其他附加物混合均匀。 揉搓各种材料，使粘土膜均匀地包围在砂粒周围。 混砂的时间和加料的顺序也会影响混砂质量，一般而言， 混砂时间越长，湿强度和透气性上升，但是过长的混砂时 间会使型砂在摩擦的作用下而发热

12、。 加料顺序是：先将干料混合，再加水润湿（灰尘大，润湿 不充分） 19 第六章 水玻璃砂及水泥砂 除粘土外，水玻璃是应用最广的一种无机粘结剂，主要用在 铸钢件上，在铸铁件和有色金属铸件上用的较少 水玻璃砂和粘土砂相比有以下优点： 1水玻璃砂流动性好，易于紧实； 2硬化快，简化造型和制芯工艺，缩短生产周期，提高 劳动生产率； 3铸造缺陷少，提高铸件质量； 4可硬化后再起模，型、芯尺寸准确，提高铸件尺寸精 度； 5可不用干燥炉，节约能源，改善车间劳动条件； 水玻璃砂硬化方法：CO2硬化法，固体硬化剂硬化法，液态 硬化剂硬化法； 20 第六章 水玻璃砂及水泥砂 一 水玻璃 水玻璃：硅酸钠的水溶液，制

13、作方法有干法和湿法两种 干法：将石英砂和纯碱按一定比例混合，在反射炉中，经 过13001400高温加热，获得熔融状态的硅酸钠。反应 化学方程式： 湿法：用石英砂和火碱为原料，在压力作用下加热反应而 成。反应方程式为： 21 第六章 水玻璃砂及水泥砂 水玻璃的组成和性质 水玻璃是硅酸钠的水溶液，硅酸钠是Na2O和SiO2以不同比例组成的 混合物。 Na2O和SiO2二元状态相图 22 第六章 水玻璃砂及水泥砂 水玻璃的两个重要参数，影响其物理、化学性能。 模数 模数表示了SiO2在硅酸钠中所占的比例，用M表示 。 M，不定是整数。铸造生产中常用的水玻璃的模数是23.5， 普通砂型铸造常用的是2.

14、22.6之间 水玻璃的模数可以通过化学的方法降低或提高。 降低：通过加入NaOH来增加Na2O的含量，相对低减少 Si2O的含量。 增加：向水玻璃中加入HCl或者NH4Cl来中和部分Na2O，相 对提高SiO2的含量 （反应前后Si原子或者Na原子守恒去计算加入量） 23 第六章 水玻璃砂及水泥砂 密度： 密度代表了水玻璃中硅酸钠固体物与水的比例，水玻璃的密度小，说 明硅酸钠固体物的含量少，粘度小，粘结力小，可以用水稀释的方法来 降低水玻璃的密度。铸造用水玻璃密度在1.461.6之间。 模数、密度对水玻璃性质的影响 24 同样的固体物含量，高模数的水玻璃 粘度大，甚至呈固态或者膏状，低模 数的

15、粘度小，成液态。高模数的水玻 璃，粘度随密度的增长率也更大，当 水玻璃的模数大于四时，任何浓度的 溶液都呈现出了不稳定的液体或者凝 胶的特征。 第六章 水玻璃砂及水泥砂 水玻璃的结构 硅酸钠在水中溶解以何种状态存在，存在不同的看法，有 人认为是胶体，有人认为是离子溶液。 硅酸钠水解生成硅酸分子，硅酸分子脱水缩合，构成硅多 分子聚合体，这种以Si-O键结合形成的多分子聚合体形成 了胶核，之后通过吸附作用和静电作用形成了胶团。 25 第六章 水玻璃砂及水泥砂 二、水玻璃砂的硬化机理 1水玻璃砂的化学硬化 铸造用水玻璃硬化是用的CO2法 CO2与硅酸钠的水解产物NaOH反应，促进了硅酸钠的水解 ，使SiO2分子浓度不断增加，继续吹CO2，硅酸分子脱水聚 合，同时硅酸胶粒由于碱度降低，稳定性下降，并且继续失 水而成为网状凝胶，这种凝胶具有一定的弹性和强度，包在 砂粒的表面，使型砂具有了强度。 2水玻璃砂的物理脱水 加热烘干，吹干燥的压缩空气，真空脱水等 26 第六章 水玻璃砂及水泥砂 三、CO2水玻璃砂 CO2、水玻璃砂的硬化工艺：CO2法硬化 CO2硬化主要用的是插管法（大的铸型、芯）和盖罩法（小铸型、芯） 插管法 CO2的压力：CO2的压力一般用1.53个大气压，气体的压力要视铸 型、砂芯的尺寸而