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1、1 实验一：粘土性能的检测实验学时： 3 实验性质： 验证性实验要求：必开所属课程： 铸造工艺学一、预备知识粘土是铸造生产中用量最大的一种粘结剂。铸造生产中所采用的粘土，主要分为铸造 用普通粘土（ N）和铸造用膨润土（P）两类。粘土是型砂中应用最广的一种粘结剂，它的主要成分是颗粒细小的含水硅酸铝矿物（mAl2O3 .nSiO2 .pH2O）,此外还混杂有一些非粘土矿物，如石英、长石、云母等。造型用粘土根据含有的粘土矿物不同，可分为普通粘土和膨润土两种。普通粘土的矿物组成为高岭石，化学式为Al2O3.2SiO2.2H2O，其中 Al2O3 的含量为39.50， SiO2为 46.54， H2O
2、为 13.96。纯高岭石为白色，密度为2.582.60g/cm3，熔点为 17501780C。膨润土主要组成为蒙脱石，化学式为Al2O3 .4SiO2 . H2O .m H2O，其中 m H2O 为层间 水，如不计层间水，理论成分含量是Al2O3为 28.3， SiO2为 66.7， H2O 为 5。纯蒙脱石为白色，熔点为12501300C。铸造用膨润土的质量检测项目有PH 值，工艺试样的湿压强度、热湿拉强度等，普通粘土的质量检验项目有工艺试样的湿压强度、干压强度和耐火度等。为了正确选择和使用粘土，必须准确鉴别粘土的类型和质量。常用指标有吸蓝量、吸水率、胶质价及膨胀容等，通过这些测试可区分普通
3、粘土和膨润土，并判断质量。通过测定膨润土的PH 值，判断其酸碱度，从而为活化处理中加入Na2CO3提供参考。二、实验目的通过对不同种类粘土、膨润土的检测、加深对铸造用膨润土和粘土特性的理解；熟悉其各项基本性能的测定方法以及各项技术指标的意义；从而掌握选择和合理使用粘土的基本原则。三、实验内容1、 测定铸造用膨润土或粘土的胶质价、吸蓝量、膨胀容和PH 值等。2、 测定工艺试样的湿压强度、热湿拉强度。四、实验方法和步骤1、 胶质价测定（参考方法） 粘土类矿物与水按一定比例混合后，搅匀后静止一定时间，以形成的凝胶层占整个混合物的体积百分数称为胶质价。 主要仪器与试剂：天平（感量0.01g） 、100
4、mL 带塞量筒、秒表等。氧化镁（化学纯）的粉末。 试验步骤： 准确称取15g 0.01g 试样倒入量筒中，加蒸馏水90mL。将混合物摇晃5min,加氧化镁1g，再加蒸馏水至100mL 刻度处，摇晃1min，然后静置24h 使其沉淀。读出沉淀物界面的刻度值，即为该试样的胶质价。2、亚甲基蓝吸附量（吸蓝量）膨润土中蒙脱石有吸附亚甲基蓝的能力，其吸附量称为吸蓝量，以100g 试样吸附的2 亚甲基蓝的克数表示。 主要仪器和试剂：天平（感量0.01g） 、电炉、滴定管。质量分数为1.0%的焦磷酸钠溶液、质量分数为0.20%的亚甲基蓝溶液（化学试剂，纯度 98.5%） 。亚甲基蓝试剂必须在干燥器中保存。亚
5、甲基蓝溶液的配置：称取亚甲基蓝2.000g 溶解于 1000mL 蒸馏水中，即配制成质量分数为 0.2%的亚甲基蓝溶液。 试验步骤： 称取烘干的试样0.20g0.01g 置于三角烧瓶中，加入 50mL 蒸馏水， 使其预先润湿。然后，加入质量分数为1.0%的焦磷酸钠溶液20mL，摇晃均匀后，再在电炉上加热煮沸5min， 在空气中冷却至室温，用滴定管滴入质量分数为0.20%的亚甲基蓝溶液。滴定时，第一次可加入预计的亚甲基蓝溶液量的2/3 左右，以后每次滴加12mL。检验终点的方法是，每次滴加亚甲基蓝溶液后，摇晃30s，用玻璃棒蘸一滴试液在中速定量滤纸上，观察在中央深蓝色点的周围有无出现淡蓝色的晕环
6、，若未出现，继续滴加亚甲基蓝溶液。如此反复操作，当开始出现蓝色晕环时，将试液静置1min 后，再用玻璃棒蘸一滴试液，若四周又未出现淡蓝色的晕环，说明未到终点，应再滴加亚甲基蓝溶液，直到出现明显的淡蓝色晕环为试验终点。试样吸蓝量可按式（4-34）计算。MB=BV/m 100 （4-34） 式中MB 100g 膨润土试样的吸蓝量（g） ；B亚甲基蓝溶液的质量浓度（g/mL） ；V亚甲基蓝溶液的滴定量（mL） ；m膨润土试样的质量（g） ；100膨润土的质量（g） 。3、膨胀容（即膨胀倍数，参考方法） 将膨润土试样置于盛有一定浓度盐酸的量筒中，混匀后放置沉降24h，试样形成的沉降物体积称为膨胀容或膨
7、胀倍数，以mL/g 为单位表示。 主要仪器和试剂：带磨口塞量筒100mL ，起始读数值为5mL，最小分度值为1mL，直径为 25mm。盐酸浓度为1mol/L ，即取 83mL 盐酸（ =1.1g/mL ） ，用水稀释至1000mL。 试验步骤：称取试样1.00g 0.01g，置于已加入50mL 水的带磨口塞量筒中，塞紧量筒塞，手握量筒上下摇动300 次，使试样与水混匀。在光亮处观察，应无明显颗粒或团块。如有团块需继续摇动，直至团块消失为止。打开量筒塞， 加入 25mL 浓度为 1mol/L 的盐酸， 加水使量筒内的物料高度达到100mL刻度，塞紧量筒，上下摇动200 次。然后，将量筒放在不受振
8、动的台面上，静置24h，读取沉降物沉降界面的刻度值（精确至0.5mL） ，即为膨胀容或膨胀倍数。校正试验，随同试样进行同类型标准试样的测试。4、膨润土PH 值试验方法是： 称 5 克膨润土试样， 放在容量为150 毫升的烧杯内。 加入 100 毫升蒸馏水，用玻璃棒搅拌5 分钟，用PH 试纸测定其PH 值。另附：pH 值（标准方法，JB/T9227-1999 ）粘土和膨润土的p值反映其含有能溶于水的碱性物质或酸性物质的多少。主要仪器与试剂：酸度计、电磁搅拌器、天平（感量0.01g） 、电烘箱、 1000m3 容量瓶。p值为 4.003 的标准缓冲溶液 （25） ： 称取 10.21g 经 110
9、烘干 2h 的苯二甲酸钾 （优级纯） ，加水溶解后， 注入 1000mL 容量瓶中， 以煮沸并刚冷却的蒸馏水稀释至刻度，摇匀。pH 值为 6.864 的标准缓冲溶液 （ 25） ：称取 3.39g 经 110烘干 2h 的磷酸二氢钾 （优级纯）和8.96g 磷酸二氢钠（优级纯） ，加水溶解后，注入1000mL 容量瓶中，以煮沸并刚冷却的蒸馏水稀释至刻度，摇匀。PH 值为 9.182 的标准缓冲溶液（25） ：称取 3.80g 硼砂（优级纯）加水溶解后，移入 1000mL 容量瓶中，以煮沸并刚冷却的蒸馏水稀释至刻度，摇匀。 试验步骤：首先校正所用的酸度计。将酸度计的各选择开关调至适当位置，使仪器
10、显示pH=7。将玻璃电极和甘汞电极插入标准缓冲溶液中，按下读数开关，并调节“定位调节器”，使仪器显示出该标准缓冲溶液的pH 值，此时仪器已调好， “定位调节器”不能再动。称取 2g0.1g 试样置于30mL 烧杯中，加入20mL 刚煮沸并冷却的蒸馏水，放在磁力搅拌器上搅拌3min，使试样分散。将玻璃电极和甘汞电极插入悬浊液中，静置1min，按下读数开关，并反复几次，使读数稳定，该数即为试样的pH 值。每测一个试样，要用水将玻璃电极洗干净，并用滤纸将电极上吸附的水吸干，再进行第二个试样的测试。每测 56个试样后，应用标准缓冲溶液校正一次。5、粘土工艺试样强度测定此试验测定粘土工艺试样的湿压强度和
11、热湿拉强度（或干态抗拉）强度，其工艺试样每种做三个数据，若三个试样数据中任何一个值相差10%，试样应重新进行，工艺试样配比如表所示。粘土种类试样砂成分（克）标准砂膨润土普通粘土水普通粘土2000 - 200 100 膨润土2000 100 - 80 混制工艺：1、在混砂机中加原砂，加膨润土或粘土干混2 分钟，再加水湿混8 分钟。2、在密封容器保存10 分钟以上（不超过1 小时）再进行试验。 湿压强度（标准方法，GB/T 2684-1981 ） ：用混制好的型砂混合料，在SAC 型锤击式制样机上冲击三次，制成5050mm 的圆柱形标准试样， ，从试样筒中取出后，即可测定湿压强度。试验时，将抗压试
12、样置于预先装在强度实验机上的湿压夹具上，然后逐渐加载于试样（负载的增加速度应慢些，一般为0.2Mpa/min ） ，直到试样破裂，其强度值可直接从压力表上读出。 热湿拉强度（标准方法，JB/T 9227-1999） ：热湿拉强度系指模拟湿型在熔融金属液的高温作用下，发生水分迁移，在砂型内表层水分凝聚区的抗拉强度，以Pa 表示。用 SLR 型热湿拉强度试验仪的专用样筒制备试样，并将样筒置于SLR 型热湿拉试验仪上，将已加热到320 10的加热板紧贴试样20s 后，加载直至试样断裂，从记录仪上读取测试数据。 用同一种混合料测定三个试样，取其算术平均值作为试样热湿拉强度值。如果其中任何一个数据与平均
13、值相差超过10%时，试验需重新进行。4 铸造用膨润土、粘土检验报告单名称产地批号送样日期湿度（ %）粒度胶质价PH 值吸蓝量蒙脱石含量工艺试样配比（ %）标准砂铸造用粘土铸造用膨润土水工艺性能湿压强度（ pa）干压强度 （pa，不测）热湿拉强度（pa）牌号说明化验人员化验日期五、实验组织和安排：1、 每次实验分为两组，每组56 人，按时到材料成形实验室进行实验。2、 每人进行一种铸造用膨润土或铸造用粘土的各项性能的测定。六、实验报告和思考：1、 填写铸造用膨润土、铸造用粘土检验报告单（见上表）2、 思考并回答下列问题： 铸造用膨润土、铸造用粘土的PH 值、吸蓝量、胶质价、工艺试样湿压强度和热湿
14、拉强度在铸造生产中有何意义？为什么能用粘土吸附亚甲基蓝的量来判断粘土的种类和质量？铸造用膨润土、铸造用粘土的性能有何差别？为什么？5 实验二：水分含量对粘土湿润型砂工艺性能的影响实验学时： 3h 实验性质：验证性实验要求：必开所属课程：铸造工艺学一、实验目的和要求： 熟悉型（芯）砂的透气性、强度、水分、紧实率、破碎指数的测定方法； 了解不同水分含量对粘土砂透气性、抗压强度、 标准试样重量、 紧实率、 破碎指数的影响。 了解最佳水分含量的确定方法。二、实验内容：测定不同水分含量（因已按比例加水，可免测水分）所配置的粘土砂的透气性、湿压强度、破碎指数、紧实率和试样重量。三、实验方法和步骤：实验顺序
15、：首先按照指定配方及混制工艺混好试料（因已按比例加水，可免测水分），再制试样，测定紧实率、透气性、试样重量、湿压强度，以及测定破碎指数。1、含水量（标准方法，GB/T2684-1981 ）供参考，免测。粘土砂的含水量是指在105110烘干能去除的水分含量，以试样烘干后失去的质量与原试样质量比表示。试验步骤：含水量的测定有快速法和仲裁法两种。 快速法：称取试样20g0.05g，均匀铺放在盛砂盘中，将盛砂盘置于红外线烘干器内烘610min ，然后放在干燥器中冷却至室温，重新称其质量（至恒重）。型砂（或原砂）的含水量可按式（4-3）计算。w（H2O）=（m1-m2）/m1100% （4-3）式中w（
16、H2O）型砂（或原砂）中水的质量分数（%）m1烘干前试样的质量（g）m2烘干后试样的质量（g） 。 仲裁法：称取试样50g0.01g，置于玻璃皿内，在温度为105110的电烘箱内烘干至恒重（烘30min，称其质量，然后每烘15min 称量一次，直至相邻两次称量之间的差不超过0.02g 时，就算恒重） 。将此试样置于干燥器中冷却至室温，再进行称量，然后用式（4-3）计算含水量。2、 紧实率（标准方法，GB/T 2684-1981 ）粘土砂的紧实率是指湿态的型（芯）砂混合料在一定紧实力的作用下其体积变化的百分率，用试样紧实前后高度变化的百分数来表示。 主要仪器：SAC 型锤击式制样机、SBT 型投砂器等。 试验步骤：试验时，将试样通过投砂器，落入有效高度为120mm 圆柱形试样筒中，刮去试样筒上部多余砂子，再将它放在锤击式制样机上舂打3 次，试样体积被压缩的程度作为其紧实率，其数值可直接从制样机上读出或用式（4-118）计算。J
