《粘土湿型砂特点及缺陷分析与控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《粘土湿型砂特点及缺陷分析与控制（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、粘土湿型砂特点及缺陷分析与控制摘要：湿型砂作为现阶段主要的铸铁件生产手段，在铸造中占主要的地位，只有控制好型 砂性能才能有效的保证铸造生产过程的稳定性，提高铸件质量。本文介绍了有关粘土湿型 砂的特点和生产过程中需要注意的问题，对生产过程中经常遇到的铸件缺陷作了分析并提 出了防止措施。关键词：粘土湿型砂膨润土煤粉 缺陷 一、粘土湿型砂概述用粘土粘结砂作造型材料生产铸件，是历史悠久的工艺方法，也是应用范围最广的工艺 方法。在各种化学粘结砂蓬勃发展的今天，粘土湿型砂仍是最重要的造型材料，其适用范围 之广，耗用量之大，是任何其他造型材料都不能与之比拟的。据报道，美国钢铁铸件中，用 粘土湿型砂制造的占8
2、0%以上；日本钢铁铸件中，用粘土湿型砂制造的占73%以上。1、粘土湿型砂特点湿型铸造法的基本特点是砂型（芯）无需烘干，不存在硬化过程。其主要优点是生产灵 活性大，生产率高，生产周期短，便于组织流水生产，易于实现生产过程的机械化和自动化； 材料成本低；节省了烘干设备、燃料、电力及车间生产面积；延长了砂箱使用寿命等。但是， 采用湿型铸造，也容易使铸件产生一些铸造缺陷，如：夹砂、结疤、鼠尾、粘沙、气孔、砂 眼、胀砂等。随着铸造科学技术的发展，对金属与铸型相互作用原理的理解更加深刻；对型 砂质量的控制更为有效；加上现代化砂处理设备使型砂质量得到了一定保证；先进的造型机 械使型砂紧实均匀，起模平稳，铸型
3、的质量较高，促进了湿型铸造方法应用范围的扩大。2、湿型粘土砂的组成湿型砂是由原砂、粘土、附加物及水按一定配比组成的。5(b；2.1 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。粘土主要 是由细小结晶质的粘土矿物所组成的土状材料。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咼岭石或依利石类矿物。2.2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
4、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38%（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。2.3 原砂 铸造生产中使用量最大的原砂是以石英为主要矿物成分的天然硅砂。天然硅砂资源丰富， 分布极广，易于开采，价格低廉，能满足铸造上多数情况的
5、要求。一方面，原砂为砂型（芯）提供了必要的耐高温金属液顺利冲型、在铸型中冷却、凝固 并得到所要求形状和性能的铸件。另一方面，原砂粒度为型砂提供众多空隙，保证砂型具有 一定透气性，在浇注过程中，使型腔内受热极剧膨胀的气体和铸型本身产生的大量气体能顺 利逸出二、旧砂的处理1、旧砂概述 用粘土湿型砂造型，浇注以后，除贴近铸件的部分型砂中活性膨润土受热失效成为死粘 土外，大部分型砂可以回收使用。这是粘土湿型砂的主要优点之一。配制粘土湿型砂时，旧砂用量一般都在 90%以上，如果对旧砂的处理不当，无论怎样加 强混砂，无论添加什麽辅助材料，都不可得到好的型砂。所以，对旧砂进行有效的处理，是 保证型砂质量的前
6、提。2、旧砂温度的控制 热砂问题，已被公认为粘土湿型砂铸造必须面对的最大问题。型砂温度太高，铸件容易 产生夹砂、表面粗糙、冲砂、气孔等缺陷。热砂对铸件质量的负面影响，主要由于以下几个1）由于热砂使水分蒸发，混砂时无论怎样注意，也难以控制型砂的性能；2）将热型砂送往造型机的过程中，由于水份损失，型砂性能改变，造型时实际上用的 型砂，其性能与混砂时控制的性能差别很大；3）造型时，热型砂的水分容易在模样表面上凝结，型砂粘模；4）合型后，热砂的水分蒸发，凝结在冷的芯子上，会使芯子的强度降低，铸件也易于 产生气孔；5）如果旧砂要贮存在砂斗中备用，则热砂容易粘附在砂斗壁上。严重时，砂斗四周堵 满了型砂，只
7、剩中间一个孔洞，使系统中的型砂只有一部分周期使用，这部分型砂 周转快、温度又会进一步提高，使热砂问题更加严重。多高温度的砂算是热砂？判断热砂的温度界限，是看其是否使混砂、造型及铸件质量方面出现问题。对此，许多 研究者从各个方面进行了研究，普遍认为：要保证型砂的性能稳定，温度必须保持在50C 以下。使型砂冷却，最有效的办法是加水，但是，简单的加水，效果是很差的。一定要吹入大 量空气使水分蒸发，才能有效地冷却。 以下，给出一个简略的计算比较：型砂的比热大致是：9.22X102J/kgC,水的比热是：4.19X10引/kgC,水的蒸发热是：2.26X106J/kg,1吨砂中加20C的水10kg （加
8、水1%）,使其温度升到50C，所能带走的热量为4.19X103 X 10X30，即 12.57X105J。1 吨砂温度降低 1C,需散热 9.22X102X1000 J,即 9.22X105 Jo所以，在旧砂中加水1%,只能使温度降低24.5Co使1吨砂中的水分蒸发1%（10kg）,能带走的热量为2.26X107J,却可使砂温降低24.5Co以上的分析表明：简单地向皮带机上加水或向砂堆洒水，冷却效果是很差的。即使加水 后向砂表面吹风，也不能有多大的改善。加水后，要使水在型砂中分散均匀，然后向松散的 砂吹风，使水分迅速蒸发，同时将蒸汽排除。目前，型砂冷却装置的品种、规格很多，主要有冷却滚筒、双盘
9、冷却器和冷却沸腾床等， 都是利用水分蒸发冷却型沙。其中，冷却沸腾床效果较好。3、旧砂水分的控制几乎所有的铸造厂都检查和控制混成砂的水分，但是，对于严格控制旧砂水分的重要性， 很多铸造厂的领导和技术人员还缺乏足够的认识。 进入混砂的旧砂水分太低，对混砂质量 的影响可能并不亚于砂温过高。试验研究和经验都已证明，加水润湿干膨润土比润滑湿膨润土难得多。型砂中的膨润土 和水，并非简单的混在一起就行，要对其加搓揉，使之成为可塑状态。这就像用陶土和水制 陶器一样，将水和土和一和，是松散的，没有粘接能力；经过搓揉和摔打，使每粒土都充分 吸收了水分，就成为塑性状态，才可以成形，制成陶器毛坯。铸型浇注以后，由于热
10、金属的影响，很多砂粒表面上的土-水粘结膜都脱水干燥了，加 水使其吸水恢复塑性是很不容易的。旧砂的水分较低，在混砂机中加水混碾使之达到要求性 能所需要的时间就越长。由于生产中混砂的时间是有限的，旧砂的水分越低，混成砂的综合 质量就越差。目前，各国铸造工作者已有了这样一种共识：进入混砂机的旧砂，水分只能比 混成砂略低一点。较好的做法是：在旧砂冷却过程中充分加水冷却后所含的水分略低于混成砂。这样，从 砂冷却到进入混砂机还有一段相当长的时间，水可以充分润湿旧砂砂粒表面上的膨润土。更好的做法是：在系统中设混砂机对旧砂进行预混，冷却后的旧砂在预混混砂机中加水 进行预混，以改善旧砂中膨润土和水的混合状态。国
11、外，有的铸造厂预混时，将需补加的新 砂、膨润土、煤粉等附加料全部加入。天津的新伟祥铸造公司，用德国制造的EiRich混砂机 预混。经过预混的旧砂，进入混砂机后加水量很少，只是略微调整。型砂中的膨润土和水在 混砂机进一步得到调制，型砂的性能就更为稳定一致。4、旧砂的粒度对于用粘土湿型砂制造的铸铁件，型砂的粒度以细一些为好。由于混砂时旧砂用量一般 都在 90%以上，决定型砂粒度的因素主要是旧砂。新砂加入量很少，不可能靠加入新砂来改 变型砂的粒度。所以，应该经常检测旧砂的粒度。 检测粒度时，取样后先清洗除去泥分(可用测定含泥量时剩下的砂样)，烘干后筛分。 对粒度有以下两点要求：1) 140 目筛上的
12、砂粒应在10-15%之间。保持较多的细砂，可以减轻铸件表面粘砂。而 且，会增加砂粒之间粘结桥的数量，从而降低型砂的脆性，避免冲砂缺陷。此外， 这对提高型砂的温强度、干强度和水分迁移后增湿层强度都有好处。2) 200 目筛、 270 目筛和底盘上细砂的总和应尽量地少。这样的细砂对改善铸件表面 质量的作用不大，却会使混成砂的水分较高，而且会使型砂的透气性降低。细砂的 总和一般应少于 4%。5、吸水细粉的含量吸水细粉中主要是死粘土，还包括焦化了的煤粉细粒和其他细粉。 吸水细粉的含量并 非越低越好，最好将其控制在 2-5%之间。吸水细粉，混砂时会和膨润土争夺水分，使混成砂达到可紧实性目标值所需的水分增
13、高。 但是，据目前大家的认识，吸水细粉的吸水能力比膨润土强，而保持水分的能力却低于膨润 土。因此，在型砂中加水量略有不当时，吸水细粉对型砂性能有一定的“微调和稳定”作用。 水分高时，细粉首先吸水，膨润土所吸收水可较稳定一致；混成砂在输送过程中水分蒸发时，吸水细粉所吸的水先蒸发，粘结砂粒的粘土膏中的水分较为稳定,型砂的性能也就较小波动。 吸水细粉含量太高也不好，会使型砂的水分较高，易于导致铸件上产生针孔、表面粗糙和砂 孔的缺陷。吸水细粉含量太低，则型砂的性能（尤其是可紧实性）不易稳定。6、混砂加料顺序混砂时的加料顺序：为了减少混砂所需的能量，采用合理的加料顺序是很重要的。很 多工厂，混砂时习惯于
14、先加干料（砂和粘土），干混一段时间，然后加水混匀。这种操作方 法有三个缺点：1）混干料时粉尘飞扬，污染环境且有害于工人的健康；2）混砂机内抽尘会损失大量有效粉料；3）需要较长的混砂时间。在混匀了的干料中加水，即使水加得很分散，也是一滴一滴地 落在干料中。因为粘土是亲水的，加上水滴表面张力的作用，水滴附近的粘土很快就聚集到 水滴上，形成较大的粘土球。将这些粘土球压碎并使它涂布在砂粒表面上是比较困难的，需 要的能量也比较大。如果先加砂和水混匀，后加粉状粘土，因为水已分散，没有较大的水滴，加入粘土后只能形 成大量较小的粘土球。压开这些小粘土球是比较容易的，需要的能量也较小。也就是说， 用同样的混砂设
15、备，得到品质相同的型砂，所需的混碾时间较短。水3%。混砂设备是实验 室用混砂机。7、型砂中有效膨润土量和混砂效率粘土湿型砂混砂时，必须加入一定量的膨润土，使型砂中保有必要的膨润土量。膨润土 含量通常用亚甲基蓝法予以测定。用亚甲基蓝法测得的膨润土量，以前统称之为有效膨润， 现在看来，称之为活性膨润土更为适当。活性膨润土是能与水结合而起作用的，但是，在实 际应用的型砂中，并非所有的活性膨润土都起作用，也就是说，并非都是有效的。有效膨 润土是型砂中实际起作用的膨润土，只是活性膨润土的一部分。C.E.Wenniger提出，用混 砂效率来衡量粘土湿砂的调制程度。混砂效率=有效膨润土含量/活性膨润土含量x
16、100%K万冲灯31 9 恼土迥晋聲雅问的具康良好的粘土湿型砂，混砂效率应在60%以上。 在生产条件下，根据型砂的湿抗压强度，水分和可 紧实性，可由图5求得型砂中的活性膨润土含量和 有效膨润土含量，从而可以算出混砂效率。例如， 某铸造厂粘土湿型砂的抗压强度为178kPa，可紧 实性为42%，水分为3.5%。从纵坐标上湿抗压强 度为178kPa 一点画水平直线，按此直线上水分为 3.5%的点，得知砂型的活性膨润土含量为7.5%。 在上述直线上，找出可紧实性为42%的一点，从而 得知型砂中有效膨润土量为4.5%。混砂效率= 4.5/7.5 =60%三、粘土湿型砂性能指标及影响因素1、型砂应具备的性能及影响因素1.1强度：是指型砂、抵抗外力破坏的能力。影响型砂强度的主要因素有：1）砂子粒度
