粘土湿型砂

粘土湿型砂及其质量控制

一粘土湿型砂的特点

湿型砂主要由原砂、膨润土、附加物(煤粉、淀粉等)和水组成。造型过程中,型砂捣实并达到一定紧实度后,形成砂型。

粘土湿型砂的结构示意图

通常使用的硅砂,来源广,便宜,耐火度高。另一方面,原砂砂粒能为砂型(芯)提供众多孔隙,保证型、芯具有一定的透气性,在浇注时,使型内产生的大量气体顺利逸出。

湿型砂按在造型时的情况,可分为面砂、背砂和单一砂。

二粘土湿型砂用的原材料

1 硅砂

1)硅砂种类及其SiO2含量

天然硅砂河砂、湖砂、、海砂(牟平)、风积砂(大林、围场)。

人工硅砂由硅石岩、硅砂岩采矿、清洗、破碎、筛选加工而成。

硅砂的SiO2含量及不同用途

铸铁用砂SiO2≥85%;铸钢用砂SiO2≥95%。

2)石英的结构转变特性

石英为硅氧四面体,相变温度:573℃时产生体积膨胀,易夹砂。

870℃时也产生相变,故烧过此温度后,用于复膜砂。

3)硅砂的杂质长石、云母、氧化铁、碳酸盐及粘土,均降低

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耐火度。

4)硅砂的含泥量原砂含有的直径小于0.02mm的颗粒,其质量分数称为原砂的含泥量。

5)硅砂的粒度和表示方法

粘土湿型砂

例如:三筛>75%,40/70;四筛>85%,50/1406)硅砂的颗粒形状和角形因数

粘土湿型砂

颗粒较圆(角形因数小)的砂粒,型砂的流动性好,紧实密度较高,透气性好。

2膨润土粘土的主要成分是水化硅酸铝(mAl2O3.SiO2.xH2O)。晶体结构有两层型(高岭土,即普通粘土),三层型(蒙脱石,即膨润土)。和普通粘土相比,膨润土有较大的吸水膨胀性、胶体分散性、、吸附性、离子交换性和湿态粘结性能。故多用于湿型砂。

膨润土在500-700℃时失去结构水,加热到800℃以上时,晶格破坏,失去粘结作用。

膨润土分钙基膨润土和钠基膨润土,钠基膨润土在水分较高时仍有较好的强度,即具有较高的热湿拉强度和抗夹砂能力。

铸造用膨润土按工艺试样湿压强度值分为4级,,热湿拉强度值也分为4级。

(2)

各种牌号的铸造用膨润土,其吸附亚甲基蓝量每100克至少应在20克以上;水分不大于12%,膨润土的95%应通过200号铸造用试验筛。

使用优质膨润土,加入量少,含泥量少,降低型砂中的含水量,型砂的强度好,铸件由此产生废品少。

使用劣质膨润土,加入量大,含泥量多,型砂的粘结力不足,起模性差,易掉砂,产生砂眼、冲砂等缺陷;含泥量多,水分大,易产生气孔缺陷。

所以,在生产过程中,型砂均应进行砂处理,检测并控制型砂的各项指标,以降低铸件由型砂而产生废品率。

3煤粉

湿型用煤粉通常是将烟煤里的肥煤和焦煤根据铸造煤粉性能(主要是灰分和挥发分)要求,按一定比例进行混配,粉碎而成。

高效煤粉性能指标:

粘土湿型砂

煤粉的作用

1)在铁液的高温作用下,煤粉产生大量的还原性气体,防止铁液被氧化,并可使铁液表面的氧化铁还原,以防止铸铁件产生化学粘砂。

2)煤粉在受热后开始软化,可缓和石英砂粒受热后产生的膨胀,减少铸铁件产生的夹砂缺陷。

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3)煤粉在受热后,产生气、液、固三相的胶质体,可部分堵塞砂型表面砂粒间的孔隙,以减少铸铁件产生机械粘砂。

4)煤粉在受热后,在金属液和铸型的界面析出一层带有光泽的微细结晶碳(光亮碳),这层光亮碳使砂型不受铁液润湿,铁液难以向砂粒的孔隙间渗透,从而得到表面光洁的铸件。

4 淀粉

淀粉经处理可获得各种产品:如α淀粉、糊精、糖浆、氢化淀粉水溶液等。在湿型砂中加入0.5%的α淀粉就可以使型砂韧性得到显著改善。在高密度造型中,也需要加入少量的α淀粉或糊精。

三湿型砂性能及检测

1紧实率

粘土砂的紧实率是指湿态型芯砂在一定紧实力的作用下,其体积变化的百分比,是专门用来表示型砂干湿程度的一个指标。

紧实率 = 紧实距离/筒高 x100%

手工造型,震击或压实:紧实率 45-50%

气冲及多触头高压造型:紧实率 40-45%

如果型砂紧实率相同,实际含水量偏高,则反映型砂中的细颗粒成分偏多,则透气性不好。

2含水量粘土砂的含水量是指在105-110℃烘干,以试样烘干后失去的质量与原试样质量的比(%)来表示。

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原试样质量-剩余质量/原试样质量x100%

手工造型的含水量一般5-6%;普通机器造型含水量一般4.5-5.5%;高压造型的含水量一般 3.2-4.5%。如果型砂中的微粉多,灰分多,煤粉和膨润土的质量不好而加入量多,则型砂中的含水量就多,透气性不好,并容易形成气孔缺陷。

3透气性

粘土砂的透气性是指紧实后的砂样允许气体通过的能力。

粘土砂的透气性并非越高越好。面砂的透气性一般控制在40-100;背砂的透气性一般控制在100-200;单一砂的透气性一般控制在100-150。

4 常温强度

1)湿态抗压强度是型砂的最重要的性能之一。

2)湿态抗拉强度

3)热湿拉强度是湿砂型在高温铁水的作用下,发生水分迁移,在砂型的水分凝聚区的抗拉强度,以Pa表示。

5 砂型硬度

手工造型,震击或压实:比压:0.13-0.4 Mpa 硬度: 50-80 气动微震: 0.4-0.7 80-90 射压、气冲、静压、多触头高压:>0.7 90-95 砂型硬度高,密度均匀,可减少缩孔缩松胀箱和粘砂缺陷。

6有效煤粉含量是指在旧砂中除去已经失效的,而能起着相当于

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新煤粉作用的煤粉含量。用测定煤粉发气量的方法对比测定。目前的煤粉质量差异较大,可用控制型砂的发气量去控制煤粉用量。

7有效膨润土含量在浇注过程中,紧靠铸件表面的型砂被迅速加热,超过500℃以上,膨润土就会失去晶格水,蒙脱石结构被破坏,变成失去粘结力的死粘土。未被烧损的膨润土,就是有效膨润土。具有吸附亚甲基蓝的性能。可用吸蓝量法测定。

8型砂的含泥量包括有效的膨润土、煤粉和灰分。

灰分包括失效的膨润土和煤粉,以及原砂带入的≤320目的细粉。

四湿型砂的制备和性能控制

1 对一般湿型砂砂处理线的要求

1)通过多道磁选去除旧砂中的残铁;

2)通过滚筒筛,去除旧砂中的芯头、砂块,起过筛、破碎、冷却作用。

3)配造型线或连续生产,应有效的降低旧砂温度,≤50℃。

4)混砂机应使砂子、水分、膨润土、煤粉等有效混合,膨润土和煤粉在砂粒表面均匀复盖,使型砂具有较高的强度和韧性。

5)有足够和有效的通风除尘设备,减少粉尘在型砂中的积累及对环境的污染。

6)能方便的改变型砂中各种加入物料的配比,以满足不同型砂的工艺要求。

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7)可通过混砂过程的在线检测,控制型砂的使用性能。

2 湿型砂的配比

铸铁件的型砂配比:旧砂 50-80%;新砂 5-20%;膨润土 6-10%;煤粉2-7%;水 4-6%。

五湿型砂铸件常见缺陷及防止措施

1 气孔

1)析出性气孔在熔炼过程中熔入液态金属中的气体,当液态金属冷却凝固时,其溶解度降低而析出,形成的气孔。气体多为氢气和氮气。常见于铝合金和铸钢。灰铸铁的析出性气孔,大多靠近热节,内表面光洁,内腔常有一层石墨薄膜,常在冲天炉的头几批铁水中出现。

2)侵入性气孔浇注时,砂型、砂芯受热产生气体,排气不及,靠压力作用侵入金属液中,形成的气孔。常见于湿型砂。

形成原因和防止措施:

湿型砂透气性高低均不好。

高压造型: 100-140 机器造型:80-100 手工造型:60-80

湿型砂紧实度高低均不好多扎排气孔。

湿型砂温度合箱后,热砂散发的水汽凝聚在型腔、芯子、冷铁上,浇注时形成气孔。

湿型砂发气量水分及煤粉过多时,发气量过大,“呛火”。

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湿型砂中的杂质,小粘土团,砂芯块等的发气。

还要特别注意砂芯造成的侵入性气孔:

排气畅通,提高浇注速度和浇注温度,引火。

3)反应性气孔浇注时,型腔内金属液与水气发生化学反应,或金属液中的氧化物发生化学反应时产生的气孔。

灰铸铁的氢气孔

型砂水分与铁液中铝反应: (孕育硅铁的含铝量0.8-1.2%)2Al+3H2O→Al2O3+6[H]

雨天熔化时鼓风带入的水气与铁液反应:

C+ H2O→CO↑+ 2[H]

Fe+ H2O→FeO+ 2[H]

球铁中的氢气孔 (皮下气孔)

型砂水分与铁液中的残余镁反应:

Mg+ H2O→MgO+ 2[H]

型砂水分与铁液中铝反应:

2Al+3H2O→Al2O3+6[H]

型砂水分与铁液反应:

Fe+ H2O→FeO+ 2[H]

防止措施:

除湿送风,炉料除锈,炉包烘干,扒渣复盖,脱硫处理,提高浇温,安放过滤网,集渣冒口,控制型砂水分,增加煤粉量,型腔撒

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冰晶石粉(氟铝酸钠 Na3AlF6)。

2粘砂机械粘砂化学粘砂

机械粘砂金属液钻入砂粒间隙,包围钩连砂粒,无化学反应。

型砂紧实度

型砂粒度和透气性

金属液压力

浇注温度和铸件壁厚

煤粉加入量

3砂眼

1)型砂湿压强度手工造型60-85 kPa 气动微震80-100 kPa 2)型砂韧性用破碎指数来测定湿型砂韧性 70-90%

3)优质膨润土和混砂充分

4 夹砂浇注时,型砂表层的水分向内迁移,形成水分多,热湿拉强度低的凝聚层,同时,石英砂受热相变膨胀,砂层拱出,造成夹砂、结疤、鼠尾、起皮子。

防止措施:

原砂的SiO2含量低些,加入部分钠基膨润土,加入少量α淀粉。对于大平面铸件,宜使用大浇口杯,多道薄片状内浇口,快速浇注。

5 缩孔缩松

金属液从浇注开始,到落砂冷却,体积一直在收缩。

收缩分为三个阶段:液态收缩,凝固收缩,固态收缩。

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灰铸铁、球墨铸铁除收缩外,还有因凝固时的石墨析出,而出现的石墨化膨胀现象。每析出1%的石墨,铸铁体积膨胀2%。另外,由于灰铸铁和球墨铸铁的凝固特性不同,球墨铸铁比灰铸铁形成缩孔缩松的可能性要大。

防止措施:

生产球墨铸铁,要提高铸型刚度,砂型硬度,太硬呛火,调整型砂配比(灰分少,水分少,使用好的煤粉和膨润土,用量少)。

合理使用冷铁,打紧箱卡。

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