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铸造砂

[拼音]:zhuzaosha

[外文]:foundry sand

铸造生产中用来配制型砂和芯砂的一种造型材料。在用粘土作为型砂粘结剂的情况下,每生产1吨合格铸件,大约需要补充1吨新砂,因此在砂型铸造生产中铸造砂的用量最大。

简史

中国在公元17世纪已使用硅砂作造型材料,用于制造钟、镜、锅和火炮等铸件。但早期使用的多为天然含粘土的硅砂即山砂和河砂,它有较好的可塑性,可直接用于制造铸型和型芯,适于当时手工生产的条件。进入工厂化的大规模生产后,特别是造型机械化后,这种天然含粘土的硅砂性能的均一性差,型砂的质量难以控制,不能满足工艺要求,因此开始采用低含泥量的天然硅砂和将硅石破碎制成的人工硅砂。同时,也扩大了各种非硅质砂的使用。树脂砂造型造芯工艺的应用和发展,对铸造用砂的质量又提出了更高的要求,如细粉少,比表面积小,耗酸值低等。此外,对砂粒大小形状和粒度分布状况也有了新的要求。一些缺乏优质砂源的国家还发展了硅砂洗选技术,以提高硅砂的品位和质量。

基本要求

铸造砂应满足以下的要求:

(1)较高的纯度和洁净度,以硅砂为例,铸铁用砂要求SiO2含量在90%以上,较大的铸钢件则要求SiO2含量在97%以上;

(2)高的耐火度和热稳定性;

(3)适宜的颗粒形状和颗粒组成;

(4)不易被液态金属润湿;

(5)价廉易得。

颗粒形状和组成

铸造砂的颗粒形状和颗粒组成对型砂的流动性、紧实性、透气性、强度和抗液态金属的渗透性等性能有影响,是铸造砂质量的重要指标。

颗粒形状

铸造砂的形状一般有3种。

(1)圆形砂:颗粒为圆形或接近于圆形,表面光洁,没有突出的棱角。

(2)多角形砂:颗粒成多角形,且多为钝角。

(3)尖角形砂:颗粒成尖角形,且多为锐角。铸造砂的颗粒形状一般以角形系数(砂子实际比表面积/砂子理论比表面积)来表示。(见彩图)

颗粒组成

砂子的颗粒组成是用筛号来表示的,测定的方法是将经水洗去泥分烘干后的干砂倒入标准筛,再放到筛砂机上筛分,筛分后将各筛子上停留的砂子分别称重,通常用标准筛筛分后砂粒最集中的3个相邻筛子的头尾筛号表示颗粒组成。

种类和用途

铸造砂按矿物组成不同分为硅砂和非硅质砂两大类。

硅砂

主要矿物组成为SiO2

(1)天然硅砂:用于有色合金铸件、铸铁件及中小型铸钢件的型砂和芯砂。

(2)精选天然硅砂:用于以有机物作为粘结剂的各种型砂和芯砂。

(3)人工硅砂:用于铸钢件的型砂和芯砂。

非硅质砂

非硅质砂种类较多,用途各异。

(1)石灰石砂:由石灰岩破碎而成,主要矿物组成是CaCO3,用于铸钢件的型砂和芯砂。

(2)锆砂:主要矿物组成是ZrO2・SiO2,用于大型铸钢件及合金钢件的芯砂或砂型的面砂,或将其粉料用作涂料。

(3)镁砂:主要矿物组成是MgO,用于高锰钢铸件的面砂、芯砂,其粉料可用作涂料。

(4)铬铁矿砂:主要矿物组成是FeO・Cr2O3,用于大型或特殊铸钢件的面砂、芯砂,其粉料可用作涂料。

(5)刚玉砂:主要矿物组成是α-Al2O3,用于熔模、陶瓷型铸造的制壳材料。

(6)橄榄石砂:主要矿物组成是(MgFe)2SiO4,用于铸铁件、有色合金铸件以及高锰钢铸件的型砂和芯砂。

资源

自然界中硅砂资源充足,但适合铸造用的SiO2含量高的天然硅砂并不太多。中国于1951年开始,对境内的铸造砂资源陆续进行了普查,但主要限于交通干线和主要工业城市附近。普查结果表明,中国可用于铸造的天然硅砂资源十分丰富,分布范围很广。内蒙古哲里木盟,天然硅砂储藏量达数亿吨,其颗粒形状接近圆形,SiO2含量为90%左右。福建晋江、东山的海砂,SiO2含量为94~98%,含泥量低,均是较好的天然硅砂。江西的都昌、星子、永修县均有大量第四纪河湖相积沉硅砂,SiO2含量为90%左右,含铁量低,碱性氧化物少,粒度均匀,是较好的湖砂。广州、湖南等地有丰富的易破碎的风化砂岩,可加工成人工硅砂,其SiO2含量在96%以上,可用于铸钢件的生产。

参考书目
  1. 第一机械工业部机械科学研究院铸造研究所:《铸造用砂和粘土手册》,机械工业出版社,北京,1966。

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