铸造工艺性之粘土型砂的性能

工艺性能：与各铸造工序的操作相关的砂型性能。影响：生产率、劳 动强度、同时影响铸件质量、流动性、可塑性、粘膜型、保存性、吸 湿性、溃散性、复用性。

工作性能 ;直接影响铸件质量的型砂性能成为工作性能。如湿强度、 干强度、高温强度、热湿拉强度、 透气性、发气性、耐火度、退让性、 导热性等。

粘土砂的性能，主要取决于粘土和原砂的材料的性质及砂、土、水的 配合比例在很大程度还受混制工艺、紧实度、温度等影响。

1. 湿强度 在外力作用下，型砂达到破坏时，单位面积上所承受的力

称为强度。 型砂在湿态势的强度为湿强度。影响：起模、翻转、合型、搬运过程 中造成塌箱。而在浇注时， 则可能承受不住金属液的冲刷，冲坏铸型 表面，使铸件产生砂眼，甚至炮火。

湿强度包括湿压、湿拉、湿剪强度。 湿强度主要取决于粘土的质量和加入量，含水量、原砂的颗粒组成、 混砂质量、紧实程度。

1）原砂在粘土加入量足够的情况下，砂粒越细、越不均匀，则型

砂质点间的接触面积越大，湿强度越高。

（2）粘土和水分水分适当时，随着粘土量的增加，型砂的湿强度增

高。湿强度最大值在水 /水+ 粘土=20%z 左右时出现。 （3）混砂时间为了保证粘土砂获得一定的强度，混砂时间要充分，

钠基膨润土由于吸水时间长，因此比钙基膨润土和普通粘土混 砂时间长。

（4）紧实度随着紧实度的提高砂型质点紧密排列，相互接触面积增

大，粘土的粘结性能更好的发挥，提高湿强度。 湿强度度对惰性粉末非常敏感，惰性粉末增加，湿强度增加， 但是湿拉强度和湿剪强度会降低，砂型发脆，起模时容易损坏 型腔。

2. 干强度

干强度对于干型、表面干型和干芯在运输、合型及浇注初期有着 实际意义通常测定抗弯、抗压、抗拉和抗剪等干强度。砂型烘干 后，自由水和吸附水逸失，质点相互靠近，质点间附着力增加， 砂型湿强度比干强度有显著增加。

砂粒大小对型砂干强度影响不显著。影响干强度主要是粘土和水 分。

在相同的粘土加入量的情况下，一般膨润土砂的干强度高于普通 粘土砂。但在实际生产中由于膨润土的用量和水分均较低，并且 膨润土砂在 100-200 ℃脱水量集中，如果不采取严格的烘干制度 将会导致砂型和砂芯开裂， 因而实际强度反而回比普通粘土砂

低。 增加紧实度，能提高粘土砂的干强度。

3. 热湿拉强度 型砂式样在高温急热的条件下，因水分向内迁移，在

表面层下数 毫米处形成高湿度凝聚层， 此层砂的的抗拉强度称为热湿拉强度。 此层砂的湿度较前增高 50% 以上，其温度低于水的沸点。热湿拉 强度之有正常室温的几分之一，是铸件产生加沙缺陷的主要原因 之一。

粘土砂的热湿拉强度主要与粘土砂的种类和加入量有关。钠基膨 润土砂的热湿拉强度比钙基膨润土砂高。钙基膨润土砂经过活化 处理后热湿拉强度显著提高。实验表明， NA2CO3 的加入量 4% 左右最好。

粘土加入量增加时，各种粘土的热湿拉强度都有不同程度的提 高。

其次提高式样的紧实度可使热湿拉强度提高 ;加入面粉、糊精等 附加物可使热湿拉强度略有提高；当粘土含量不变时，随砂粒变 粗，角形系数变小，热湿拉强度提高。没有揉搓作用的混砂机混

制的型砂，其热湿拉强度差。

4. 高温强度

试样在高温 （相当于铸型在金属液作用下） 测得的强度称为高温强 度。高温强度太低，型壁在金属液压力的作用下会产生移动，造成铸 件壁厚偏差或变形、缩孔、缩松等缺陷。高温强度过高，会阻碍铸件 的收缩，使铸件应力增大，严重时造成裂纹。

随着温度的升高， 型砂的高温强度逐渐增高， 达到最高值后很快下降。 膨润土砂和普通粘土砂的高温强度均在 950-1000 ℃左右。 随着粘土加入量的和湿态水分的增加热压强度会有明显的提高。 提高 式样的湿强度和紧实度都能提高高温强度。

5. 残留强度和溃散性

铸型受高温作用后冷却至室温所具有的抗压强度称为残留强度。 铸件凝固冷却后，型砂和芯砂从铸件上清理下来的难易程度称为 溃散性。

残留强度于高温强度有一定的关系，加热至高温强度最大值时的 温度。冷却下来的残留强度最小。钙基膨润土砂和普通粘土砂的 残留强度比钠基膨润土砂低，溃散性好。增加粘土型砂的水分含 量，残留强度提高；加入木屑可降低残留强度。因此在保证必要

的高温强度的条件下，不应过多的加入水分和粘土 ，以免恶化粘

土砂的溃散性和残留强度。

6. 表面强度

型腔和砂芯表层的强度称为表面强度。 如果金属液对型腔表面进行冲 刷和冲击力大于表面强度，会产生冲砂、砂眼、表面粗糙等缺陷。 表面强度的提高：刷涂料、在型砂中加入糖浆、糊精，提高紧实度， 角形系数小和粒度分散的原砂。

7. 透气性

型砂孔隙透过气体的能力称为透气性。金属液在浇入砂型时，以 及浇入铸型后，在金属液的热作用下，型腔和砂型中的气体受热 膨胀、水分蒸发、有机物燃烧或升华、碳酸盐分解等产生大量气 体，这些气体如果不及时排出型外，浇注时容易产生呛火，甚至 使金属液飞溅，铸件易产生气孔、浇不足等缺陷。

（1）原砂原砂对透气性的影响主要表现在砂的颗粒大小和颗粒均 匀度方面。圆形、颗粒粗大均匀、含泥量少的砂比表面积小，气 体透过时所受阻力小，型砂的透气性好。颗粒不均匀的原砂，细 小颗粒镶嵌在大颗粒的空隙中，使型砂透气能力大幅下降。 （2）粘土和水分透气性随粘土加入量的增加而降低，对不同的粘 土加入量都有对透气性最适应的含水量。

旧砂中含有较多的灰分，若不经除尘处理就回用时，会使型砂透

气性变坏，强度降低。

（3）紧实度紧实度越高透气性越差。

（4）煤粉含量型砂中加入煤粉回使透气性降低。

（5）混制工艺为了使型砂混合均匀，混砂时间应足够，使粘土能 形成粘土膜均匀包在砂粒表面。但混砂时间过长，不但影响生产 率，而且在用活化膨润土砂时易使型砂结块，影响到型砂的透气 性。

对于不刷涂料的砂型，透气性不易过高，否则会造成铸件表面粗 糙或粘砂缺陷。

8. 发气性发气性是指型砂在加热时析出气体的能力， 一般用单位面

积 的型砂被加热时所产生气体的量表示。随发气物质的增加和浇注 温度的提高，发气量增大；当型砂中加入有机粘结剂如（糖浆、 糊精）发气量急剧增加，在考虑发气性时，发气速度和开始析出 气体的而时间也很重要，因在铸件凝固初期，铸型中形成气体可 能性大。

9. 流动性型砂在外力作用或本身重力的作用下沿模样和砂粒间相对

移动的能力称为流动能力。 流动性好的型砂可得到紧实度均匀、 轮廓 清晰、表面光洁、尺寸精确的型腔，有利于防止机械粘砂，并可减少 紧砂时间和提高生产率。 粒度大而集中，角形系数小的砂流动性

好。

粘结剂的性质和加入量对流动性也有很大影响。 实践证明钙基膨润土 砂的流动性最好，普通粘土稍次，钠基膨润土最差。在原砂加入量一 定时，不能借提高水分来提高流动性。

混砂时间过久会使粘土砂结块， 到哪混砂时间不足以致没混均匀， 都 显著降低流动性。 未经松砂处理的型砂流动性也较差。 加入柴油或重 油提高流动性。

10. 可塑性型砂在外力作用下变形，当去除外力后能完整保持所赋予

的形状的能力称为可塑性。型砂的可塑性好，可以制造出形状准确， 轮廓清晰的型腔；起模时不易损坏；容易修型；铸件夹砂缺陷少。但 可塑性高的型砂，流动性差，型砂不易春实到需要的紧实度。 细砂配制的型砂可塑性比粗砂好。当适当提高粘土含量可提高可塑 性。当粘土含量一定是适当提高水分含量可提高可塑性。 钠基膨润土 砂的可塑性不钙基膨润土砂的可塑性好。 型砂中粉尘和失效粘土的增 加，混砂时间短都可降低可塑性。

11..其它性能能 （1）耐火度一般用烧结点来衡量。型砂在高温作用

发生溶化或烧结 时温度称为烧结点。 影响原砂耐火度的主要因素是原砂的化学成分和 矿物组成

2）复用性型砂反复使用后保留原有性能而能多次反复使用的性能。

粘土砂的复用性于原砂和粘土的性质有关。 反复使用时， 其中砂粒体 积膨胀和收缩而破碎细化， 粘土丧失结构水或丧失重新获得层间水的 能力成为死粘土。 钠基膨润土复用性最好， 活化处理的钙基膨润土次 之，普通粘土稍次，钙基膨润土最差。

（3）保存性配制好型砂放置一段时间后不损失其原有性能的能力称 为保存性。 保存性主要取决于粘土保持水分的性质。 保存性排列顺序 普通粘土、钙基膨润土、钠基膨润土、活化钙基膨润土。 （4）吸湿性烘干硬化后的型砂在储存过程中吸收水分的能力称为吸 湿性。干型（芯）吸收空气中的水分后将使强度下降，可能导致铸件 产生气孔和夹砂缺陷。 影响吸湿性的的主要因素空气湿度、 停放时间 和附加物种类，型砂中加入纸浆残夜或水溶性材料等均会增加吸湿 性。

（5）退让性当铸件凝固和凝固后继续冷却收缩时，型砂能被压缩而 不阻碍铸件收缩的性能。 型砂退让性差会使铸件产生应力甚至产生裂 纹缺陷。型砂的退让性主要取决于其所在温度下高温强度。 高温强度 高则退让性差。，钠基膨润土砂的退让性最差。随着粘土和水分的增 加退让性下降。在型砂中加入木屑、焦炭末等，有助于提高退让性。 在退让性要求高的铸件时常加入稻草绳。铸件收缩时稻草绳已烧坏， 就不会阻碍铸件收缩，清砂也比较容易 （5）粘膜型造型或造芯时，型（芯）砂粘附在铸件表面的性质称为

粘膜型。粘膜是由于型（芯）砂的粘结材料与模样表面的附着 力超出了砂粒之间的粘结膜的凝聚力造成的，故粘膜性于粘结 材料和磨具材料有关。膨润土特别是钠基膨润土产生粘膜时含 水量较高，故较不易粘膜。 湿润的粘土对木材的附着力比较大， 故木模较易发生粘膜。

当型砂的温度高，摸样温度低，因水气粘结，易发生粘膜。粘土砂中 含水量越高，越易发生粘膜 为了减少粘膜，木质模样和木质芯盒表面应刷漆， 或檫拭防粘膜材料， 如石墨粉、松子粉、滑石粉、经稀释的重油、煤油等；降低型砂含水 量，使用内聚力较大的钠基膨润土，旧砂温度不宜过高。

型（芯）砂需要具备多种性能，但无法同时使各种性能都较好，在制 订和控制型砂性能时，必须根据合金种类、铸件类型和大小、生产方 式等条件来具体确定，由此相应确定原砂、粘土种类及加入量、紧实 度和配制工艺