什麼是砂鑄_大眾科普網

什麼是砂鑄

foundrysand
鑄造生產中用來配制型砂和芯砂的一種造型材料。在用粘土作為型砂粘結劑的情況下，每生產1噸合格鑄件，大約需要補充1噸新砂，因此在砂型鑄造生產中鑄造砂的用量最大。
簡史中國在公元17世紀已使用硅砂作造型材料，用於制造鐘、鏡、鍋和火炮等鑄件。但早期使用的多為天然含粘土的硅砂即山砂和河砂，它有較好的可塑性，可直接用於制造鑄型和型芯，適於當時手工生產的條件。進入工廠化的大規模生產後，特別是造型機械化後，這種天然含粘土的硅砂性能的均一性差，型砂的質量難以控制，不能滿足工藝要求，因此開始采用低含泥量的天然硅砂和將硅石破碎制成的人工硅砂。同時，也擴大了各種非硅質砂的使用。樹脂砂造型造芯工藝的應用和發展，對鑄造用砂的質量又提出了更高的要求，如細粉少，比表面積小，耗酸值低等。此外，對砂粒大小形狀和粒度分布狀況也有了新的要求。一些缺乏優質砂源的國家還發展了硅砂洗選技術，以提高硅砂的品位和質量。
基本要求鑄造砂應滿足以下的要求：①較高的純度和潔淨度，以硅砂為例，鑄鐵用砂要求sio2含量在90％以上，較大的鑄鋼件則要求sio2含量在97％以上；②高的耐火度和熱穩定性;③適宜的顆粒形狀和顆粒組成;④不易被液態金屬潤濕；⑤價廉易得。
顆粒形狀和組成鑄造砂的顆粒形狀和顆粒組成對型砂的流動性、緊實性、透氣性、強度和抗液態金屬的滲透性等性能有影響，是鑄造砂質量的重要指標。
顆粒形狀鑄造砂的形狀一般有3種。①圓形砂:顆粒為圓形或接近於圓形，表面光潔，沒有突出的稜角。②多角形砂:顆粒成多角形，且多為鈍角。③尖角形砂：顆粒成尖角形，且多為銳角。鑄造砂的顆粒形狀一般以角形系數（砂子實際比表面積／砂子理論比表面積）來表示。（見圖）
顆粒組成砂子的顆粒組成是用篩號來表示的，測定的方法是將經水洗去泥分烘干後的干砂倒入標准篩，再放到篩砂機上篩分，篩分後將各篩子上停留的砂子分別稱重，通常用標准篩篩分後砂粒最集中的3個相鄰篩子的頭尾篩號表示顆粒組成。
種類和用途鑄造砂按礦物組成不同分為硅砂和非硅質砂兩大類。
硅砂主要礦物組成為sio2。①天然硅砂：用於有色合金鑄件、鑄鐵件及中小型鑄鋼件的型砂和芯砂。②精選天然硅砂：用於以有機物作為粘結劑的各種型砂和芯砂。③人工硅砂：用於鑄鋼件的型砂和芯砂。
非硅質砂非硅質砂種類較多，用途各異。①石灰石砂：由石灰巖破碎而成，主要礦物組成是caco3，用於鑄鋼件的型砂和芯砂。②锆砂:主要礦物組成是zro2·sio2，用於大型鑄鋼件及合金鋼件的芯砂或砂型的面砂，或將其粉料用作塗料。③鎂砂：主要礦物組成是mgo，用於高錳鋼鑄件的面砂、芯砂，其粉料可用作塗料。④鉻鐵礦砂：主要礦物組成是鉻鐵礦feo·cr2o3，用於大型或特殊鑄鋼件的面砂、芯砂，其粉料可用作塗料。⑤剛玉砂：主要礦物組成是剛玉α-al2o3，用於熔模、陶瓷型鑄造的制殼材料。⑥橄榄石砂：主要礦物組成是橄榄石(mgfe)2sio4，用於鑄鐵件、有色合金鑄件以及高錳鋼鑄件的型砂和芯砂。
資源自然界中硅砂資源充足，但適合鑄造用的sio2含量高的天然硅砂並不太多。中國於1951年開始，對境內的鑄造砂資源陸續進行了普查，但主要限於交通干線和主要工業城市附近。普查結果表明，中國可用於鑄造的天然硅砂資源十分豐富，分布范圍很廣。內蒙古哲裡木盟，天然硅砂儲藏量達數億噸，其顆粒形狀接近圓形，sio2含量為90％左右。福建晉江、東山的海砂，sio2含量為94～98％，含泥量低，均是較好的天然硅砂。江西的都昌、星子、永修縣均有大量第四紀河湖相積沉硅砂，sio2含量為90％左右，含鐵量低，鹼性氧化物少，粒度均勻，是較好的湖砂。廣州、湖南等地有豐富的易破碎的風化砂巖，可加工成人工硅砂，其sio2含量在96％以上，可用於鑄鋼件的生產。

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鑄造生產中用來配制型砂和芯砂的一種造型材料。在用粘土作為型砂粘結劑的情況下，每生產1噸合格鑄件，大約需要補充1噸新砂，因此在砂型鑄造生產中鑄造砂的用量最大。
簡史中國在公元17世紀已使用硅砂作造型材料，用於制造鐘、鏡、鍋和火炮等鑄件。但早期使用的多為天然含粘土的硅砂即山砂和河砂，它有較好的可塑性，可直接用於制造鑄型和型芯，適於當時手工生產的條件。進入工廠化的大規模生產後，特別是造型機械化後，這種天然含粘土的硅砂性能的均一性差，型砂的質量難以控制，不能滿足工藝要求，因此開始采用低含泥量的天然硅砂和將硅石破碎制成的人工硅砂。同時，也擴大了各種非硅質砂的使用。樹脂砂造型造芯工藝的應用和發展，對鑄造用砂的質量又提出了更高的要求，如細粉少，比表面積小，耗酸值低等。此外，對砂粒大小形狀和粒度分布狀況也有了新的要求。一些缺乏優質砂源的國家還發展了硅砂洗選技術，以提高硅砂的品位和質量。
基本要求鑄造砂應滿足以下的要求：①較高的純度和潔淨度，以硅砂為例，鑄鐵用砂要求sio2含量在90％以上，較大的鑄鋼件則要求sio2含量在97％以上；②高的耐火度和熱穩定性;③適宜的顆粒形狀和顆粒組成;④不易被液態金屬潤濕；⑤價廉易得。
顆粒形狀和組成鑄造砂的顆粒形狀和顆粒組成對型砂的流動性、緊實性、透氣性、強度和抗液態金屬的滲透性等性能有影響，是鑄造砂質量的重要指標。
顆粒形狀鑄造砂的形狀一般有3種。①圓形砂:顆粒為圓形或接近於圓形，表面光潔，沒有突出的稜角。②多角形砂:顆粒成多角形，且多為鈍角。③尖角形砂：顆粒成尖角形，且多為銳角。鑄造砂的顆粒形狀一般以角形系數（砂子實際比表面積／砂子理論比表面積）來表示。（見圖）
顆粒組成砂子的顆粒組成是用篩號來表示的，測定的方法是將經水洗去泥分烘干後的干砂倒入標准篩，再放到篩砂機上篩分，篩分後將各篩子上停留的砂子分別稱重，通常用標准篩篩分後砂粒最集中的3個相鄰篩子的頭尾篩號表示顆粒組成。
種類和用途鑄造砂按礦物組成不同分為硅砂和非硅質砂兩大類。
硅砂主要礦物組成為sio2。①天然硅砂：用於有色合金鑄件、鑄鐵件及中小型鑄鋼件的型砂和芯砂。②精選天然硅砂：用於以有機物作為粘結劑的各種型砂和芯砂。③人工硅砂：用於鑄鋼件的型砂和芯砂。
非硅質砂非硅質砂種類較多，用途各異。①石灰石砂：由石灰巖破碎而成，主要礦物組成是caco3，用於鑄鋼件的型砂和芯砂。②锆砂:主要礦物組成是zro2·sio2，用於大型鑄鋼件及合金鋼件的芯砂或砂型的面砂，或將其粉料用作塗料。③鎂砂：主要礦物組成是mgo，用於高錳鋼鑄件的面砂、芯砂，其粉料可用作塗料。④鉻鐵礦砂：主要礦物組成是鉻鐵礦feo·cr2o3，用於大型或特殊鑄鋼件的面砂、芯砂，其粉料可用作塗料。⑤剛玉砂：主要礦物組成是剛玉α-al2o3，用於熔模、陶瓷型鑄造的制殼材料。⑥橄榄石砂：主要礦物組成是橄榄石(mgfe)2sio4，用於鑄鐵件、有色合金鑄件以及高錳鋼鑄件的型砂和芯砂。
資源自然界中硅砂資源充足，但適合鑄造用的sio2含量高的天然硅砂並不太多。中國於1951年開始，對境內的鑄造砂資源陸續進行了普查，但主要限於交通干線和主要工業城市附近。普查結果表明，中國可用於鑄造的天然硅砂資源十分豐富，分布范圍很廣。內蒙古哲裡木盟，天然硅砂儲藏量達數億噸，其顆粒形狀接近圓形，sio2含量為90％左右。福建晉江、東山的海砂，sio2含量為94～98％，含泥量低，均是較好的天然硅砂。江西的都昌、星子、永修縣均有大量第四紀河湖相積沉硅砂，sio2含量為90％左右，含鐵量低，鹼性氧化物少，粒度均勻，是較好的湖砂。廣州、湖南等地有豐富的易破碎的風化砂巖，可加工成人工硅砂，其sio2含量在96％以上，可用於鑄鋼件的生產。

以型砂和芯砂為造型材料制成鑄型，液態金屬在重力下充填鑄型來生產鑄件的鑄造方法。鋼、鐵和大多數有色合金鑄件都可用砂型鑄造方法獲得。由於砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產、成批生產和大量生產均能適應，長期以來，一直是鑄造生產中的基本工藝。
砂型鑄造所用鑄型一般由外砂型和型芯組合而成。為了提高鑄件的表面質量，常在砂型和型芯表面刷一層塗料。塗料的主要成分是耐火度高、高溫化學穩定性好的粉狀材料和粘結劑，另外還加有便於施塗的載體（水或其他溶劑）和各種附加物。
砂型制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結劑。最常用的鑄造砂是硅質砂。硅砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用锆英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。為使制成的砂型和型芯具有一定的強度，在搬運、合型及澆注液態金屬時不致變形或損壞，一般要在鑄造中加入型砂粘結劑，將松散的砂粒粘結起來成為型砂。應用最廣的型砂粘結劑是粘土，也可采用各種干性油或半干性油、水溶性硅酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結劑及其建立強度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土干砂型和化學硬化砂型3種。
粘土濕砂型以粘土和適量的水為型砂的主要粘結劑，制成砂型後直接在濕態下合型和澆注。濕型鑄造歷史悠久，應用較廣。濕型砂的強度取決於粘土和水按一定比例混合而成的粘土漿。型砂一經混好即具有一定的強度，經舂實制成砂型後，即可滿足合型和澆注的要求。因此型砂中的粘土量和水分是十分重要的工藝因素。
粘土濕砂型鑄造的優點是：①粘土的資源豐富、價格便宜。②使用過的粘土濕砂經適當的砂處理後，絕大部分均可回收再用。③制造鑄型的周期短、工效高。④混好的型砂可使用的時間長。⑤砂型舂實以後仍可容受少量變形而不致破壞，對拔模和下芯都非常有利。缺點是：①混砂時要將粘稠的粘土漿塗布在砂粒表面上，需要使用有搓揉作用的高功率混砂設備，否則不可能得到質量良好的型砂。②由於型砂混好後即具有相當高的強度,造型時型砂不易流動，難以舂實,手工造型時既費力又需一定的技巧，用機器造型時則設備復雜而龐大。③鑄型的剛度不高，鑄件的尺寸精度較差。④鑄件易於產生沖砂、夾砂、氣孔等缺陷。
20世紀初鑄造業開始采用輾輪式混砂機混砂，使粘土濕型砂的質量大為改善。新型大功率混砂機可使混砂工作達到高效率、高質量。以震實為主的震擊壓實式造型機的出現，又顯著提高了鑄型的緊實度和均勻性。隨著對鑄件尺寸精度和表面質量要求的提高，又出現了以壓實為主的高壓造型機。用高壓造型機制造粘土濕砂型，不但可使鑄件尺寸精度提高，表面質量改善，而且使緊實鑄型的動作簡化、周期縮短，使造型、合型全工序實現高速化和自動化。氣體沖擊加壓的新型造型機，利用粘土漿的觸變性,可由瞬時施以0.5兆帕的壓力而得到非常緊密的鑄型。這些進展是粘土濕砂型鑄造能適應現代工業要求的重要條件。因而這種傳統的工藝方法一直被用來生產大量優質鑄件。
粘土干砂型制造這種砂型用的型砂濕態水分略高於濕型用的型砂。砂型制好以後，型腔表面要塗以耐火塗料，再置於烘爐中烘干，待其冷卻後即可合型和澆注。烘干粘土砂型需很長時間，要耗用大量燃料，而且砂型在烘干過程中易產生變形，使鑄件精度受到影響。粘土干砂型一般用於制造鑄鋼件和較大的鑄鐵件。自化學硬化砂得到廣泛采用後，干砂型已趨於淘汰。
化學硬化砂型這種砂型所用的型砂稱為化學硬化砂。其粘結劑一般都是在硬化劑作用下能發生分子聚合進而成為立體結構的物質，常用的有各種合成樹脂和水玻璃。化學硬化基本上有3種方式。
①自硬:粘結劑和硬化劑都在混砂時加入。制成砂型或型芯後，粘結劑在硬化劑的作用下發生反應而導致砂型或型芯自行硬化。自硬法主要用於造型，但也用於制造較大的型芯或生產批量不大的型芯。
②氣霧硬化:混砂時加入粘結劑和其他輔加物，先不加硬化劑。造型或制芯後，吹入氣態硬化劑或吹入在氣態載體中霧化了的液態硬化劑，使其彌散於砂型或型芯中，導致砂型硬化。氣霧硬化法主要用於制芯，有時也用於制造小型砂型。
③加熱硬化:混砂時加入粘結劑和常溫下不起作用的潛硬化劑。制成砂型或型芯後，將其加熱，這時潛硬化劑和粘結劑中的某些成分發生反應，生成能使粘結劑硬化的有效硬化劑，從而使砂型或型芯硬化。加熱硬化法除用於

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