濕型鑄造 （二）
非石英質(zhì)原砂
非石英質(zhì)原砂是指礦物組成中不含或只含少量游離SiO2的原砂。雖然硅砂來(lái)源廣，價(jià)格低，能滿(mǎn)足一般鑄鐵、鑄鋼和非鐵合金鑄件生產(chǎn)的要求而得到廣泛應(yīng)用，但是硅砂還有一些缺點(diǎn)：熱膨脹系數(shù)比較大，熱擴(kuò)散率比較低，蓄熱系數(shù)比較低，容易與鐵的氧化物起作用等。這些都會(huì)對(duì)鑄型與金屬的界面反應(yīng)起不良影響。在生產(chǎn)高合金銅鑄件或大型鑄鋼件時(shí)，使用硅砂配制的型砂，鑄件容易發(fā)生粘砂缺陷，使鑄件的清理十分困難。清砂過(guò)程中，工人長(zhǎng)期吸入硅石粉塵易患矽肺。
為了提高鑄件表面質(zhì)量，改善勞動(dòng)條件，在鑄鋼生產(chǎn)中已逐漸采用一些非石英質(zhì)原砂來(lái)配制無(wú)機(jī)和有機(jī)化學(xué)粘結(jié)劑型砂、芯砂或涂料。這些材料與硅砂相比，大多數(shù)都具有較高的耐火度、熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率和蓄熱系數(shù)，熱膨脹系數(shù)低而且膨脹均勻，與金屬氧化物的反應(yīng)能力低等優(yōu)點(diǎn)，能得到表面質(zhì)量高的鑄件并改善清砂勞動(dòng)條件。但這些材料中有的價(jià)格較高，比較稀缺，故應(yīng)當(dāng)合理選用。目前可用的非石英質(zhì)原砂有橄欖石破、鋯砂、鉻鐵礦砂、石灰石砂、鎂砂、剛玉砂、鈦鐵礦砂、鋁礬土砂等等。
粘土
粘土是濕型砂的主要粘結(jié)劑。粘土被水濕潤(rùn)后具有粘結(jié)性和可塑性，烘干后硬結(jié)，具有干強(qiáng)度。而硬結(jié)的粘土加水后又能恢復(fù)粘結(jié)性和可塑性，因而具有較好的復(fù)用性。粘土資源豐富，價(jià)格低廉，所以應(yīng)用廣泛。
粘土主要是由細(xì)小結(jié)晶質(zhì)的粘土礦物所組成的土狀材料。按晶體結(jié)構(gòu)可分為高嶺石（kaolinite）組，包括高嶺石、珍珠陶土、地開(kāi)石、埃洛石等；蒙脫石（montrillonite）組，包括蒙脫石、貝得石、綠脫石、皂石等；伊利石（illite）組，包括依利石、海綠石等。
鑄造工作者通常根據(jù)所含粘土礦物種類(lèi)不同將所采用的粘土分為鑄造用粘土（fireclay）和鑄造用膨潤(rùn)土兩類(lèi)。膨潤(rùn)土主要是由蒙脫石組礦物組成的，主要用于濕型鑄造的型砂粘結(jié)劑。鑄造用粘土主要含有高嶺石或依利石類(lèi)礦物。
附加物
型砂中除了含有原砂、粘土和水等材料以外，通常還加入一些附加物如煤粉、渣油、淀粉等，目的是使型砂具有特定的性能，并改善鑄件的表面質(zhì)量。
在鑄鐵及有色合金用濕型砂中加入煤粉，可以防止鑄件表面產(chǎn)生粘砂缺陷，并能改善鑄件的表面光潔程度。濕型鑄鐵件所用型砂中煤粉的含量常在3～8％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）范圍內(nèi)，根據(jù)鑄件大小和厚薄而異。
煤粉的代用材料，包括固體瀝青或其乳化液，渣油或煤焦油或其乳合液，膨潤(rùn)土與瀝青或其他石油衍生物的混合粉末或漿液，固態(tài)或水中分散的合成聚合物和淀粉等。鑄鐵面砂中淀粉含量（按質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)）一般為0.5％左右，鑄鋼面砂在0.5～1.0％左右。
濕型砂性能要求及檢測(cè)方法
高質(zhì)量型砂應(yīng)當(dāng)具有為鑄造出高質(zhì)量鑄件所必備的各種性能。根據(jù)鑄件合金的種類(lèi)，鑄件的大小、厚薄、澆注溫度、金屬液壓頭、砂型緊實(shí)方法、緊實(shí)比壓、起模方法、澆注系統(tǒng)的形狀、位置和出氣孔情況，以及砂型表面風(fēng)干情況等的不同，對(duì)濕型砂性能提出不同的要求。最主要的，即直接影響鑄件質(zhì)量和造型工藝的濕型性能有水分、透氣性、強(qiáng)度、緊實(shí)率、變形量、破碎指數(shù)、流動(dòng)性、含泥量、有效粘土含量、顆粒組成、緬化物、砂溫、發(fā)氣性、有效煤粉含量、灼燒減量、抗夾砂性、抗粘砂性等。
水分、最適宜濕程度和緊實(shí)率
為了得到所需要的濕態(tài)強(qiáng)度和韌性，粘土砂必須含有適量水分，太干或太濕均不適于造型，也難鑄造出合格鑄件。因此，型砂的干濕程度必須保持在一個(gè)適宜的范圍內(nèi)。
判斷型砂干濕程度有以下幾種方法：
（1）水分也叫含水量或濕度
它是表示型砂中所含水分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，這是一般工廠(chǎng)中確定型砂干濕程度最常用的傳統(tǒng)方法。測(cè)定的原理是稱(chēng)取定量的型砂，放入105～110℃烘干裝置中使之干燥，由烘干前后的質(zhì)量差異計(jì)算出型砂的水分。
（2）手捏感覺(jué)
有實(shí)際操作的混砂或造型工人常根據(jù)用手捏型砂時(shí)砂是否容易成團(tuán)和是否沾手來(lái)判斷型砂的干濕程度，還根據(jù)捏緊動(dòng)作中砂是否柔軟和變形情況來(lái)判斷型砂的可塑性；根據(jù)手指掐碎砂團(tuán)時(shí)用力大小來(lái)判斷型砂的強(qiáng)度是否合適。
（3）緊實(shí)率
是指濕型砂用1MPa的壓力壓實(shí)或者在鼓擊式制作機(jī)上打擊三次，其試樣體積在緊實(shí)前后的變化百分率，用試樣緊實(shí)前后高度變化的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，即緊實(shí)率=［（筒高一緊實(shí)距離）筒高］×100%。
手工和機(jī)器造型用型砂最適干濕狀態(tài)下的緊實(shí)率接近50％；高壓造型和氣沖造型時(shí)為35～45％；擠壓造型時(shí)為35～40％；不管型砂中有效膨潤(rùn)上、煤粉和灰分的含量有多少，只要將緊實(shí)率控制在上述范圍內(nèi)，手捏感覺(jué)的干濕程度就處于最適宜狀態(tài)。這時(shí)型砂的水分可稱(chēng)為最適宜水分。
緊實(shí)的型砂能讓氣體通過(guò)而逸出的能力稱(chēng)為透氣性。透氣性的高低主要受砂粒的大小、粒度分布、粒形、含泥量、粘結(jié)劑種類(lèi)、加入量和混砂時(shí)粘結(jié)劑在砂粒上的分布狀況以及型砂緊實(shí)度的影響。對(duì)于濕型的單一砂和面砂而言，透氣性不但要有下限，而且必須嚴(yán)格規(guī)定其上限。
型砂必須具備一定的強(qiáng)度以承受各種外力的作用。型砂的強(qiáng)度用型砂標(biāo)準(zhǔn)試樣在外力作用下遭到破壞時(shí)的應(yīng)力值來(lái)表示。常用計(jì)量單位為兆帕(MPa)或千帕(kPa)。濕型鑄造時(shí)，往往主要檢查型砂石的濕態(tài)抗壓強(qiáng)度，有的也測(cè)濕態(tài)抗剪強(qiáng)度和濕態(tài)抗拉強(qiáng)度。對(duì)普通機(jī)器造型用濕型砂，通常控制濕壓強(qiáng)度為0.06~0.12MPa之間，高密度造型用濕型砂，濕壓強(qiáng)度常控制在0.09~0.20MPa。
在生產(chǎn)中常采用表面硬度計(jì)測(cè)定硬度，以此反映型砂緊實(shí)的質(zhì)量，反映鑄型表面強(qiáng)度。
流動(dòng)性
型砂在外力或自重作用下，沿模樣和砂粒之間相對(duì)移動(dòng)的能力稱(chēng)為流動(dòng)性。流動(dòng)性好的型砂可形成緊實(shí)度均勻、無(wú)局部疏松、輪廓清晰、表面光潔的型腔，這有助于防止機(jī)械粘砂，獲得光潔的鑄件。此外，還能減輕造型緊實(shí)砂的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率和便于實(shí)現(xiàn)造型、造芯過(guò)程的機(jī)械化。
目前測(cè)流動(dòng)性的方法還未統(tǒng)一，較多采用以下幾種方方法來(lái)判定型砂流動(dòng)性：①用濕型硬度計(jì)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)試樣兩個(gè)端面硬度值的差別，硬度差別越小，指明型砂的流動(dòng)性越好；②在標(biāo)準(zhǔn)圓柱形試樣簡(jiǎn)中放置一塊高25mm的半圓形金屬塊，測(cè)定階梯試樣兩平面的硬度差值；③測(cè)定在底側(cè)有環(huán)形空腔型砂試樣筒中沖擊成的試樣的高度；④側(cè)孔法：測(cè)定在沖擊型砂試樣時(shí)圓柱形試樣簡(jiǎn)側(cè)面12mm 小孔中擠出的型砂的質(zhì)量。⑤試樣質(zhì)量法：即對(duì)比測(cè)定緊實(shí)率后的試樣質(zhì)量，容積密度愈大，則流動(dòng)性好。