什么是铸造砂?

什么是铸造砂?

[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

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。