粘砂的分析与防止

第三节　粘砂的分析与防止

一、机械粘砂

图6-7　机械粘砂

当型腔或砂芯表面砂粒之间存在孔隙时，高温金属液渗入到砂粒间的孔隙中，凝固后将砂粒机械地粘结在铸件表面上而形成粘砂，用肉眼可看到粘砂层中金属夹有完整的单个砂粒。这种在铸件的表面粘附着一层金属和砂粒的机械混合物，称为机械粘砂。见图6-7。

1.机械粘砂产生的原因分析

（1）型砂或芯砂粒度太粗。

（2）砂型、砂芯紧实度不够。

（3）干型和表干型涂料质量差或涂料层不均匀。

（4）浇注温度过高。

（5）液态金属的静压力或动压力太大，如浇注时上型高度太高，浇包提得过高。

（6）液态金属的表面张力减小，容易钻入型砂孔隙，如铜合金液中磷、铅含量高时。

2.防止措施

（1）湿型在保证型砂具有足够透气性的前提下，尽可能选用粒度细的原砂。

（2）提高砂型紧实度，尤其是高大的砂型的下部。

（3）铸铁件湿型型砂中可加入煤粉、重油和沥青等。高温时，这些材料能形成光亮碳和挥发物，在型壁和铁水间起隔离作用。

（4）表干型和干型，要用质量好的涂料，并涂刷均匀。

（5）适当降低浇注温度，减小浇注压头。

二、化学粘砂

化学粘砂是由于金属液和铸型在高温作用下发生化学反应而产生的粘砂，如图6-8所示。当金属液浇入铸型后，铸件表面生成的氧化铁与型砂中的粘土和硅砂作用，生成低熔点的化合物（铁硅酸盐），在毛细压力作用下，渗入砂粒空隙，形成粘砂层。

图6-8　化学粘砂形成过程示意图

铸件与粘砂层的熔接主要依赖于氧化物薄层（见图6-9），而粘砂的关键就在于氧化物薄层的厚度。当氧化物层的厚度超过某一临界值时，粘砂层就容易从铸件上清除下来，反之，它就不容易被清除下来。

图6-9　粘砂层与铸件表面熔接示意图

铸件表面氧化物层，如图6-10所示，又分三层：第一层（Ⅰ），很薄，紧贴铸件表面；第二层（Ⅱ），过渡区，也很薄；第三层（Ⅲ），即具有正常晶格四氧化三铁（Fe₃O₄）区域。当氧化物层极薄时，氧化物层中仅存Ⅰ、Ⅱ层，它们与低熔点化合物紧密结合，不易清除掉。当氧化物层达到某一临界值，第三层（Ⅲ）形成，它结晶时体积有较大的膨胀，故粘砂层就很容易沿这层（Ⅲ）清除下来。

图6-10　粘砂层中氧化物结构示意图

防止化学粘砂的措施。

（1）防止金属氧化物和低熔点化合物的形成，如在型砂中加入煤粉、重油、沥青等。

（2）在铸铁件型砂和芯砂中加入赤铁矿粉（Fe₂O₃）等，使粘砂层的氧化铁比铸件表面的多，促使低熔点化合物形成第三层（Ⅲ），并达到临界值，从而使粘砂层容易从铸件表面脱落。

（3）采用低温浇注，或用耐火度高的特种砂作面砂，如锆砂、刚玉砂等。

（4）采用耐高温的涂料。如锆英粉涂料、刚玉粉涂料等。