湿型砂性能.doc

湿型砂参考文集
第二部分
湿型砂性能

（清华大学 于震宗）

目录

32

1
引言
1
2
湿型砂取样方法
1
3
湿型砂基本组成物
2
3.1
水分
2
3.1.1
快速法
2
3.1.2
仲裁法
2
3.1.3
含水量实例
3
3.2
泥分、灰分、含泥量
3
3.2.1
含泥量测定方法
3
3.2.2
含泥量实例
5
3.3
型砂颗粒粗细
5
3.3.1
砂粒细度
5
3.3.2
型砂粒度实例
7
3.3.3
型砂中微粒含量
7
3.3.4
鱼卵石颗粒
7
3.4
有效膨润土量
8
3.4.1
有效膨润土测定方法
8
3.4.2
有效膨润土实例
10
3.4.3
膨润土利用率
10
3.5
有效煤粉量
10
3.5.1
国外如何估计有效煤粉量
10
3.5.2
发气量法测定有效煤粉量
11
3.5.3
发气量实例
12
3.6
型砂中团块含量
13
4
型砂特性
13
4.1
标准工艺试样制备
13
4.2
型砂干湿程度
13
4.2.1
紧实率的测定
14
4.2.2
紧实率实例
14
4.3
型砂透气性
15
4.3.1
透气性的测定
15
4.3.2
透气性实例
16
4.3.3
砂型排气能力
17
4.4
型砂强度
17
4.4.1
型砂强度试样和测定仪器
17
4.4.2
抗压强渡
18
4.4.3
抗剪强度
19
4.4.4
常温抗拉强度
20
4.4.5
型砂劈裂强度
20
4.5
型砂韧性
21
4.5.1
强度和变形量
21
4.5.2
震击韧性
21
4.5.3
破碎指数
22
4.6
型砂可紧实姓和流动性
22
4.6.1
试样两面硬度差法
23
4.6.2
试样冲击阻力法
23
4.6.3
阶梯试样硬度差法
23
4.6.4
环形空腔法
23
4.6.5
漏孔法
23
4.6.6
试样重量法
24
4.7
型砂起模性
24
4.7.1
型砂变形量
24
4.7.2
起模阻力
24
4.8
型砂表面耐磨性
25
4.9
型砂热湿拉强度
25
4.9.1
型砂热湿拉强度检测方法
26
4.9.2
型砂热湿拉强度实例
26
4.10
型砂抗夹砂性能
27
4.11
型砂抗机械粘砂性能
28
4.12
砂型硬度和强度
29
4.12.1
砂型硬度计
29
4.12.2
便携式砂型强度计
29
5
型砂检测频率和结果整理
30
5.1
型砂性能检测频率
30
5.2
检测结果整理
30

湿型砂性能

1 引言
为了保证湿型铸件具有良好的表面品质，必须使用良好品质型砂。凡是生产重要和表面品质优良铸件的铸造工厂，其型砂实验室的仪器设备大多比较完善齐全，型砂检验项目较多，每日多次检验。一个正规的铸造工厂型砂实验室中对型砂品质检测管理应当包括：①型砂组成物如砂粒、有效膨润土、有效煤粉、水、灰分、团块等；②型砂特性如紧实率、透气率、强度、韧性、流动性、温度、起模性、表面耐磨性、抗粘砂能力、抗夹砂能力等。上述的组成物含量和型砂特性统称为型砂性能，这两部分性能是密切联系在一起的。本文将介绍高品质湿型砂对性能的要求、测试方法、工厂实际应用实例，并分析它们的内在联系以及与铸件品质之间的关系。旧砂的组成物与型砂基本相同，只是含量多少有一些区别。在本文中将与型砂一并讨论。
一般认为使用造型紧实压力150～400kPa的普通震压式造型机，砂型平面硬度才只有70～80度，垂直面下端硬度可能只有50～60度，铸件局部极易产生缩孔、缩松、胀砂和粘砂缺陷。由于砂型平均密度仅1.2～1.3 g/cm3，称为低密度造型或低压造型。为了克服上述缺点，出现了气动微振造型机。在压实的同时增添了振动作用，改善了砂型紧实时型砂的流动性能，使压实比压几乎相当于提高了一倍，达到400～700kPa左右，砂型平面硬度大约为80～90度，平均密度可能在1.4～1.5g/cm3范围内。密度比较均匀，减少了局部缩松、胀砂和粘砂缺陷。近代化造型机的压实比压有可能提高到700kPa或稍高，所得到砂型表面硬度大约为90～95度，平均密度可达1.5～1.6g/cm3，称为高密度造型方法。高密度造型的生产效率高、铸件尺寸精度高，机械加工余量少。应用多触头高压、气冲、挤压、射压、静压、真空吸压等造型机制成砂型都可能达到上述的紧实密度，因而国内外应用日益普遍。但是紧实压力能够满足铸件品质要求即可，并不过多提高，以免起模性下降和落砂时砂块不易破碎。高密度造型的紧实比压也大多不超过1000kPa，比压过高还可能出现砂型回弹现象。1999年的德国统计表明，高密度造型约占德国湿型造型生产能力的77％。高密度造型对型砂品质的要求比手工造型或震压造型严格，本文将以此做为讨论重点，也适当兼顾其它造型方法。
2 湿型砂取样方法
根据GB/T 2684-1981标准规定，选取型砂试样应避免从砂堆表层收集已失去部分水分的混合料。试验用试样必须取经过与铸造车间相同方法处理过的型砂，直接从铸造车间混制设备取样。或由带式输送器取3份样并混匀。混合料取样数量根据试样验项目而定，但一次不少于2 kg。
补充说明：
⑴应当由实验员亲自取样，不可由混砂工或其他人代取代送，以保证试验结果严谨可靠。
⑵型砂的取样地点应为混砂机和造型机两处。前者可以及时发现性能有无异常，以便立即采取纠正措施。由于湿型砂从混砂机运送到造型机时含水量和紧实率都有一些降低，使型砂的湿压强度和透气性提高。为了满足造型和浇注的要求，以及铸件表面品质的需要，应当以造型机处型砂性能为控制基准。
⑶从取样处将型砂拿回实验室的容器应当是有盖的塑料桶、盒，或者有盖的搪瓷盘。不可用旧报纸托回实验室。以免纸张吸水和在空气中水分蒸发而性能改变。
⑷将从现场取得的生产用型砂（旧砂），迅速用永久磁铁搅拌吸出混入的铁粒，然后立即装在密闭的容器中，或放入不透气的塑料袋中并札紧以保持水分不丢失。
⑸在没有混砂自动控制加水装置的机器造型工厂中，型砂性能的检测可分为以下几类：①型砂的紧实率、含水量、透气率、湿态强度(抗压及抗剪)、韧性(变形量或破碎指数)等性能每1～2h从混砂机卸料口取样一次，每班从造型机砂斗下取样1～2次。②有效膨润土量、有效煤粉量、热湿拉强度、流动性等性能每日由造型机砂斗下取样一次。③型砂的含泥量每周取样2～3次。④型砂的砂温、颗粒组成、团块量等性能为不定期性检测。
⑹如果一条生产线的铸件特征基本相似，具有效果良好的旧砂冷却装置，混砂机装有型砂湿度控制装置，每班只从造型机取样两次，检验紧实率、含水量、湿压强度、透气性、韧性和流动性。另外，每班一次检验有效膨润土量、有效煤粉量、热湿拉强度。
⑺旧砂从混砂机上面的旧砂斗取样，每周2～3次。检测项目为含泥量、有效膨润土量、有效煤粉量、粒度、团块量等。
3 湿型砂的基本组成物
3.1 水分
浇注时湿型砂所含有的水分在金属液的热作用下体积骤然膨胀。水由液态转变成1360℃的过热蒸汽时体积急剧膨胀。过多的水分是铸件产生针孔、气孔和呛火、水爆炸粘砂等缺陷倾向的根本原因之一。从减少铸件缺陷的角度出发，最基本的要求是当型砂处于最适宜的干湿状态下，型砂的含水量尽可能低。此时型砂的含水量主要取决于所含吸水物质的多少。型砂中附加物种类和数量、含泥量多少、混砂设备和混砂工艺不同，达到最适宜干湿状态的含水量也不同。高强度型砂的膨润土和煤粉的加入量多就需要较多的润湿水分。型砂中含有多量灰分（指被烧损的煤粉、失效的膨润土、所加入新砂的含泥量、新膨润土和煤粉中的无效成分等而言）也额外吸附水分才能使它润湿。假如所购入煤粉和膨润土的品质低劣，需要增大加入量，更会使型砂的含水量居高不下。如果由于所用混砂机的加料顺序不良、揉捻作用不强、刮砂板磨损、混砂时间太短，以致型砂中存在多量不起粘结作用的小粘土团块，也会提高型砂的含水量。因此，有必要经常检查和随时控制型砂的含水量。按照国标GB/T 2624—81《铸造用原砂及混合料试验方法》中规定用以下两种烘干法进行试验，以砂样烘干前后重量的减少量代表含水量。
3.1.1 快速法
称取试样20±0.05g，均匀铺在盛砂盘中。将盛砂盘置于SGH型红外线烘干器內烘6~10min，然后取出冷却和称量（见图1）。按下式计算含水量：

图1 双盘红外线烘干器结构简图
1—灯座 2—定时器旋钮 3—电源开关 4—指示灯 5—红外线灯泡 6—隔板 7—导向槽 8—盛砂盘

式中：w (水) — 试样含水量[%]；
m1 — 烘干前试样质量[g]；
m2 — 烘干后试样质量[g]。
3.1.2 仲裁法
称取试样50±0.01g，置于玻璃皿内，在温度为105~110℃的电烘箱內烘干至恒重（一般烘30min后，称其质量，然后每烘15min称量一次，直至相邻两次称量之间的差数不超过0.02g时，就算恒重）。置于干燥器中冷却到室温，再进行称量和按上式计算含水量。
补充说明：
⑴湿型砂中经常掺杂有铁粒，为了保证测试准确，烘干前称量型砂试料时应先用磁铁将其中可能混杂的铁粒吸掉。
⑵国内很多铸造工厂的型砂实验室称量试料所用天平是最大称量值50g或100g的药物托盘天平。天平的感量大约只有±0.1g，难以达到国标GB/T2684-1981规定的称量精度20±0.05g。在烘干前后使用这种托盘天平两次称重的结果可能形成最大绝对误差可能高达±0.2%。对于型砂含水量只有3~5%的计算误差是过高的。因此建议称量天平的感量最低限度应当为±0.01g。最好使用感量±0.01g 的天平。可以保证由于称量和试料不均匀所造成的含水量误差绝对值不超过 ±0.02%。由于这种1/100g天平应用最为频繁，建议购买称量200g的国产电子天平。我国有几家有经济实力铸造工厂购买进口微机控制加热天平，设定烘温间隔为1℃（例如可设定为110±1℃）。随意取8～10g型砂放入加热盘中，开始加热。直到20s之中重量不变，天平即自动认定已达恒重，即停止加热，并自动计算和屏幕显示出型砂含水量。测定时间大约只需5～7min。
⑶工厂日常检验型砂的含水量都只采用快速法。红外线烘干器的烘烤温度可能高达160～170℃，适合烘烤原砂，但用于测定含有煤粉的型砂时，温度嫌高。型砂内如果含有煤粉、重油等易挥发物质，可能会随水分烘掉一部分，使测得数值要比实际含水量偏高些。如果出现冒烟现象，应改用105～110℃电烘箱进行烘干。
⑷仲裁法要求将试料烘干至恒重，操作相当繁琐。使用电热烘箱加热只要30min，不必反复烘干和称量到恒重，对于型砂的精度要求已然足够。
⑸为了避免其它受热挥发物质也被误认为是水分，国外有些铸造厂使用化学反应法。所用的装置是一个带有压力计的可密封小型铝罐。测试时先将6g型砂装入罐内，再将足够量的电石(CaC2)碎粒倾入罐盖的空腔中。二者扣合并密封紧后，用手摇动铝罐，电石与型砂中水分发生化学反应而产生乙炔气，引起罐中气压升高，从压力计的刻度可以直接读出含水量。测试出的含水量误差绝对值约为±0.2~0.3%，测试过程约需两、三分钟，型砂中其它挥发物不会与电石起反应。此法的化学反应为：
CaC2 + H2O C2H2 ­ + Ca(OH)2
3.1.3 型砂含水量实例
由资料上可以看到国外用高压造型、气冲造型方法生产汽车、拖拉机等铸件的灰铁和球铁铸造工厂高密度砂型的型砂含水量大多数在2.6~3.8％之间(集中在3.2％左右)。例如美国通用汽车公司Pontiac铸造厂生产缸体、缸盖的型砂––3.0~3.3％，Chevolet铸造厂––2.8~3.4％。福特汽车厂Cleveland铸造厂汽缸体高压造型线––3.2±0.2％，生产进排气管––2.8~3.4％。美国John Deere公司缸体型砂含水3.0~3.4％，缸盖––3.5~3.8％，泵阀––2.7~3.1％。德国大众汽车公司生产缸体––3.4~3.6％。奔驰汽车厂生产刹车鼓––3.2％。意大利FA公司推荐气冲造型机用型砂––3.0~3.4％。欧美各国的铸钢型砂的含水量和挤压造型的铸铁型砂含水量也在上述范围内。但是也有个别铸造工厂型砂含水量稍高，例如瑞士GF公司调查五家欧洲气冲造型铸造厂的型砂含水量分别为2.9％、3.64％、4.1％、4.3％和4.4％。德国Berndt调查四家气冲和高压铸造厂平均为3.48％、3.82％、3.87％和4.2％。日本土芳公司调查八家静压和气冲造型铸造工厂的型砂含水量在2.5~4.0％范围内，平均为3.1％。湿型砂的含水量也不可过低，假如含水量不足 2.5％，则只要有±0.2%的波动就会对型砂的各种性能造成巨大影响。有些含水量过低的型砂是由于混入了大量溃碎的树脂芯砂而降低了型砂的吸水性能造成的。
型砂含水量的控制应当以从造型处取样为准。由于型砂从混砂机运送到造型机时含水量有不同程度的下降，其幅度因砂温、气候和运输条件而异。混砂时要增多少许以补偿水分蒸发损失。例如山西国际6月中旬混砂机处为2.6~2.83%，造型机处2.5~2.6%。昆山丰田8月份混砂后2.4~2.78%，造型前2.4~2.69%。昆山信嘉射压造型要求混砂机处取样夏季2.9~3.5%，冬季2.7~3.3%。还可查阅到我国一部分知名铸造工厂的气冲、静压、高压和挤压造型型砂含水量，以下数据可能都是从混砂机取样测得的。例如天津内燃机厂––2.5~3.0％，天津勤美达––2.75％，宝利福挤压线––2.8~3.2，佳利福––3.0左右，哈尔滨东安发动机厂––2.7~3.2％，常州小松常林––3.2~3.5％，常州柴油机厂––3~4％，昆山富士和––2.85~3.45％，南京汽车厂––3.4~3.5％，上海柴油机厂––3.5％左右。分析以上数据可以看出，高密度造型的型砂如果保持型砂含泥量较低，其含水量都大致不超过3.5％。
使用结构比较简单的无箱震压造型机、顶箱震压或微震压实造型机的起模机构精度可能稍差，型砂含水量一般都比以上列举高密度造型用型砂稍高一些，手工造型通常需要型砂含水量更高以便提高型砂起模性能。如果所购入的原材料品质不高，砂处理设备检修制度不完善，缺少有效的旧砂除尘冷却设备，混砂时间不足，型砂的含泥量过高，型砂的含水量必然更高。例如国内有多家乡镇铸造工厂和个别国营工厂型砂含水量在5.5~6.8％。
3.2 泥分、灰分、含泥量
GB/T 9442-1998《铸造用硅砂》和其他国家的标准都规定型砂中大于等于20mm的颗粒为砂粒，直径小于20mm的微细颗粒为“泥分”。型砂和旧砂的泥分是由有效的膨润土和煤粉，以及灰分组成的。所谓“灰分”包括失效的膨润土和煤粉，由新砂、煤粉、膨润土等原材料带进来的粉尘，以及硅砂颗粒破碎而成的细粉。型砂的灰分过多会使含水量增高、透气性下降，铸件容易产生气孔类缺陷。而且在湿压强度维持不变的情况下，型砂韧性、热湿拉强度明显降低，铸件容易产生砂孔类和夹砂类缺陷。如果大量芯砂掺入旧砂，而使型砂泥分过少。泥分过少会导致型砂含水量和吃水能力过低。只要加水量有少许偏差，就会引起型砂各种性能剧烈波动；而且会使型砂变散和脆，起模性差。
3.2.1 含泥量测定方法
型砂或旧砂中泥分的含量称为含泥量。测定方法是采用冲洗法，根据悬浮在水中的砂和泥分的直径大小不同，其下降速度也不同的原理将泥分与砂粒分开，称量剩余砂粒的重量即可得泥分的含量。按照Stokes公式计算颗粒在水中沉降速度：
式中：v — 质点沉降速度[cm/s]；
图2 洗砂杯
r — 砂样密度，一般取平均值2.62 g/cm3；
r 1 — 水的密度, 20℃为0.9982 g/cm3；
g — 重力加速度，981 cm/s2;
h — 水的粘度，20℃时为0.01005 Pa×s；
r — 砂粒半径[cm]。
按照上式计算，如水温为20℃，静置5min后，直径大于20mm的砂粒应沉降到距离水面100mm以下。没有沉到100 mm 以下的细粉部分则属于泥分的一部分，可用虹吸管将这部分水和悬浮的泥分吸出。经过多次反复沉降和虹吸，直到水清为止，表明砂样中泥分已洗净。
GB/T 2684-1981规定：称取105~110℃烘干的型砂或旧砂50±0.01g，放入容量为600mL的专用洗砂杯（图2）中，再加入390mL蒸馏水或去离子水和10mL5%浓度焦磷酸钠溶液。煮沸3~5min后，将洗砂杯置于SXW型涡旋式洗砂机（见图3）上搅拌15min。取下洗砂杯，向杯中加入清水至标准高度125mm处，用玻璃棒搅拌30s，静置10min，用虹吸管排除水面下100mm以上的浑水。第二次起改为加入清水至高度125mm处，重复上述操作。第三次及以后的操作与上述相同，但每次静置时间为5min。反复进行岁次，直至洗砂杯中的水透明为止。最后一次将洗砂杯中的清水排除后，把试样和余水倒入装有定性滤纸的玻璃漏斗中过滤，待余水滤净后，将试样连同滤低置于玻璃皿中，在电烘箱中烘干至恒重。置入干燥器中，冷却后称量砂粒部分重量，按下列公式计算含泥量：
图3 涡旋式洗砂机
1—电源开关 2—机体 3—定位扳手 4—托盘5—阻流棒 6—搅拌轴 7—洗砂杯 8—电动机

式中：w(泥) — 试样含泥量[%]；
m1 — 水洗前试样质量[g]；
m2 — 水洗后试样质量[g]。
补充说明：
⑴应当使用专用的600mL洗砂杯(耐热玻璃高烧杯)，不要用500mL普通玻璃烧杯。否则沉降距离不够100mm，或者水面100mm之下与沉淀砂粒距离太近，容易将砂粒虹吸掉。经验表明高度为180mm的800mL洗砂杯更好用，试料液体不易沸出，也便于用手搬动。
⑵开始时烧杯中加有390mL蒸馏水或去离子水，不用自来水的原因是硬度较大的自来水中含有钙和镁离子，型砂和旧砂在碱性溶液中能够生成絮状的钙盐和镁盐等固体析出物。飘浮的絮状物容易夹杂砂粒，虹吸时会被吸掉而造成测定误差。
⑶加入10mL浓度为5％的焦磷酸钠(Na4P2O7×10H2O)溶液的作用为的是分散开砂粒上包覆的膨润土。
⑷为了使砂粒上的粘土膜完全分散，杯中液体需进行煮沸处理。按照GB/T 2684-1981的规定应当煮沸3～5min，冷却后再在涡洗式洗砂机搅拌15min。研究工作表明，搅拌作用有利于打散絮状物，但也有可能将砂粒打碎。如将煮沸时间保持为5min，就可使泥分完全分散，不再需要用洗砂机搅拌。洗砂烧杯的加热应当在垫有石棉网垫和装有调压器的盘式电热炉上，沸腾时应当及时降低电压和用手照料烧杯，以免澎溅和烧杯蹦跳。
⑸烧杯中液体冷却后，加入清洁自来水至标准高度125mm处。用竹木筷子或细塑料棍搅拌均匀，不必使用玻璃棒搅拌，以免操作不慎而捅漏玻璃烧杯。搅拌以后开始静置，应注意搅拌时液面不可形成漩涡，并尽量使沉淀下的砂层平坦无凸起处。静置10min后用虹吸管吸出距水面下100mm以上的混水。吸水时最好使虹吸管的入口端紧贴烧杯内壁逐渐下降，以便监察下降深度。不可将虹吸管一下插到底，以免水流过猛而吸出砂粒。如此重复操作一次后，从第三次起改为静置5min，直到洗砂杯中水质清澈不含泥分为止。
⑹所引用的Stokes公式中的很多参数都非定值。例如水的密度r1在4℃时为1.000g/cm3，20℃为0.9982g/cm3，30℃为0.9957g/cm3。在计算时为了简便，可以近似取为1g/cm3。但是水的粘度h随温度的变化较大，4℃时为0.01567Pa×s，15℃为0.0113Pa×s，20℃时为 0.01005Pa×s，30℃为0.008007Pa×s，对砂粒的沉降速度影响甚大。因此，很多国外文件中都规定砂粒沉降100mm的静置时间随水温而异，下表为几种常用水温的推荐静置时间。但是砂样的密度r取平均值2.62 g/cm3也非完全合理。硅砂中石英的密度为2.65 g/cm3，正长石为2.57g/cm3，钠长石为2.61~2.62g/cm3；煤粉的真密度则只有1.2~1.45 g/cm3。因此在虹吸时，直径＞20mm的煤粉颗粒也有不少被吸掉。不论静置时间的控制如何严格，测出的含泥量只是近似值。铸造工厂检验含泥量时，沉淀时间只按5min即可。
水温℃
10
12
14
16
18
20
22
24
静置时间
5min 40s
5min 30s
5min 15s
5min 00s
4min 50s
4min 40s
4min 30s
4min 15s

3.2.2 含泥量实例
型砂泥分的多少与型砂透气率、含水量、强度和韧性有密切关系。一些国外生产铸铁件工厂型砂含泥量的情况举例如下：美国的汽车制造厂型砂含泥量大多较低，例如International Harvester生产拖拉机缸体的型砂含泥量为9~10％。GMC生产雪佛兰缸体型砂为9~11％。Hofmann调查欧洲四家铸造厂气冲造型用型砂分别为12.7，13.5，14.5和15.5％。德国Meinheim的John Deere 工厂的三种型砂含泥量的控制指标分别为10.0~12.5、11.0~13.0和11.0~13.5％；Luitpold铸造厂生产大众汽缸体型砂为12~13.5％。日本三菱自动车的SPO线型砂管理标准规定含泥量为12~14％，五十铃汽车厂型砂含泥量为9.6％。DISA公司推荐一般挤压造型机用型砂含泥量为11~13％，而较大的2070型造型机用型砂的含泥量为12~14％，原因是后者砂型较大，要求型砂的强度较高，加入了更多的膨润土。BMD公司要求上海机床铸造三厂气冲线10~13％。天津内燃机总厂的汽车铸铁件静压造型按照大发汽车厂的要求，型砂含泥量要求为10~11％。B&P公司对大连机床厂的射压造型线要求型砂含泥量10.5~13.5%。GF公司对常州柴油机厂气冲线提出的型砂含泥量要求是＜12％。镇江银峰要求––11~12％；天津勤美达挤压线实测––9.6％。
在大多数控制比较严格的铸造厂中，单一型砂比旧砂的泥分含量多0.5~1.5％左右，个别工厂中可能相差1.5~3.0％。例如：山西国际型砂––10.1％、旧砂––9.5％；常州小松常林型砂––13.5~13.9％、旧砂––11.5％；苏州铸件厂型砂––21.8％、旧砂––18.56％。一些铸造工厂的旧砂含泥量如下：无锡柴油机厂––11~12；天津丰田发动机––12~14；廊坊美联实测––9.8~11.3；上海液压件铸造厂挤压线––9~10。南京汽车厂原来含泥量13~14％，换用优质膨润土后降为11％左右。我国很多工厂只测定旧砂的含泥量，因为旧砂含泥量比型砂少，测试时间短些。实际上型砂或旧砂的测定都需要一天时间。
国外经验认为良好的湿型铸铁单一型砂中有效成分应占主要部分，应当符合：(含泥量) / (有效膨润土量)≤1.5。以下再列举几家国内铸造工厂的(含泥量) / (有效膨润土量)的比值：镇江银峰––13.4/8.2 = 1.63；常州小松常林––13.7/9.7 = 1.41；山西国际––10/6.5 = 1.54。
很多发动机铸造工厂由于溃散树脂砂芯大量混入旧砂，以致含泥量过低，型砂对含水极为敏感，水分稍有波动就使型砂其他性能大幅度变化。就应该将除尘系统的排出物部分地返回旧砂系统中来有控制地适度提高含泥量。如有必要，也可向型砂中加入少量淀粉类材料来降低对水敏感性。
归纳以上数据可以得出：高密度造型理想的型砂含泥量为12％左右，不应≥14％；理想的旧砂含泥量为10％左右，不应≥12％。气动微振和震压造型也最好接近此数值。我国很多铸造厂的型砂和旧砂含泥量偏高，个别中、小型铸造工厂的型砂和含泥量高达15％以上。大多是由于所供应原材料品位低，缺少除尘系统，混砂效果不良造成的。关于型砂泥分中灰分含量，德国Mettman铸造厂要求灰分不超过3.0%，国外也有人提出不应超过3.25%。
3.3 湿型砂的砂粒细度
图4 SSZ型振摆式筛砂机
1
型砂和旧砂泥分洗掉后剩余下的就是砂粒部分。砂粒是型砂中最主要的组成物，绝大部分来自循环使用的旧砂，还有一部分是掺入的溃碎砂芯、和补加的新砂。砂粒化学成分的分析不在型砂实验室中进行，矿物分析则由专门的单位中负责，本文此处仅着重论述湿型砂的砂粒粒度，并非原砂粒度。有些工厂只检测新砂粒度，而不重视型砂粒度粗细如何。可能是由于测定型砂粒度之前必须洗掉多量泥分，然后才能进行筛分，整个过程比较费时。然而知道湿型砂的砂粒粗细是很重要的，它直接影响型砂的透气性。
3.3.1 湿型砂的砂粒细度
按照GB/T 2684-81的规定，选取测定过含泥量的烘干试样，其量不超过50g。将试样放在全套标准筛最上面的筛子上，固定在SSZ振摆式筛砂机（图4）上或SBS电磁微振筛砂机（图5）进分筛分，筛分时间12~15min。到预定时间后，取下筛子，依次将每个筛子及底盘上所余砂子分别倒在光滑干净的低上，并用软毛刷仔细外筛网的反面刷下夹在网孔中的砂粒。称量每个筛子及底盘上的砂量并计算出占试样总量的百分率。
图5 电磁微振筛砂机
GB/T 9442-1998《铸造用硅砂》规定原砂粒度有两种表示方法:
⑴首尾筛号法：以主要粒度组成的三筛或四筛的首尾筛号表示法，如50/100或50/140。
⑵平均细度法：首先计算出筛上停留的砂粒质量占砂样总量的百分数，再乘以下表所列的相应的细度因数，然后将各乘积相加，用乘积总和除以各筛号停留砂粒质量百分数的总和，并将算得数值取整，其结果即为平均细度。
筛号
6
12
20
30
40
50
70
100
140
200
270
底盘
细度因数
3
5
10
20
30
40
50
70
100
140
200
300
计算公式如下：

式中：Pn — 仼一筛号上停留砂粒质量占总量的百分数；
Xn — 细度因数；
n — 筛号。
计算示列：
砂样质量：50.0g 泥分质量：0.56g 砂粒质量：49.44g
筛号
各筛上停留量
细度因数
乘积
g
%
6
0
0.00
3
0
12
0.06
0.12
5
0.6
20
1.79
3.58
10
35.8
30
4.99
9.98
20
199.6
40
7.09
14.18
30
425.4
50
12.85
25.70
40
1028.0
70
15.57
31.14
50
1557
100
3.97
7.94
70
555.8
140
1.85
3.70
100
370.0
200
0.79
1.58
140
221.2
270
0.09
0.18
200
36.0
底盘
0.39
0.78
300
234.0
总和
49.44
98.88

4663.4

补充说明：
⑴新标准的网孔尺寸与我国以前的JB 435-63和JB 2488-78有一些差异，例如JB 2488-78的12和75号筛的网孔尺寸分别为1.60mm和0.200mm，而新标准的相应筛号12目和70目的网孔尺寸分别为1.70mm和0.212mm。但差别不大，只要旧筛没有变形和漏孔，就可以继续使用。
⑵由于筛网的制造需要使用特制的和尺寸精密的装置，目前尚缺乏对铸造用标准筛产品品质的有效检查监督。工厂实验室在进行筛分试验以前，应当注意检查筛网有无破损或网孔变形。筛分试验后需注意测定结果有无异常之处。例如在某一中间筛网上出现经常性缺少停留量的奇特现象，这可能是由于筛号排列错误。也可能是该筛的筛网有漏洞或不易察觉的裂缝，需要用焊锡或环氧树脂修补。
⑶用软毛刷从筛网反面刷下砂粒时，会有一些砂粒夹在网孔中间不被刷下，可以任其停留。切不可用尖锥捅下，或用力敲击筛子，以免筛网变形。
⑷日本工业标准(JIS)规定采用理论比表面积的数值部分来表示原砂的粒度。例如日本有人在1998年测定了5条高压造型线型砂JIS细度平均为104.7，26条挤压线平均为115.1。JIS细度数值大约是AFS细度数值的1.6～1.8倍。
⑸德国铸造协会(VDG)指导文件P27中规定粒度粗细用平均粒径表示，目前欧洲一些国家也广泛采用。其原理可以解释为将砂粒按直径大小排队，由最细小的砂粒开始不断添加砂粒，并称量所添加砂粒重量之和，直到恰好占砂粒总重量一半时，该颗砂粒的直径即为平均粒径。下表为累计通过量计算举例。
ISO筛孔直径[mm]
1.4
1.0
0.71
0.50
0.355
0.25
0.18
0.125
0.09
0.063
底盘
总和
停留量[％]

0.18
5.92
31.24
44.16
17.44
0.58
0.12
0.04
99.68
累积通过量[％]

100.00
99.82
93.89
62.54
18.23
0.74
0.16
0.04
––

实际做法是砂粒总重量按100％计算，并首先将停留量换算成累积通过量。然后在专门的单对数坐标图纸上，以累积通过量为纵坐标。横坐标为对数坐标，代表砂粒直径。绘制成连续曲线后，自累积通过量50％处画横线与曲线相交，再从交点向下画线与横坐标相交，即可得平均粒径。德国Fahn调查欧洲107家铸铁工厂型砂平均粒径的最低值、最高值和平均值分别为：0.165mm、0.280mm和0.223mm。Bruemmer调查欧洲105家铸铁工厂的最低值、最高值和平均值分别为：0.10mm、0.32mm和0.16mm。德国BMD公司建议上海机床铸造三厂的气冲线型砂平均粒径为0.22~0.28mm。丹麦DISA公司推荐挤压造型机型砂平均粒径为0.14~0.20mm。
3.3.2 型砂粒度实例
粒度细可以攺善铸件表面光洁程度和抗机械粘砂性，但是也必须注意防止气孔缺陷。有的工厂为了采购、运输和储放管理方便，混制湿型砂和制芯统一使用同样粗细的新砂；惧怕出现气孔缺陷，不敢用细砂。也有个别湿砂型铸钢工厂以为粗粒石英砂耐火度高，可以防止化学粘砂。实际上用湿型砂生产铸钢件时，除非原砂的二氧化硅含量过低，所形成的粘砂缺陷都是砂粒过粗造成的机械粘砂。不过，在铸造工厂中有时也难于控制湿型砂的粒度。由于大量溃散砂芯混入，旧砂处理个中设备的除尘系统风力猛烈等原因，都会使湿型砂的粒度偏粗，以致透气性过高，铸件表面变得粗糙，甚至有可能产生粘砂缺陷，而不得不在型腔表面喷刷涂料。控制湿型砂粒度的要点是使型砂透气性在合适范围内，不过低，也不过高。国内工厂很少提供出湿型砂粒度的数据。只是大致知道生产表面要求极为光洁的纺织机、缝纫机铸件，型砂粒度要尽可能细些，型砂粒度可能为100/200。使用高密度造型机时，砂型紧实程度高，型砂粒度可以适当粗些，有的工厂可能为50/140。国外资料举例如下：加拿大有人访问76家铸造工厂，其中铸件品质最好的型砂粒度都在AFS细度50～65之间，相当我国习惯符号的50/100、50/140、140/50。另一人测定46种砂样，AFS细度平均为60.15(大体相当于100/50、50/140)。Booth则指出在三、四十年代铸钢湿型砂粒度多为35～45，后来铸钢和铸铁件的型砂粒度都改为AFS细度60～65（大致相当100/50和50/140）。瑞士Hofmann调查五家铸铁工厂气冲造型的细度在54～63。最近日本有人调查了8家使用静压造型机的铸造工厂，所用型砂的AFS细度在52.1～61.4范围内，平均56.4。如果回用旧砂中掺入了相当多的粗粒溃散芯砂使其粒度偏粗，可以在混砂时加入细粒新砂来保证型砂的粒度在适宜的粗细范围内。美国一灰铁铸造工厂由于型砂中掺入了大量树脂砂芯(原砂AFS细度52～55，大致相当50/100)，使型砂的透气率过高，湿强度降低，铸件表面粗糙。采取的纠正措施是在混砂时加入5％集中在100和140目的两筛分布细砂来改善型砂的粒度分布。
3.3.3 型砂中微粒含量
微粒是指直径＞20mm，分布在200、270和底盘上的微细砂粒的总量而言。湿砂型中希望保持有3~5％的微粒，目的是靠型砂中的微粒来防止型砂的透气率过高，以防止铸件表面粗糙或表面生成机械粘砂；而且可以降低型砂对水分的敏感性。对于铸铁件的湿型砂，由于其中大多加有煤粉，透气率本应较易控制。但是在一些机械化程度较高的铸造车间中，落砂、运输、冷却降温、混制等过程中对旧砂的通风除尘可能风力过猛，不仅将粉尘去除，而且大量微粒也被吸掉。大多数机械化铸造工厂都将旋风分离器中的微粒自动返回到回用砂中。布袋除尘器所收集的粉尘中除了含有已失效的死粘土和死煤粉以外，还含有不少有效的膨润土和煤粉，因而有些工厂还将布袋除尘器分离组分部分地返回型砂中加以利用。
3.3.4 鱼卵石化砂粒
由显微镜观看回用旧砂的剖面经常可以发现在砂粒表面牢固地包覆着一层硬质死烧膨润土层，称为“鱼卵石化”。瑞士Hofmann主张测定型砂的砂粒表面鱼卵石化程度，即烧结到砂粒表面上惰性膜所占百分比。鱼卵石化程度高的型砂含水量高，熔点降低(约仅有1150℃)，容易产生气孔和粘砂缺陷，在回用旧砂时需要加入新砂以冲淡旧砂。但是他后来的文章又认为砂粒表面适度鱼卵石化也有优点，可以减少铸件生成夹砂缺陷倾向。欧洲生产铸铁件工厂大多使用SiO2含量高达99％的原砂容易产生夹砂缺陷，希望原砂颗粒上适量包覆有一层死粘土膜以降低其热膨胀性。Hofmann测得3条造型线的鱼卵石化程度分别为3％、16％和33％。日本1998年125条各种造型线铸铁型砂的鱼卵石化程度平均为15.9~24.3％。我国仅极少数外资铸造厂曾委托国外单位进行检验。例如太原小笠原两次化验结果分别为18.4％和23.3％；天津勤美达挤压造型线为25.1％。但是我国绝大多数铸铁工厂并不进行此项检验。其原因可能是鱼卵石层的吸水作用远不及型砂泥分显著。而且常用硅砂的 SiO2 含量都不超过 97％，不必靠砂粒鱼卵石化来防止夹砂缺陷；只要原砂的SiO2 含量不过低，煤粉已能防止铸铁件粘砂缺陷，不必在意鱼卵石化程度。鱼卵石化程度需要用磷酸浸煮法检验，方法比较繁琐。
3.4 有效膨润土
湿型砂所用黏土是膨润土，其矿物组成主要是蒙脱石晶体。金属液浇注进入砂型后，紧靠铸件表面的型砂被迅速加热。随着铸件的凝固和冷却，热量不断向砂型的远处扩散。厚度为50mm的平板浇注1300℃的铁水时，距铸件约20mm以内的砂型被加热到600℃以上。型砂中的膨润土加热到500℃以上加速失去OH水而