金刚陶力®铸造砂及其应用

孙清洲1　毕耜锋2　王晋槐21.山东建筑大学材料科学与工程学院，山东 济南 2501012.金刚新材料股份有...

摘要：金刚陶力®铸造砂是以自有矿山的优质焦宝石为主要原料，经制粉、造粒、烧结、                       筛分、级配工艺获得的球形人造陶瓷砂。

其含泥量、含水量、热膨胀性、角形系数、耗酸值均低，粒形圆整，耐火度高，抗磨损破碎、抗压、可再生性能好，具有作为铸造用砂理想的性能指标。

金刚陶力®铸造砂对各种砂型铸造工艺均具有良好的工艺适应性，用于铝、铜、铸铁、碳钢、合金钢等材质铸件的生产，无论是中小件还是大型铸件，均取得了令人满意的效果，表现出了良好的铸造工艺性能。

 

Jingang Ceramic Power Sand (CPS) is a sphere-shaped artificial foundry sand produced from flint clay, through a series of processes including ingredients mixing, grinding, granulation, sintering and sieving.

It features low silt and water content, low thermal expansion, low acid consumption, good angular coefficient, high refractoriness, good crush and wear resistance during reclamation, which are ideal properties as mold and core sand for casting.

As such, CPS has good processing adaptability for various sand mold applications. It is used in the production of aluminum, copper, iron, carbon steel and alloy steel castings. Satisfactory effects have been achieved in both medium-small parts and large castings, showing good casting performances.

关键词：金刚陶力®铸造砂；性能；应用

砂型铸造是铸造生产的主要工艺方法，由砂型铸造工艺生产的铸件占铸件总产量的80%以上［1］。砂子是砂型铸造中形成铸型和芯子的骨料，是重要的砂型铸造用原材料。石英砂价格便宜，资源丰富，是常用的砂型铸造用砂，占到铸造用砂量的90%以上,但是石英砂热膨胀性大，热化学稳定性差［2］，铸件易产生表面粗糙、粘砂、脉纹、桔皮等缺陷，因此虽然铸造生产中石英砂是最常用的铸造用砂，但石英砂不是理想的砂型铸造用造型材料。锆砂耐火度高、粒形好、导热性好、热膨胀性小、化学稳定性好［3］，铸造工艺性能优于石英砂，但其比重大，价格高，且往往和放射性元素伴生，具有放射性风险。橄榄石砂、铬铁矿砂热膨胀性小，有较强的抗金属氧化物侵蚀的能力［3］，但粒形不好，易破碎，且橄榄石砂不能用于酸固化粘结剂工艺。在此背景下，金刚新材料股份有限公司研究开发了利用焦宝石矿物制备陶力铸造砂技术，并和山东建筑大学联合对陶力铸造砂在铸造生产中的应用进行了研究。

1.金刚陶力®铸造砂（CPS）

CPS砂既不同于采用熔融造粒技术生产的宝珠砂，也不同于各种天然人造砂，是以焦宝石矿物为原料，经过破碎、制粉、成分调配、造粒、烧结、分级和级配工艺获得的球形人造陶瓷砂，其主要化学成分质量分数的平均值如表1所示，砂子的形貌如图1所示。

表1 金刚陶力®铸造砂的主要化学成分平均值

依据铸造行业对铸造用砂的性能要求，对CPS砂的含泥量、含水量、粒形、耗酸值、耐火度等进行了检测，结果如表2所示。将经1200℃焙烧并冷却至室温的石英砂和CPS砂分别放入1L氧化铝瓷球磨罐中球磨30min，取出后分别检查其破碎情况并计算磨损破碎率，以考察CPS砂在铸造生产中抗磨损破碎性能，结果如表3所示。采用恒力自动压力试验机，在Φ50.8mm的内径模具中，以2min升压至设定压力的加压速度，达到设定压力后保压2min，分别检测其粒度分布并计算不同压力下AFS细度，以检验CPS砂的抗压性能，结果如表4所示。

表2 金刚陶力®铸造砂主要性能指标注：金刚陶力®铸造砂的膨胀率随种类及粒度变化而略有变化

由表2和表3、表4可以看出，CPS砂含泥量、含水量、热膨胀性、角形系数和耗酸值低，粒形圆整，耐火度高，抗磨损破碎性能和抗压性能好，具有作为铸造用砂理想的性能指标［4、5］。

2.金刚陶力®铸造砂在铸钢件生产中的应用

铸钢件浇注温度高，对砂子的耐火度和热化学稳定性提出了更高的要求。CPS砂以覆膜砂工艺和自硬树脂砂工艺在铸钢件生产中得到了大量应用。表5为某企业实测不同粘结剂加入量时由50/100 CPS混制覆膜砂的常温抗拉强度，表6为环境温度20℃，相对湿度为62%，粒度为30/50(AFS细度为29.22)CPS混制自硬树脂砂（无氮树脂）时的性能。所生产铸件质量从几公斤至几十吨，铸件的材质既有碳钢也有不锈钢等合金钢，所生产的部分铸件如图2～图4所示。某企业用CPS砂覆膜砂工艺取代原石英砂覆膜砂工艺生产的汽车用小型铸钢件，铸件的表面质量提高，废品率降低了13%。将落砂后的CPS砂覆膜砂在700℃下进行热法再生后重新覆膜，往复使用20次后，砂子的损耗率为3%，取得了良好的社会及经济效益，实践证明，金刚陶力®铸造砂对铸钢件生产具有良好的工艺适应性。3. 金刚陶力®铸造砂在铸铁件生产中的应用

CPS砂在铸铁件生产领域也获得了大量的应用，取得令人满意的效果。某企业用CPS砂混制呋喃树脂自硬砂生产图5所示箱体类球铁铸件，并和原采用石英砂混制呋喃树脂自硬砂生产相同铸件时的情况进行了比较，结果如表7所示。采用CPS砂取代石英砂后，在其余工艺条件不变的情况下，铸件的废品率降低了50%。

某企业用CPS-1、#300呋喃树脂自硬砂工艺生产大型铸铁件，在工作温度16℃，相对湿度40%，AFS细度26.34的再生砂，在不同粘结剂加入量时的型砂性能如表8所示，所生产的铸件如图6和图7所示，铸件质量稳定，清理工作量大大降低。





4.金刚陶力®铸造砂在3D打印中的应用

CPS砂不仅在覆膜砂、自硬砂工艺生产铸钢及铸铁件中取得了良好的效果，得到了相关铸造企业的认可，而且在3D打印领域的应用中也同样取得了令人满意的效果（原砂的粒度分布由客户提供），表9为某企业测试同样粒度石英砂和CPS砂在3D打印时的型砂性能，图8为3D打印的铸型，图9为由3D打印铸型生产出的铸件，取得了令人满意的效果。5.结论

1) CPS砂含泥量、含水量、热膨胀性、角形系数和耗酸值低，粒形圆整，耐火度高，抗磨损冲击和抗压性能好，具有作为铸造用砂理想的性能指标。

2) CPS砂用于碳钢、合金钢及铸铁件生产，表现出了良好的铸造工艺性能。

3）CPS砂对各种砂型铸造工艺均具有良好的工艺适应性。

参考文献

［1］周静一.从2010中国国际铸造博览会看我国造型材料的发展［J］.铸造，2010(7)：766～767.

［2］张勋芳. 新型铸造砂的制备及性能研究［D］.沈阳：东北大学，2006.

［3］李远才.铸造造型材料实用手册［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［4］李远才.覆膜砂及制型(芯)技术［M］. 北京：机械工业出版社，2008

［5］谢明师.呋喃树脂自硬砂实用技术［M］. 北京：机械工业出版社，1995.

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