型砂粘結(jié)劑粘土

使用最廣，用量最大的型砂粘結(jié)劑。粘土主要是由細小結(jié)晶質(zhì)的粘土礦物組成，如高嶺石和蒙脫石等。粘土依含有的粘土礦物種類和性能的不同，主要分為普通粘土和膨潤土兩類。普通粘土通常又稱白泥，是由高嶺土類的粘土礦物組成，其中含Al2O3較多,耐火性較高的稱為耐火粘土。普通粘土多用于干砂型。膨潤土主要是由蒙脫石類礦物組成，根據(jù)吸附的陽離子不同又可分為鈣膨潤土和鈉膨潤土。鈣膨潤土吸附的陽離子以Ca為主;鈉膨潤土吸附的陽離子以Na為主。膨潤土的濕態(tài)粘結(jié)力比普通粘土高，一般用于濕砂型。

型砂粘結(jié)劑按化學(xué)組成可分為無機粘結(jié)劑和有機粘結(jié)劑兩大類。主要的無機粘結(jié)劑有粘土、水玻璃和水泥、磷酸鹽等，其中以粘土、水玻璃應(yīng)用較多。有機粘結(jié)劑主要有植物油、糖漿、糊精、羧甲基纖維素、松香、合脂、減壓渣油、瀝青、紙漿廢液、合成樹脂等，以植物油、合成樹脂應(yīng)用較多。

中國古代鑄造所用泥型(古代稱為陶范)的基本材料是粘結(jié)能力很強的粘土。隨著技術(shù)的發(fā)展，泥型中夾有大量砂粒，并逐漸以砂子為主要材料，則粘土就成了粘結(jié)劑。粘土至今仍在廣泛使用。后來相繼出現(xiàn)各種無機和有機粘結(jié)劑，如植物油、松香、糊精、水玻璃及合成樹脂等。1943年德國J.克羅寧發(fā)明用酚醛樹脂作粘結(jié)劑制造薄殼砂型。1947年捷克斯洛伐克L.彼德熱拉用水玻璃作為型砂粘結(jié)劑，吹CO2氣體使其硬化,制成砂型和型芯。這兩種粘結(jié)劑的應(yīng)用開辟了砂型和型芯以化學(xué)方式硬化的新途徑?；瘜W(xué)硬化就是將少量硬化劑加入到某些有機或無機粘結(jié)劑中，通過它們之間的化學(xué)物理作用，達到使砂型和型芯在短時間內(nèi)硬化的目的?；瘜W(xué)硬化砂型澆出的鑄件尺寸精度、表面光潔度和生產(chǎn)率都大為提高，很快得到廣泛使用。自50年代后期起，各國陸續(xù)采用呋喃樹脂粘結(jié)劑，在加熱的芯盒中制芯1~2分鐘后，型芯即能硬化。

粘結(jié)劑和砂粒混合后包覆砂粒成為粘結(jié)劑膜，使砂?；ハ嗾尺B起來(見圖)，從而賦與砂型和型芯以足夠的強度，使其在搬運、組裝和澆注過程中不致變形和破碎。

常用的是硅酸鈉或硅酸鉀的水溶液。它們在液態(tài)時具有粘性，并在一定條件下能轉(zhuǎn)變成凝膠狀態(tài)，因而可用來作型砂或芯砂的粘結(jié)劑。以水玻璃為粘結(jié)劑的砂型和型芯中如吹入CO2氣體,只需幾秒到幾十秒鐘就能硬化。在水玻璃型砂中加入硅酸二鈣或有機酯，能使砂型和型芯自行硬化。水玻璃的價格低、無氣味，對環(huán)境污染少。水玻璃砂的潰散性差和舊砂回用較困難等問題，已開始得到解決。

常用的有酚醛樹脂、呋喃樹脂、異氰酸脂、尿脘樹脂等。用合成樹脂作粘結(jié)劑，一般應(yīng)結(jié)合硬化方法加入適當(dāng)?shù)挠不瘎?。常用的硬化方法?3種。①加熱硬化:以酚醛樹脂為粘結(jié)劑，用加熱的金屬模樣或芯盒制造薄殼砂型或型芯，或者以呋喃樹脂為粘結(jié)劑在加熱的芯盒中制造型芯，硬化速度快,生產(chǎn)效率高,鑄件的形狀和尺寸精度以及表面質(zhì)量都很好。在大量生產(chǎn)的汽車、拖拉機等工業(yè)中被普遍應(yīng)用。②氣霧硬化:以異氰酸酯、尿脘樹脂和酚醛樹脂為粘結(jié)劑，吹入胺類氣霧;或者以呋喃樹脂為粘結(jié)劑,混砂時加入過氧化物,吹入SO2氣體。用這種硬化方法可以使型芯在幾秒至30秒以內(nèi)迅速硬化。型芯生產(chǎn)速度快，鑄件形狀和尺寸精度高，而且節(jié)省能源，在汽車、拖拉機工業(yè)和其他成批生產(chǎn)鑄件的工業(yè)中使用日益增多。③常溫自硬:以呋喃樹脂、甲階酚醛樹脂或異氰酸脂和有羥基的樹脂為粘結(jié)劑，同時在型砂中加入液體硬化劑，制成的砂型和型芯在常溫下放置可逐漸自行硬化。由于砂型和型芯不需要加熱烘干，硬化后強度高，澆注后潰散性能好,鑄件表面質(zhì)量好,可制造小型、中型及大型砂型和型芯，在機床、礦山機械、動力機械、冶金機械等工業(yè)生產(chǎn)中使用較多

較理想的型砂粘結(jié)劑應(yīng)具有的特性是:①液體粘結(jié)劑的粘度低,混砂時輕易與砂粒混合均勻,而且混好的型砂流動性好，可以制成外形復(fù)雜的、準確反映模樣表面外形的砂型和型芯。②硬化速度快，最好不經(jīng)加熱就能硬化，以節(jié)約能源和使用價格低廉的非金屬或鋁合金模樣和芯盒。如能采取先硬化、后脫模的方法，就可顯著提高鑄件的外形和尺寸精度。③硬化后強度高，能用來制造外形復(fù)雜、截面細薄的型芯，并可減少粘結(jié)劑加入量，以便降低鑄件生產(chǎn)成本和減少澆注過程中氣體發(fā)生量，減少鑄件產(chǎn)生氣孔缺陷的可能性。④發(fā)氣量少，要求粘結(jié)劑受熱發(fā)氣緩慢、量少。對于和等類鑄件還要求粘結(jié)劑的含氮量低，以防止產(chǎn)生皮下氣孔、針孔等缺陷。⑤潰散性好，粘結(jié)劑受到高溫作用能自行分解潰散，以防止鑄件凝固后產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、裂紋，并使鑄件輕易清砂。此外，還要求粘結(jié)劑不易吸潮或變質(zhì)，混砂后可使用時間長，不粘附模樣和芯盒，對人體無害，對環(huán)境無污染，來源豐富，價格低廉等。

砂型制造砂型的基本原材料是鑄造砂和型砂粘結(jié)劑。最常用的鑄造砂是硅質(zhì)砂。硅砂的高溫性能不能滿足使用要求時則使用鋯英砂、鉻鐵礦砂、剛玉砂等特種砂。為使制成的砂型和型芯具有一定的強度，在搬運、合型及澆注液態(tài)金屬時不致變形或損壞，一般要在鑄造中加入型砂粘結(jié)劑，將松散的砂粒粘結(jié)起來成為型砂。應(yīng)用最廣的型砂粘結(jié)劑是粘土，也可采用各種干性油或半干性油、水溶性硅酸鹽或磷酸鹽和各種合成樹脂作型砂粘結(jié)劑。砂型鑄造中所用的外砂型按型砂所用的粘結(jié)劑及其建立強度的方式不同分為粘土濕砂型、粘土干砂型和化學(xué)硬化砂型3種。20世紀初鑄造業(yè)開始采用輾輪式混砂機混砂，使粘土濕型砂的質(zhì)量大為改善。新型大功率混砂機可使混砂工作達到高效率、高質(zhì)量。以震實為主的震擊壓實式造型機的出現(xiàn)，又顯著提高了鑄型的緊實度和均勻性。隨著對鑄件尺寸精度和表面質(zhì)量要求的提高，又出現(xiàn)了以壓實為主的高壓造型機。用高壓造型機制造粘土濕砂型，不但可使鑄件尺寸精度提高，表面質(zhì)量改善，而且使緊實鑄型的動作簡化、周期縮短，使造型、合型全工序?qū)崿F(xiàn)高速化和自動化。氣體沖擊加壓的新型造型機，利用粘土漿的觸變性,可由瞬時施以0.5兆帕的壓力而得到非常緊密的鑄型。這些進展是粘土濕砂型鑄造能適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)要求的重要條件。因而這種傳統(tǒng)的工藝方法一直被用來生產(chǎn)大量優(yōu)質(zhì)鑄件。