铸造硅砂表面状态和颗粒形状对型芯砂混合料性能的影响及要求

硅砂的表面状态及颗粒形状不但与基岩中石英颗粒晶体结构有关,而且与硅砂成矿的年代、特点及砂粒被杂质污染的程度有关。它对混合料的性能,尤其是强度有很大的影响。

利用电子显微镜高倍放大观察,可看出硅砂中除了表面光整的砂粒外,还有一些表面不平或起伏的凹陷,有的砂粒还带有一些碎屑的鳞片,它们对混合料的强度均有一定的影响,特别是对采用有机化学粘结剂的混合料强度影响更大。硅砂表面越光整洁净,粘结剂之间的物理、化学结合力越强,混合料的强度越高。

硅砂的颗粒形状是根据砂粒的圆整度和表面棱角磨圆的程度来区分的,典型的原砂粒形见图2-1。我国现行的铸造用硅砂标准的角形因数值对各种粒形进行大致的定量划分。但是在实际应用中大部分硅砂的颗粒形状是混合型的,天然硅砂的角形因数均在1.20～1.45之间。

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图2-1 原砂粒形分类法

角形系数是铸造用硅砂的实际比表面积与理论比表面积的比值。其原理是:等体积的各种几何体中,球形的表面积最小。因而可以用砂粒的实测表面积与同体积假想圆球表面积的比值来表示该砂粒形状偏离圆球形的程度。比值为1时,砂粒为圆球形；比值越大于1,砂粒的形状就越偏向尖角形。由于同一原砂中,每一颗粒的形状和大小各不相同,不可能逐个颗粒分别测定和计算。所以,角形系数的定义是:单位质量原砂的实测表面积(即实际比表面积)与单位质量同样粗细等直径假想圆球的表面积(即理论比表面积)的比值。

许多试验结果表明,颗粒较圆的砂粒,混合料的流动性和紧实密度较高,砂粒间的接触点合粘结剂“连接桥”的截面积增大,对提高混合料的强度有利；砂粒排列越紧密,对提高混合料的强度越有利,但是砂粒在高温状态下的线膨胀量及膨胀应力也越大。