型（芯）砂原材料及质量要求详解

型（芯）砂是按一定比例配合的造型材料，经过混制，符合造型要求的混合料。其中原砂是骨料，黏土为黏结剂。经过混碾后，黏土、附加物和水混合成浆，包覆在砂粒表面形成一层黏结膜。黏结膜的黏结力决定了型砂的强度、韧性、流动性。砂粒间的孔隙大小决定了型砂的透气性。因此，为了制得性能合乎要求的型砂，必须考虑以下三方面的因素：

（1）原材料的选择 选用高质量的原材料是能否制成高质量型（芯）砂的先决条件。

（2）型（芯）砂配方 各种材料之间要有一个合理的配合比例。

（3）混制工艺 目的是使各种材料分布均匀，并使黏土膜完整地包覆在砂粒表面上。型砂应质地松散无团块。

1.原砂

铸造生产中使用量最大的原砂是以硅砂为主要成分的耐火颗粒物，称为铸造用硅砂。这是因为天然硅砂资源丰富，分布极广，易于开采，价格低廉，能满足铸造工艺需要的多项要求。

天然硅砂是由火成岩风化形成的。例如，由石英、长石、黑云母等矿物组成的花岗岩，经过长期风化作用后，其中的石英由于化学性质稳定和较坚硬，风化时成分不变，仅被破碎成细粒，而长石、云母，一部分通过化学风化变成黏土，另一部分未被风化，混在砂子中。所以一般来说，砂中除了主要成分石英外，还混有一些长石、云母和黏土矿物等杂物。

风化后的产物或就地储集，或经过水力、风力的搬运，远离原处沉积。就地储集的砂矿称为山砂，含泥分较多，粒形不规则。经过水力搬运的砂称为海砂、湖砂或河砂，经风力搬运的称为风积砂。

除了细小颗粒状的天然硅砂外，还有其他两种形式存在，即石英砂岩和石英岩。沉积的石英颗粒被胶体的二氧化硅或氧化铁、碳酸钙等物胶结成块状，称为石英砂岩。石英砂岩的质地比较松散，易加工破碎，颗粒大多呈多角形。如果沉积的硅砂粒在地壳高温高压作用下，经过变质而形成坚固的岩石，则称为石英岩。石英岩中二氧化硅含量通常很高，质地极为坚硬，经过人工破碎、筛分后就可得到人造硅砂，砂粒形状呈尖角形，耐火度较高，但价格较贵。

铸造用原砂有一定的质量要求，其评价指标有矿物组成及化学成分、颗粒特性、含泥量等。铸铁件用硅砂等级和铸钢件用硅砂等级见表3-10和表3-11。

表3-10 铸铁件用硅砂等级

表3-11 铸钢件用硅砂等级

（1）砂的矿物组成和化学成分 砂的矿物组成和化学成分会直接影响其耐火度、复用性及其他性能，还会影响铸件的表面质量和某些缺陷的形成。

1）砂的矿物组成主要是硅砂，其次是长石、云母、铁的氧化物、碳酸盐等。

硅石的化学成分为SiO₂，又称石英。硅石一般为无色透明和略带灰白色的半透明晶体。它的耐火度高，熔点为1713℃，硬度也高。砂中硅石含量是评价其质量的重要指标。硅石含量越高，其质量越好。

长石为铝硅酸盐，常见的有钾长石、钠长石、钙长石，光泽似玻璃和珍珠。与硅石相比，它的熔点低（1100～1275℃），硬度低，较易破碎，从而降低砂的耐用性和耐火度。

云母为一种含水铝硅酸盐，分白云母和黑云母两种。云母的熔点为1145～1275℃，硬度特别低，会明显地降低砂的耐用性。

铁的氧化物以褐铁矿（2Fe₂O₃•3H₂O）、赤铁矿（Fe₂O₃）、磁铁矿（Fe₃O₄）三种形式存在。

砂中的碳酸盐矿物以石灰石（CaCO₃）和白云石（CaCO₃•MgCO₃）等形式存在。

2）砂的化学成分主要为SiO₂，其次还有碱金属氧化物、碱土金属氧化物和铁的氧化物等。

碱金属氧化物存在于长石和云母中。这类氧化物能与FeO和SiO₂形成低熔点化合物，造成化学粘砂，故应加以限制。

碱土金属氧化物存在于长石、石灰石和云母中。碱土金属氧化物与FeO和SiO₂可生成易熔物质，但并不与铸件黏合，冷却后由于与铸件收缩不一致，易于从铸件表面上脱落。其危害在于浇注时使碳酸盐分解，产生大量气体，易使铸件产生气孔。因此，在一般情况下，对碱土金属氧化物应加以限制。

（2）砂的颗粒特性 砂的颗粒特性是指砂粒大小、分布情况、颗粒形状和表面状况。颗粒特性对型砂的透气性、强度及原砂的耐火度等性能具有重要的影响，还会影响所需黏结材料的加入量。

对湿型砂而言，通常用圆形砂。一方面，圆形砂有利于黏结剂更有规则和均匀地分布，使砂粒面能形成较好的黏结膜；另一方面，圆形砂的流动性好，易紧实，因此可以得到较高的湿态强度和适度的透气性。对树脂砂和采用化学黏结剂的型（芯）砂来说，以圆形、半圆形为好，因为其表面积小，可以用最少的黏结剂获取较高强度和得到较好的其他性能，从而降低铸件成本。

原砂的表面状况包括表面粗糙度，有无侵蚀沟痕、裂缝和孔洞，这对于消耗黏结剂量很有影响。

（3）耐火度 砂的耐火度对铸件的表面质量、清砂的难易程度、耐用性等都有影响。耐火度主要取决于砂的化学成分和颗粒特性。一般原砂的硅石含量高，杂质含量低，颗粒粗而均匀，则耐火度高；反之，耐火度低。

（4）硅砂体积的热变化 硅砂的这种变化主要是产生膨胀，是硅石在加热过程中产生膨胀而引起的。加热时硅石晶体颗粒体积膨胀有两方面的原因：一是温度升高产生的热膨胀；二是温度升高产生的相变膨胀。热膨胀缓慢且很小，对铸件质量影响不大，而硅石在573℃时因晶格转变而发生的相变膨胀对铸件质量影响较大。

（5）含泥量 含泥量是指铸造用砂中粒径小于0.02mm颗粒的重量占砂样总重量的百分比（质量分数）。其中既有黏土，也包括极细的砂子和其他非黏土质点。含泥量对湿型砂性能的影响主要有以下几方面：

1）若原砂中泥分增多，则型砂的孔隙直径减小，透气性下降。如果希望提高型砂的透气性，就必须选用含泥量较低的原砂。

2）当其他条件相同时，若原砂的含泥量增多，则型砂的湿态抗压强度提高，达到最适宜干湿状态的型砂，且含水量也提高。泥分能使型砂湿态抗压强度提高的原因可以解释为泥分的颗粒微细，使颗粒间接触点增多，此外，还有一些原砂的泥分中含有一些黏土矿物。

3）如果原砂的泥分中不含黏土矿物，则原砂中含泥量增多会使型砂变脆，起模性能变坏。

使用树脂等化学黏结剂时，对原砂中泥分含量的要求更为严格，这是因为泥分的表面积大，会消耗掉大量的黏结剂。树脂砂用原砂均需经过水洗去泥，尽量将原砂中的含泥量降到0.2%～0.3%（质量分数），必要时还可对原砂进行擦洗净化处理，使含泥量降至0.1%（质量分数）以下。

（6）特种砂 特种砂是指矿物成分中含少量或不含有游离二氧化硅的原砂。

硅砂资源丰富、分布广、价格低廉，故广泛地应用于铸铁件、碳钢铸件、铜和铝合金铸件的生产。但硅砂的耐火度有一定限度，且热化学稳定性较差，易与碱性金属氧化物和铁的氧化物作用，形成低熔点化合物，产生化学粘砂，使铸件清理困难。硅砂的热膨胀系数大，热导率比较低，相变引起的体积膨胀易导致产生夹砂缺陷。在热胀冷缩产生的应力反复作用下，硅砂颗粒破碎变细，从而降低型砂的透气性和耐火度等性能。

特种砂与硅砂相比较，具有较高的耐火度和良好的热化学稳定性，热导率比较大，热膨胀性比较小等优点。因此在大型碳钢铸件和合金钢铸件生产中，必要时可采用特种砂来配制型（芯）砂或涂料。目前常用的特种砂有镁砂、铬铁矿砂、锆砂、炭粒砂、橄榄石砂、熟料砂、刚玉砂和石灰石砂等。但要指出，这些特种砂多数比较昂贵，必须根据铸件质量要求和生产条件合理选用，一般应尽量少用或不用。

2.黏结剂

具有黏结性能的物质称为黏结剂，分为无机和有机两大类。

由无机物质组成的黏结剂称为无机黏结剂，如黏土、水玻璃、水泥等。

由有机物质组成的黏结剂称为有机黏结剂，如干性油、树脂、淀粉、纸浆废液等。

（1）黏土 主要成分为二维层状构造水化硅酸铝（mAl₂O₃•nSiO₂•xH₂O）的无机黏结剂称为黏土。其颗粒尺寸小于2μm，分为高岭土和膨润土两大类。黏土是配制型（芯）砂最常用的黏结剂。用它配制的黏土砂在大多数情况下能满足铸造生产的要求。其优点是耐火度高、耐用性较好和适应性强，无论哪种铸造合金，生产批量大还是小，湿型或干型，砂型或砂芯，都可用黏土作为黏结剂，且黏土在自然界中储量丰富，成本低廉，因此在铸造生产中获得广泛的应用。

1）黏土对型砂性能的影响

①对湿压强度的影响。水分适当时，随着黏土量的增加，型砂的湿压强度增高。但膨润土增加到一定程度后会使混碾困难，容易形成团块，强度不再增高。图3-8、图3-9和图3-10所示分别为钠膨润土砂、钙膨润土砂和普通黏土砂的几组试验结果。从中可以看出：

在黏土量相同时，膨润土砂的湿压强度比普通黏土砂高很多。

当黏土量一定时，湿压强度开始随着型砂水分的增加而增高，达到最大值后，强度就随水分继续增加而下降，如图3-11所示。

图3-8 钠膨润土砂的湿压强度

图3-9 钙膨润土砂的湿压强度

图3-10 普通黏土砂的湿压强度

钙膨润土砂在含水量高时强度下降幅度很大，而钠膨润土砂的强度下降则比较缓慢。

②对透气性的影响。如果保持型砂的水分处于最适宜状态，则透气性随着膨润土量的增加而提高，如图3-12所示。这可以解释为膨润土量的增多使型砂变黏，流动性下降而不易紧实。普通黏土的黏度小，对型砂的流动性影响较弱，因而随着普通黏土量的增加，型砂透气性有下降的趋势，如图3-13所示。这可以解释为型砂的孔隙被普通黏土的膏状物充填堵塞，影响了气体的通路。总之，黏土量对型砂透气性的影响不能一概而论。

图3-11 型砂含水量对性能的影响

图3-12 膨润土量与型砂湿态透气性的关系

图3-13 普通黏土量与型砂湿态透气性的关系

膨润土砂的透气性与水分关系曲线与前面所述的湿压强度与水分关系曲线形状类似，如图3-11所示。但是最高透气性的水分含量比湿压强度峰的水分含量高一些，而与标准试样重量最低值的水分含量基本相符合。因为此时黏土与水形成薄膜包覆在砂粒表面，减少了空气流动阻力，而且这时黏土颗粒之间滑移阻力最大，颗粒间排列最疏松，所以标准试样重量最轻，相应型砂的透气性就显得最高。水分过多，黏土层变得厚而软，冲制试样时湿黏土膜易被挤到砂粒间的孔隙中，造成透气性逐渐降低。

③对型砂强度的影响。黏土砂的干强度与湿型浇注初期和落砂性能有密切关系。图3-14～图3-16分别为钠膨润土砂、钙膨润土砂和普通黏土砂的干压强度试验结果。

由图3-14可见，钠膨润土的干压强度高于钙膨润土。随着型砂原有水分含量的增加，型砂的干压强度不断提高，这是因为水分增加时黏土颗粒周围的扩散层水膜增厚，包覆的黏土膜更完整，更好地发挥了黏土的黏结作用。

图3-14 钠膨润土砂的干压强度

图3-15 钙膨润土砂的干压强度

图3-16 普通黏土砂的干压强度

④对热湿拉强度的影响。黏土砂的热湿拉强度除了与黏土加入量有关以外，最主要的影响因素是黏土的品种和人工活化膨润土中活化剂的加入量。表3-12所列为几种国内外常用膨润土的热湿拉强度。

表3-12 几种膨润土的热湿拉强度

由表3-12可以看出：钠基膨润土的热湿拉强度一般都大于2.0kPa，而钙基膨润土则大多小于1.0kPa。

钙基膨润土经离子交换处理后，部分钙离子被钠离子所取代而制成的膨润土称为活化膨润土。活化膨润土所制型砂的热湿拉强度明显地提高，但是活化剂碳酸钠的加入量不可超过极限，否则会造成“过活化”现象，使型砂的热湿拉强度反而下降。碳酸钠以干粉状态加入混砂机中。

2）黏土属型的鉴别方法。我国各地对膨润土的勘探和开采日益增多。各铸造车间要对各种黏土样的属型做出定性鉴别，以免用错材料而造成生产损失。在铸造车间的型砂试验室中可以使用的方法有以下几种：

①吸水率和吸水比。吸水率是指黏土吸收水分后重量增加的百分数（质量分数）。试验时称量干黏土粉试样0.5g，通过试样漏斗轻轻倒在玻璃细孔板上堆成圆锥状，开动三通阀，同时开动秒表计时，读取毛细管中水位刻度值，按式（3-1）计算吸水率（E），并作出黏土吸水率随测量时间变化的曲线。

式中 V_t——t时刻毛细管内水位读数（mL）；

V₀——初始时毛细管内水位读数（mL）；

m——试料重量（g）；

ρ——在试验温度下水的密度（g/cm³）。20℃时ρ取值为1g/cm³。

吸水比是指膨润土前10min的吸水量和2h的吸水量的比值，按式（3-2）计算。

测试时，只称量干黏土粉试样0.2g，均匀地铺在玻璃细孔板上的滤纸上进行测试。其测试结果表明，钙基膨润土吸水速度很快，其吸水比都在75%以上，大多为80%～90%，而钠基膨润土吸水速度慢，其吸水比都小于60%，大多为35%～50%。这表明可用吸水比来作为判断膨润土属型的一个参考指标。

②黏土浆的黏度比较。取1份黏土与3份水（重量比）置入杯中调和成黏土浆，然后加入占黏土量4%～5%（质量分数）的碳酸钠粉，再搅拌均匀。如果原来是稀糊状，加入碳酸钠后变成黏稠膏状，则表明土样是钙基膨润土，因钙基膨润土经活化处理后吸水能力大为提高而变稠。如果原来就是膏状，加碳酸钠后黏稠程度无明显变化，则表明土样是钠基膨润土，因为钠基膨润土吸水能力已经较高，继续活化不会变得更稠。如果原来是稀汤状，加碳酸钠后不变稠，则说明土样是普通黏土。普通黏土的晶层之间没有交换性阳离子，加水后单位晶层的距离不变，所以黏土浆的黏度较小。

这种方法不需任何特殊仪器和设备，操作又较简单和快速，最适合工厂中定性区分钙基膨润土、钠基膨润土和普通黏土用。

在专业性的实验室中可采用X射线衍射分析、差热分析和阳离子交换容量分析等方法对黏土属型进行鉴别。

（2）水玻璃 主要成分为硅酸钠的无机黏结剂称为水玻璃黏结剂。水玻璃为硅酸钠的水溶液。(www.xing528.com)

水玻璃是一种黏稠的硅酸钠水溶液，呈碱性，颜色为黄绿色。其商品名称叫泡花碱。它的化学组成主要是二氧化硅、氧化钠、水和少量的金属氧化物。模数和密度（或浓度）是水玻璃的主要技术参数。

1）水玻璃的模数：水玻璃中二氧化硅与氧化钠的物质的量之比称为水玻璃的模数，用M表示。

式中 SiO₂——二氧化硅的质量分数（%）；

Na₂O——氧化钠的质量分数（%）。

水玻璃的模数一般取2.2～2.6。若模数过大，则硬化时间缩短，强度降低；若模数过小，则硬化时间延长，甚至吹不硬。因此，水玻璃的模数常常要根据天气条件和不同的季节来加以控制和调整。

①降低水玻璃模数的方法。往高模数水玻璃中加入适量的氢氧化钠（NaOH），中和一部分游离的SiO₂，从而使模数降低。其反应式为：

nSiO₂+2NaOH=Na₂O•nSiO₂+H₂O

②提高水玻璃模数的方法。往低模数的水玻璃中加入氯化铵（NH₄Cl）或盐酸（HCl），中和一部分氢氧化钠，从而降低其碱度，提高模数。其反应式为

Na₂O•nSiO₂•mH₂O+2NH₄Cl=

nSiO₂•mH₂O+2NaCl+2NH₃↑+H₂O

2）水玻璃的浓度（或密度）：除模数外，浓度（或密度）是衡量水玻璃特性的另一个指标。若浓度大，则说明水玻璃中所包含的固体含量（氧化钠和二氧化硅）高。但水玻璃的浓度增加、黏性增大，会使型砂的流动性降低。因此，各工厂所采用的水玻璃的密度一般是1.45～1.6g/cm³。

3）水玻璃砂的硬化：水玻璃砂的硬化方法有许多，但常用的主要是以下几种：

①吹二氧化碳（CO₂）硬化法。其硬化原理是：将CO₂吹入水玻璃砂中，使之与硅酸钠发生化学反应，形成硅酸胶体，进而形成硅酸凝胶，将砂粒黏结在一起，达到硬化型砂的目的。当然，上述几个步骤是同时进行的，硬化的速度非常快。

吹二氧化碳气的方法有扎气孔吹气法、盖罩吹气法、插管吹气法。二氧化碳的压力一般取（1.0～2.5）×10⁵Pa为宜。

②加热硬化法：利用烘干炉或煤气加热硬化。一般烘干温度为200～250℃，烘干时间为40～150min。对大型砂芯，其烘干时间要适当延长。

③上述两法联用：先吹少量的CO₂，使砂型具有一定硬度，再加热硬化。

4）水玻璃砂的制备：见表3-13。

表3-13 水玻璃砂的配比和性能

①干燥法水玻璃砂的混制工艺

②吹CO₂水玻璃砂的混制工艺

5）影响水玻璃砂性能的因素。影响水玻璃砂性能的因素有水玻璃、砂子、黏土、氢氧化钠溶液、水分、重油等。

①水玻璃的模数：模数高，二氧化硅含量相对高，硬化快，硬化前的湿强度高，但型砂的保存性差、粘模性强。

②水玻璃的密度：模数一定，密度大，硬化后的强度高，但型砂不易混匀。

③水玻璃加入量：水玻璃的加入量越多，干强度越高，但型砂的粘模性增加，溃散性差。一般加入质量分数为5%～8%的水玻璃。

④氢氧化钠溶液的加入：水玻璃中加入适量的氢氧化钠溶液，可提高型砂的干强度和保存性，但湿强度降低。

⑤黏土的加入：水玻璃砂中加入一定的黏土，可提高湿强度，但会降低干强度和高温性能，使铸件产生粘砂缺陷。因此，黏土的加入量应控制在3%～5%（质量分数）。

⑥水分含量：水玻璃砂中水分含量过高时，粘模性严重；水分含量过低时，保存性差。适宜的水分含量为4%～5%（质量分数）。但经CO₂硬化的水玻璃砂的原砂必须经过干燥，不得加水。

⑦重油的加入：水玻璃砂中加入重油可防止粘模，提高流动性，改善溃散性。

6）水玻璃砂存在的问题。水玻璃砂有其特有的优点，但也存在一些缺点。当前生产中存在的主要问题是：

①表面粉化（起白霜）：水玻璃砂在吹CO₂后，放置一定时间，会在砂型（芯）表面出现白霜，使表面强度降低。白霜的产生是由于型砂中二氧化碳或水分过多而引起的。其白霜产生的反应式为

Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃

碳酸氢钠呈粉状，随水分向砂型（芯）表面迁移而出现白霜。

为了防止出现白霜，应控制好水分和吹气时间。砂型（芯）制好后不要停放太久，或者在水玻璃砂中加入质量分数为1%左右的糖浆。

②粘砂：用水玻璃砂生产铸铁件或大型铸钢件时会产生严重的粘砂现象。其防止方法是在型砂中加煤粉或在砂型（芯）表面刷快干涂料。

③落砂和回用：因为水玻璃砂的残留强度高，所以溃散性差，落砂、清砂困难。其解决的措施是设法改善型砂的溃散性，即往型砂中加入附加物，如木屑、煤粉等。

水玻璃砂的旧砂回用存在的问题较多，尚有待于进一步研究。

（3）树脂黏结剂 以树脂为主要成分的有机黏结剂称为树脂黏结剂。树脂黏结剂按受热时状态变化特性，可分为热固性树脂黏结剂和热塑性树脂黏结剂两种。热固性树脂黏结剂多用作型（芯）砂黏结剂；热塑性树脂黏结剂多用作覆膜砂或涂料的黏结剂。其按造型、制芯工艺要求可分为壳型（芯）用酚醛树脂、热芯盒用树脂、自硬砂用树脂、冷芯盒用树脂和其他铸造用树脂。其按树脂种类不同分为脲醛树脂、酚醛树脂和糠醇（呋喃）树脂三类。

目前树脂黏结剂多采用呋喃Ⅰ型树脂和呋喃Ⅱ型树脂。呋喃Ⅰ型树脂是由尿素、甲醛和糠醇三种组分缩聚而成的脲醛-糠醇呋喃树脂。呋喃Ⅱ型树脂是由苯酚、甲醛和糠醇三种组分缩聚而成的酚醛-糠醇呋喃树脂。

1）呋喃Ⅰ型树脂砂的工艺性能及其影响因素。呋喃Ⅰ型树脂外观为棕色或暗棕色的黏稠液体，不应有明显的分层沉淀现象。树脂的加入量视原砂的粒度、形状、含泥量及对芯砂强度的要求而定。一般情况下，树脂砂强度随树脂加入量的增加而提高，但加入量太大会使树脂砂的发气量增加，流动性降低。树脂加入量以原砂量的2%～3%（质量分数）为宜。

①流动性与存放期。呋喃Ⅰ型树脂砂具有一定的湿强度，流动性较好，混好的树脂砂在存放过程中流动性将逐渐下降，经4h后树脂砂的流动性会下降40%～50%，所以存放时间不宜超过4h，并应用湿麻袋遮盖。树脂加入量增加、树脂黏度过大、砂温太高、固化剂量多等都会使树脂砂的流动性降低。

夏季气温高，会使树脂在固化剂作用下聚合反应加速，并引起型砂表面水分挥发结皮，流动性下降。若在配砂加树脂之前，加入占砂0.2%～0.3%（质量分数）的水，则可使这种现象得到改善。在正常情况下，水分会降低固化速度，同时也影响强度，但在气温高等原因造成树脂砂流动性下降的情况下，加入含少量水分的树脂砂，在进入芯盒之前，能缓和固化反应，改善其存放性而便于使用。

②固化温度及固化速度。呋喃Ⅰ型树脂砂具有良好的硬化特点，固化温度低，通常在140℃即可硬化；固化温度范围大，可以从140℃到250℃；固化速度也相当快，一般只需几十秒钟即可从芯盒内取出砂芯。为了保证砂芯的表面质量，并有较高的生产率，一般将芯盒温度保持在200～250℃。温度高时芯砂固化快，热态强度较高，但砂芯容易烧焦，表面硬度低，芯盒也易变形；芯盒温度较低时，芯砂固化较缓慢，但能达到很高的冷拉强度，砂芯表面质量也较好。因此，在制芯速度允许的条件下，采用稍低的芯盒温度是有一定好处的。

树脂或固化剂水溶液中水分含量过高，固化剂水溶液中固化剂沉淀，树脂聚合速度过低，原砂粒度过细，原砂中碱性物量过高等，都会导致热芯盒砂的固化速度显著降低，因此在生产中必须严格控制。

③吸湿性：呋喃Ⅰ型树脂是水溶性高分子有机化合物，因此这种树脂比油砂、酚醛树脂砂容易吸湿，但仍可满足大多数砂芯的要求，在车间相对湿度不是很大的情况下，可以存放1～4周。在夏季高温度的情况下，可能由于吸湿性较大，个别砂芯易使铸件产生气孔缺陷。目前有些工厂采取二次烘干的办法解决此问题，即当砂芯吸湿时，将其在100～200℃保温2h，强度可以回升，同时砂芯下入铸型后应尽快浇注。

④发气性：由于呋喃Ⅰ型树脂的发气量比油砂稍大，且树脂中含有尿素，发气速度很快，因此在1050℃时大部分气体会在15s内逸出。与其他芯砂一样，呋喃Ⅰ型树脂砂的发气量随着树脂含量的增加而增大。

⑤退让性和落砂性：呋喃Ⅰ型树脂砂芯加热到300℃以上，其残留强度很低，能满足一般铸件所要求的退让性、落砂性都能，适于生产灰铸铁、可锻铸铁和有色合金等铸件。但当树脂的含量超过3%（质量分数）时，仍能使复杂的可锻铸铁件产生裂纹缺陷。对于复杂薄壁断面砂芯，其落砂性也尚需进一步改善。

⑥抗金属渗透性：呋喃Ⅰ型树脂砂砂芯抗金属渗透性良好，大多数的灰铸铁件及可锻铸铁件都可获得光洁的表面，在砂芯局部未射紧的地方，可能产生机械粘砂。对于局部可能产生粘砂缺陷的砂芯，可刷水溶性或酸性石墨粉涂料。前者需经干燥，后者自行干燥即可。

2）呋喃Ⅰ型树脂砂应用中存在的问题。呋喃Ⅰ型树脂砂具有一系列良好的性能，但也存在一些缺点：

①树脂黏度高，特别在冬季气温较低时，砂不易混匀，芯砂流动性也受影响。

②在使用过程中产生刺激性的烟气，虽在固化剂中加入尿素后有所改善，但有时仍很严重。这种不稳定的情况和树脂质量有关，因此树脂质量有待进一步稳定和提高。

③呋喃Ⅰ型树脂砂能成功地应用于灰铸铁件、可锻铸铁件、有色合金铸件的热芯盒制芯，甚至在不加附加物的情况下，也能保证铸件质量。然而其用于生产铸钢件、部分球墨铸铁件和复杂的薄壁铸铁件时，在靠近砂芯的铸件表面下，易出现密集的皮下气孔和针孔。

3）稳定呋喃Ⅰ型树脂砂性能的方法

①应控制树脂加入量。树脂加入量高虽能保证砂芯强度，但易造成铸件气孔或可锻铸铁件热裂等缺陷；若树脂加入量过低，则砂芯强度达不到工艺规定要求，热芯易碎裂。树脂中不应混入固化剂，否则热芯强度下降，造成砂芯报废。当树脂黏度过大时，混砂时间应短一些，不然会降低芯砂有效存放期。

②应保持原砂的酸度，碱性氧化物含量应低，原砂中泥的质量分数应严格控制在1%以内。含泥量过高会导致砂芯强度下降，芯砂流动性变差，使有效存放期缩短。原砂最好水洗，SiO₂含量要高，粒形以圆形为好，混砂时原砂的温度不超过35℃。

③固化剂不应析出结晶沉淀，否则在制芯规定时间内型芯固化不足，强度不够，热芯易变形。固化剂过多易使热芯发脆。

④加固化剂或加树脂后的混砂时间应严格控制，过长时会使芯砂有效存放期降低，过短时会出现混砂不均的现象，以致造成强度不均，热芯不硬化等现象。

⑤加入氧化铁的量应适当，过多会造成砂芯强度下降，芯砂易出现堵塞射嘴等现象，过少则起不到防止铸件皮下气孔缺陷的作用。

4）呋喃Ⅱ型树脂。呋喃Ⅱ型树脂为黄褐色黏稠液体，其成分为：水含量小于1%（质量分数），挥发物含量小于2.5%（质量分数），干固树脂含量为75%～78%（质量分数），游离甲醛含量为0.1%～0.3%（质量分数），游离酚含量为10%（质量分数）左右，游离甲醇含量为10%（质量分数）左右。

呋喃Ⅱ型树脂是由糠醇、苯酚和甲醛在二价金属离子的定向效应下，生成高邻位线型结构的液体缩聚树脂。在制造这种树脂时没有使用尿素，故这种树脂不含氮，适用于铸钢件及球墨铸铁件热芯盒制芯。

其性能特点是：硬化速度快；存放性能好，在常温下胶化极慢，混好的砂子48h后仍有流动性；固化后具有较高的强度，所以成型后易脱模。

呋喃Ⅱ型树脂砂的树脂加入量为砂重量的4%（质量分数），催化剂乌洛托品加入量为树脂重量的10%（质量分数），250℃下2min结壳厚度为7～8mm，铸件质量较理想，球墨铸铁件表面光洁；铸钢件略有粘砂，铸件无气孔，能满足生产的要求。

5）酚醛树脂：酚醛树脂是由苯酚和甲醛两种有机物质合成的。苯酚又名石碳酸，洁净的苯酚在通常状态下是无色、有毒，具有特别气味并易溶化的晶体，因为在空气中部分氧化，所以呈现粉红色。甲醛是一种无色的具有强烈刺激性气味的气体，有毒。质量分数为35%～40%的甲醛水溶液称为福尔马林。

苯酚和甲醛发生缩聚反应，合成高分子化合物酚醛树脂。由于苯酚和甲醛用量的不同和催化条件的差异，可以得到热塑性树脂或热固性树脂。铸造生产中使用的壳芯树脂砂，多采用热塑性酚醛树脂。

酚醛树脂可制成液体状或固体状，液体树脂仅经缩聚而成，固体树脂经缩聚和干燥而制得。壳芯法采用固体热塑性酚醛树脂，酚醛树脂加入量为3%～6%（质量分数）。

对酚醛树脂的技术要求：

①聚合速度。聚合速度是指树脂受热后由熔化到固化所需的时间。用于壳芯法的酚醛树脂聚合速度应快一些，以减少结壳时间，提高生产率，并减少壳芯由于残留的热塑性变形和脱壳现象，一般应为50～70s。

②软化点。软化点是指树脂受热开始软化黏结的温度。若软化温度过低，则芯砂易结块，影响树脂砂流动性，壳芯表面易脱落，一般软化点应为70～100℃。

③流动性。流动性表示树脂在熔融状态时的流动能力。树脂的流动性要适中，避免因流动性过大，结壳时壳芯上部树脂熔化向下流动，使上、下树脂量不均匀，引起强度不一和树脂局部集中易产生气孔的可能。

④树脂强度应高。游离酚的含量低于9%（质量分数），吸湿性应低等。

（4）其他黏结剂 由于各工厂的生产类型、产品结构特点、技术条件的不同，采用黏结剂的种类也不同，除上面介绍的黏结剂外，还有植物油、合脂、纸浆废液、渣油和双快水泥等。

油类黏结剂是以干性或半干性油为基础的有机黏结剂，如亚麻仁油、桐油等。

合脂黏结剂是用制皂工业的石蜡经氧化、蒸馏、提取合成脂肪酸后的残渣稀释后制成的油类黏结剂，多用于配制芯砂。

纸浆废液是木材经亚硫酸盐处理，提取木质纤维造纸后剩余的残液。其主要成分为木质素树胶、糖分、氧化钙、氧化镁等，浓缩后可用作型砂黏结剂。

渣油黏结剂是由炼油厂蒸馏塔底部剩留的残渣制成的油类黏结剂，一般由减压渣油加适量催干剂用煤油或轻柴油按2∶1（重量比）左右的比例稀释而成。

双快水泥是快凝快硬水泥的简称，是由石灰石、黏土、钒石、氟石和石膏等原料用回转窑生产而得到的。

3.附加物

型（芯）砂中，除原砂、黏结剂和水外，为增强或抑制某种性能而加入的各种物质称为型砂附加物，如石墨粉、煤粉、煤粉代用品等。

（1）石墨 石墨的耐火度高，化学性质稳定。石墨有鳞片状和粉状两种。鳞片状石墨呈银白色或有光泽的灰白色，固定碳含量高，耐火度也高。粉状石墨呈黑色粉末状，固定碳含量较低，杂质含量较高，故耐火度低。

石墨粉是一种很好的抗粘砂材料，多用于芯砂中。但石墨粉的更主要的用途是作为铸铁件涂料中的耐火粉料。

（2）煤粉 煤粉是在铸铁件用湿型砂中加入的以煤为原料经粉碎后制成的附加物。煤粉在高温金属液的作用下，能形成一层还原性气体保护膜，将金属液与砂型隔开。同时，煤粉受高温作用后在砂型和金属液界面上会生成一层亮碳膜，不仅能防止机械粘砂，也能防止化学粘砂、夹砂结疤，提高型砂溃散性。

（3）煤粉代用品 代替铸铁湿型砂中煤粉的碳质附加物称为煤粉代用品。其主要有两类：一类是重油、渣油、炭油（煤焦油高沸点馏分）；另一类是聚苯乙烯、无规聚丙烯等。代用品的光亮碳含量比煤粉多，含硫量和灰分较低，抗粘砂、夹砂效果比煤粉好，并可降低型砂水分，提高型砂流动性，消除煤粉引起的粉尘。

型砂中的附加物还有能改善退让性和透气性的锯木屑、稻草和防止粘模的石松子粉等。