了解石英砂在鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用

我國(guó)的鑄造技術(shù)有6000年的悠久歷史。當(dāng)今，鑄造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了前所未有的先進(jìn)水平，鑄型的種類(lèi)以及所使用的造型材料越來(lái)越多元化。盡管如此，古老的砂型鑄造技術(shù)依然是鑄造生產(chǎn)工藝的主流。砂型鑄造就是用優(yōu)質(zhì)砂制作砂型與砂芯，裝配后澆入熔融金屬液形成鑄件的方法?，F(xiàn)在相當(dāng)比例的鑄件采用砂型鑄造工藝進(jìn)行生產(chǎn)。

砂型鑄造中，砂是基本的造型材料，其用量巨大，常常是鑄件質(zhì)量的倍數(shù)。鑄造用砂也有不同的種類(lèi)，而且差異顯著。其中，用量最大的當(dāng)屬石英砂，也稱(chēng)硅砂。石英砂的主要礦物質(zhì)是石英——即二氧化硅(SiO2)。高質(zhì)量的石英砂中，總的SiO2含量可高達(dá)99.5%，其余為長(zhǎng)石和黑云母等雜質(zhì)成分。

據(jù)了解，鑄造用石英砂是用量最大的鑄造原砂，是一種重要的造型礦物材料，廣泛用于鋼鐵和有色金屬的鑄造。我國(guó)鑄件總產(chǎn)量已連續(xù)多年位居世界首位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1ｔ合格鑄件，需要1~1.3t的石英砂，全國(guó)每年消耗的新砂在2000萬(wàn)ｔ以上。

根據(jù)我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)鑄造標(biāo)準(zhǔn)砂的規(guī)定，鑄造用砂中的SiO2含量應(yīng)大于90%。一般說(shuō)來(lái)，不同地理環(huán)境下形成的石英砂其性能也有所區(qū)別。由于石英具有較高的耐火性和硬度，且其優(yōu)良的工藝性能能夠滿(mǎn)足鑄造生產(chǎn)的種種基本要求，不僅可以用于傳統(tǒng)的粘土砂造型，同時(shí)可用于樹(shù)脂砂以及覆膜砂等先進(jìn)的造型和制芯工藝，所以石英砂在鑄造生產(chǎn)中被大量而廣泛使用。許多大型現(xiàn)代化鑄造廠正在大量采用樹(shù)脂自硬砂等造型工藝，使得近年來(lái)硅質(zhì)石英砂的使用量不斷增加。

作為造型材料的骨料，石英砂性能的好壞必定直接影響著鑄件的質(zhì)量，鑄造廠對(duì)鑄造用砂的選擇一般有很多基本的要求?？梢?jiàn)，石英砂在鑄造生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。正因?yàn)槿绱?，?duì)石英砂的各種物理化學(xué)性質(zhì)及鑄造工藝性能的研究和探討一直是鑄造界科技人員密切關(guān)注的科研課題之一。

粗略統(tǒng)計(jì)，機(jī)械制造行業(yè)所用的鑄造砂，約占全球總產(chǎn)量的30%。國(guó)外對(duì)石英砂成分的一般要求：鑄鋼砂：SiO2≥98%，K2O+Na2O≤0.5%，CaO+MgO≤1.0%，含泥量≤0.2%，用量最多的粒級(jí)為：0.1～0.6 mm，大于0.6 mm、小于3.35 mm的也用一些。一般使用滾圓度比較好的天然砂，使用機(jī)制砂的比較少。

目前生產(chǎn)各種金屬制品的工藝之一是樹(shù)脂砂鑄造工藝，它是將熔融的金屬澆注到空心砂模中，其中硅砂是樹(shù)脂砂鑄造工藝中用于生產(chǎn)一次性砂模的主要造型材料。通過(guò)添加粘結(jié)劑等物質(zhì)，將砂粒粘在一起形成具有機(jī)械強(qiáng)度的砂模。

隨著國(guó)內(nèi)外鑄造行業(yè)特別是汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，各種樹(shù)脂粘結(jié)劑體系相繼問(wèn)世。這些樹(shù)脂粘結(jié)劑系統(tǒng)使用砂、粘結(jié)劑和固化劑的混合物來(lái)制備砂模。在混合過(guò)程中，粘結(jié)劑和固化劑立即開(kāi)始反應(yīng)，并緩慢地將砂塑造成擁有一定機(jī)械強(qiáng)度的砂型或型芯，待其擁有足夠的強(qiáng)度后即可用于鑄造。樹(shù)脂粘結(jié)劑系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)固化和硬化，此外，它還消除了砂模制造和芯材制造之間的差異。因此，樹(shù)脂粘結(jié)系統(tǒng)適用于中小批量復(fù)雜鑄件的自動(dòng)化生產(chǎn)。