铸造用硅砂国家标准的修订
华南理工大学■吴春苗
铸造用硅砂是以石英为主要矿物成分、粒径在
擦(ca)洗(xi)砂、精选(浮选)砂等天然硅砂。
硅砂是铸造生产中基本的造型材料,硅砂质量的好坏直接影响铸件的质量,尤其是近些年来树脂砂、覆膜砂、酯硬化水玻璃自硬砂
等先进工艺的迅速发展,对铸造用硅砂的质量提出了更高的要求。铸造硅砂的质量历来受到广大铸造工作者的重视,日本、前苏联等
国(guo)(guo)家(jia)(jia)均有铸造用(yong)硅(gui)砂国(guo)(guo)家(jia)(jia)标(biao)准(zhun),美(mei)国(guo)(guo)、英(ying)国(guo)(guo)等国(guo)(guo)家(jia)(jia)也由各铸造协会制定(ding)了(le)铸造用(yong)硅(gui)砂标(biao)准(zhun),制定(ding)硅(gui)砂标(biao)准(zhun)是十分必要而有意义的工作。
根据机械工业部科学技术发展计划的要求,近两年对GB9442-88“铸造用硅砂”进行了修订。按照标准修订工作的需要,
对行(xing)业(ye)里有代表性的(de)硅(gui)(gui)砂生产(chan)厂家(jia)、使(shi)(shi)用厂家(jia)进(jin)行(xing)了现(xian)场(chang)调(diao)查(cha),收集了大量(liang)有关(guan)与硅(gui)(gui)砂有关(guan)的(de)资料(liao)和(he)数(shu)据(ju),参照(zhao)国(guo)外(wai)先进(jin)企业(ye)的(de)硅(gui)(gui)砂标准(zhun)内容,利用微机(ji)对“铸(zhu)造工程数(shu)据(ju)库(ku)”中硅(gui)(gui)砂进(jin)行(xing)检(jian)索,并在国(guo)内硅(gui)(gui)砂生产(chan)和(he)使(shi)(shi)用情(qing)况汇总的(de)基础上,面向(xiang)行(xing)业(ye)百(bai)余家(jia)生产(chan)单位(wei)、使(shi)(shi)用单位(wei)、高(gao)等院校、科研院所(suo)征求(qiu)意见(jian)。综合(he)考虑(lv)目(mu)前(qian)先进(jin)造型、制芯工艺对硅(gui)(gui)砂质(zhi)量(liang)的(de)要求(qiu),增强标准(zhun)的(de)可操作(zuo)性,借(jie)鉴先进(jin)国(guo)家(jia)的(de)经验,尽(jin)可能向(xiang)工业(ye)发达国(guo)家(jia)标准(zhun)靠拢,以便(bian)于国(guo)际间交流与贸易,是此(ci)次(ci)铸(zhu)造用硅(gui)(gui)砂标准(zhun)修订工作(zuo)的(de)。
1.二氧化硅含量
硅砂的主要化学成分为二氧化硅,铸造用硅砂都希望二氧化硅的含量高,其他成分含量低,以保证硅砂的耐火度。以二氧化硅的含量作为铸造用硅砂主要验收依据。一般来说,对于铸钢用砂,SiO2含量应大于97%;对于铸铁用砂,SiO2含量应大于85%;对于有色金合金铸造用砂,SiO2含量应大于75%。
关于SiO2含量的分级标准修订是根据铸造生产的需要和我国硅砂生产的实际情况,参照GB321-80《优先数和优先数系》划分的。
构成两个公比的复合系列数值如下:99、96、93、90、80、75。考虑到我国的资源状况,谨将99降为98,后经全标委审议为对
原标准75-级不再(zai)推(tui)荐使(shi)用。构(gou)成Si O2的分级系列,见表1。
表一铸造用硅砂按Si O2含量分级(质量分数%)
代号
二氧化硅小含量
98
98
96
96
93
93
90
90
85
85
80
80
2.含泥量
含泥量为铸造用硅砂中粒径<
表二(er)铸造用硅(gui)砂(sha)含(han)泥量分级(ji)(质量分数%)
代号
含泥量
0.2
0.2
0.3
0.3
0.5
0.5
1.0
1.0
2.0
2.0
3.粒度
在铸造(zao)生产(chan)中(zhong),根据不(bu)同的(de)(de)(de)(de)工(gong)(gong)艺要(yao)(yao)(yao)求(qiu)选择硅(gui)(gui)砂(sha)(sha)的(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)(li)度(du)(du)(du)较为重要(yao)(yao)(yao),硅(gui)(gui)砂(sha)(sha)颗粒(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)大小由铸造(zao)用实验筛测(ce)定(ding),筛孔的(de)(de)(de)(de)尺寸在ZBJ-88中(zhong)已作了明确规定(ding)。原标(biao)准(zhun)中(zhong)对(dui)硅(gui)(gui)砂(sha)(sha)粒(li)(li)(li)度(du)(du)(du)以主要(yao)(yao)(yao)粒(li)(li)(li)度(du)(du)(du)组(zu)成的(de)(de)(de)(de)“三(san)筛”进行级,这(zhei)种分级方法已不(bu)适应(ying)(ying)树脂砂(sha)(sha)等先进工(gong)(gong)艺对(dui)硅(gui)(gui)砂(sha)(sha)颗粒(li)(li)(li)分布的(de)(de)(de)(de)要(yao)(yao)(yao)求(qiu),有的(de)(de)(de)(de)树脂砂(sha)(sha)工(gong)(gong)艺要(yao)(yao)(yao)求(qiu)主要(yao)(yao)(yao)力度(du)(du)(du)分布在“四(si)筛”、甚“五(wu)筛”。考虑到原标(biao)准(zhun)对(dui)粒(li)(li)(li)度(du)(du)(du)分组(zu)代号不(bu)熟悉、不(bu)好记忆,在本标(biao)准(zhun)修订中(zhong),对(dui)原GB9442-88中(zhong)的(de)(de)(de)(de)硅(gui)(gui)砂(sha)(sha)粒(li)(li)(li)度(du)(du)(du)分组(zu)予(yu)(yu)以取消,相应(ying)(ying)的(de)(de)(de)(de)筛号筛孔尺寸的(de)(de)(de)(de)对(dui)应(ying)(ying)关系,见表3。因(yin)为“目数”不(bu)是法定(ding)计量单(dan)位(wei),在此也不(bu)予(yu)(yu)推荐使用。
表3铸(zhu)造用硅筛(shai)(shai)号(hao)与筛(shai)(shai)孔尺寸对应表
筛号
筛孔尺寸/mm
筛号
筛孔尺寸/mm
6
3.35
70
0.212
12
1.70
100
0.150
20
0.850
140
0.106
30
0.600
200
0.075
40
0.425
270
0.053
50
0.300
底盘
平(ping)(ping)(ping)均(jun)细(xi)(xi)度(du)(du)(du)(du)是反(fan)(fan)映(ying)某(mou)一(yi)(yi)铸(zhu)造(zao)用(yong)硅(gui)砂(sha)平(ping)(ping)(ping)均(jun)颗粒(li)(li)尺寸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)参数,在(zai)本(ben)次修订中采(cai)用(yong)了(le)国(guo)际上(shang)常用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)均(jun)细(xi)(xi)度(du)(du)(du)(du)这一(yi)(yi)综合性指标。平(ping)(ping)(ping)均(jun)细(xi)(xi)度(du)(du)(du)(du)显示出砂(sha)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)(ping)均(jun)颗粒(li)(li)尺寸,能够反(fan)(fan)映(ying)单(dan)(dan)位(wei)质量(liang)(liang)硅(gui)砂(sha)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)表面积(ji)。平(ping)(ping)(ping)均(jun)细(xi)(xi)度(du)(du)(du)(du)这一(yi)(yi)指标在(zai)比较某(mou)一(yi)(yi)砂(sha)矿生产(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不同(tong)品位(wei)砂(sha)子(zi)方面,在(zai)比较几个颗粒(li)(li)分(fen)(fen)布(bu)相近的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)砂(sha)矿生产(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)各种砂(sha)子(zi)方面、在(zai)帮助铸(zhu)造(zao)车(che)间控制(zhi)填充(chong)砂(sha)或系统砂(sha)方面以及在(zai)计算其他与(yu)铸(zhu)造(zao)用(yong)砂(sha)有(you)(you)关的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)数据方面,都有(you)(you)价值的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。美(mei)国(guo)、英国(guo)、德国(guo)等国(guo)家都检测该指标,目前国(guo)内(nei)(nei)一(yi)(yi)些独资(zi)企业和一(yi)(yi)些合资(zi)企业也(ye)都对这一(yi)(yi)指标有(you)(you)要(yao)求。因此(ci),借鉴(jian)国(guo)外的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)先进经验,采(cai)用(yong)这一(yi)(yi)性能指标,也(ye)便于(yu)国(guo)际间交流(liu)与(yu)贸易(yi)。应(ying)当指出,单(dan)(dan)纯地用(yong)平(ping)(ping)(ping)均(jun)细(xi)(xi)度(du)(du)(du)(du)表示硅(gui)砂(sha)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)度(du)(du)(du)(du),可能会出现几种硅(gui)砂(sha)粒(li)(li)度(du)(du)(du)(du)分(fen)(fen)布(bu)不同(tong)而平(ping)(ping)(ping)均(jun)细(xi)(xi)度(du)(du)(du)(du)值相同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情况。只有(you)(you)同(tong)时规定了(le)主(zhu)(zhu)要(yao)筛(shai)(shai)号的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)度(du)(du)(du)(du)组(zu)(zu)成含量(liang)(liang)之后(hou),平(ping)(ping)(ping)均(jun)细(xi)(xi)度(du)(du)(du)(du)表示的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)度(du)(du)(du)(du)组(zu)(zu)成和分(fen)(fen)布(bu)才局限于(yu)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)范围内(nei)(nei)。因此(ci),在(zai)这次修订的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)标准中,将(jiang)硅(gui)砂(sha)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)粒(li)(li)度(du)(du)(du)(du)分(fen)(fen)布(bu)按主(zhu)(zhu)要(yao)粒(li)(li)度(du)(du)(du)(du)组(zu)(zu)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)首/尾筛(shai)(shai)号,并结合平(ping)(ping)(ping)均(jun)细(xi)(xi)度(du)(du)(du)(du)值来表示。另外,对硅(gui)砂(sha)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)主(zhu)(zhu)要(yao)筛(shai)(shai)号粒(li)(li)度(du)(du)(du)(du)组(zu)(zu)成也(ye)作(zuo)了(le)相应(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)规定:三筛(shai)(shai)不小于(yu)75%,四筛(shai)(shai)不小于(yu)85%。以某(mou)公(gong)司(si)生产(chan)(chan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)水洗砂(sha)为(wei)例,主(zhu)(zhu)要(yao)筛(shai)(shai)号粒(li)(li)度(du)(du)(du)(du)组(zu)(zu)成三筛(shai)(shai)不小于(yu)80%,平(ping)(ping)(ping)均(jun)细(xi)(xi)度(du)(du)(du)(du)值在(zai)一(yi)(yi)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)范围内(nei)(nei),见表4。
表(biao)4某(mou)水洗砂首(shou)/尾筛号与(yu)平(ping)均细(xi)度值相应关系(xi)
首/尾筛号
平均细度值
40/70
40-46
50/100
50-58
70/140
40-78
100/200
100-110
4.颗粒形状
原(yuan)GB442-88标准(zhun)(zhun)中(zhong),利用测定硅砂(sha)(sha)角(jiao)形(xing)(xing)(xing)(xing)因(yin)数的(de)(de)(de)方法对硅砂(sha)(sha)的(de)(de)(de)颗粒形(xing)(xing)(xing)(xing)状(zhuang)进行分类。角(jiao)形(xing)(xing)(xing)(xing)因(yin)数是铸(zhu)造用硅砂(sha)(sha)的(de)(de)(de)实际比表(biao)(biao)(biao)面积与(yu)理论比表(biao)(biao)(biao)面积的(de)(de)(de)比值(zhi),用来反映铸(zhu)造用硅砂(sha)(sha)颗粒的(de)(de)(de)圆(yuan)整程度。角(jiao)形(xing)(xing)(xing)(xing)因(yin)数越接近1时(shi),表(biao)(biao)(biao)明(ming)砂(sha)(sha)粒的(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)(xing)状(zhuang)越接近圆(yuan)球形(xing)(xing)(xing)(xing),角(jiao)形(xing)(xing)(xing)(xing)因(yin)数越大(da),则砂(sha)(sha)粒越偏向尖(jian)角(jiao)形(xing)(xing)(xing)(xing)。这种方法比较科学,可避免早在(zai)显微(wei)镜下观察方法的(de)(de)(de)视觉误差,同时(shi)对硅砂(sha)(sha)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)(xing)状(zhuang)给与(yu)定量(liang)表(biao)(biao)(biao)示。但原(yuan)标准(zhun)(zhun)的(de)(de)(de)分类代号以(yi)(yi)数学形(xing)(xing)(xing)(xing)式给出,表(biao)(biao)(biao)达(da)不够直观,不便记(ji)忆。因(yin)此(ci),在(zai)本(ben)标准(zhun)(zhun)修订中(zhong)以(yi)(yi)符号的(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)(xing)式表(biao)(biao)(biao)示,这样简单明(ming)了。铸(zhu)造用硅砂(sha)(sha)的(de)(de)(de)颗粒形(xing)(xing)(xing)(xing)式根(gen)据角(jiao)形(xing)(xing)(xing)(xing)因(yin)数分级,见表(biao)(biao)(biao)5。
表5铸造硅(gui)砂颗(ke)粒形状按角形因(yin)数分级
形状
圆形
椭圆形
钝角形
方角形
尖角形
代号
○
○-□
□
□-△
△
角形因数
≤1.15
≤1.30
≤1.45
≤1.63
>1.63
5.牌号
本(ben)标(biao)(biao)准修订(ding)中(zhong)牌号(hao)(hao)的(de)表达式包(bao)含了SiO2含量这一重要的(de)性(xing)能指标(biao)(biao),同时把硅砂的(de)粒度(du)分布按主要粒度(du)组成的(de)首/尾筛(shai)号(hao)(hao)表示出来,平(ping)均细度(du)也反映(ying)在牌号(hao)(hao)中(zhong)。这种牌号(hao)(hao)较为简捷,无论是三筛(shai)或(huo)四筛(shai)制都(dou)能适用(yong),能够(gou)较全面地反映(ying)铸造(zao)用(yong)硅砂的(de)状况。铸造(zao)用(yong)硅砂的(de)牌号(hao)(hao)表示如(ru)图。
例如:ZGS93-(53)表示(shi)该牌号(hao)硅(gui)砂的二氧化(hua)硅(gui)为代(dai)号(hao)93级,主要粒度(du)组成(cheng)为四筛,其首筛筛号(hao)为40,尾筛筛号(hao)为100,粒度(du)的平(ping)均细度(du)值53。
6.其它
因(yin)为即使硅砂(sha)(sha)的含泥(ni)量相同,由(you)于(yu)其加工(gong)(净化(hua))处(chu)理的方(fang)法不(bu)同,性(xing)能上也(ye)有显著的差异,近些(xie)年来的研究成果充分证明了这一(yi)点(dian)(dian)。在(zai)本标(biao)(biao)准(zhun)修订中(zhong),要(yao)求对(dui)于(yu)每一(yi)批铸(zhu)(zhu)造(zao)(zao)用硅砂(sha)(sha),供(gong)方(fang)都必须提供(gong)加工(gong)方(fang)法(如水洗、擦洗等(deng)(deng)),这样也(ye)便于(yu)树(shu)脂砂(sha)(sha)、水玻璃砂(sha)(sha)等(deng)(deng)工(gong)艺选用。考虑到钾、钙、钠、镁氧(yang)化(hua)物含量对(dui)硅砂(sha)(sha)酸(suan)(suan)碱性(xing)的影响,在(zai)本标(biao)(biao)准(zhun)修订中(zhong)要(yao)求,使用化(hua)学粘接剂时的铸(zhu)(zhu)造(zao)(zao)用硅砂(sha)(sha)的酸(suan)(suan)耗(hao)值不(bu)大于(yu)5ml。杂质含量、烧结点(dian)(dian)、灼烧减量等(deng)(deng)一(yi)些(xie)指标(biao)(biao)在(zai)本标(biao)(biao)准(zhun)修订中(zhong)未被列(lie)入,如在(zai)铸(zhu)(zhu)造(zao)(zao)生(sheng)产(chan)中(zhong)需对(dui)其进行(xing)控制,也(ye)可(ke)由(you)使用单位和生(sheng)产(chan)单位协商解(jie)决。
(摘自〈铸(zhu)造材料与铸(zhu)件质量〉)