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膨润土在粘土粘结砂中的作用及变化

铸造用膨润土主要有钠基膨润土和钙钠膨润土两,钠基膨润土是由天然钠基膨润土或人工钠化膨润土加工而成,以其复用性好和湿压强度高而受铸造行业欢迎。因具有良好的可塑性,可遏止铸件出现夹砂、结疤、掉块、砂型塌方等现象,加之成型性强、型腔强度高,便于金属行业浇铸湿态或干态型模,是精密铸件首选的型砂粘结剂。钙钠膨润土由天然基钙钠膨润土加工而成,是轻型铸件普遍采用的型砂粘结剂。它以实用和铸件清砂便捷而受用户欢迎。

 

 

 

与其他粘结剂相比,膨润土有一个重要的特点,就是它具有一定的耐热能力。只要加热温度不太高,脱除了自由水的膨润土只要加水,仍能恢复粘结能力。膨润土的粘结能力只有在加水以后才能表现出来。膨润土失去粘结能力,也与它的脱水有关。

 

到目前为止,认为膨润土中的水分有三种形态:一种水是自由水,即膨润土颗粒吸附的水,加热到100℃以上,就可脱除自由水,脱除了自由水的膨润土,粘结能力不受影响;二种水是牢固结合水,110℃下长时间加热,膨润土可完全脱除自由水,但不会脱除牢固结合水。已完全脱除自由水的膨润土,再在较高的温度(如200℃,300℃)下加热仍会继续减重,说明仍有水分损失。膨润土经这样加热脱水后,只要加水,能完全恢复粘结能力;三种水是晶格水,也有人称之为结构水。晶格水只有在相当高的温度下才能部分或全部脱除。膨润土的晶格水脱除以后,即丧失粘结能力,成为死粘土。

 

不同的膨润土,丧失粘结能力的温度不同。由差热分析实验证明:一般来说,天然钠膨润土的失效温度为638℃,钙膨润土为316℃。人工活化的钠膨润土,由于活化条件各异,失效温度不一,但都低于天然钠膨润土。由此可见,粘土粘结砂中存在两种膨润土,一种是有效膨润土,另一种是死粘土。死粘土越多,粘土粘结砂性能越差。

 

 

 

钠膨润土在600℃以下加热,它的粘结能力基本上不受影响。加热温度超过600℃,就急剧地丧失粘接能力。加热到700℃以上,几乎完全丧失了粘结能力。钙膨润土在100℃以上,就开始缓慢地失去粘结能力。加热温度再提高,粘结能力的丧失就越明显。人工活化不好的钠膨润土,在最初使用时,失效温度仅略低于天然钠膨润土,几次反复加热后,就与钙膨润土相近。

 

当熔融金属注入铸型以后,如果贴近铸件表面的型砂被加热到800℃以上(有一些非铁合金达不到此温度)。不管你用什么样的膨润土,这部分型砂中的膨润土都会变成死粘土。这些死粘土,一部分随同型砂一道附在铸件表面上,被铸件带走,一部分留在回收的旧砂中。除了制造大型铸件,在铸造过程中,大部分型砂达不到这样的温度。但由于不同的铸造厂家采用不同厂家生产的膨润土,脱除晶格水的温度是不同的,脱除晶格水的速率也不一样。如采用容易脱除晶格水的膨润土,即使在并不直接接近铸件的型砂中,也会有较多的膨润土失效而变成死粘土。如采用不易脱除晶格水的粘土,产生的死粘土就会少一些。

 

总之,膨润土添加量越少越好,粘土粘结砂中有效膨润土含量越高,受热而失效的膨润土就越多。

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