砂和粘土都是由岩石风化成的,在自然界中,两者常常混杂在一起。若用化学分析的方法,很难将它们区分开。一般是根据两者的最基本特征——颗粒大小来加以区分。在铸造上,把颗粒直径大于0.020毫米者叫做砂,小于0.020毫米者叫做泥。当两者混杂在一起时,则根据它们的相对数量来决定。如果其中颗粒小于0.020毫米的数量低于50%者称为砂,高于50%者称为泥。
原砂的含泥量对型砂的强度、透气性,流动性和耐火度等都有很大的影响。原砂中所含的泥分,往往有相当一部分不是粘土矿物所组成的,其粘结性能比普通粘土和膨润土差得多。同时,泥分常常呈薄膜状包复在砂粒的表面上,或者呈小泥团。配砂时,其含量不易控制。含泥量对有机粘结剂芯砂的性能影响更为显著,原砂的含泥量越多,芯砂的强度就越低[1] 。
为了获得同样的强度,有机粘结剂的加入量就必须增加:因此,对油砂、合脂砂及合成树脂砂等所用的原砂,含泥量应尽量地少。合成树脂砂一般是采用水洗的原砂。含泥量是原砂的重要质量指标之一。
为了鉴定原砂的性能,正确地拟定型砂及芯砂的成分,分析铸件有关缺陷产生的原因,必须对原砂的含泥量进行测定。常用的测定方法是冲洗法,它是根据不同大小的颗粒,在液体中的下沉速度是不同的原理而制定的。如果选择一个适当的沉降距离和时间,使颗粒大于0.020毫米的砂沉降到底部,而颗粒小于0.020毫米的泥分仍然悬浮在液体中,然后把泥水吸出,就可使两者分离。
称取烘干的试料50克(准确程度达到0.1克,重要的试验到0.01克),置于容量约为一升、直径为90~100毫米的洗砂瓶中。然后加入475毫升水和25毫升浓度为1%的苛性钠溶液,并将洗砂瓶装到快速搅拌机下(转速每分钟约4000转)搅拌15分钟,以分离砂中的泥类。如采用旋转摇晃式洗砂机洗涤时,转动洗涤时间应为1小时。
洗涤后,取下洗砂瓶,仔细地冲洗粘于瓶壁的砂泥,然后加入清水至规定的高度(如下图1所示),并以玻璃棒搅拌,之后静置10分钟,最后插入内径为6~9毫米的虹吸管以排出浑水(管端至沉砂表面的距离应为12~13毫米)。此时,如瓶中出现絮状物,为使排水时不致吸走滞留在絮状物中的大颗粒砂泥,虹吸管的管端不得插入絮状物的里面,而要放置在絮状物的界限上面,随着絮状物界面的下降而移动。第二次仍旧往瓶里加水至规定高度重复搅拌,静置10多分钟,再用虹吸管将浑水排出。
图1虹吸法
第三次以后的操作与第二次相同,但每次仅静置5分钟。直到静置5分钟后瓶中的水已达到完全透明,不再带有泥类为止。
最后一次将瓶中的清水吸出后,将剩下的砂和水倒入玻璃漏斗中进行过滤,然后将湿砂过滤纸置于玻璃器皿中,在105~200℃烘干,冷却后称量砂子的重量(准确度到0.1克,重要的试验准确度到0.01克),并按下式计算含泥量。
式中, ——含泥量(%);
——烘干前试料重量(50克);
——烘干后试料重量(克)。