鋳物砂とは？

砂型鋳造プロセスで金型キャビティを準備するために使用されます。一般にグリーンサンドと呼ばれる砂は、砂、ベントナイト粘土、炭粉、水の集合体です。その主な用途は、金属鋳造金型の作成です。骨材の大部分は常に砂であり、多くの場合、シリカ フォームの均一な混合物です。

粘土の比率には多くのレシピがありますが、それらはすべて、成形性、表面仕上げ、高温溶融金属のガス抜き能力のバランスをとっています。通常、5% 未満の量で存在する海炭素と呼ばれる石炭は、溶融金属の表面で部分的に燃焼し、有機蒸気の脱ガスにつながります。

砂型鋳造は、使用される材料が単純であるため、最も初期の鋳造形式の 1 つです。同じ単純さのため、今でも金属鋳造の最も安価な方法の 1 つです。

コキールを使用する鋳造法など、他の鋳造法は、表面仕上げの品質は高くなりますが、コストが高くなります。生砂 (他の鋳物砂と同様) は通常、「フラスコ」と呼ばれる鋳物工場に保管されます。これは、底や蓋のない箱にすぎません。

ボックスは2つに分かれており、重ねて使用できます。半分は、それぞれキャップと成形フラスコと呼ばれます。

ブロンズの専用容器を鋳型の連続中空形状であるグリーンサンドに流し込みます。その下は溶融材料で満​​たされ、完成した鋳造物に変わることができます.すべての緑の砂が実際に緑色というわけではありません。しかし、湿った状態で使用されるという意味で「グリーン」と見なされます (グリーンウッドに似ています)。

いくつかのオンライン情報源によると、他の鋳造方法と方法は、溶融金属を注ぐ前に成形された砂を熱乾燥させています.この乾式鋳造プロセスにより、より重い鋳物により適した堅い金型が得られます。

鋳物砂の歴史

歴史上、最初の金属鋳造と鋳物砂の使用に起因する明確な記録はありませんが、古代の遺物や文書は紀元前 3200 年頃にさかのぼります。古代メソポタミアで。鋳型砂の歴史は、これらの実践の多くが執筆前にさかのぼるため、研究が困難です。

鋳物砂は、古代中国人によって開拓された青銅の鋳物にのみ使用されました.紀元前 500 年にインドでもう 1 つの重要な進歩がありました。るつぼ鋼が作られたとき。最終的に、サー・ハンフリー・デービーは 1808 年頃に英国で最初にアルミニウム鋳物を製造しました.

現在、米国の生産能力は、鉄鋳物 800 万トン、鋼鋳物 140 万トン、アルミニウム鋳物 170 万トン、銅鋳物 321,000 トンです。

現代の金属産業の多くは、工具の改良、冶金学、金属の特性の理解の向上による砂の品質の大幅な向上により、革新を遂げてきました。

鋳物砂の供給源

鋳型砂を受け取る一般的な発生源は、海岸、川、湖、砂漠、および粒状の岩石要素です。鋳物砂は、主に天然と合成の 2 種類に分けられます。

天然成形コンパウンドには、十分な量のバインダーが含まれています。一方、合成鋳物砂は、基本的な造型材料 (石英砂 85 ～ 91%、結合剤 6 ～ 11%、水分または水分含有量 2 ～ 8%) およびその他の添加剤を適切な重量比率で使用して人工的に調製され、適切な機器の混合と粉砕。

鋳物砂の成分

鋳物砂の主成分は、珪砂、バインダー、水分、添加剤です。粒状石英珪砂は鋳物砂の主成分であり、鋳物砂と中子砂に強度、安定性、透過性を付与するのに十分な耐火性を備えています。

しかし、シリカとともに、少量の酸化鉄、アルミナ、石灰石 (CaCO3)、酸化マグネシウム、ソーダ、カリが不純物として存在します。石英砂の化学組成から、石灰、酸化マグネシウム、アルカリなどの不純物が存在することがわかります。

過剰量の酸化鉄、アルカリ酸化物、および石灰が存在すると、融点が著しく低下する可能性があり、これは望ましくありません。石英砂は、砂の粒度とその形状 (角、斜め、丸み) によって判断できます。

鋳物砂のバインダー

結合剤は、無機物質または有機物質であることができる。無機グループに含まれる結合剤は、ケイ酸ナトリウム粘土、ポルトランドセメントなどです。鋳造工場では、粘土は結合剤として機能し、カオリナイト、ボールクレイ、ファイアクレイ、褐鉄鉱、フラー土、ベントナイトなどがあります。

有機基に含まれる結合剤は、デキストリン、糖蜜、穀物結合剤、亜麻仁油、フェノール ホルムアルデヒド、尿素ホルムアルデヒドなどの樹脂です。有機基の結合剤は主にコアの製造に使用されます。上記のすべての結合剤の中で、ベントナイトの種類の粘土が最も一般的に使用されています.

ただし、この粘土だけでは、鋳物砂と中子砂に含まれる水分がなければ、砂粒間の結合を発達させることはできません。

鋳物砂の水分量

鋳物砂の含水率は2～8%です。この量を粘土と石英砂の混合物に加えて結合を誘発します。これは、粘土粒子を分離せずに、粘土粒子間の細孔を満たすのに必要な水の量です。

この量の水は粘土によってしっかりと保持され、主に砂の強度を高める役割を果たします。粘土と水の作用により、粘土の含有量と水分が増加するにつれて浸透性が低下します。生の状態での圧縮強度は、粘土含有量の増加とともに最初は増加しますが、特定の値に達すると減少し始めます。

鋳物砂の特性を改善するために、添加剤と呼ばれる他の添加剤が基本成分に追加されます。

添加物と炭粉

添加剤とは、通常、鋳物砂と中子砂の混合物に、砂の特性を得るために添加される材料です。鋳型と中子砂の特性を改善するために一般的に使用される添加物には、炭粉、コーンミール、デキストリン、海炭、タール、木粉、石英粉などがあります。

石炭粉は主に、鋳造工程で還元雰囲気を作るために添加されます。この還元雰囲気により、電極内の酸素が化学的に結合され、金属を酸化できなくなります。通常、鋳物砂に加えてねずみ鋳鉄と可鍛鋳鉄を製造するための型を作ります。

その他の鋳物砂添加剤

とうもろこし粉はでんぷん質の炭水化物ファミリーに属し、鋳型砂と中子砂の発生率を高めるために使用されます。熱によって完全に蒸発して砂の形になり、砂粒の間に空間ができます。

これにより、砂粒が自由に移動できるようになり、最終的に金型の壁が移動し、金型の膨張が減少し、鋳造欠陥が減少します。鋳型と中子砂にコーンサンドを加えると、鋳型と中子の強度が大幅に向上します。

海炭で砂を型取り

海水炭は、鋳型や中子砂の石英砂粒の細孔の中に存在する微粉状の瀝青炭です。加熱すると、海炭はコークスに変化し、細孔を埋めて水に強い.

このため、砂粒は有限になり、密な充填パターンに発展できません。このように、シーカーボンは鋳型壁の動きと、鋳型と中子砂への透過性を減らし、鋳型と中子の表面を清潔で滑らかに保ちます。

タールは軟炭を蒸留したものです。鋳物砂、中子に0.02%～2%添加できます。タールは金型表面の高温強度と表面仕上げを向上させ、海炭とまったく同じように振る舞います。