实验室型砂检测（二）

上海铁狼工业材料有限公司型砂实验室

2021.11

于震宗-湿型砂性能检测

陈允南-树脂砂性能检测

草原狼-湿型砂检测方法

目 录

第一章 湿型砂性能检测技术（于震宗）....................................................................................... 1

1.湿型砂性能（取样、含水量、紧实率） ............................................................................. 2

2.湿型砂性能（透气性、湿压强度、湿拉强度）................................................................. 4

3.湿型砂性能（破碎指数、流动性、含泥量）..................................................................... 9

4.湿型砂性能（粒度、平均细度、吸蓝量）....................................................................... 13

5.湿型砂性能（有效煤粉、热湿拉强度） ........................................................................... 16

6.湿型砂原材料测定（硅砂）................................................................................................ 19

7.湿型砂原材料测定（膨润土）............................................................................................ 23

8.湿型砂原材料测定（煤粉）................................................................................................ 29

9.湿型砂原材料测定（淀粉）................................................................................................ 35

第二章 树脂砂性能检测（陈允南）............................................................................................. 36

1.树脂砂性能检测技术（冷芯盒）.......................................................................................... 36

2.树脂砂用主要原材料性能及检测方法（原砂的粒度和平均细度）...................................... 39

3.树脂砂用主要原材料性能及检测方法（硅砂的角形因数）.......................................... 42

4.树脂砂用主要原材料性能及检测方法（覆膜砂用树脂和固化剂）.............................. 45

5.树脂砂用主要原材料性能及检测方法（酚醛树脂和固化剂）...................................... 49

6.树脂砂用主要原材料性能及检测方法（树脂砂工艺用附加剂）.................................. 51

7.树脂砂性能检测技术（取样、覆膜砂） ........................................................................... 53

8.树脂砂性能检测技术（热芯盒）........................................................................................ 57

9.树脂砂性能检测技术（自硬树脂砂）................................................................................ 60

10.树脂砂用主要原材料性能及检测方法（树脂砂用砂）................................................ 65

第三章 膨润土、煤粉、淀粉检测方法（草原狼型砂实验室）............................................ 69

1 铸造用膨润土..............................................................................................................................69

1.1 取样..................................................................................................................................69

1.2 性能试验..........................................................................................................................69

1.2.1 含水量的测定.......................................................................................................69

1.2.2 粒度的测定...........................................................................................................70

1.2.3 膨润值的测定.....................................................................................................70

1.2.4 膨胀容（膨胀倍数）的测定...............................................................................70

1.2.5 自由膨胀量（膨胀指数）的测定.......................................................................70

1.2.6 吸蓝量的测定.......................................................................................................70

1.2.7 铸造用膨润土阳离子交换量和交换性阳离子含量的测定...............................71

1.2.8 强度试验用混合料的配制...................................................................................75

1.2.9 紧实率的测定.......................................................................................................75

1.2.10 湿压强度的测定.................................................................................................76

1.2.11 热湿拉强度及湿拉强度的测定.........................................................................76

1.2.12 干压强度的测定.................................................................................................77

1.2.13 膨润土复用性能的测定.....................................................................................77

1.3 膨润土性能检测过程中的注意事项...............................................................................79

2 铸造用煤粉..................................................................................................................................79

2.1 取样...................................................................................................................................80

2.2 性能试验...........................................................................................................................80

2.2.1 含水量的测定.......................................................................................................80

2.2.2 灰分的测定...........................................................................................................81

2.2.3 粒度的测定...........................................................................................................82

2.2.4 挥发分的测定.......................................................................................................82

2.2.5 硫含量的测定（艾士卡法）...............................................................................84

2.2.6 煤粉光亮碳析出量的测定...................................................................................85

2.3 煤粉性能检测过程中的注意事项..................................................................................86

3 预糊化淀粉.................................................................................................................................87

3.1 取样...................................................................................................................................87

3.2 性能试验...........................................................................................................................87

3.2.1 α 化度的测定.........................................................................................................87

3.2.2 膨润值的测定.......................................................................................................88

3.2.3 堆积密度的测定...................................................................................................88

3.2.4 pH 值的测定..........................................................................................................89

3.2.5 含水量的测定.......................................................................................................90

3.2.6 灰分的测定...........................................................................................................90

3.2.7 细度的测定...........................................................................................................91

3.2.8 砂型表面强度（表面耐磨性）...........................................................................91

湿型砂性能检测技术（1）

于震宗

（清华大学 机械工程系，北京 100084）

编者按：目前，粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸

件，如气缸体、气缸盖、曲轴、制动鼓等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合

料试验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T

9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂，同时参照了美国砂型

和砂芯实验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测和湿型砂原材料质量测

定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及自己参加的科研和操作

实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测的技巧，并针对国内外相应的检测方法和检测仪器性能提出了自己

的见解。

“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动

性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容；

“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原材料的质量判定标准和检测技术共 4 节

内容。两文十分适合铸造工厂型砂实验室主管工程技术人员以及从事造型材料研究、生产和销售的人员阅读。本刊从

2010 年第 1 期起连载刊登这两篇文章。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2010）01-0089-04

Test Technique of Green Sand Properties（1）

Yu Zhen-zong

（Machinery Engineering Department Tsinghua University，Beijing 100084）

1 湿型砂取样方法

根据 GB/T 2684-2009 标准规定，选取混合

料（型砂）样品，按混制设备特点和工艺规定定期

选取。如混合料由皮带输送器输送，可从输送器

上定期用勺或铲多次取样混匀，其数量根据检验

项目而定。

补充说明：

（1）应当由实验员亲自取样，不可由混砂工

或其他人代取代送，以保证试验结果严谨可靠。

（2）型砂的取样地点应为混砂机的出砂皮

带，以及造型机处的适当位置。前者可以及时发

现性能有无异常，以便立即采取纠正措施。由于

湿型砂从混砂机运送到造型机时含水量和紧实

率都有一些降低，使型砂的湿压强度和透气性提

高。为了满足造型和浇注的要求，以及铸件表面

质量的需要，应以造型机处型砂性能为控制基

准。还应注意避免从砂堆表层收集已失去部分水

分的混合料。

（3）从取样处将型砂拿回实验室的容器应当

是有盖的塑料桶、盒，或者有盖的搪瓷盘。不可用

旧报纸将砂样托回实验室，以免纸张吸水和在空

气中水分蒸发而改变性能。

（4）如果回用旧砂的磁选设备作用有限，不

能清除所有铁粒，就应将从现场取得的生产用型

砂 （旧砂），迅速用永久磁铁搅拌吸出混入的铁

粒，然后立即密封存放，以保持水分不丢失。

（5）型砂的取样频次依各铸造工厂的实际情

况而定，以下仅为举例：在通常的机械化造型流

水线工厂中，必须及时地监测控制型砂的紧实率

和受紧实率显著影响的那些性能。在没有混砂自

动控制加水装置的机器造型工厂中，型砂性能的

检测可分为以下几类：①在混砂机平台上专门配

备紧实率快速检测装置 （包括制样机和试样筒、

收稿日期：2009-11-10 修定日期：2010-01-13

作者简介：于震宗（1924.12-），男，教授，博士生导师。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

第1页

现代铸铁 2010 / 1 89

顶样柱），随时从混砂机取样和调整型砂干湿程

度。②每 1～2 h 从混砂机处和造型机处分别取样

一次，在型砂实验室中检验紧实率、含水量、透气

性、湿态强度（抗压及抗剪）等性能。③一般铸造

工厂中，每周从造型机处取样 2～3 次检测型砂的

韧性（变形量或破碎指数）、含泥量、有效膨润土

量、有效煤粉量、热湿拉强度等性能；大量生产重

要铸件的工厂中，每班从造型机处取样 1 次检验

这几种性能。④型砂和旧砂的粒度每周取样测定

1～2 次。⑤型砂和旧砂的流动性、砂温、团块量等

性能为不定期性检测。

（6）如果一条生产线的铸件特征基本相似，

具有良好的旧砂冷却装置，混砂机装有型砂湿度

（含水量或紧实率）控制装置，每班需从混砂机和

造型机分别取样两、三次，检验紧实率、含水量、

湿压强度、透气性、韧性和流动性。另外，每班一

次检验型砂的有效膨润土量、有效煤粉量、含泥

量、热湿拉强度和温度。每周一次检验型砂和旧

砂的粒度。

2 含水量检测

按照国标 GB/T 2684-2009 中规定，用以下

两种烘干法进行试验，以砂样烘干前后重量的减

少量代表含水量。

2.1 快速法

称取试样 20 g，精确到 0.01 g，放入盛砂盘

中，均匀铺平，将盛砂盘置于红外线烘干器內，在

110～170 ℃烘干 6~10 min，置于干燥器皿内，待

冷却至室温时，进行称量。

2.2 恒重法

称取试样（50±0.01）g，置于玻璃器皿内，在

温度为 105～110 ℃的电烘箱内烘干至恒重 （烘

20 min 后，称其质量，然后每烘 15 min 称量一

次，直到相邻两次之间的差数不超过 0.02 g 时为

恒重），置于干燥器内，待冷却至室温时进行称

量。

2.3 结果表述

含水量以质量百分数 X1 计，数值以%表示，

按下式计算：

X1= G1-G2

G1

×100

式中：G1——烘干前试样质量，单位为克（g）；

G2——烘干后试样质量，单位为克（g）。

补充说明：

（1）如果湿型砂中经常掺杂有铁粒，为了保

证测试准确，烘干前称量型砂试料时应先用磁铁

将其中可能混杂的铁粒吸掉。

（2）国内很多铸造工厂的型砂实验室称量试

料所用天平是最大称量值 50 g 或 100 g 的药物

托盘天平。天平的感量大约只有±0.1 g，难以达到

国标规定的称量精度 20±0.01 g 和 50±0.01 g。建

议称量天平的感量最低限度应当为±0.01 g。感量

0.01 g，最大称量 350 g 的天平应用最为频繁，不

仅可用于测定型砂含水量，称取制备标准试样的

砂样，而且可以称取小混砂机的混砂膨润土、煤

粉等批料。国产电子天平（见图 1）价格仅有二百

余元，能够自行扣除容器重量，使用极为方便。

（3）工厂日常检验型砂的含水量都只采用快

速法。常用的 SGH 型双盘式红外线烘干器（见图

2）的烘烤温度可能高达 160～170 ℃，适合烘烤原

砂，但用于测定含有煤粉的型砂时，温度嫌高。型

砂内如果含有煤粉、重油等易挥发物质，可能会

随水分烘掉一部分，使测得数值要比实际含水量

偏高。如果出现冒烟现象，应改用 105～110 ℃电

烘箱进行烘干。

（4）我国有几家铸造工厂购买进口微机控制

卤素管加热天平（见图 3），设定烘温间隔为 1 ℃

（例如可设定为 110±1 ℃）。随意取 8～10 g 型砂

放入加热盘中，开始加热直到 20 s 时间内重量

不变，天平即自动认定已达恒重，即停止加热，并

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

90 现代铸铁 2010 / 1

第2页

自动计算和屏幕显示出型砂含水量。测定时间大

约只需 5～7 min。现在国内也有天平仪器公司生

产类似产品。

（5）仲裁法要求将试料烘干至恒重，操作相

当繁琐。使用电热烘箱加热只要 30 min，不必反

复烘干和称量到恒重，对于型砂含水量的测定精

度要求已然足够。

3 紧实率

型砂含水量说明型砂中水分的绝对含量，而

型砂紧实率的高低则反映手感干湿程度。型砂紧

实率的测定原理是：较干的型砂自由流入试样筒

时，砂粒堆积得比较密实，在相同的锤击紧实力

作用下，型砂体积减小较少；而较湿的型砂，在未

被紧实前砂粒的堆积比较松散，紧实后体积减小

较多。根据型砂被紧实前后的体积变化多少，就

可以检测出型砂的（手感）干湿程度。

3.1 检测程序

按照 GB/T 2684-2009，将砂样通过筛号为 6

的筛子的漏斗，落入到有效高度为 120 mm 的圆

柱形试样筒内（筛底至标准试样筒上端面距离应

为 140 mm），用刮板将试样筒上多余的试样刮

去，然后将装有试样的样筒在锤击式制样机（锤

击式制样机应安放在水泥台面上，下面垫有 10

mm 厚的橡胶皮）上冲击 3 次，从制样机上读出

数值（图 4）。

3.2 结果表述

紧实率 v(%)按下式计算：

v= H0-H1

H0

×100

式中：H0——试样紧实前的高度，H0=120 mm；

H1——试样紧实后的高度，单位为毫米

（mm）。

补充说明：

（1）紧实率的测定程序如图 4 所示。按 JB/T

2684-2009 规定，SBT 型投砂器漏斗的筛网为 6

号。（网孔中心距 4.23 mm，网孔净尺寸 3.35

mm），过筛需用手指长时间拨动型砂。1975 年美

国铸造师学会 80-D 湿型砂试验委员会推荐的

暂定标准是将型砂通过 4 目筛网（网孔中心距

6.35 mm），操作较为迅速和方便。

（2）锤击式制样机是制备型砂标准试样的通

用仪器（见图 5）。冲击三次后试样的紧实程度大

体上与紧实比压 0.7~1.0 MPa 的高密度砂型水平

部位紧实程度接近。紧实率的数值可从制样机顶

部的标尺直接读出，不需计算。制样机凸轮抬起重

锤的高度为 50 mm，应注意是否因使用日久而磨

损，如抬起高度不足，则制成的试样紧实率和强

度偏低，透气性偏高。另外，锤击式制样机不可放

置在木桌中央。否则测得型砂抗压强度可能偏低。

（3）适用于 SAC 型锤击式制样机的试样筒

为外圆定位式，高度 120 mm，内径 φ50 mm。如

果试样筒使用不耐磨的铸铁制成，其内表面极易

磨损。锤击制样时，内表面粗糙的试样筒阻碍型

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

第3页

现代铸铁 2010 / 1 91

砂的冲击紧实，使测得强度值和紧实率值偏低、

透气率值偏高，试样的顶出也较费力。美国铸造

师学会要求试样筒为钢制，内表面硬度 65～70

HRC，珩磨加工后粗糙度 Ra≤0.20 μm。每制一

试样后，将试样筒掉头一次，使磨损均匀和延长

新试样筒使用寿命。还要求在每次使用前都要擦

净标准试样筒，并薄薄涂一层液态脱模剂。德国

铸造学会的指导文件规定，使用冲样器时先将锤

杆轻轻落入试样筒中的型砂上，旋转试样筒半圈

使砂样上表面平整，然后提起重锤冲击三次，每

次冲击之间应有 1~2 s 间隔。

（4）如果铸造车间实际生产用型砂无团块和

相当松散，也可以不必通过带筛的投入器，直接

将型砂轻撒装满试样筒，然后用锤击式制样机进

行舂打，这样，可以快速得到近似检验结果。

（未完待续）

（编辑：袁亚娟，E－mail：xdzt-yyj@126.com）

75 如何实现钙、镁联测？

答：试样经酸分解，用 DDTC 沉淀分离干扰

元素（DDTC 加入时溶液酸度为 PH3～4，DDTC 加

入后滤液酸度为 PH6～7），移取滤液二份。一份于

PH12 的 NaOH 碱性溶液中，加入三乙醇胺等掩

蔽剂，适量 Ca 指示剂，用 EGTA 或 EDTA 标准溶

液滴定 Ca 量；于另一份试液中，加入三乙醇胺、

酒石酸钾钠等掩蔽剂及 PH10 缓冲溶液，以铬黑

T 为指示剂，用 EDTA 标准溶液滴定 Ca、Mg 总

量。然后以差减法求出 Mg 量，实现钙、镁联测。

76 滴定法测定镁时，共存的铁、铝、锰等元

素将造成指示剂封闭，如何消除？

答：用 EDTA 滴定法测定镁时，首先要将试

样中的大部分共存元素分离。分离可采用 DDTC

沉淀分离法、三乙醇胺-NaOH 沉淀分离法等。对

分离后溶液中残留量 Fe、Al、Mn 等元素，可加入

三乙醇胺、酒石酸钾钠等掩蔽剂，以消除这些元

素对指示剂的封闭。

77 测定镁的光度法主要有哪些？

答：测定镁的光度法主要有二甲苯胺兰（Ⅰ）

光度法、二甲苯胺兰（Ⅱ）光度法、铬黑 T 光度法、

铬变酸 2R 光度法、偶氮氯膦Ⅰ光度法以及原子

吸收光度法等。

78 偶氮氯膦Ⅰ作为测定镁的显色剂时，如

何提高方法的选择性？

答：选择 CPAⅠ作为测定镁的显色剂，可加

入三乙醇胺（掩蔽 Fe、Al）、邻菲罗啉（掩蔽 Ni、

Zn、Mn）、EGTA-Pb（取代掩蔽 Ca、稀土）四乙烯

五胺（掩蔽 Cu）等掩蔽剂，以提高方法的选择性，

可不经分离直接测定球墨铸铁、铝合金等材料中

的含镁量。

理化检测基础知识问答（化学部分 4）

刘林钦

（一汽解放汽车有限公司 无锡柴油机厂，江苏 无锡 214026）

内容说明：1. 根据机械工业理化检验人员技术培训和资格鉴定委员会编写的教材而提出的；2. 适用于一级、二级理

化检验人员取证和考级的需要，以及在岗理化检验人员巩固和更新知识体系的需要；3. 全部内容共 498 问。其中物理部分共

281+6 问，分别刊载自 2008 年第 1 期至 2009 年第 3 期上。自 2009 年第 4 期起连载化学部分问答。

中图分类号：TG115.2 文献标识码：C 文章编号：1003－8345（2010）01－0092-04

Questions and Answers Basical Knowledge of Physical and Chemical Test（Chemical Part Ⅳ）

LIU Lin-qin

（Wuxi Diesel Engine Works, Jiefang Automobile Co. Ltd., China First Automobile Group Co. Ltd., Wuxi 214026, China）

作者简介：刘林钦，男，高级工程师。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

92 现代铸铁 2010 / 1

第4页

湿型砂性能检测技术（2）

于震宗

（清华大学 机械工程系，北京 100084）

编者按：目前，粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸

件，如气缸体、气缸盖、曲轴、制动鼓等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合

料试验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T

9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂，同时参照了美国砂型

和砂芯试验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测和湿型砂原材料质量测

定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及自己参加的科研和操作

实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测的技巧，并针对国内外相应的检测方法和检测仪器性能提出了自己

的见解。

“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动

性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容；

“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原材料的质量判定标准和检测技术共 4 节

内容。两文十分适合铸造工厂型砂实验室主管工程技术人员以及从事造型材料研究、生产和销售的人员阅读。本刊从

2010 年第 1 期起连载刊登这两篇文章。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2010）02-0069-05

Test Technique of Green Sand Properties（2）

YU Zhen-zong

（Machinery Engineering Department Tsinghua University，Beijing 100084）

收稿日期：2009-11-10 修定日期：2010-01-13

作者简介：于震宗（1924.12-），男，教授，博士生导师。

4 透气性

型砂透气性数值的定义是 1 cm 水柱压力

下，1 min 时间之内，通过断面为 1 cm2

、高度为 1

cm 砂柱的空气量（cm3

）。测定方法分快速法和标

准法两种。

4.1 试样的制备

按照 GB/T 2684-2009，测定湿型砂透气性

时，用精度为 0.1 g 的天平称取的型砂放入标准

试样筒中，在锤击式制样机上冲击三次，制成高

度为（50±1）mm 的标准试样。

4.2 快速法

测定湿型砂透气性时，透气性测定仪处于测

试状态，将内有试样的试样筒放到透气性测定仪

的试样座上，并使两者密合。再将按（旋）钮调到

“测试”或“工作”位置，从数显屏或微压表上直接

读出透气性的数值。当试样透气性大于 50 时，应

采用 1.5 mm 的阻流孔；试样透气性小于 50 时，

应采用 0.5 mm 的阻流孔（图 6）。

4.3 标准法

将透气性测定仪试样座上的阻流孔部件卸

下，然后将气筒提至筒内空气容积为 2 000 cm3

的标高处，将冲制好型砂试样的试样筒放在仪器

图 6 直读式透气性测定仪原理图

气筒

水筒

三

通

阀 试样座

试样筒

标准试样

阻流孔

微压表

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

现代铸铁 2010 / 2 69

第4页

的试样座上，使两者密合。再将旋钮旋转至通“工

作”位置，同时用秒表测定气钟内 2 000 cm3 空气

通过试样的时间，并由微压表上读出试样前的压

力。

4.4 结果表述

透气性 K 按下式计算：

K= VH

Fpt = 49945

pt

式中：V——通过试样的空气体积，V=2 000 cm3

；

H——标准试样高度，H=5 cm；

F——试样断面面积，F=19.635 cm2

；

t——2 000 cm3 空气通过试样的时间，单位

为分（min）；

p——试样前面的气体压力，单位为帕（Pa）。

补充说明：

（1）用于测定透气性的标准试样顶出后，还

可以用来测定型砂的湿态强度、破碎指数等多种

性能。用天平称取型砂是必要的，标准试样的重

量也是反映型砂流动性的重要数据。可以用实验

室通用的电子天平（精确度 0.01 g）称量型砂，但

精确度只要 1 g 即可。

（2）仪器应放在无震动的试验台上，与制样

机隔离。调节调平螺栓使气钟能够垂直下降，而

不可有明显摩擦阻力。仪器上的水平泡的安装可

能并不准确，必须自行调整仪器的放置位置。提

起气筒时，必须缓慢进行，以防止水溅入中心管。

如有水流入三通阀，必须立即拆开仪器底座下方

的胶皮管，将水清除干净。如果已流入微压表，需

找仪表工代为修理。

（3）试验时气筒提起后可在测试系统中产生

的气体压力为 100 mm 水柱压力 （折合为 0.981

kPa）。仪器的气路系统必须密封良好。将密封罩

扣紧试样座，并提起气筒使充满 2 000 cm3 空气，

然后把三通阀旋转到“工作”位置。要求 1 h 后气

筒不得有明显下降，否则应在各联接处或管路上

刷肥皂水，找出漏气处，用胶质物密封孔洞。

（4）型砂实验室中通常用的快速测定方法是

在试样座的气筒连接管口处安装一只阻流孔。微

压计所示压力值大小是通过试样前的空气压力，

它与空气通过阻流孔和通过试样二者的阻力有

关系。由于阻流孔直径大小是一定值，所以微压

计指示的压力值随空气通过试样的阻力而变化。

如果试样的透气性能高，试样前的压力就低，微

压计上所指出的透气率数值就高。反之，试样透

气性能低，试样前的压力就高，微压计上所指出

的透气率也就低。

（5）阻流孔的精度需经常检查和校正。当

大气压力为 760 mmHg 和温度为 20 ℃时，气筒

2 000 cm3 空气在 10.0 cmH2O 压力下通过阻流

孔大孔时间应为 0.5 min±0.5 s；小孔应为 4.5

min±1.5 s。如时间过长，可用一尖针将孔稍稍扩

大；如时间过短，可用冲头在孔周围轻敲使孔径

缩小。如果阻流孔大小已不能校正，就应改用标

准法进行型砂透气性检测，或者向仪器制造厂购

买新阻流孔。

（6）用标准法测定透气性时，气流在气路中

流动的过程中还要受到三通阀等管件的阻力，所

以气钟下落时通过试样的实际气压都低于静置

时的 10 cm 水柱压力（即 0.981 kPa）。应当将观

察到的实际气压作为“p”代入公式进行计算。如

果测得压力单位为 cm 水柱高度，透气性按下式

计算：

K= VH

Fpt = 509.3

pt

式中：p——试样前面的气体压力，单位为水

柱高度（cmH2O）；

t——2 000 cm3 空气通过试样的时间，单位

为分（min）。

（7） 上述透气性测定仪靠气筒存储定压气

体，操作相当不便。有的仪器厂制出用电动离心

鼓风机产生 100 mm H2O 压力的 STD 型测定仪

（见图 7），取消了水筒和气筒，操作较为方便。但

阻流孔的检查和校正仍需使用带水筒和气筒的

透气性测定仪。国外新式仪器用管道压缩空气自

动少许顶起气钟后，根据气筒下降一短距离的时

间，靠微机自动计算和显示出透气性，不用阻流

孔（见图 8）。

（8）自来水对仪器的水筒有一定的腐蚀，建

议使用蒸馏水，且在水中加入少量的重铬酸钾，

以延长仪器的使用寿命。

5 型砂湿态强度

型砂的强度用标准试样在受外力作用破坏

时的应力值来表示。我国法定计量单位为兆帕

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

70 现代铸铁 2010 / 2

第5页

图 7 电动透气性仪器

图 8 新式自动透气性

测定仪

（MPa）或千帕（kPa）。以前常用的千克力/平方厘

米（kgf/cm2

）或千克/平方厘米（kg/cm2

）可按以下

等式折算成法定单位：1 kgf/cm2

＝98.1 kPa≈100

kPa≈0.1 MPa。欧洲铸造行业常用力的单位为 N

（牛），应力计量单位为 N/cm2

，1 N/cm2

=10 kPa =

0.01 MPa。

5.1 型砂强度的测定

按照 GB/T 2684-2009，检查型砂的常温湿

态抗压强度、抗剪强度、抗拉强度或劈裂强度，都

是用同样的圆柱形标准试样 （φ50±1 mm×50±1

mm）（见图 9）。称取一定量的型砂放入圆形标准

试样筒中，在锤击式制样机上冲击三次，从试样

筒中顶出后，即可以检测各种湿态型砂强度。湿

态强度应由三个测试的试样强度平均值计算得

出。其中任何一个试样的强度值与平均值相差超

出 10％时，试验应重新进行。

补充说明：

（1）用顶样柱将试样顶出时可能需要较大力

气，紧实率较低的高密度造型的型砂尤其费力。

一定要将手躲开试样筒的下边缘，防止试样筒突

然下落将手挤破。顶出前将试样筒套在顶样柱上

轻轻磕动几下，有助于减轻顶出力。

（2）各种常温型砂强度的测定所用国产强度

试验机大多为 SWY 型液压万能强度试验机 （图

10）。试验时，转动手轮带动丝杠，推动油缸内的

活塞而产生水平方向压力，通过油缸前部的活

塞，将力传递给固定在机体上的试样，其压力值

由压力表指示。加载前将压力表上的被动针拨回

零位，以便能够显示出试样破碎时指针达到过的

强度数值。压力表上的三圈刻度值分别代表抗

压、抗剪和抗弯强度，单位为 MPa。

（3）我国生产的 SWY 型液压强度试验机是

仿照瑞士 GF 公司老式产品制成的，有两种压力

表。低压表适用于早年湿态型砂湿压强度不高的

情况，测定范围为 0～130 kPa；高压表用来测定芯

砂强度，测定范围 0~1 300 kPa。由于如今湿型砂

的强度已经大为提高，抗压强度可能处于低压表

的顶端或高压表的低端。测定时必须根据所测试

样的不同强度值经常更换压力表。压力表的示值

精度只有 2.5％，直接用高压表测定湿压强度的

精度为 32.5 kPa，相当于常见湿压强度的±16％～

25%，对湿型砂而言测试精度过低。因此 GF 公司

早已将低压表的测定范围更改为 0~320 kPa，使

它适合测定高密度湿砂型的型砂强度。我国仪器

制造工厂也应将低压表的测定范围扩大。

（4）国产 SWY 型液压万能强度试验机有的

会出现漏油现象，而且使用和维修都不方便。个

别工厂宁愿使用以前购得的杠杆式强度试验机，

认为这种仪器的结构简单、维修方便、不易损坏。

但杠杆式仪器精度相当低，靠手动旋转丝杠来移

动杠杆的支点很难精确读出强度的峰值。如果型

砂的韧性较高，试样碎裂前的变形量较大，更难

判断支点停留位置。仪器厂现已停止生产供应杠 图 9 常温湿态强度试样类型

抗压强度 抗剪切强

度（竖剪）

抗剪切强

度（横剪）

抗拉强度 抗劈强度

机体 工作活塞

压力表

手轮

图 10 SWY 型液压万能强度试验机

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

现代铸铁 2010 / 2 71

第6页

杆式仪器。

（5）国内有一种利用机械系统加载的数显式

强度试验机，用电动机驱动，通过减速箱、加载丝

杠使上横梁向上移动，对垂直放置的试样加载，

靠在上横梁固定的传感器将力值转换为电信号，

再显示成抗压强度值。此仪器的传动机构复杂，

目前在工厂中实际应用不多。

（6）型砂强度测定仪器最理想的驱动方式是

利用压缩空气。一般铸造工厂的型砂实验室都很

容易接通压缩空气管道，使用压缩空气驱动，不

存在漏油问题，也避免了复杂的机械传动系统。

一种国外生产的万能强度测定仪使用压缩空气

为动力，采取水平方向加载，可以自动数显测得

强度（见图 11）。

（7）清华大学研制出 SMT 型气动型砂多功

能试验机（见图 12）。按动电钮后，试验机自动接

通气路，下夹头开始举升加载，开始时为快速，到

试样接近上夹头时自动改为慢速。试样破碎时试

验机自动停车，下夹头自动返回到原来位置，测

定结果由液晶屏幕自动显示。试验机的强度示值

精度可达到 1.0%。试验机具有内置位移传感器，

可以测定和显示出试样达到最高强度值的变形

量。除了可以测定型砂的湿态抗压强度以外，更

换测试附件和揿动控制板上的功能选择钮，还能

测定型砂的抗剪强度，芯砂的长条抗弯、圆盘抗

弯、“8”字试样抗拉等强度。

5.2 测定型砂湿压强度

按照 GB/T 2684-2009，制成的试样从试样

筒中脱出后，应立即进行湿压强度试验。将抗压

试样置于预先装置在强度试验机上的抗压夹具

上，逐渐加载，直至试样破裂，其强度值可直接从

仪器中读出。

5.3 测定湿态抗剪强度

与抗压强度试验基本相同。试验前将抗剪夹

具安装在试验机上，然后将圆柱形标准试样安放

在抗剪夹具上（见图 13），操作方法与抗压强度

相同。

补充说明：

按照图 13 使用 SWY 型液压万能强度试验

机时，加载使试样沿轴的中心线被剪成两块。从

压力表的刻度盘上读出抗剪强度。使用 SMT 型

试验机时，将上、下夹头更换成剪切夹头。其他操

作与湿压强度试验相似。另一种较新的湿态抗剪

强度测试方法是横向剪切方法，清华大学研制出

图 11 新式气动

加载万能强度测

定仪

图 12 SMT 型气动型砂多功能试验机结构简图

1-立柱式框架结构 2-加载气缸 3-试样加载夹具

4-测力传感器 5-位移传感器 6-控制及数据处理系统

图 13 剪切强度试验示意图

试验机

夹具孔 左剪托架

圆柱形

试样 右剪托架

试验机

工作活塞

图 14 SJB 型剪切强度及变形量仪器工作原理图

1-固定支架 2-试样筒 3-测试环 4-锁紧螺钉 5-连接

件 6-压力传感器 7-位移传感器 8-轴 9-轴承 10-螺

旋测微计 11-摇柄 12-微型计算机系统

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

72 现代铸铁 2010 / 2

第7页

的 SJB 型仪器（见图 14）可以同时测出型砂的剪

切强度和剪切破坏时的变形量。所用试样筒的一

端为 15 mm 高的测定环，制得的标准圆柱试样

处于试样筒和测定环之内。测量时将试样筒倒挂

固定在支架上，安装在测试架上的压力传感器测

头和位移传感器的伸缩杆由连接件相连同步运

动。转动螺旋测微器的螺钉，使顶尖进给顶向测

定环，对试样施加缓慢而连续的横向剪切力，直

到测定环及其中的一段试样断裂和开始掉落。经

微型计算机处理后即可由仪器的数码管显示和

打印出试样的剪切强度（kPa）和剪切应力达到最

大值的变形量（mm）。所得出的横向湿剪强度数

值与纵向剪切是一致的。

5.4 湿拉强度

GB/T 2684-2009 没有测定湿态抗拉强度的

规定。

补充说明：

湿态抗拉强度是防止吊砂起模破坏的主要

型砂性能之一。具有 SLR 型砂热湿拉强度试验

仪（图 15）的型砂实验室可以用它测定型砂的常

温湿拉强度。使用特制的组合式试样筒（图 16）

制作试样，不需加热即可进行试验。将型砂装入

特制的常温湿拉强度试样筒中，在制样机上锤击

三次使试样高度为 50 mm。测试时去掉托盘和连

接筒，将上下两个试样筒一起放入试样导轨中，

并推至导轨终端。按下仪器的加载按钮，直至试

样从上下试样筒中间被拉断，即可从记录仪上读

出试样被拉断的数值。由于一般的型砂实验室中

缺少测试湿拉强度试验机和特制试样筒，目前我

国铸造厂较少应用。

5.5 劈裂强度

GB/T 2684-2009 没有测定湿态劈裂强度的

规定。

补充说明：

为了能够使用简单的仪器测出接近反映型

砂抗拉强度的数值，将圆柱形标准试样横放，使

它在直径方向受压应力（见图 17），就可以得出

近似抗拉强度的劈裂强度值。

使用 SWY 型试验机时，将圆柱形标准试样

横放在强度试验机两个加压板中间，用手托住试

样以防掉落。摇动手轮，使托架与试样接触后再

将手离开试样。继续加载，圆柱形试样靠近两个

加压板处形成楔形砂条，迫使试样承受向两侧分

裂的拉应力，直到试样开裂成两半块为止。使用

SMT 型试验机时，只将圆柱试样水平放置即可，

不需手扶。劈裂强度计算如下：

σSP= 2P

πdL

式中：σSP——型砂劈裂强度/×10 kPa；

P——劈裂载荷/N；

d——试样直径，5 cm；

L——试样高，5 cm。

（未完待续）

（编辑：袁亚娟，E－mail：xdzt-yyj@126.com）

图 16 常温湿拉

强度试样筒

图 15 SLR 型热湿拉强度仪

托盘

下试样筒

上试样筒

连接筒

抗劈裂强度 图 17 劈裂强度试验示意图

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

现代铸铁 2010 / 2 73

第8页

2010 / 3 现代铸铁

湿型砂性能检测技术（3）

于震宗

（清华大学 机械工程系，北京 100084）

编者按：目前，粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸

件，如气缸体、气缸盖、曲轴、制动鼓等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合

料试验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T

9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂，同时参照了美国砂型

和砂芯试验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测和湿型砂原材料质量测

定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及自己参加的科研和操作

实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测的技巧，并针对国内外相应的检测方法和检测仪器性能提出了自己

的见解。

“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动

性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容；

“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原材料的质量判定标准和检测技术共 4 节

内容。两文十分适合铸造工厂型砂实验室主管工程技术人员以及从事造型材料研究、生产和销售的人员阅读。本刊从

2010 年第 1 期起连载刊登这两篇文章。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2010）03-0083-04

Test Technique of Green Sand Properties（3）

YU Zhen-zong

（Machinery Engineering Department，Tsinghua University，Beijing 100084）

收稿日期：2009-11-10 修定日期：2010-01-13

作者简介：于震宗（1924.12-），男，教授，博士生导师。

6 韧性（破碎指数）

GB/T 2684-2009 没有测定型砂破碎指数的

规定。

破碎指数是一种间接代表韧性的方法。可使

用 SRQ 型落球式破碎指数测定仪进行测定 （见

图 18）。将圆柱形标准型砂试样放置在铁砧上，

用一个钢球（质量为 510 g）从 1 m 高度砸下，砸

在试样上使它碎开，并向直径为 200 mm 的筛圈

碰撞而破碎。大块停留在筛网上面，小块通过筛

网漏到底盘中。按照下式计算出型砂的破碎指

数，型砂的破碎指数越大，表示它的韧性越高。

破碎指数= 筛网上大砂块重量

标准试样原来重量 ×100

补充说明：

（1）仪器工厂用 10 mm 筛网制造破碎指数

测定仪。使用后发现筛网的网丝距离稍嫌密，在

合理范围内变动膨润土量、紧实率等参数时，破

碎指数的数值展开不够宽，不如将网孔中心距增

大到 12.7 mm（2 目/英寸）。

（2）该仪器工厂生产的仪器缺点是钢球落下

后并不停置在铁砧上，它将继续滚落到筛网上，

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

第9页

83

现代铸铁 2010 / 3

使一部分本来停留在网上的砂块受振击和碾压

破碎通过筛网，从而影响测试结果。为了防止钢

球滚落，将具有三根直立细钢丝的钢环套在铁砧

上。目前尚无破碎指数测定仪器的结构标准。如

将砧座突出筛网的高度减小到不超过 2~3 mm，

并注意调整测定仪的垂直度，不加钢丝也可以减

轻钢球滚落筛网的震动。

（3）韧性反映的是将物体破坏所需做的功大

小，它包含了强度和变形量两种参数。因此也可

以用型砂试样受力破碎的变形量代表韧性。应用

图 12 的 SMT 型气动型砂多功能试验机和图 14

的 SJB 型剪切强度及变形量仪都可以测定出试

样达到最高强度值的变形量，自动计算和显示出

型砂试样破碎的功，从而代表型砂的韧性。

7 型砂可紧实性和流动性

GB/T 2684-2009没有测定型砂可紧实性和

流动性的规定。

型砂的颗粒在外力作用下紧密靠近的性能

称为“可紧实性”。型砂在外力作用下质点可以竖

向和横向移动，越过模样的边角，通过狭窄缝隙

和孔洞的性能称为“流动性”。通常流动性好的型

砂可紧实性也好，二者难以严格区分。型砂的造

型充填紧实方法种类繁多，所要求的可紧实性和

流动性的种类并不全相同，没有统一的测试方

法。以下介绍几种使用稍多的测试方法，测定装

置的结构都甚简单，铸造工厂可以自行制作。

7.1 试样重量法

最简单的测试方法是称量型砂试样的重量。

测定型砂 50×50 mm 标准圆柱试样的重量，可反

映型砂在紧实过程中的可紧实性。重量越大，表

明可紧实性越高。有些对型砂质量控制严格的工

厂，要求记录下冲击型砂标准试样所用砂的重

量，用来察觉型砂的“紧实流动性”是否出现变

化。

同样原理，称量测定型砂紧实率后顶出的试

样重量，可反映不同型砂在松散状态下流动的性

能，可称为“松散流动性”。

7.2 试样冲击阻力法

国内日资工厂所用试验方法是将冲击

φ50×50 mm 标准试样所需型砂量置入试样筒

中，先用制样机的重锤冲击两次，记下高度。再用

重锤冲击一次，第三次冲击前后的试样高度减少

量（mm）表示“抗缩值”。得到的数值越低，表明冲

紧阻力越小，型砂的可紧实性越好。

7.3 阶梯试样硬度差法

在圆柱形标准试样筒中放置一块高度为 25

mm 的半圆形金属块。将 110~120 g 型砂放入试

样筒中，用制样机冲击三次（如图 19）。将试样筒

翻转后先测定试样筒底盖端面 A 处的试样硬度，

将试样顶出一半距离后再测定金属块端面 B 处

的硬度。二者的硬度值差别越小，说明型砂向空

隙中移动的流动性越好。计算公式如下：

型砂流动性= HA

HB

×100%

式中：HA——A 处硬度值；

HB——B 处硬度值。

7.4 环形空腔法

试验时按照圆柱形标准试样的重量称取型

砂，置入专门的环形空腔试样筒中（见图 20），在

制样机上冲击 3 次。测量试样的高度，高度越小，

表示型砂向侧面空腔的流动性越好。计算按下

式：

型砂流动性= h0-h

h0-h100

×100%

式中：h0——流动性为 0 时的试样高度，50 mm；

h100——流动性为 100％时的试样高度，35

mm；

h——实际试样高度/mm。

7.5 漏孔法

称取 170 g 型砂放入标准试样筒中，先在制

样机上冲击一次，而后将试样筒放在一个有 25

mm 孔的漏孔柱上（见图 21）再冲击二次。将从

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

84

第10页

2010 / 3 现代铸铁

φ25 mm 漏孔中落下的型砂进行称量，通过漏孔

落下的型砂越多，说明型砂通过孔洞的流动性越

好。计算公式如下：

型砂流动性= 漏砂重量

试样重量 ×100%

8 含泥量

GB/T 9442 1998《铸造用硅砂》规定，型砂中

直径≥20 μm 的颗粒视为砂粒，直径小于 20 μm

的微细颗粒视为“泥分”。

含泥量的测定方法是采用冲洗法，根据悬浮

在水中的砂和泥分的直径大小不同，其下降速度

也不同的原理将泥分与砂粒分开，称量剩余砂粒

的重量即可得泥分的含量。按照 Stokes 公式计算

颗粒在水中沉降速度，如水温为 20 ℃，静置 5

min 后，直径大于 20 μm 的砂粒应沉降到距离水

面 100 mm 以下。没有沉到 100 mm 以下的细粒

部分则属于泥分的一部分，可用虹吸管将这部分

水和悬浮的泥分吸出。经过多次反复沉降和虹

吸，直到水清为止，表明砂样中泥分已洗净。

8.1 含泥量的测定

GB/T 2684-2009 规定：称取 105~110 ℃烘

干的型砂 50±0.01 g（如不需要进行粒度测定，可

称取20±0.01 g），放入容量为 600 mL 的专用洗砂

杯（图 22） 中，再加入 390 mL 蒸馏水和 10 mL

5%焦磷酸钠溶液。在电炉上加热后从杯底产生

气泡能带动砂粒开始计时，煮沸约 4 min 冷却至

室温。将洗砂杯放置于涡旋式洗砂机（见图 23）

托盘上锁紧，洗砂机的搅拌叶片材质为硅橡胶，

厚度 5 mm，直径 21 mm。搅拌 15 min 后取下洗

砂杯，再加入清水（自来水）至标准高度 125 mm

处，用玻璃棒搅拌约 30 s，静置 10 min，虹吸排

水。第二次仍加入清水至标准高度 125 mm 处，

玻璃棒搅拌约 30 s、静置 10 min 后虹吸排水。第

三次及以后的操作与第二次相同，但每次仅静置

5 min，虹吸排水。（若测试结果要求非常精确时，

可根据下表所列不同水温选择静置时间）。这样

反复多次，直至洗砂杯中的水透明不再带有泥分

为止。

最后一次将洗砂杯中的清水排除后，把试样

和余水倒入直径为 100 mm 左右的玻璃漏斗（漏

斗中装有定性滤纸）中过滤，将试样连同滤纸置

于玻璃皿中，在电烘箱中烘干至恒重 （温度为

105～110 ℃条件下烘 60 min 后，称其质量，然后

每烘 15 min 称量一次，直到相邻两次之间的差

数不超过 0.01 g 时为恒重）。烘干后置于干燥器

水温/℃

静置时间/s

10

340

12

330

14

315

16

300

18

290

20

280

22

270

24

255

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

第11页

85

现代铸铁 2010 / 3

内，待冷却至室温时称量，称量后的试样置于干

燥器内备用。

8.2 结果表述

含泥量以质量百分数 X2 计，数值以%表示，

按下式计算：

X2= G3-G4

G3

×100

式中：G3——水洗前试样质量，单位为克（g）；

G4——水洗后试样质量，单位为克（g）。

补充说明：

（1）应当使用专用的 600 mL 洗砂杯（耐热玻

璃高烧杯），不要用 500 mL 普通玻璃烧杯。否则

沉降距离不够 100 mm，或者水面 100 mm 之下

与沉淀砂粒距离太近，容易将砂粒虹吸掉。经验

表明，高度为 180 mm 的 800 mL 耐热玻璃高烧

杯更好用，试料液体不易沸出，也便于用手搬动。

（2）开始时烧杯中加有 390 mL 蒸馏水或去

离子水，不用自来水的原因是硬度较大的自来水

中含有钙和镁离子，型砂和旧砂在碱性溶液中能

够生成团絮状的钙盐和镁盐等固体析出物。飘浮

的絮状物容易夹杂砂粒，虹吸时会被吸掉而造成

测定误差。

（3）加 入 10 mL 浓 度 为 5％ 的 焦 磷 酸 钠

（Na4P2O7

·10H2O）溶液的作用是分散开砂粒上包

覆的膨润土。

（4）为了使砂粒上的粘土膜完全分散，杯中

液体需进行煮沸处理。按照 GB/T 2684-2009 的

规定应当煮沸约 4 min，冷却后再在涡旋式洗砂

机中搅拌 15 min。研究工作表明，搅拌作用有利

于打散絮状物，但也有可能将砂粒打碎；如将煮

沸时间保持为 5 min，就可使泥分完全分散，不再

需要用洗砂机搅拌。洗砂烧杯的加热应当在垫有

石棉网垫和装有调压器的盘式电热炉上，沸腾时

应当及时降低电压和用手照料烧杯，以免喷溅和

烧杯蹦跳。

（5）烧杯中液体冷却后，加入清洁自来水至

标准高度 125 mm 处。用竹木筷子或细塑料棍搅

拌均匀，不必使用玻璃棒搅拌，以免操作不慎而

捅漏玻璃烧杯。搅拌以后开始静置，应注意搅拌

时液面不可形成漩涡，并尽量使沉淀下的砂层平

坦无凸起处。静置 10 min 后用虹吸管吸出距水

面下 100 mm 以上的混水。吸水时最好使虹吸管

的入口端紧贴烧杯内壁逐渐下降，以便监察下降

深度。不可将虹吸管一下插到底，以免水流过猛

而吸出砂粒。第二次可以只加清水，不加焦磷酸

钠溶液，也不需煮沸，只用手搅即可，然后静置

10 min 和虹吸。从第三次起改为静置 5 min，直到

洗砂杯中水质清澈不含泥分为止。笔者经验表

明，向洗砂杯中加入自来水时，可以猛开水龙头，

利用水的冲击力使砂样分散悬浮。不需要手工搅

拌，沉淀砂层相当平整。可以简化实验操作和节约

测定时间。但须注意水流不可过猛而溅出杯外。

（6）AFS 型砂试验手册中介绍的自动洗泥

仪（图 24）将分散完成的洗砂杯放置在仪器的杯

座上，仪器自动从上方进水管加水，靠水流的冲

击力使砂样分散悬浮于水中，杯中水位用传感器

自动控制。水充满后自动按照程序规定时间静

置，然后距离杯底 25 mm 的吸水管自动将上部

水抽空。如此反复冲洗直至上部水澄清时停止操

作。国内有些单位已使用这种进口仪器。

（7）随水温的静置时间变化表格来自 Stokes

公式中沉淀速度因水温使水的密度和粘度随温

度有一些变化。但砂样中硅砂的石英、长石密度

并不相同，煤粉的真密度只有石英的一半左右，

对沉降速度影响甚大。因此，测出的型砂含泥量

只是近似值，也不必非常精确，铸造工厂在日常

检测中不需要随水温而改变静置时间。

（8）把试样和余水倒入装有定性滤纸的玻璃

漏斗中过滤的工序比较费时。可以把玻璃杯中剩

余的水细心倒出，将玻璃杯连同砂子一起放进烘

干炉烘干，然后用刷子把砂粒扫下来称量即可。

或者把玻璃杯中水和砂子一同倒入搪瓷盘中，再

倾出剩余的水后，置入烘干炉烘干。

（未完待续）

（编辑：袁亚娟，E－mail：xdzt-yyj@126.com）

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

86

第12页

2010 / 4 现代铸铁

图 25 SSZ 振摆式筛砂机

电动机及齿轮箱

振

筛

架

试验筛

湿型砂性能检测技术（4）

于震宗

（清华大学 机械工程系，北京 100084）

编者按：目前，粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸

件，如气缸体、气缸盖、曲轴、制动鼓等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合

料试验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T

9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂、GB/T20973-2007 膨润

土，同时参照了美国砂型和砂芯试验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测

和湿型砂原材料质量测定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及

自己参加的科研和操作实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测的技巧，并针对国内外相应的检测方法和检

测仪器性能提出了自己的见解。

“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动

性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容；

“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原材料的质量判定标准和检测技术共 4 节

内容。两文十分适合铸造工厂型砂实验室主管工程技术人员以及从事造型材料研究、生产和销售的人员阅读。本刊从

2010 年第 1 期起连载刊登这两篇文章。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2010）04-0087-04

DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2010.04.013

Test Technique of Green Sand Properties（4）

YU Zhen-zong

（Machinery Engineering Department，Tsinghua University，Beijing 100084）

9 砂粒的粒度

9.1 粒度测定

按照 GB/T 2684-2009 的规定，将振摆式筛

砂机（图 25）或电磁微振式筛砂机（图 26）的定时

器旋钮旋至筛分所需要的时间位置（如采用电磁

微振式筛砂机筛分时，同时要旋动振幅旋钮，使

振幅为 3 mm）。将测过含泥量的试样放在全套的

铸造用试验筛最上面的筛子 （表 1 中的筛号 6）

上，进分筛分。筛分时间 12~15 min。当筛砂机自

动停车时，松动紧固手柄，取下试验筛，依次将每

一个筛子以及底盘上所遗留的砂子，分别倒在光

滑的纸上，并用软毛刷仔细地从筛网的正反面刷

下夹在网孔中的砂子。称量每个筛子上的砂粒质

量。

9.2 结果表述

粒度组成按每个筛子上砂子质量占试样总

质量的百分率进行计算。将每个筛子及底盘上砂

子质量与含泥量试验前后试样的质量差 （G3-

G4）相加，其总质量不应超出（50±1）g，否则试验

应重新进行。

收稿日期：2009-11-10 修定日期：2010－01－13

作者简介：于震宗（1924.12-），男，教授，博士生导师。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

第13页

87

现代铸铁 2010 / 4

9.3 平均细度的计算方法

首先计算出筛上停留的砂粒质量占砂样总

量的百分数，再乘以表 2 所列的相应的细度因

数，然后将各乘积相加，用乘积总和除以各筛号

停留砂粒质量百分数的总和，并将算得数值取

整，其结果即为平均细度。计算示例见表 3，计算

公式如下：

平均细度＝ PnnXn

ΣPn

式中：Pn——任一筛号上停留砂粒重量占总量的

百分数；

Xn——细度因数；

n——筛号。

补充说明：

（1） 新标准的网孔尺寸与我国以前的 JB

435 -63 和 JB 2488 -78 有一些差 异 ， 例 如 JB

2488-78 的12 和 75 号筛的网孔尺寸分别为 1.60

mm 和 0.200 mm，而新标准的相应筛号 12 目和

70 目的网孔尺寸分别为 1.70 mm 和 0.212 mm。

但差别不大，只要旧筛没有变形和漏孔，就可以

继续使用。

（2）由于筛网的制造需要使用特制的和尺寸

精密的装置，目前尚缺乏对铸造用标准筛产品质

量的有效检查监督。工厂实验室在进行筛分试验

以前，应当注意检查筛网有无破损或网孔变形。

筛分试验后需注意测定结果有无异常之处。例如

在某一中间筛网上出现经常性缺少停留量的奇

特现象，这可能是由于筛号排列错误。也可能是

该筛的筛网有漏洞或不易察觉的裂缝，需要用焊

锡或环氧树脂修补。

（3）用软毛刷从筛网的正面和反面刷下砂粒

时，会有一些砂粒夹在网孔中间不被刷下，可以

任其停留。切不可用尖锥捅下，或用力敲击筛子，

以免筛网变形。

（4） 我国有些铸造工厂习惯使用 GB/T

9442-1998 铸造用硅砂中表示牌号的首尾筛号

法表示砂子粒度，以主要粒度组成的三筛或四筛

的首尾筛号表示，如 50/100 或 50/140。

10 有效膨润土量测定方法

膨润土中所含的蒙脱石具有强烈的吸附金

属离子和色素的性能，其中以亚甲基蓝的吸附量

最大，而依利石、高岭石等粘土矿物的亚甲基蓝

吸附量很小，石英砂的吸附量极少。因而可以用

亚甲基蓝吸附量（简称为吸蓝量）来鉴定膨润土

的质量，也可用来检验型砂和旧砂中的有效膨润

图 26 SBS 电磁微振式筛砂机

表 2 筛号细度因数

筛号

细度因数

6

3

12

5

20

10

30

20

40

30

50

40

70

50

100

70

140

100

200

140

270

200

底盘

300

表 3 平均细度的计算示例

（砂样重量：50.0 g 泥分重量：0.56 g 砂粒重量：49.44 g）

6

12

20

30

40

50

70

100

140

200

270

底盘

总和

g

0

0.06

1.79

4.99

7.09

12.85

15.57

3.97

1.85

0.79

0.09

0.39

49.44

%

0.00

0.12

3.58

9.98

14.18

25.70

31.14

7.94

3.70

1.58

0.18

0.78

98.88

3

5

10

20

30

40

50

70

100

140

200

300

0

0.6

35.8

199.6

425.4

1028.0

1557

555.8

370.0

221.2

36.0

234.0

4663.4

各筛上停留量 筛号 细度因数 乘积

平均细度 = 4663.4

98.88 =47

表 1 铸造用试验筛型号、筛号与筛孔基本尺寸

型号

筛号

筛孔尺寸 /mm

型号

筛号

筛孔尺寸 /mm

SBS01

6

3.350

SBS01

70

0.212

SBS01

12

1.700

SBS01

100

0.150

SBS01

20

0.850

SBS01

140

0.106

SBS01

30

0.600

SBS01

200

0.075

SBS01

40

0.425

SBS01

270

0.053

SBS01

50

0.300

-

底盘

-

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

88

第14页

2010 / 4 现代铸铁

土含量。根据 JB/T 9227-1999《铸造用膨润土和

粘土》和 JB/T 9227-1999《铸造用湿型砂有效膨

润土及有效煤粉》的规定，测定型砂的亚甲基蓝

吸附量和有效膨润土含量计算方法的步骤综合

简述如下。

10.1 测定型砂的吸蓝量

配制浓度 0.200％的亚甲基蓝（试剂纯）溶液

和浓度为 1％的焦磷酸钠（化学纯）溶液备用。称

取 105～110 ℃烘干至恒重的型砂 （旧砂）5.00 g，

置于 250 mL 三角烧瓶中，加入 50 mL 蒸馏水使

其预先润湿。再加入浓度为 1％的焦磷酸钠溶液

20 mL，摇匀后在置有石棉网的盘式电炉上煮沸

5 min，在空气中冷却到室温。用滴定管向试料液

中滴入亚甲基蓝溶液。第一次可滴入预定量的 2/

3 左右，用手摇晃烧瓶 30 s，使亚甲基蓝被膨润

土充分吸附。用玻璃棒沾一滴溶液滴在滤纸上

（定量中速滤纸）。在滤纸上液滴直径最好为 10～

15 mm 左右。观察在深蓝色圆点的周围有无出现

淡蓝绿色的晕环（见图 27），如未出现，表明膨润

土的吸附尚未饱和。以后每次滴入 1～2 mL，摇晃

30 s 左右，再用玻璃棒沾一滴溶液点在滤纸上。

反复操作，直至出现晕环后静置 2 min，假如晕环

不消失，表明已达饱和点；否则每次继续滴入 1

mL，直至晕环保持稳定为止。此时滴定总量即为

型砂（旧砂）的吸蓝量（mL）。

10.2 有效膨润土含量计算

取车间所用的原砂和膨润土 105～110 ℃烘

干至恒重后，分别在 5 个 250 mL 的三角烧瓶中

加入膨润土 0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 g 及硅砂

4.90、4.80、4.70、4.60、4.50 g，使每份原砂和膨润

土总量为 5.00 g，按照前述测定型砂吸蓝量的同

样步骤，分别测试出各自滴定量。以试料中膨润

土加入量（％）为横坐标，亚甲基蓝溶液滴定量

（mL）为纵坐标，绘制标准曲线（见图 28）。由

5.00 g 型砂（旧砂）的亚甲基蓝滴定量查出有效

膨润土含量。

补充说明：

（1） 所用亚甲基蓝试剂为分析纯（≥98.5％

或≥98%），用滴定法检验有效膨润土量时可视

为纯品，并不需要将吸蓝量的测定结果折算成

100%纯度亚甲基蓝的滴定量。生物染色用亚甲

基蓝的纯度可能只有 60%～80％，不可使用于测

定吸蓝量。

（2）机械行业标准 JB/T 9227 1999 的规定要

求“配制亚甲基蓝溶液前将亚甲基蓝试剂在 93±

3 ℃烘干至恒重，……”是错误的。美国石油学会

曾考虑到所用亚甲基蓝含结晶水数量不完全是

分子式中的 3H2O，还可能搀杂有少量含 2、3、4

和 5 个结晶水的亚甲基蓝，为了确定所用美国药

典级亚甲基蓝的分子量是否偏离 373.89，将亚甲

基蓝在 200±5 °F（93±3 ℃）烘干至恒重，用来修

正配制滴定溶液时的亚甲基蓝称取量。并不将配

制滴定液用亚甲基蓝试剂烘干以免变质。实际

上，世界主要工业国家铸造行业的滴定法用亚甲

基蓝试剂都不烘干试剂来修正亚甲基蓝称取量。

因为结晶水数量的差异并不显著，对滴定液的浓

度影响也不明显。

（3）美国铸造学会规定滴定用亚甲基蓝溶液

浓度为 0.374％。笔者当年考虑到亚甲基蓝溶液

色泽较深和不透明。配制溶液时难以看清楚亚甲

基蓝晶体是否已完全溶解。因此将溶液浓度降低

图 27 滤纸上液滴图

图 28 有效膨润土标准曲线

70

60

50

40

30

20

10

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

4.9 4.8 4.7 4.6 4.5

0 膨润土 /g

硅砂 /g

2 4 6 8 10 膨润土（%）

亚

甲

基

蓝

滴

定

量 /mL

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

第15页

89

到 0.20％，可以确保不需加热即可充分溶解。

（4）配制好的亚甲基蓝溶液应当倒入暗棕色玻璃瓶中贮放，否

则也会逐渐变质。如果配制的亚甲基蓝溶液存放较长时间，最好选

取一种膨润土作为标样，烘干后装入有盖容器和放入干燥器中存

放，测定膨润土标样 0.20 g 的当时吸蓝量与目前用亚甲基蓝溶液滴

定量对比，即可察觉是否已开始变质。由此可以得出所用亚甲基蓝

滴定溶液的校准系数。

（5）JB/T 9221-1999 规定出现晕环后将试样静置 2 min，而欧美

各国铸造方面标准则要求摇晃或搅拌 2 min，可以使膨润土的吸附

更加充分。建议采取摇晃 2 min。

（6）上世纪 70 年代初期，清华大学建议称取烘干和磁选除掉铁

粒的型砂或旧砂试料 5.00 g 进行吸蓝量检验。但是如今高密度造型

的型砂湿压强度可能是那时的一倍左右，型砂中有效膨润土含量可

能高达 7%~12%，对于 5.00 g 砂样所需要的 0.20%浓度亚甲基蓝溶

液的滴定量都超过 50 mL，需要向容积 50 mL 滴定管中补充加入滴

定液，给试验操作带来不便。建议将砂样重量减少一半，改为称取 2.

50 g，测得结果乘以 2 仍然代表 5.00 g 砂样的滴定量。

（7）绘制有效膨润土量标准曲线的方法是比较繁琐的。可简化

为只取 0.30 g 膨润土与 4.70 g 硅砂混合，将测出滴定量除以 6 即可

得出每 1.00%有效膨润土的亚甲基蓝滴定量（mL）。由此可以方便地

计算出型砂的有效膨润土含量（%），能满足铸造生产控制型砂性能

的需要。

10.3 可用粘土和工作粘土

自五十年代末期起，美国有些人通过有关砂、膨润土、水系统的

试验研究工作结果绘制成网格图，从图中推导出型砂总的粘土量

（可用粘土），以及真正起着粘结砂粒作用的粘土量（工作粘土）。后

来经过几次修改，将原来得出的“粘土”改称为笼统的“粘结剂”。并

以“AB”代表砂中总的粘结剂量（可用粘结剂），以“WB”代表正在起

粘结作用的粘结剂量（工作粘结剂）。由图推导出 AB 和 WB 的两个

计算公式，将湿压强度的单位折算成国际计量单位后表示如下：

AB（％）=（1.572 9×GCS）＋（1.316×MOIST）；

WB（％）=（221.6×GCS）÷（132.1－COMPACT）

式中：GCS——湿压强度（kPa）；

MOIST——型砂含水量（%）；

COMPACT——紧实率（%）。

到上世纪 90 年代末期，考虑到湿型砂中大多数含有煤粉，膨润

土含量已超过绘制原图时的 5%~7%，而且在美国天然钠基膨润土和

钙基膨润土是按不同比例掺合使用的，砂粒分布也分散到 4~5 筛，

混碾效率有所提高。因而绘制出的图形由两组不规则的粘土量弧线

和波浪形紧实率线条组成，难以用简单的数学式计算出 AB 和 WB。

目前我国有些外资铸造工厂仍然采用上述计算式估计型砂中整体

粘土量和起作用的粘土含量。

（未完待续）

（编辑：袁亚娟，E－mail：xdzt-yyj@126.com）

第16页

2010 / 5 现代铸铁

湿型砂性能检测技术（5）

于震宗

（清华大学 机械工程系，北京 100084）

编者按：目前，粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸

件，如气缸体、气缸盖、曲轴、制动鼓等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合

料试验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T

9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂、GB/T20973-2007 膨润

土，同时参照了美国砂型和砂芯试验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测

和湿型砂原材料质量测定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及

自己参加的科研和操作实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测的技巧，并针对国内外相应的检测方法和检

测仪器性能提出了自己的见解。

“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动

性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容；

“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原材料的质量判定标准和检测技术共 4 节

内容。两文十分适合铸造工厂型砂实验室主管工程技术人员以及从事造型材料研究、生产和销售的人员阅读。本刊从

2010 年第 1 期起连载刊登这两篇文章。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2010）05-0077-04

DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2010.05.012

Test Technique of Green Sand Properties（5）

YU Zhen-zong

（Machinery Engineering Department，Tsinghua University，Beijing 100084）

收稿日期：2009-11-10 修定日期：2010－01－13

作者简介：于震宗（1924.12-），男，教授，博士生导师。

11 有效煤粉量和发气量

上世纪六十年代初期，当时分析了煤粉防铸

铁件粘砂作用机理，认为主要靠的是挥发分，因

而用测定型砂或旧砂受热挥发出气体的容积来

计算有效煤粉含量。后来为了便于自动显示和记

录，将检测发气容积改为发气压力，研制出 SFL

型发气性测定仪（工作原理见图 29）。

11.1 型砂发气量测定

JB/T 9221-1999《铸造用湿型砂有效膨润土

及有效煤粉》规定，测定型砂（旧砂）的有效煤粉

量时，将测定仪升温至 900 ℃，称取生产所用煤

粉 0.01 g，置于瓷舟内（瓷舟预先在 1 000 ℃灼烧

30 min，冷却后在干燥器中保存）。然后将盛有试

样的瓷舟送入发气性测定仪的石英管红热部分，

立即塞上胶皮塞，保温 7 min，记录下试料的发气

量。按上述同样方法测定 0.01 g 膨润土及其它附

加物的发气量。最后，再按上述方法测定除去含

铁物质和风干过的 1.00 g 型砂（旧砂）的发气量。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

77

第16页

现代铸铁 2010 / 5

11.2 试验结果计算

有效煤粉量可用下式计算：

X＝ Q1－ΣQ

Q ×100

式中：X——型砂（旧砂）中有效煤粉含量（％）；

Q1——1.00 g 型砂（旧砂）的发气量/mL；

ΣQ——1.00 g 型砂（旧砂）中除煤粉外的膨

润土和其它附加物的总发气量/mL；

Q——0.01 g 煤粉所产生的发气量/mL。

补充说明：

（1）按照 JB/T 9221-1999 规定称取生产所

用煤粉测定发气量是不适宜的。应当称取经过

105～110 ℃烘干 30 min 盛放在玻璃杯和存放在

干燥器中的煤粉，不应当称取含有多少不等水分

的生产用煤粉。还有，要求煤粉的称取量为 0.01

g，这就要求使用感量为 0.001 g 的精密天平。但

是 0.01 g 煤粉的发气量只有 3.0～4.5 mL，位于仪

器微压计的非敏感范围，容易形成误差。应当称

取煤粉 0.10 g，相当于 1 g 型砂中含有煤粉 10％，

发气范围在 30～45 mL 之间，测定结果除以 10，

即为每 1％有效煤粉的发气量。

（2）待测定的型砂（旧砂）试料最好预先经过

烘干。如果要求急速得出测定结果，也可用风干

试料进行测定。所含水分不会形成发气量，但所

占重量需从试料中扣除。型砂（旧砂）应先磁选除

掉铁粒，将粗粒和粉末部分的试料均匀称取

1.00 g 装入不锈钢舟（或瓷舟）中。注意送样钩的

长度需能使试料舟准确送至管中心。购买发气量

测定仪时，附带供给不锈钢舟数只。与瓷舟相比

的优点是重量一致不影响发气速度，坚固耐用不

会破碎。

（3）刚开始测试时应将装有 1 g 左右型砂的

不锈钢舟推入石英管中加热，使所产生的还原性

气体置换掉管中流入的空气。这种操作需反复

2~3 次，然后才进行正式检验，否则煤粉发出的

还原性气体将与管中残留空气中氧气进行燃烧

而产生严重试验误差。

（4）试验完毕后，应将石英管口立即打开，防

止温度下降时测试系统中产生负压而损坏微压

传感器。

（5）上述计算式中的 ΣQ 考虑到膨润土和其

它附加物的发气量，使测试和计算复杂化。有效

煤粉的测试并不要求过分精确，两位有效数字即

可满足型砂性能控制。膨润土受热析出的气体主

要是水分，已经在仪器中冷凝而不占容积。其它

附加物如型砂中混入的溃散砂芯受热会发出还

原性气体，也同样起防止铸件粘砂作用，可以与

煤粉一并考虑。膨润土中可能含有少量碳酸盐，

受热发气比煤粉挥发分的发气量少。因此在日常

生产中可以将 ΣQ 一项删掉，简化计算式。

（6）长期使用后，仪器胶管老化或石英管破

裂使测试出现异常现象时，应将 50 mL 注射器安

装在石英管口上，注入约 50 mL 气体，如果 5 min

内记录仪指针变化大于 1 小格，说明检测系统有

漏气。应当立即请仪表工修理和重新校准。

（7）有的工厂感到 SFL 型发气量测定仪价格

较贵，难以购置。笔者当年使用的简易仪器如图

30。这种仪器结构简单，能够自行制作。加热瓷管

虽然不如石英管耐用，但细心使用至少可用几百

次不坏。尽量挑选使用厚度均匀的瓷舟，保证发

气速度基本一致。用细不锈钢焊丝（铁丝也可以）

按照图 31 自制试样钩，测定时试样钩与瓷舟一

同留在加热瓷管内，试验完后一同拔出，使操作

大为简化。

（8）仪器结构还可以取消冷凝管，使自行制

作更为简化。冷凝管的作用本来是使水汽凝结成

液态而不占体积。但在多年使用中从未发现橡胶

管和冷凝管中有积留水分。因为发气容积只占瓷

管出口端很短的一小段 （长度不超过 70～100

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

78

第17页

2010 / 5 现代铸铁

mm），这段气体仍然是低温的，并不含有水蒸气。

离开高温区的水蒸汽在瓷管低温部位已经凝聚

成液体水。试验结束后凝聚水分会逐渐蒸失。

11.3 灼烧减量法

有些外资铸造工厂靠测定型砂或旧砂的灼

烧减量（简写为 LOI）代表铸铁用湿型砂的抗粘

砂能力。虽然得不出具体的有效煤粉量时，实验

操作也比较费时，但可利用化验室的设备和器

材，仍为可行方案之一。根据 GB/T 2684-2009 检

测方法如下：

将型砂在 105～110 ℃烘干至恒重，称取约 1

g，精确到 0.000 1 g，置于已恒重（两次灼烧称量

的差值≤0.000 2 g）的坩埚中，放入高温箱式电

阻炉中，从低温开始逐渐升温至 950～1 000 ℃，

保温 1 h，取出冷却，立即放入干燥器中，冷却至

室温并称重。重复灼烧（每次 15 min）称重，直至

恒重（两次灼烧称量的差值≤0.000 2 g 为恒重）。

灼烧减量以质量分数 X3 计，数值以%表示，按下

式计算：

X3＝ G5－G6

Q7

×100

式中：G5——灼烧前试样和坩埚的质量/g；

G6——灼烧后试样和坩埚的质量/g；

G7——试样的质量/g。

补充说明：

（1）铸造生产要求型砂灼烧减量的数值只要

三位数字（小数点后两位）即可。GB/T 2684-2009

检测方法的规定似乎过分精确，实际上使用精度

为 0.001 g（甚至 0.01 g）天平已然够用。型砂经过

105～110 ℃烘干约 1 h，储放在干燥器中即可取

来称量，不须烘干至恒重。但灼烧加热时，炉子应

当有空气流入的通道，否则燃烧可能不完全。

（2）注意不可将盛有型砂的坩埚直接放入高

温的电阻炉中，以免型砂中煤粉爆燃。美国铸造

师学会的《砂型和砂芯实验手册（第 3 版），2001》

规定，在约 260 ℃的马福炉中开始放入盛有试料

的坩埚。逐渐升温至 982 ℃，保温 2 h。

12 热湿拉强度

GB/T 2684-2009 中没有热湿拉强度测定方

法的规定。仪器厂生产的 SLR 型热湿拉强度试

验仪从型砂试样的一端加热，使表层型砂所含水

分蒸发，向内迁移和凝聚形成低抗拉强度的高水

层后，测定其抗拉强度。仪器的原理示意见图

32。试样筒结构为组合式（见图 33）。端部有一个

开放的浅环，中间一段为试样筒环，另一端为连

接筒。型砂试样在此专用试样筒中冲紧后留在浅

环和试样筒环之内。测试时去掉托盘和连接筒，

使浅环端向下推送到仪器的规定位置，此处有导

轨可以卡紧浅环的法兰。温度为 320±10 ℃的加

热板升起顶紧其中的型砂试样，与试样的端面直

接接触。加热 20 s 后，水分向上迁移，在浅环与

试样筒环的连接面处形成低热湿强度的高水凝

聚区。仪器的测力传感器通过吊架提起试样筒环

上方的环形凸缘，受到拉力作用时，型砂将从最

薄弱的截面断开。测得的最大拉应力除以截面积

即为热湿拉强度。

清华大学新研制的热湿拉强度测定仪器改

为采用压缩空气为动力源，使用油缸和气缸为主

要传动部件，加载平稳、结构简单、操作方便。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

79

第18页

2011 / 1 现代铸铁

湿型砂原材料质量测定方法（1）

于震宗

（清华大学 机械工程系，北京 100084）

编者按：粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸件，如

气缸体、气缸盖、曲轴、制动鼓等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合料试

验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T

9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂、GB/T20973-2007 膨润

土，同时参照了美国砂型和砂芯试验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测

和湿型砂原材料质量测定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及

自己参加的科研和操作实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测技巧和湿型砂原材料质量检测方法，并针对

国内外相应的检测方法和检测仪器性能提出了自己的见解。

“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动

性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容，

刊登在本刊 2010 年第 1~5 期；“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂（指硅砂）、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原

材料的质量判定标准和检测方法共 4 节内容，本刊从 2011 年第 1 期起连载刊登。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2011）01-0065-04

DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2011.01.010

Test Methods of Raw Materials Quality of Green Sand（1）

YU Zhen-zong

（Machinery Engineering Department，Tsinghua University，Beijing 100084）

收稿日期：2010-04-15 修定日期：2010－12－20

作者简介：于震宗（1924.12-2010.12.25），男，教授，博士生导师。

1 硅砂

湿型铸造工厂所用硅砂，是以石英为主要矿

物的细粒耐火颗粒物。在无砂芯和少砂芯铸造工

厂中，硅砂全部或绝大部分用于混制型砂。在多

砂芯铸造工厂中，硅砂主要用于混制芯砂，一部

分用于制备型砂。

混制湿型砂中加入硅砂的目的为：①补充型

砂的砂粒损失；②稳定型砂的含泥量；③调整型

砂的颗粒粗细。

型砂与芯砂对所用硅砂的质量要求有一定

差别，但很多工厂可能从采购、运输、存放和管理

方便考虑，将造型和制芯用硅砂统一使用。本文

将不涉及专门用于芯砂的硅砂质量试验方法。所

引用和参考的硅砂标准主要为 GB/T 9442-1998

《铸造用硅砂》，JB/T 9224-1999《检定铸造粘结

剂用标准砂》。在 GB/T 2684-2009《铸造用砂及

混合料试验方法》中也有部分涉及硅砂检验的内

容。

1．1 硅砂的标准

按照国家标准 GB/T 2684-2009《铸造用砂

及混合料试验方法》和 GB/T 9442-1998《铸造用

硅砂》的规定，同批铸造用硅砂宜选取平均样品。

散装硅砂的样品是在火车车厢、船舱、汽车或砂

库的砂堆中，从离边缘和表面 200~300 mm 的各

个角及中心部位，用取样器选取样品；袋装硅砂

的平均样品由同一批量的 1%的袋中选取，但不

得少于 3 袋，其总质量不得少于 5 kg，根据检测

项目的不同可做适量的增加。笔者认为，在型砂

实验室中检验原材料和备份并不需要这么多的

量，至多 0.5 kg 已足够。

如果根据外观观察，发现对某一部分硅砂的

质量有疑问时，应单独取样检验，不选择结块（可

以明显看出砂粒的聚集）的，并且要除去可见杂

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

65

第19页

现代铸铁 2011 / 1

质。所选取样品须注明其名称、批号、产地、采样

日期及采样人姓名；对有疑问的样品，检验后，剩

余样品保存 3 个月，以备复查。

检验所需的试料用“四分法”或 SBF 型分样

器从样品中选取。试样量根据检验项目而定，但

不得少于 1 kg。所谓四分法选取试样，即将样品

堆积成圆锥体，并拍成圆饼形，然后沿直径方向

切成四等分，去掉两个相对部分，将剩下的两部

分混合后再按上述方法重复进行，直到获得试验

所需量为止（见图 1）。

检验所用试样须经 105~110 ℃烘干至恒重，

并存放在干燥器中，以备检验。笔者的经验是烘

干即可，不必达到恒重。

铸造用硅砂是以石英为主要矿物成分，粒径

为 0.020～3.35 mm 的耐火颗粒物。标准中包括铸

造用硅砂的牌号、技术要求、试验方法和检验规

则等。在本节中仅简单摘要介绍标准中与湿型砂

铸造有关的部分。

（1）主要技术要求

以二氧化硅含量作为主要验收依据的分级

见表 1。

含泥量应符合表 2 规定，其中水洗砂含泥量

质量分数不大于 1.0％，擦洗砂不大于 0.3％，精选

砂不大于 0.2％。供方必须提供每批砂的加工方

法（如水洗、擦洗等）。

颗粒形状根据角形因数分级见表 3。角形因

数 S 是由实际比表面积 SW 和理论比表面积 ST

按：S=SW/ST 计算所得。

粒度采用铸造试验筛进行分析，其筛号与筛

孔尺寸符合表 4。主要粒度组成部分三筛不小于

75％，四筛不小于 85％。

（2）牌号

铸造用硅砂的牌号表示如图 2。供方应将牌

号写入质量证明书和包装袋上。例如“ZGS 93-

40/100（53）”表明是：铸造用硅砂，最小 SiO2 含量

93％，主要粒度组成为四筛分布，其首筛筛号为

40，尾筛筛号为 100，平均细度值为 53。

（3）其它技术要求

袋装烘干的铸造用硅砂，含水量不得大于

0.3％，须使用内有塑料袋衬的双层包装。若需方

要求对本标准未列项目（如：杂质含量、微粉含

量、烧结点、灼减量等）有特殊要求，供需双方可

在订货协议中规定。

（4）检验规则

铸造用硅砂各 项试验取样方法按 GB/

T2684-2009 第五章的规定进行。每批质量大小

根据供货情况确定，每批一般不超过 60 t，特殊

情况供需双方协商解决。

每批硅砂都必须提供产品质量合格证。供方

所供应的每批铸造用硅砂都应按本标准规定的

技术要求进行检验，并将检验结果和牌号写入质

量合格证内。需方可根据本标准进行硅砂质量检

验，如检验结果中任一项指标不符合标准规定

表 1 硅砂分级

分级代号

最小 SiO2 含量（％）

98

98

96

96

93

93

90

90

85

85

表 2 硅砂含泥量规定

分级代号

最大含泥量（％）

0.2

0.2

0.3

0.3

0.5

0.5

1.0

1.0

2.0

2.0

表 3 硅砂颗粒形状分级

形状

分级代号

角形因数

圆形

○

≤1.15

椭圆形

○-□

≤1.30

钝角形

□

≤1.45

方角形

□-△

≤1.63

尖角形

△

>1.63

表 4 筛号与筛孔尺寸

6

3.35

12

1.70

20

0.850

30

0.600

40

0.425

50

0.300

70

0.212

100

0.150

140

0.106

200

0.075

270

0.053

底盘

-

筛号

筛孔尺寸

/mm

平均细度值

主要粒度组成的尾筛筛号

主要粒度组成的首筛筛号

SiO2 分级代号

“铸、硅砂”三字的汉语拼音

第一个字母

ZGS××-×××/×××（×××）

图 2 铸造用硅砂的牌号

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

66

第20页

2011 / 1 现代铸铁

时，应在同批产品中重新加倍抽样进行复检。复

检结果仍不符合规定时由供需双方协商解决或

委托仲裁单位裁定。仲裁单位由双方协商选定。

（5）包装

铸造用硅砂是否需采用袋包装由供需双方

协商确定。包装的重量分为：25、40、50 kg 和集装

袋四种。包装袋上应标有：（a）“ 铸造用硅砂”的字

样；（b）牌号；（c）质量，kg；（d）供方全称或商标。

补充说明：

如果散装砂表面层已接近干散状态，最易偏

析，即粗粒滚落聚集向砂堆的低处。铸造工厂的

储存砂库也同样会出现粗细分离的偏析现象。因

此，硅砂取样必须深挖和多处取样。50 kg 及以下

的袋装硅砂不易偏析，主要用于制芯，铸造工厂

对其含水量、含泥量、粒度都有专门要求。

湿型砂用硅砂大多采用散装或用集装袋装

运，很少用 50 kg 或更小袋装硅砂。

1．2 硅砂的含水量

散装运输的和堆积的硅砂含有一些水分可

以减少粗细砂粒分离的偏析，也可以减少从盛放

箱体的缝隙漏撒。湿型砂与树脂砂不同，对所用

硅砂含水量没有专门限制。一般的水洗硅砂含水

量也并不高，通常不足 3%，而且混砂过程中将补

充加水和对型砂湿度进行严格控制，硅砂水分高

低不会影响湿型砂含水量。

硅砂含水量的测定方法按照标准 GB/T

2684-2009，与“湿型砂性能检测技术”一文中“2

含水量检测”（详见《现代铸铁》2010 年第 1 期第

90 页）一节，与测定型砂含水量相同。使用的电子

天平（精确度 0.01 g，最大称量 300 g），刨除盛砂

盘皮重后称取试样 20 g，均匀铺平，在 110～170 ℃

的红外线烘干器中烘干 8～10 min，取出盛砂盘在

空气中冷却到微热状态后，再一次称量。根据硅砂

重量的减少量计算出水分的重量百分数。

1．3 硅砂的含泥量

虽然湿型砂对硅砂中的泥分含量要求不如

树脂砂严格，但也希望开采和水洗加工时，通过

搅拌、擦洗，尽量去除多余泥分。如果硅砂含泥较

多，混砂时带入型砂中，使型砂的泥分增多，就会

影响型砂的一系列性能，其中包括透气性、韧性

下降，含水量提高等。

从我国实际情况出发，湿型用硅砂的含泥量

应不大于 0.8%。有些砂矿的毛砂含泥不高，水洗

后含泥不足 0.5%，属于较理想状态。

硅砂含泥量测定方法与“湿型砂性能检测技

术”一文中“8 含泥量”（详见《现代铸铁》2010 年

第 3 期第 85 页）中所述相同。使用精度 0.01 g 的

天平称量 105~110 ℃烘干的砂样 50.00 g，如不

需要进行粒度测定，可称取 20.00 g。

补充说明：

（1）为了保证取样均匀，防止试料偏析，最好

称取未经烘干的硅砂，另外测定其含水量和折算

出经烘干砂样真实重量。

（2）盛有硅砂的洗砂烧杯在加热煮沸时，最

易强烈震动和蹦跳。应当在垫有石棉网垫和装有

调压器的盘式电热炉上加热。开始沸腾时，应及

时降低电压，并且在沸腾时注意用手扶持烧杯，

以免烧杯跌落摔碎。

1．4 硅砂的粒度

选定硅砂粒度粗细的作用是使型砂的粒度

处于最适宜状态。在多砂芯铸造工厂中，受混入

砂芯的影响，型砂粒度可能会逐渐变粗。可以靠

加入细粒的硅砂来纠正型砂粒度，使湿型砂的砂

粒平均细度保持在理想的粗细和粒度分布。硅砂

的粒度粗细和分布宽窄主要靠砂矿进行水力开

采、过筛、和水力分级控制。

试验方法与“湿型砂性能检测技术”一文中

“9 砂粒的粒度”（详见《现代铸铁》2010 年第 4 期

第 87 页）一节所述相同。

按照 GB/T 9442-1998，粒度粗细用平均细

度 表 示。我国有些铸造工厂习惯使用 GB/T

9442-1998《铸造用硅砂》中表示牌号的首尾筛号

法表示砂子粒度，可以免去计算。例如用“40/

100”表明筛分后，主要粒度分布的首筛筛号为

40，尾筛筛号为 100。

补充说明：

（1）简易判断到货硅砂粒度是否改变的办法

是称取原砂 200 g，盛入碗中加水 6 mL，用小勺

或其他工具稍加搅拌使其基本均匀。称取约 160

g，用锤击式制样机制成高度 50 mm 的标准试

样，安装在透气性仪器上测透气性，即可由透气

性的高低估计出硅砂粒度有无明显变化。

（2）使用带刻度的读数放大镜可以方便地测

量出单个砂粒的长、宽尺寸，还能观察到砂粒粗

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

67

第21页

现代铸铁 2011 / 1

细是否均匀，粗大砂粒或微细砂粒是否过多。

1．5 硅砂的砂粒形状

对芯砂而言，砂粒形状对强度的影响最为显

著，最好使用圆整光滑的硅砂制芯。对湿型砂而

言，虽然硅砂形状越圆滑，就容易紧实，粘结强度

就稍高一些；但是提高湿型砂强度主要是靠增加

膨润土及水量达到的，硅砂形状则是次要因素。

我国国家标准 GB/T 9442-1998 中提出用角

形因数形容硅砂的形状，并在附录 B 中给出角形

因数的测定方法。其原理是等体积的各种几何形

体中，球形的表面积最小。因而，可以用砂粒的实

测表面积与同体积假想圆球表面积的比值（即角

形因素 S）来表示砂粒偏离圆球的程度。比值为 1

时，砂粒为圆球形；比值越大于 1，形状就越呈尖

角形。

原砂的实测表面积即实际比表面积的测定

通常用通气法。测定技术和结果计算都比较复

杂，计算公式中的仪器常数需专门测定。由不同

单位测定同一种硅砂的角形因素的结果可能会

有差异，原因之一在于所用仪器未经校准常数。

因此，一般铸造工厂不适合测定角形因数，而使

用读数放大镜能更为方便地大致判断砂粒形状。

1．6 硅砂的 SiO2 含量

硅砂的 SiO2 含量由化学分析实验室按照

GB/T 7143-1986 进行，不属于型砂实验室工作

范围。铸钢件的湿型砂用原砂 SiO2 含量多在96%

以上，我国湿型铸铁件用原砂的 SiO2 含量稍低

些。因为铸铁件的浇注温度低，铸铁中含有较多

碳，砂型中又加入煤粉材料，不易形成化学粘砂

和夹砂缺陷，不需要所用硅砂含多量 SiO2。我国

资源中 SiO2 含量 90%左右的硅砂资源丰富，又

不易形成夹砂缺陷，最适宜铸铁件生产使用。

补充说明：

GB/T 9442-1998《铸造用硅砂》对硅砂二氧

化硅含量分级表中最低一级的“分级代号 85”规

定的“最小 SiO2 含量（％）”为 85%。在国内中部地

区的铸造工厂普遍使用黄河沉积砂，其 SiO2 含

量约 81%～83%，矿物组成中石英约占 60%，长石

类矿物约占 30%。所含石英占大多数，是否仍应

属于硅砂范围内，值得商榷。

（未完待续）

（编辑：袁亚娟，E－mail：xdzt-yyj@126.com）

斯人已去 精神永存

——沉痛悼念于震宗先生

清华大学机械工程系于震宗教授因病医治无

效，于 2010 年 12 月 25 日凌晨 2 点 30 分在北京逝

世，享年 86 岁。噩耗传来，我们万分沉痛，为我刊失

去了一个谆谆相授的良师、为读者失去了一个倾心

相哺的作者、为我国铸造界失去了一个造诣深厚的

学者！

于震宗教授 1951 年毕业于燕京大学，曾任清

华大学机械工程系铸造教研室主任、中国铸造学会

理事。在清华大学 60 年的任教生涯中，他在铸造造

型材料的科学研究、教学和研究生培养方面做出了

突出的贡献，是我国铸造和造型材料行业德高望重

的资深专家。

本世纪初以来，我们与于教授联系日益密切，

他在我刊发表了不少对铸造企业十分有益的研究

和应用心得，引起了读者的广泛关注和好评。其中，

分“与粘砂和煤粉有关的问题”、“与夹砂及膨润土

有关的问题”、“与气孔、砂孔、渣孔缺陷有关的问

题”、“与型砂性能和配比有关的问题”和“与型砂性

能检验方法有关的问题”五个主题连续刊登在我刊

2006 年第 2~6 期上的“湿型铸铁件生产中一些与型

砂有关问题的解答”不仅获得了第八届“福士科”杯

中国机械工程学会铸造专业金奖论文，还连同刊登

在我刊 2009 年第 3 期上的“树脂砂芯引起的飞翅

缺陷”一文，帮助许多企业解决了实际生产问题，对

提升我刊的影响力起到了很大的作用。

由于罹患了白血病，于教授感觉到自己已时日

无多，有责任和义务将自己所知奉献给社会和同

业，于是带病写作了“湿型砂性能检测技术”和“湿

型砂原材料质量的测定方法”两篇文章交给我们。

洋洋 80000 字，我们看来是字字珠玑，但老先生从

2009 年 12 月交稿之后直到 2010 年 10 月之间，仍

然带病几易其稿，并联系我们及时更改，哪怕是一

个符号也不放过。鉴于湿型砂旧砂再生用于制备冷

芯盒砂芯的最大困难是钙基膨润土加工磨粉前加

入了大量 Na2CO3，2010 年 9 月 29 日于教授又撰文

建议用优质膨润土替代钠化膨润土，以简化旧砂再

生过程，并将完稿的文章交给了我们。及至今天，斯

人已驾鹤西去，其文字和精益求精的学者风范仍然

惠泽着我们……

追思老先生不计个人得失报效祖国的拳拳之

心、时不我待的急切之情、自觉承担社会责任和义

务的高风亮节，我们的心情更加沉重，唯愿先生在

另一个世界一路走好！

（袁亚娟《/ 现代铸铁》编辑部）

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

68

第22页

2011 / 2 现代铸铁

湿型砂原材料质量测定方法（2）

于震宗

（清华大学 机械工程系，北京 100084）

编者按：粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸件，如

气缸体、气缸盖、曲轴、制动盘等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合料试

验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T

9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂、GB/T20973-2007 膨润

土，同时参照了美国砂型和砂芯试验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测

和湿型砂原材料质量测定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及

自己参加的科研和操作实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测技巧和湿型砂原材料质量检测方法，并针对

国内外相应的检测方法和检测仪器性能提出了自己的见解。

“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动

性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容，

刊登在本刊 2010 年第 1~5 期；“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂（指硅砂）、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原

材料的质量判定标准和检测方法共 4 节内容，本刊从 2011 年第 1 期起连载刊登。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2011）02-0081-06

DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2011.02.015

Test Methods of Raw Materials Quality about Green Sand（2）

YU Zhen-zong

（Machinery Engineering Department，Tsinghua University，Beijing 100084）

收稿日期：2009-11-10 修定日期：2010－01－13

作者简介：于震宗（1924.12-2010.12.25），男，教授，博士生导师。

2 膨润土检测

膨润土用于粘结湿型砂的砂子颗粒，使湿型

砂具有强度、韧性、塑性等性能。膨润土是以蒙脱

石为主要成分的粘土矿物。搪炉和浇注包用普通

粘土的基本矿物组成是高岭石和伊利石。蒙脱石

结晶中吸附有交换性阳离子，以钙离子和镁离子

为主的称为钙基膨润土，以钠离子和钾离子为主

的称为钠基膨润土。我国膨润土矿藏遍及全国，

有些钙基膨润土矿不但质量极其优秀，而且储量

丰富。但钠基膨润土产地不多，质量也不够上乘。

用碳酸钠处理钙基膨润土能够形成性能上接近

天然钠基膨润土的钠化膨润土，可以改善其热湿

态粘结力和热稳定性。目前我国湿型铸造工厂所

用膨润土绝大部分是钠化膨润土。本段所引用和

参考的标准主要为 JB/T 9227-1999《铸造用膨润

土和粘土》，JB/T 9221-1999《铸造用湿型砂有效

膨润土及有效煤粉》，以及 GB/T 2684-2009《铸

造用砂及混合料试验方法》。

2.1 膨润土的行业标准

机械行业标准 JB/T 9227-1999《铸造用膨润

土和粘土》中，对膨润土的分类、技术要求、试验

方法、检验规则等做出了规定。现综合摘要介绍

如下。

铸造用膨润土按其主要交换性阳离子分为

四类。以膨润土代号“P”及主要交换性阳离子的

化学元素符号来表示不同类别的膨润土。如某一

交换性阳离子占阳离子交换容量总量的 50％或

以上时，称其为主要交换性阳离子；如不足 50％，

就以其中含量相对较多的两种阳离子作为主要

交换性阳离子。表示时，含量较多的阳离子符号

在前面。铸造膨润土的分类如表 5 所示。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

81

第23页

现代铸铁 2011 / 2

根据测得工艺试样的湿压强度值和热湿拉

强度值将膨润土分级如表 6 和表 7。

工

艺试样湿压强度和热湿拉强度的型砂配方为标

准砂 100％、膨润土 5％、控制紧实率（45± 2）％。

行业标准要求各种牌号的铸造用膨润土应符合

以上两表中的湿压强度值和热湿拉强度值的规

定。还要求铸造膨润土的吸蓝量至少应为每 100

g 膨润土吸附 20 g 亚甲基蓝。按 PH 值的不同，

膨润土可分为酸性和碱性两类，分别用 S 和 J 表

示。膨润土的牌号以强度值等级表示。前者为湿

压强度值等级，后者为热湿拉强度值等级。例如

湿 压 强 度 值 为 30 ~50 kPa，热 湿 拉 强 度 值 为

0.5~1.5 kPa 的酸性钙膨润土，其牌号为 PCaS-3-

5。此外还规定膨润土的含水量应不大于 12.0％，

冬季允许不大于 15.0％。膨润土重量的 95％以上

应通过 200 目铸造用试验筛。

按照 JB/T 9227-1999 《铸造用膨润土和粘

土》的规定，每批产品的取样按随机取样法进行。

取样数不得低于（n/2）1/2。n 为交货产品的袋数。

每批取样数不得少于 2 个样品，从每袋中取出样

品不得少于 1 kg。试验用料从选取的样品中，由

四分法获得。其重量可由试验项目决定，但不得

少于 1 kg*

。供方应按本标准所规定的牌号和技

术要求生产供应。

除供测定含水量用的试料外，进行其它检验

用的试料须在 105～110 ℃烘干 2 h。烘干时试料

厚度不大于 15 mm。然后将烘干的试料存放于干

燥器内，以备试验时取用。

对于选取的试样须注明其名称、产地及取样

日期。试验后所剩样品应保存 3 个月以备复查。

补充说明：

（1）国内绝大多数湿型铸造工厂所用膨润土

的原始状态为钙基，类别属于 PCa。经钠化处理

后，性能接近天然钠基膨润土，按照 JB/T 9227-

1999 的分类是否属于 PNa 有待商榷。笔者认为

需要专门为钠化膨润土确定一个类别符号，不与

天然钠基膨润土相混。

（2）标准给出铸造用膨润土按工艺试样热湿

拉强度值分级，其中 5 级指的是钙基膨润土，其

余三个级别指的是天然钠土和钠化膨润土。表中

最高一级的热湿拉强度仅为 2.5 kPa。实际上我

国具有的优质钙基膨润土，钠化后膨润土的热湿

拉强度值在 4.0～5.0 kPa，分级似乎应该改为35、

25、15、5，即工艺试样热湿拉强度分别为 3.5、2.

5～3.5、1.5～2.5 和 0.5～1.5 kPa。

提示：

简易区别膨润土与普通粘土、钠基与钙基膨

润土、天然钠基与人工钠化膨润土的方法如下：

（1）取 10 g 左右粘土与 30 mL 水置入杯中

调和成粘土浆，然后加入 0.5 g Na2CO3 粉末（工

业级即可），再搅拌均匀。如果加 Na2CO3 前是稀

汤状，加后也不明显变稠，表明土样是普通粘土；

如果加水后是稀糊状，加 Na2CO3 后变成膏状，就

肯定是钙基膨润土，因为能够被钠化处理而变

稠；如果加水后已经成膏状，加 Na2CO3 后粘稠程

度无明显变化，则表明土样是天然钠基或钠化膨

润土。

（2）将少许膨润土装入试管中，加入浓盐酸

液，天然钠基膨润土含有的碳酸盐（主要是碳酸

钙）不足 1%，加盐酸后无明显变化；而用 3.5％～

4%碳酸钠进行钠化处理的膨润土含有多量碳酸

盐，遇到浓盐酸都会发出大量 CO2 气泡。

2.2 膨润土含水量

从膨润土矿开采出的膨润土块含水量约

30%左右，经破碎、钠化处理、挤压、熟化、烘干、

磨粉等加工过程后含水量约 10%左右。磨粉时需

要含有少量水分，以免轻飘不易被粉碎。JB/T

9227-1999《铸造用膨润土和粘土》规定膨润土的

含水量应不大于 12.0%，冬季允许不大于 15.0%。

含水量试验方法和计算按照 GB/T 2684-2009

表 5 膨润土的分类

代号

类别

PNa

钠膨润土

PCa

钙膨润土

PNaCa

钠钙膨润土

PCaNa

钙钠膨润土

表 6 膨润土按湿压强度分级

等级代号

工艺试样湿压强度值/kPa

10

>100

7

> 70～100

5

> 50～70

3

≥30～50

表 7 膨润土按热湿拉强度分级

等级代号

工艺试样热湿拉强度值/kPa

25

>2.5

20

>2.0～2.5

15

>1.5～2.0

5

0.5～1.5

* 笔者注：膨润土取样量多会造成浪费。每袋取出样品量和总量

应根据将进行的检测内容需要而定。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

82

第24页

2011 / 2 现代铸铁

《铸造用砂及混合料试验方法》的规定，与本文型

砂性能检测中“1.2 含水量检测”相同，烘干温度

为 105~110 ℃。

提示：

湿型砂在混制过程中需要加水调整干湿程

度，膨润土产品含有水分并不影响型砂性能。如

果膨润土过分干燥，则吸水缓慢，影响混砂效率。

2.3 膨润土粒度

根据标准规定，商品膨润土重量 95％以上应

通过 200 目（0.075 mm）筛孔。

称量烘干后的试料20.0 g ，放置于干燥的试

验筛中，水平运动筛子，可用木块轻轻敲打筛框，

给筛网以振动。充分筛分后称量筛上剩余物，按

下式计算。

过筛量＝ 取料量－剩余量

取料量 ×100%

提示：

（1）气候潮湿时，膨润土过筛相当困难，可将

膨润土和筛子一同在 105～110 ℃电烘箱中加热

后趁热过筛，冷却后称量。

（2）研究工作表明，膨润土的粒度越细，其粘

结力越高。磨粉加工后旋风集料器和布袋除尘器

中收集粉料的细度不同，对膨润土的粘结力有影

响。

2.4 膨润土湿态粘结力

直接反映膨润土质量的性能是粘结力。粘结

力有以下几种：①湿态粘结力；②热湿态粘结力；

③受热后粘结力的稳定性。

铸造工厂型砂实验室检测膨润土湿态粘结

力的方法有两种：型砂试样湿强度法和吸蓝量

法。

2.4.1 湿强度法

检测湿型砂工艺试样抗压强度是判断膨润

土湿态粘结力的最直接方法。称取标准砂 2 000

g 放入实验室用碾轮式混砂机中，加水 40 mL，混

1 min 后，加入膨润土 100 g，再继续混碾 8 min

后，测定紧实率。当紧实率小于 43%时，可加少量

水（可按每 mL 水达到 1.5%紧实率计算），再混碾

2 min，检查紧实率；若紧实率大于 47%，将试料

过筛 1~2 次，再检查紧实率。紧实率在 45±2％范

围内即可。

补充说明：

（1）机械行业标准 JB/T 9227 1999《铸造用

膨润土和粘土》规定：“将 2 000 g 标准砂（JB/T

9224）与 100 g 铸造用膨润土放入 SHN 式混砂机

内，干混 2 min，加水 40 mL，再继续混碾 8 min。”

建议将其改为采取先湿混的混砂工艺，可以防止

膨润土在混砂机的边缘处偏析，避免形成粘土

团，能够更快地混匀。

（2）根据 JB/T 9227 1999 的规定，工艺试样

湿压强度分级表中的湿压强度 5 级和 3 级属于

劣质膨润土，不可用于机器造型的型砂，以免混

砂加入量过多而造成高含泥量，因为生产用湿型

砂的泥分主要来自膨润土。机器造型，尤其是高

密度造型应当选用优质膨润土。

（3）JB/T 9227 1999 规定：“将混制好的型砂

盛入有盖的容器中或扎紧的塑料袋中，放置 10

min 后冲制标准工艺试样，放置时间不超过 1

h。”其目的可能是让型砂的膨润土更充分地被水

分润湿。这并不必要，短时密封放置 10 min 不会

明显提高膨润土被水分润湿程度，超过 1 h 放

置，只要不丢掉水分也不会对型砂的湿压强度有

明显影响。

提示：

（1）有些铸造工厂在检测膨润土的粘结力时

仍然按照 1978 年旧标准，采用固定加水量 4％的

办法，这会使型砂处于极湿状态，几乎比型砂的

最适宜湿度下的含水量高一倍。随着含水量的异

常升高，钙基膨润土型砂强度剧烈下降，天然钠

基和人工钠化膨润土型砂的强度也会比使用状

态明显降低。

（2）除了上述只混一碾控制紧实率在（45±

2）％的方法以外，还有另一办法：混砂时加入约

40 mL 水，在最后阶段检测紧实率。如果紧实率

超出了范围，但还在（45±5）％以内，可测定其湿

压强度；另外再混制一碾型砂，稍微调整加水量，

使紧实率在 45％的另一侧，并测出湿压强度。将

两次测得数值用图解法求出 45％紧实率的湿压

强度。如图 3 所示，假定第一碾和第二碾的紧实

率分别为 42％和 47％，湿压强度分别为 80 kPa

和 70 kPa，在图上分别为 A 和 B 点。连接 AB 线

与紧实率 45％的垂直线交于 C 点，即可由 C 点

画水平线求出紧实率 45％时的湿压强度为 74

kPa。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

83

第25页

现代铸铁 2011 / 2

（3）有些型砂实验室感到控制小混砂碾中紧

实率有困难，希望采用定量加水方法。根据试验

结果，标准砂与五十余种膨润土混制出的混合

料，在（45±1）％时的含水量大致在 2.0％～2.2％，

折合含水 42～46 mL。加 40 mL 水折合加水量

1.91％。如果标准砂并非烘干状态，也可能含有少

量水，混出的型砂紧实率有可能已符合要求。美

国胶体公司测定膨润土湿态粘结性能的配方是

用 AFS 细度 62~64（大体相当于 50/140）的干态

标准砂，加入膨润土 5％和水 2.5％，湿混 8 min。

其混合料的紧实率可能少许高于 45％。虽然未采

用紧实率控制湿度，但已接近实际使用的型砂干

湿程度。

（4）如果工厂日常所用硅砂质量比较稳定，

含泥量不高，可以用袋储存一些硅砂，专门用于

检测对比不同来源和不同时期的膨润土质量，就

不需使用标准砂检验膨润土质量。

2.4.2 吸蓝量法

在铸造工厂的型砂实验室中可以采用测定

膨润土的吸蓝量的办法测定出其纯度。由此可估

计其湿态粘结力。测定膨润土吸蓝量的方法与测

定型砂的吸蓝量近似。但需注意称量试料量不

同，结果的计算也有差别。

用精度 0.001 g 天平称取烘干的膨润土试样

0.200 g，置于三角烧杯内，加入 50 mL 蒸馏水，使

其预先润湿。然后加入浓度为 1%的焦磷酸钠（化

学纯）溶液 20 mL，摇晃均匀后，再在电炉上加热

煮沸 5 min，冷却后用滴定管滴入浓度为 0.2%的

亚甲基蓝（试剂纯）溶液。滴定时，第一次可加入

预计亚甲基蓝溶液量的 2/3 左右，以后每次滴定

1~2 mL。检验终点的方法是每次滴加亚甲基蓝溶

液后，摇晃 30 s，用玻璃棒沾一滴试液在中速定

量滤纸上，观察在中央深蓝色泥点的周围有无出

现淡蓝色的晕环（见 2010 年第 4 期《现代铸铁》

第 89 页图 27），若未出现，继续滴加亚甲基蓝溶

液，如此反复操作。当开始出现晕环时，将试液摇

晃 2 min 后，再用玻璃棒沾一滴试液，若又未出

现晕环，说明未到终点，应再滴加亚甲基蓝溶液，

直到出现的晕环不消失为止，即为试验终点。试

料的吸蓝量按下式计算：

B＝ ab

c ×100

式中：B——100 g 试料吸蓝量/g；

a——每 mL 亚甲基蓝溶液中含有的亚甲基

蓝量/g，即 0.002 g/mL；

b——亚甲基蓝溶液的滴定量/mL，

c——试料重量/g，即 0.200 g。

补充说明：

（1）按照机械行业标准 JB/T 9227-1999 附

录 A：“配制前亚甲基蓝必须在 93±3℃烘干至恒

重”是错误的。详见 2010 年第 4 期《现代铸铁》第

89 页 10.2 节中的说明。

（2）标准规定：“…当开始出现蓝色晕环时，

将试样静置 1 min 后，再用玻璃棒沾一滴试液

……。”而欧美各国铸造方面标准则要求摇晃或

搅拌 2 min，可以使膨润土的吸附比静置更加充

分。

提示：

（1）由于亚甲基蓝溶液浓度 a=0.20％，即

0.002 g/mL，假设亚甲基蓝溶液滴定量为 b mL，

滴定消耗掉亚甲基兰量 0.002 g/mL×b mL=0.002×

b g，通常被滴定的膨润土量 c=0.200 g，100 g 膨

润土的滴定量：

100/0.200×0.002b=b（g/100g 膨润土）

因此，吸蓝量可以表示为：b mL；也可以极其

方便地表示为：b g/100g 膨润土，即膨润土的滴

定量（mL）与吸蓝量（g/100g 膨润土）的数值相

同。

（2）美国石油学会标准 RP13B-1（1997）中规

定用美国药典级亚甲基蓝配制成的滴定用溶液

浓度为 0.374%，即 1 000 mL 溶液中含 0.01 mol

（摩尔，或克分子量）。每 mL 亚甲基蓝溶液相当

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

84

第26页

2011 / 2 现代铸铁

于 0.01 mmol （毫摩尔）。假定在滴定过程中 1

mmol 的交换性阳离子正好与 1 mmol 的亚甲基

蓝交换，利用滴定方法测定亚甲基蓝吸附量（吸

蓝量） 就可以得知膨润土的交换性阳离子量，从

而得出膨润土的蒙脱石含量和纯度。国内的外资

企业也照此配制浓度为 0.374%的亚甲基蓝溶

液。但是称取的膨润土试料量可能是 0.300 g 或

0.500 g。

如果滴定 0.30 g 膨润土试料，为了折合出使

用 0.20 g 膨润土试料和浓度 0.20%亚甲基蓝溶

液的滴定量（mL），应将滴定量的数值乘以 1.247。

因数 1.247 的得出如下：

（100 g÷0.30 g）×0.003 74＝1.247

如果亚甲基蓝溶液浓度仍为 0.374%，而膨

润土试料量是 0.50 g，应将滴定量的数值乘以

0.748。因数的得出如下：

（100 g÷0.50 g）×0.003 74＝0.748

例 1：江苏某外资铸造厂要求选购的膨润土

吸蓝量应符合 30（mL/0.30 g 土）。折算成我国通

用的表示方法如下：

30（mL/0.30 g 土）×1.247＝37.4（mL/0.20 g 土）=

37.4（g/100 g 土）。

即亚甲基蓝溶液浓度 0.20%和膨润土试料

量 0.20 g 时，要求的滴定量折算成 37.4 mL，或每

100 g 膨润土吸附亚甲基蓝试剂 37.4 g。

例 2：江苏另一外资铸造公司要求 0.50 g 膨

润土吸蓝量应当为 49~62 mL。折算成我国通常

的表示方法如下：

（49~62）（mL/0.50 g 土）×0.748＝

（36.7~46.4）（mL/0.20 g 土）=（36.7~46.4）（g/100 g 土）

即亚甲基蓝溶液浓度 0.20%和膨润土试料

量 0.20 g 时，滴定量为 36.7~46.4 mL，或每 100 g

膨润土吸附亚甲基蓝试剂 36.7~46.4 g。

2.5 膨润土的热湿态粘结力

铸造工厂评价膨润土热湿态粘结力可以反

映抗夹砂缺陷能力。测定方法可以有以下两种：

2.5.1 热湿拉强度测定

用标准砂和 5％膨润土，控制紧实率 （45±

2）％混制型砂。将制备好的混合料在专用的热湿

拉强度样筒中制好试样。样筒置于热湿拉强度试

验仪的测试位置，使已加热到 320±10 ℃的加热

板上升紧贴试样 20～30 s 后，试样受热面形成约

3～4 mm 厚度干砂层及相邻的水分凝聚区。然后

由测力系统加载，使浅环中试样断裂，即可由测

力传感器得出热湿拉强度。

补充说明：

JB/T9227-1999 规定：“使用 SLR 型热湿拉

强度试验仪。”当前国内外生产的热湿拉强度测

定仪已有多种（见 2010 年第 5 期《现代铸铁》第

79 页 12 节），其基本原理相同，标准中不应限定

测定仪器种类。

2.5.2 膨润土的膨润性能

膨润土在水中均匀分散膨胀成悬浮液，静置

一定时间后在容器的底部膨润形成体积多少不

等的沉淀物。以此可以估计所含钠、钾离子的量。

铸造工厂常用的膨润土膨润性能测试方法有以

下四种：

（1）膨润值：先向有塞量筒（容量 100 mL）中

加入蒸馏水 50～60 mL；再用精度 0.01 g 天平称

取 105～110 ℃烘干的膨润土粉料 2.00 g（优质钠

基膨润土和钠化膨润土的试料可减为 1.00 g），

加入量筒中；盖紧塞子后用力摇动直至均匀分

散。钙基膨润土可一次加入水中，钠基膨润土和

钠化膨润土则需分多批逐次加入。然后加入 1

mol NH4Cl 溶液（即 53.49 g 化学纯 NH4Cl 溶于蒸

馏水中成 1 000 mL）5 mL，继续加蒸馏水到 100

mL 刻度线，再摇动 1 min 使成均匀悬浮液。静置

24 h 后读出沉淀的容积，计算出 1 g 膨润土的沉

淀容积（mL），就是“膨润值”。

（2） 胶质价：早年的机械工业部标准（JB

438-63）曾沿用前苏联的国家标准中测试粘土胶

质价作为判断普通粘土质量的办法。测定方法

为：称量烘干后的膨润土 15.0 g，倒入容量为 100

mL 的有塞量筒中，加入蒸馏水至 95 mL 刻度

处。摇晃数分钟使内容物均匀，加入轻质 MgO

1.0 g，再加蒸馏水至 100 mL 刻度处，然后再摇

匀，静置 24 h 使之沉淀。读出沉淀物界面处刻度

值，计算出 1 g 膨润土的沉淀容积（mL），即为此

膨润土的胶质价。此法的缺点是试料量过大，不

适合检测膨润土。

（3）膨胀倍数：向有塞量筒（容量 100 mL）中

加入蒸馏水和 1.00 g 膨润土，电解质使用 1 mol

HCl 25 mL。摇匀和静置 24 h 后，膨润土的沉淀

容积（mL）为膨胀倍数。本法的缺点是对于钙基

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

85

第27页

现代铸铁 2011 / 2

膨润土量只有 1 g，沉淀量不足 10 mL，处于量筒

无刻度部分。为了使量筒上部液体澄清，1 mol

HCl 溶液只要 3 mL 已足够。而且，使用浓盐酸配

制 1 mol 溶液时仍难免实验室气味污染和腐蚀

衣物。

（4）自由膨润量(Free swell)：在美、德、日等国

石油钻井和地质行业应用较多。方法是将 2.00 g

烘干的膨润土分成 10～30 份逐渐投入装满蒸馏

水的 100 mL 量筒中。每次投入后俟其自由吸水

下沉，再投入另一份。全部加完后置放 24 h，读出

沉淀容积即为自由膨润量。由于未加入电解质，

界面清晰程度较差。其优点是不需要费力摇动量

筒即可得出结果。但是测定钠化膨润土和天然钠

基膨润土可能需较长时间才能全部润湿透。

通常将测得沉淀量除以膨润土试料量来表

示 1 g 膨润土的膨润量，四种膨润性能测定方法

得出的数值是近似的。

提示：

（1）有些人误认为可以用胶质价或膨胀倍数

评价膨润土的湿态粘结性能和质量。但膨润土的

膨润性能与对应的湿压强度毫无关系。膨润土的

膨润性能只是膨润土钠离子量的表征，只与热湿

拉强度有关系，并不说明膨润土的湿态粘结强

度。

（2）对于一般铸造工厂，只要按照前面所述

测定膨润土吸蓝量的方法来确定是否为优质膨

润土，再测定其膨润性来确定是活化膨润土；即

使不测定膨润土的热湿粘结力，也能大体估计出

膨润土的抗夹砂能力。

2.6 膨润土的热稳定性

膨润土的热稳定性又称为膨润土的复用性

或耐热性，是指经高温金属液加热的膨润土加入

水分后，仍然可以吸附水分和具有粘结力，能够

反复配制型砂的性能。检验方法有以下两种。

2.6.1 工艺试样法

将烘干后的膨润土在 200、300、400、500、

550、600、650 ℃几种温度下焙烧后，各称取 100

g，与 2 000 g 标准砂按紧实率（45±2）％加水混合

成型砂，测定工艺试样的湿压强度。与 100 ℃烘

干膨润土的型砂强度差值百分比即可显示出热

稳定性。

提示：

（1）上述试验极为费时和烦琐，可将焙烧温

度简化为 600 ℃或 650 ℃一种温度，与 100 ℃烘

干膨润土的工艺试样的湿压强度进行对比得出

百分数代表膨润土的热稳定性。

（2）将几百克导热性极差的膨润土粉装入坩

埚中加热时，很难使膨润土表面和中心部位的温

度均匀一致。加热温度、升温和保温时间、膨润土

量和堆积厚度因人而异，试验所得数据难以统

一。不同膨润土只有是在同一试验条件下得出的

试验结果，才可比较热稳定性优劣。

（3）膨润土的焙烧需从低温开始加热，逐渐

升温到要求温度。如果直接放入 600 ℃或 650 ℃

温度热炉中，膨润土将猛然在炉膛中喷发飞扬。

（4）应注意膨润土经焙烧后吸水能力随焙烧

温度大为改变。如果不控制型砂紧实率固定为

（45±2）％，而是固定加水量，将会严重扭曲测试

结果。

2.6.2 吸蓝量法

将待试的烘干后膨润土约 0.5 g 盛在磁舟

（或不锈钢舟）内摊平，逐渐深入管式炉中缓慢加

热，然后分别在 200、300、400、500、600 ℃保温焙

烧 20 min 或 30 min。冷却后用精度 0.001 g 天平

称取 0.20 g，测定其吸蓝量，并绘出焙烧温度与

吸蓝量的变化曲线。由吸蓝量的下降趋势即可判

断膨润土的热稳定性。也还可以采用更为简单的

方法，仅测定 550 ℃焙烧的膨润土吸蓝量，求出

与烘干膨润土吸蓝量的比值代表热稳定性。

（未完待续）

（编辑：袁亚娟，E－mail：xdzt-yyj@126.com）

必和必拓去年利润 1127 亿 超我国77 家钢企之和

2 月中旬矿业巨擘必和必拓公布了 2010 年 7 月 1 日至

12 月 31 日的半年业绩，当期净利润达 105.24 亿美元，综合

此前必和必拓的业绩，该公司 2010 年净赚 171.11 亿美元

（约合人民币 1 127 亿元）。另一矿业巨头力拓公布的年报也

显示，该企业 2010 年净利润高达 143.24 亿美元，创历史最

佳纪录。虽然淡水河谷的财报未出，但据彭博社提供的数据

分析称，必和必拓、淡水河谷及力拓的年度盈利总额将达到

创纪录的 520 亿美元。相形之下，中国 77 家大中型钢企

2010 年利润只有 897 亿元。（资料来源：http://money.msn.

com.cn/industry/20110217/07191200459.shtml）

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

86

第28页

2011 / 3 现代铸铁

湿型砂原材料质量测定方法（3）

于震宗

（清华大学 机械工程系，北京 100084）

编者按：粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸件，如

气缸体、气缸盖、曲轴、制动盘等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合料试

验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T

9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂、GB/T20973-2007 膨润

土，同时参照了美国砂型和砂芯试验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测

和湿型砂原材料质量测定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及

自己参加的科研和操作实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测技巧和湿型砂原材料质量检测方法，并针对

国内外相应的检测方法和检测仪器性能提出了自己的见解。

“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动

性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容，

刊登在本刊 2010 年第 1~5 期；“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂（指硅砂）、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原

材料的质量判定标准和检测方法共 4 节内容，本刊从 2011 年第 1 期起连载刊登。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2011）03-0061-07

DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2011.03.010

Test Methods of Raw Materials Quality about Green Sand（3）

YU Zhen-zong

（Machinery Engineering Department，Tsinghua University，Beijing 100084）

收稿日期：2009-11-10 修定日期：2010－01－13

作者简介：于震宗（1924.12-2010.12.25），男，教授，博士生导师。

3 煤粉

生产铸铁件的湿型砂中加入煤粉可以防止铸

件表面生成粘砂缺陷和改善表面光洁程度，还可

以减少铸件的夹砂缺陷。虽然煤粉的应用不利于

环境保护，但其效果明显和价廉易得，目前煤粉

仍然是一种主要的湿型砂材料。国产煤粉质量优

劣不等，生产湿型铸铁件的工厂（尤其是大量生

产机械化铸造工厂）需要选用优质煤粉。本文内

容引用和参考的标准包括机械行业标准 JB/T

9222-2008 《湿型铸造用煤粉》、GB/T 212-2008

《煤的工业分析方法》、GB/T 214-2007《煤中全硫

的测定方法》、GB/T 2684-2009《铸造用砂及混合

料试验方法》。另外，目前国内有些造型材料供应

公司销售“复合煤粉”或“煤粉代用品”。因其组成

还含有煤粉以外的其它知名的或不知名的材料，

不适合使用一般的煤粉检验方法，推荐改用浇注

试验观察其抗粘砂效果和对型砂性能影响如何

作为判断标准。

3.1 煤粉行业标准

3.1.1 煤粉的分级

我国机械行业标准 JB/T 9222-2008《湿型铸

造用煤粉》对煤粉的要求如表 8 的规定：表中

“SMF”为湿型铸造用煤粉的汉语拼音字头。“-”

牌号

光亮炭（%）

挥发分（%）

硫含量（%）

焦渣特性

灰分（%）

水分（%）

粒度

SMF-I

≥12

≥30

≤0.6

SMF-II

≥10

≥30

≤0.8

SMF-III

≥7

≥25

≤1.0

4 级～6 级

≤7

≤4

100%通过 0.150 mm 筛孔，95%以上通过 0.106 mm 筛孔。

表 8 铸造用煤粉各组分要求

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

61

第29页

现代铸铁 2011 / 3

后面的符号为等级。

3.1.2 试验方法

JB/T 9222-2008《湿型铸造用煤粉》规定煤

粉的挥发物含量、灰分含量、水分含量及焦渣特

性测定按 GB/T 212 规定执行。硫含量测定按

GB/T 214 的规定执行，粒度测定按 GB/T 2684 的

规定执行。在 JB/T 9222 附录 A 中详细介绍光亮

炭的测定方法，在一般铸造工厂的型砂实验室并

不测定光亮炭。

3.1.3 检验规则

湿型铸造用煤粉每批产品为 30 t，但最少不

低于 1 t。煤粉取样应从同一批量百分之一个袋

中选取，但不得少于 3 袋，从每袋取样不少于 50

g（作者注：取样量根据实验需要而定，不必每袋

取 50 g）。供方每供应一批湿型铸造用煤粉时，必

须按本标准规定的内容对煤粉进行检验，并将检

验结果填入质量证明书中，需方根据质量证明书

进行验收。需方对煤粉的质量按协议规定进行收

货检验。如有 1 项或 2 项指标不符，可与供方共

同复验。复验结果若与本标准的内容仍不符，可

在供需双方选定的第三方进行仲裁。

3.1.4 标志、包装、运输和贮存

煤粉的包装应为 2~3 层，内层用塑料袋，也

可采用由供需双方协商确定的其它包装。每袋煤

粉的重量为 25 kg，也可由供需双方协商确定。包

装袋上应有明显的标记，其内容包括：名称、牌

号、重量、批号、供方全称等。运输过程应防止雨

淋和燃烧。煤粉应贮存在阴凉干燥处，分行叠放，

保持通风，以防自燃。

补充说明：

（1） 作者认为行业标准要求煤粉挥发物含

量、水分含量试验方法按照 GB/T 212-2008《煤

的工业分析方法》所采用的称量精度要求过高。

按照 GB/T 212-2008《铸造用砂和混合料试验方

法》规定的灼烧减量试验方法规定也同样对称量

精度要求甚高。为了适合铸造工厂使用，在本文

中对这些试验方法作出修改和说明。

（2）在煤粉的分级表中对“硫分含量（%）规

定为≤0.6、≤0.8 和≤1.0。”此规定似乎是用于生

产球墨铸铁件，对于灰铁铸件的硫分含量规定似

乎可以更宽些。

提示：

（1）袋装煤粉应贮存在阴凉干燥处，分行叠

放，保持通风，以防自燃。煤粉的自燃趋势与其品

种有关。曾有铸造工厂的煤粉在混砂机上的料斗

中发生自燃。如果仅为冒烟，可迅速用光，清空料

斗，不可浇水，以免清除困难。

（2）煤粉的包装袋上应有明显的标记。有时

在仓库中混杂储放的煤粉和石墨粉标记模糊，混

淆不清。简易区分方法：取一点撒向盛有铁液的

包中，或向燃烧的火炉撒去。看到立即燃烧和爆

发出闪烁星光就是煤粉。如果仅仅燃烧，没有闪

光就是石墨粉。

3.2 煤粉的质量检测

3.2.1 煤粉的粒度

煤粉粒度测定方法与硅砂粒度类似，需注意

煤粉应先在 105～110 ℃电烘箱中烘干，然后称取

10 g 用标准筛的 0.150 mm 和 0.106 mm 筛进行

筛分，测定在两筛上的停留量。

补充说明：

JB/T 9222 -2008《湿型铸造用煤粉》规 定

煤粉“100%通过 0.150 mm 筛孔，95%以上通过

0.106 mm 筛孔”。按照国外生产经验，煤粉中有

一定量停留在 0.150 mm 筛上的颗粒并不影响使

用。认为粗粒煤粉在浇注后起作用时间长，最适

合较厚铸件使用。例如英国 James Durrans &

Sons Ltd 公司供应 5 种粒度煤粉，其中有两种中

等粗细的煤粉在 0.150 mm 筛上停留量分别为

32％和 15%。

3.2.2 含水量

煤粉在磨粉时含有一些水分是正常的，不含

水分的煤粉在磨粉时可能出现轻飘飞扬现象。但

煤粉不可过湿，否则影响煤粉的气力输送。适量

含水的煤粉并不影响湿型砂的质量，因为混砂时

还要加入水分。

用感量 0.001 g 的电子天平称量生产使用的

煤粉试样 1.00 g，平摊在预先烘干和扣除重量的

小烧杯中。放入预先鼓风并已加热到 105~110 ℃

的烘箱中烘干 30 min。取出冷却至接近室温后进

行称重。煤粉的含水量按下式计算：

M＝ m-m1

m ×100%

式中：M——煤粉中的含水量（％）；

m——烘干前试样的质量/g；

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

62

第30页

2011 / 3 现代铸铁

m1——烘干后的试样质量/g。

补充说明：

（1）GB/T 212-2008《煤的工业分析方法》规

定测含水量使用专门的“玻璃称量瓶，直径 40

mm，高25 mm，并带有严密的磨口盖。”“…打开

称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热的干燥箱中”

“从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥

器中冷却至室温（约 20 min）后称量。”作者认为

使用无盖的小烧杯即可，煤粉不是强吸潮物质，

不必使用磨口称量瓶，不必盖上盖子，也不必在

干燥器中冷却。

（2）标准的空气干燥法规定：“称取一定量的

一般分析试验煤样（1±0.1）g，称准至 0.000 2 g，

…”对铸造工厂的型砂实验室而言，标准所述的

一般分析试验煤样相当于铸造工厂供货状态或

生产使用状态的煤粉。若要称准至 0.000 2 g，就

必须使用感量 0.000 1 g 天平称量。作者认为煤

粉的含水量检测结果有两位有效数字即可，使用

感量为 0.001 g 的电子天平可以更方便和迅速地

得出结果。

（3）标准还要求“进行检查性干燥，每次 30

min，直 到 连 续 两 次 煤 样 的 质 量 减 少 不 超 过

0.001 0 g…为止。”实际上煤粉在 105~110 ℃鼓

风烘干箱中烘干 30 min 已够。不需要反复烘干，

不会显著影响测试精度。

（4）标准给出的计算式如下：

Mad＝ m1

m ×100%

式中：Mad——一般分析试验煤样水分的质量分

数（%）；

m——称取的一般分析试验煤样水分的质

量/g；

m1——煤样干燥后失去的质量/g。

式中的“m1——煤样干燥后失去的质量”指

的是干燥前后的重量差，m1 并不能从电子天平

的显示屏直接读出，仍然需要另外计算。改为前

面推荐的计算式，用 m 和 m1 分别代表烘干前后

的重量更便于使用。

提示：

（1）测定煤粉含水量，使用精度 0.001 g 天平

称量 1 g 煤粉的原因是煤粉含水量通常不足

4%，试验结果可以得出两位有效数字。如果用精

度 0.01 g 天平称量只能测得一位有效数字。

（2）不可使用加热温度高达 160～170 ℃的红

外线烘干器加热煤粉，一部分低挥发温度的组分

可能随水分而跑掉。有的煤粉只需烘 2～3 min 就

有可能引起燃烧。

3.2.3 煤粉的灰分

煤粉中的灰分属于含有的杂质，选矿过程中

未将混入煤中的矸石清除干净，磨粉后成为灰

分。有的劣质煤粉中灰分含量过多，使抗粘砂效

果大打折扣，还会猛增型砂的泥分，引起铸件形

成多种表面缺陷。灰分的检测方法如下：

预先将瓷坩埚或灰皿在 900 ℃煅烧 1 h，

并在干燥器中存放。取出坩埚或灰皿，用感量

0.001 g 电子天平去皮后，称量预先 105~110 ℃

烘干和在干燥器中存放的煤粉试样 1.000 g；与

坩埚一同送入炉温不超过 100 ℃的马弗炉恒温

区中，关上炉门并使炉门留有 15 mm 左右的缝

隙；在不少于 30 min 时间内将炉温缓慢升至约

500 ℃，并在此温度下保温 30 min；继续升温至

815±10 ℃，并在此温度下灼烧 40 min；从炉中取

出坩埚（灰皿），放置耐热瓷板上，置入干燥器中

冷却至室温，或者在空气中冷却到接近室温，然

后称量。灰分计算如下式：

A＝ m-m1

m ×100%

式中：A——试料灰分（％）；

m——灼烧前试料质量/g；

m1——灼烧后试料质量/g 。

补充说明：

（1）GB/T 212-2008 规定“称取一般分析试

验煤样（1±0.1）g，称准至 0.000 2 g，”对铸造工厂

的型砂实验室而言，标准所述的一般分析试验煤

样相当于铸造工厂供货状态或使用状态煤粉，其

中还含有质量不等的水分。测定称量煤粉时不必

使用精度 0.000 1 g 天平。通常煤粉的灰分不足

10%，使用感量为 0.001 g 的电子天平能够测得

两位有效数字的灰分。

（2）标准规定将称取的煤样“均匀地摊平在

…灰皿中，”所用灰皿见图 4。可以使用实验室常

用的坩埚替代灰皿。

（3）标准提到“灰皿预先灼烧至质量恒定，”

“从炉中取出灰皿，放在空气中冷却 5 min 左右，

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

63

第31页

现代铸铁 2011 / 3

移入干燥器中冷却至室温（约 20 min）后称量。”

实际上坩埚或灰皿只要灼烧足够时间就不需达

到恒重。取出后可以在干燥器中或者在空气中冷

却至接近室温即可称量。

（4）标准给出下列计算式：

Aad＝ m-m1

m ×100%

式中：Aad——空气干燥基灰分的质量分数（%）；

m——称取的一般分析试验煤样的质量/g；

m1——灼烧后残留物的质量/g。

式中的“m1——灼烧后残留物的质量，…”指

的是灼烧前后的质量差，m1 并不能从电子天平

显示屏直接读出，仍然需要另外计算。改为前面

推荐的计算式，用 m 和 m1 分别代表灼烧前后的

重量更便于使用。

提示：

（1）与测定型砂的灼烧减量方法相比，测定

煤粉的灰分要更严格地从低温开始加热，避免煤

粉突然受到高温加热而爆发出挥发分。500 ℃以

前缓慢升温和 500 ℃的保温能使煤粉中的低温

挥发分能够充分挥发和烧掉而不致爆燃。

（2）为了在含有氧气的炉气条件下，充分燃

烧掉高温挥发分和所含的碳质材料 （包括固定

碳），在试验的整个过程中，炉门都开有 15 mm

左右的缝隙，使含氧空气自由进入。有些马弗炉

的炉门有断电开关，炉门开启状态不能通电。可

以用耐火砖或其它物品将开关顶住通电加热。

3.2.4 煤粉的挥发分

砂型中煤粉高温下发出挥发分，形成还原性

气氛，并能分解形成光亮炭。煤粉挥发分量的多

少主要取决于煤的种类。煤粉主要由肥煤和焦煤

选配制成，挥发分不可过低，也不应过高。挥发分

检测方法如下：

在预先于 900 ℃温度下灼烧过的带盖瓷坩

埚中，用感量 0.001 g 电子天平称取 105～110 ℃

烘干煤粉 1.000 g，使其中试样摊平并盖上盖。将

马弗炉预先加热至 920 ℃左右，打开炉门，迅速

用坩埚钳将坩埚送入炉中恒温区，立即关紧炉

门。要求炉温在 3 min 内恢复至 900±10 ℃。包括

温度恢复时间在内，准确加热 7 min。取出坩埚，

在空气中冷却后称量。以所失去质量占试样原质

量的百分数做为挥发分。测定结果按下式计算：

V＝ m-m1

m ×100%

式中：V——挥发分（%）；

m——加热前试料的质量/g；

m1——试料加热后的质量/g。

补充说明：

（1）GB/T 212-2008 规定“称取一般试验煤

样（1±0.01）g，称准至 0.000 2 g，然后轻轻振动

坩埚，使煤样摊平，盖上盖，”对于铸造工厂可选

供货状态或生产使用的煤粉。称量使用感量为

0.001 g 的电子天平已然满足要求。

（2）GB/T 212-2008 规定使用“带有配合严

密的瓷坩埚，”“坩埚总质量为（15～20）g。”装好煤

样后“放在坩埚架上。”“坩埚架：用镍铬丝或其他

耐热金属丝制成。”并对坩埚及坩埚架的尺寸有

详细规定（见图 5）。对于铸造工厂来说，可使用

带盖的常用坩埚，不需用专门坩埚。也无须使用

专门制成的坩埚架，用坩埚钳夹持盛有试料的带

盖坩埚直接送入马弗炉中即可。

（3）GB/T 212-2008 规定“从炉中取出灰皿，

放在空气中冷却 5 min 左右，移入干燥器中冷却

至室温（约 20 min）后称量。”实际上坩埚在取出

和冷却时盖有坩埚盖，不会吸潮。可以在干燥器

中或者在空气中冷却至接近室温即可称量。

（4）标准规定“…计算煤样的空气干燥基挥

图 4 测定灰分用灰皿

图 5 挥发分测试用坩埚（a）和坩埚架（b）

（a） （b）

55

45

25

14

22

φ33

φ35

φ48 φ29

φ 内 30

120

15

15

80

25

45～55

40

1.5 1.5 4

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

64

第32页

2011 / 3 现代铸铁

发分：

Vad＝ m1

m ×100-Mad

式 中 ：Vad——空气干燥基挥发分的质量分数

（%）；

m——一般分析试验煤样的质量/g；

m1——煤样加热后减少的质量/g；

Mad——一般分析试验煤样水分的质量分数

（％）。

式中的“m1——煤样加热后减少的质量，…”

指的是加热前后的质量差，m1 并不能从电子天

平显示屏直接读出，仍然需要另外计算。改为以

上推荐的计算式，用 m 和 m1 分别代表灼烧前后

的质量更便于使用。

“Mad—— 一般分析试验煤样水分的质量分

数，”所谓“一般分析试验煤样”在此可以理解为

铸造到货或生产用煤粉，其中含有水分。本文推

荐称量预先经过 105~110 ℃烘干和在干燥器中

存放的煤粉试料，可以不计煤粉中水分。则上面

计算式中的 Mad 项可以略去。

提示：

应注意此试验与测定灰分试验有明显区别，

坩埚需加上盖，炉门也要完全关闭。为的是只让

煤粉试料受热干馏排出挥发分，防止煤粉中固定

碳被氧化烧掉。

3.2.5 煤粉的发气量

浇注时煤粉发出还原性气体即挥发分。煤粉

发气量的试验方法与湿型砂发气量同样，使用焙

烧过的瓷舟或不锈钢舟，用精度 0.001 g 天平称

取干燥煤粉 0.100 g 送入加热炉的炉管中。由仪

器的记录仪可直接读出煤粉的发气量/mL。测定

前先送入盛有少量煤粉的瓷舟或不锈钢舟到加

热管中，利用发出气体驱除可能残留的含氧空

气，经过这样操作两三次后，才进行正式测定煤

粉的发气量。还需注意煤粉试料遇热会突然发出

气体，检测时须迅速塞紧加热管口，勿使气体自

管口逸出。

提示：

可以由煤粉的发气量估计出挥发分的高低

如何。挥发分（x）与发气量（y）二者的相关关系可

用 y=42.52 10.28x 表示。相关系数高达 0.992 2，

表明两种测定结果密切相关，可以相互替代。

3.2.6 煤粉的焦渣特性

焦渣特征反映煤在干馏过程中软化、析气、

熔融形成胶质体，并固化粘结成焦的特性。生产

湿型铸铁件时，希望浇注后砂型表面的煤粉受热

形成足够多的胶质体堵塞砂粒之间的孔隙，阻止

铁液钻入。但不希望煤粉过分烧结使型砂形成团

块。检测方法按照 GB/T 212-2001 规定，测定挥

发分的试验结束后，注意检查坩埚中残留的焦

渣。可按照下列序号作为焦渣特征分为 8 级：

①粉状——全部粉状，没有互相粘着的颗

粒。

②粘着——用手指轻碰即成粉状或基本上

是粉状，其中较大团块或团粒轻碰即成粉状。

③弱粘结——用手指轻压即碎成小块。

④不熔融粘结——手指用力压才裂成小块，

焦渣上表面无光泽，下表面有银白色光泽。

⑤不膨胀熔融粘结——焦渣呈扁平饼状，煤

粒界限不易分清，表面有明显银白色金属光泽，

下表面银白色更明显。

⑥微膨胀熔融粘结——用手指压不碎，在焦

渣上、下表面均有银白色金属光泽。但在焦渣表

面上具有较小的膨胀泡（或小气泡）。

⑦膨胀熔融粘结——焦渣上、下表面有银白

色金属光泽，明显膨胀但高度不超过 15 mm。

⑧强膨胀熔融粘结——焦渣上、下表面有银

白色金属光泽，焦渣高度大于 15 mm。

提示：

湿型砂用煤粉希望避免强膨胀熔融粘结的

7 级和 8 级，以免将砂粒粘结成大的复合颗粒。

焦渣特征 1 级的煤粉，即使挥发分较高，由于胶

质体量过低，其抗粘砂效果不良。焦渣特征 2 级

的煤粉，虽然可用，而其效果并不理想。效果较好

的为 4~6 级，虽然有轻度烧结，但未使砂粒粘连。

3.2.7 光亮炭析出量

煤粉在受热时产生的碳氢化物（主要为芳烃

类）的挥发分在 650~1 000 ℃高温下，于还原性

气氛中发生气相热解反应，在金属液和铸型的界

面上析出一层带有光泽的微细结晶碳，即“光亮

碳”（或光泽碳）。这层光亮碳使砂型不受铁液润

湿，铁液难以向砂粒孔隙中渗透，从而得到表面

光洁的铸件。

根据 JB/T 9222-2008 附录 A“光亮炭的测定

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

65

第33页

现代铸铁 2011 / 3

方法”规定，并参照国际铸造技术委员会“铸造型

砂碳质加入物控制方法”1.6 专题任务组的文件，

介绍如下：

（1）测试装置：如图 6 所示。石英管壁厚

1.5 mm，质量 100 g；石英管中均匀装有石英棉 6

g；石英坩埚质量 50 g，最大差量±10％。石英管和

石英坩埚以磨口形式连接。石英管的使用寿命为

100 次，石英棉为 30 次。支架用厚度为 2 mm 的

耐热钢板制成。马弗炉的内尺寸（160~175）mm×

（95~100）mm×（260~290）mm，功率 3 kW，并附

有热电偶和高温表。

（2）准备：马弗炉升温至 900±20 ℃。石英管

和石英坩埚在此温度和通风条件下加热约 30

min，置入干燥器中冷却约 30 min 至室温。称量

石英管和石英坩埚质量至精度 0.1 mg。在石英坩

埚中称量试料至精度 0.1 mg，试料质量需使测定

后石英管至少有 10％~20%的长度未被染色，以

下数值供参考：试料的光亮碳含量 0~10%─称量

0.3~0.5 g、10％~40%─称量 0.1~0.3 g。

（3）试验步骤：先将装有石英棉的石英管置

入 900 ℃的马弗炉中，等石英管被热至 900 ℃

（约 10 min）。迅速将装有试料的石英坩埚与石英

管连接，并在第一分钟将坩埚夹持牢固以避免爆

燃损失，然后关闭炉门。3 min 内炉温恢复到上述

温度。总共 5 min 后取出坩埚和管，在干燥器中

冷却至室温（约 30 min）后再次称量。

（4）计算：称量石英管质量的增加量除以煤

粉试料质量即为光亮炭量。

GK＝ A-E

D ×100

式中：GK——光亮炭含量（％）；

A——试验后石英管及光亮炭质量/g；

E——试验前石英管质量/g；

D——试料质量/g。

提示：

（1） 测定煤粉光亮炭含量需用专门试验装

置，也需要试验人员具有熟练操作技术。有关的

高等学校、科学研究单位、主要造型材料供应公

司，以及大型湿砂型铸造工厂适合掌握此项检测

方法。一般铸造工厂如有需要，可以委托上述单

位进行检测。

（2）浇注时煤粉形成光亮炭是防止铸铁件粘

砂的原因之一，形成胶质体堵塞砂型表面孔隙和

形成还原性气体阻止铁液氧化也是重要的防止

粘砂作用因素。此外还有些材料如淀粉、石墨粉

……不形成光亮炭也同样起防粘砂作用。

3.3 复合煤粉和煤粉代用品

作为生产湿砂型铸铁件使用的防粘砂和改

善表面光洁程度的型砂辅料，除了纯粹的煤粉以

外，还有几种其他材料或商品。

（1）高效煤粉：优质煤粉与高软化点石油沥

青混合商品。可以增强效果，减少加入量。技术源

自德国的“合成煤粉”。

（2）复合煤粉：以煤粉为主，另外加入膨润

土、沥青、淀粉、木粉、腐植酸等材料的混配商

品，可以一起加入混砂机中。北美铸铁工厂广泛

应用。配方由供应公司与用户根据铸造工厂具体

情况共同制定。

（3）不含煤粉材料：淀粉、石墨粉、植物油

……。

（4）成分不明混合材料：由其黑色外观估计

是以煤粉为主要成分的商品。但须注意有的商品

中是否加入了对人体健康不利的煤沥青粉。

以上几种材料可以检测其含水量、吸蓝量、

挥发分、灰分……，以及混砂后的型砂强度、透气

性、发气量、流动性、韧性有何变化。但不能由这

些试验结果推测质量好坏。判断抗粘砂效果的主

要检验办法是浇注试验。要比较几种不同材料的

抗粘砂能力，最好采用具有不同厚度断面的阶梯

图 6 光亮炭测定装置

（a）

（b）

φ40

165

30 42.5 42.5

磨口（NS29/32）

φ27

40

φ5 孔

40 42.5 42.5

260

5

42

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

66

第34页

2011 / 4 现代铸铁

湿型砂原材料质量测定方法（4）

于震宗

（清华大学 机械工程系，北京 100084）

编者按：粘土湿型砂主要用来生产中小铸铁件和铸铝件以及少量小型铸钢件，特别是汽车、拖拉机的关键铸件，如

气缸体、气缸盖、曲轴、制动盘等，其铸件质量往往与湿型砂性能有关。作者根据 GB/T 2684-2009 铸造用砂及混合料试

验方法、GB/T 212-2001 煤的工业分析方法、JB/T 9221-1999 铸造用湿型砂有效膨润土及有效煤粉试验方法、JB/T

9222-2008 湿型铸造用煤粉、JB/T 9227-1999 铸造用膨润土和粘土、JB/T 9442-1998 铸造用硅砂、GB/T20973-2007 膨润

土，同时参照了美国砂型和砂芯试验手册（AFS Mold and Core Test Handbook, 3rd Edit.），系统地介绍了湿型砂性能检测

和湿型砂原材料质量测定方面的国家标准和机械行业标准以及最新的检测仪器，更重要的是还根据其他参考资料以及

自己参加的科研和操作实践，以“补充说明”的形式给出了湿型砂性能检测技巧和湿型砂原材料质量检测方法，并针对

国内外相应的检测方法和检测仪器性能提出了自己的见解。

“湿型砂性能检测技术”一文包括湿型砂取样方法，含水量检测，紧实率、透气性、湿态强度、韧性、可紧实性和流动

性、含泥量、砂粒粒度、有效膨润土量、有效煤粉和发气量、热湿拉强度等型砂性能的测量方法和注意事项共 12 节内容，

刊登在本刊 2010 年第 1~5 期；“湿型砂原材料质量的测定方法”一文包括原砂（指硅砂）、膨润土、煤粉、淀粉等湿型砂原

材料的质量判定标准和检测方法共 4 节内容，本刊从 2011 年第 1 期起连载刊登。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2011）04-0085-02

DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2011.04.015

Test Methods of Raw Materials Quality about Green Sand（4）

YU Zhen-zong

（Machinery Engineering Department，Tsinghua University，Beijing 100084）

收稿日期：2009-11-10 修定日期：2010－01－13

作者简介：于震宗（1924.12-2010.12.25），男，教授，博士生导师。

4 淀粉

应用于铸造生产中的淀粉类附加物主要有

三种：普通淀粉（包括性能近似的小麦面粉），糊

精和 α-淀粉。国内外机械化铸造工厂湿型砂用

淀粉类材料绝大部分为 α-淀粉。有个别工厂只

在型砂中加入 α-淀粉替代煤粉以减少对工作环

境的污染，其抗粘砂效果与优质煤粉近似。

从节约生产成本考虑，α-淀粉通常只作为

辅助材料，用来改善湿型砂的起模性、韧性和降

低对水的敏感性。曾有铸造工厂在湿型砂中加入

少量小麦粉（面粉厂的落地面粉），也具有一定的

效果。糊精能够强烈提高湿型砂的韧性，但同时

猛烈降低型砂流动性，不适合机器造型使用。

目前市面上有几种 α-淀粉商品供应，选购

前自行检验其质量和性能情况是必要的。淀粉的

性能和质量指标如下。

4.1 含水量

在 105～110 ℃烘干箱内烘干，测定含水量。

普通淀粉和糊精的水分大约在 5%～15％，α-淀粉

含有的水分都不超过 8.5％。

4.2 灰分

试验方法与煤粉灰分检验相同。普通淀粉、

糊精和 α-淀粉的灰分大多在 0.20%～0.50％，个

别 α-淀粉制造时未去除原料玉米的皮壳，灰分

可能高达 1.5%～2％。如果在 α-淀粉商品中掺杂

膨润土和矿石粉，则灰分就会大大超过 2％。

4.3 α化度和膨润度

α 化度反映出从普通淀粉（β-淀粉）转化为

α-淀粉的程度。标准法测定 α 化度的操作步骤

较为复杂，较少采用。简易法即膨润度测定法，操

作步骤是：

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

85

第35页

2012 / 4 现代铸铁

4 铸造用气硬冷芯盒树脂砂的性能

检测

铸造用气硬冷芯盒树脂砂已成为当前应用

最广泛的制芯（造型）方法之一。冷芯盒法已不仅

仅是指三乙胺法，根据所吹硬化剂气体的差异还

有 SO2 法、酯硬化法、CO2 法等。该法改变了壳

法、热芯盒法必须使用金属芯盒，操作人员必须

在高温下操作及能耗高等方面的缺点；也改变了

自硬法的芯砂可使用时间短、起模时间长等不利

于高效大批量生产的缺点。但该法也有局限性，

如配套的设备、工装受制于型（芯）大小和批量

等。

气硬冷芯盒法的吹气方法见参考文献[3]，并

应严格控制吹气时间和气流速率。

冷芯盒树脂砂的性能控制指标主要有强度

（包括抗拉强度及抗压强度）和发气量。

4.1 气硬冷芯盒树脂砂的强度测定[5]

（1）试剂和材料

标准砂应符合 JB/T 9224 规定 （现已改为

GB/T 25138—2010 《检 定 铸 造 粘 结 剂 用 标 准

砂》）；三乙胺为化学纯级；变色硅胶应符合 HG/T

2765.4 的规定。

（2）仪器

主要仪器有：容量 2 kg 的水泥胶砂搅拌机；

最大量程 10 kg、精度 5 g 的台秤；精度 0.01 g 的

天平；射砂容量 2 L 的冷芯盒射芯机，配置三乙

胺雾化及计量装置，具备自动制样功能；“8”字形

抗拉强度芯盒试样和抗压强度圆柱形芯盒试样；

空气压缩机；空气处理量不低于 0.5 m3

/min 的常

温风冷型冷冻式干燥机；240 mm 的玻璃干燥器；

活塞直径 22. 6 mm、活塞面积 4 cm2

、最大推力

235 N 的液压强度试验机，附有抗拉强度在 0～

0.8 MPa 的低压表和 0～5.0 MPa 的高压表及配置

高压附件。

（3）操作步骤

①混合料的制备：控制环境温度为 20±5 ℃，

相对湿度不大于 65%。称取砂温 20±2℃的标准

砂 2 000 g 放入水泥胶砂搅拌机中；开动搅拌机

立即放入铸造用酚脲烷冷芯盒树脂 I 组分 16.0

g，搅拌 1 min 后立即加入铸造用酚脲烷冷芯盒

树脂 II 组分 16.0 g 并搅拌 1 min；将混合料再混

制 1 min 后出料。

②制样：对冷芯盒射芯机设定操作参数，开

启空气压缩机及常温风冷型冷冻式干燥机供气，

使射芯机压力达到 0.5～0.8 MPa，待压力稳定后，

收稿日期：2011-05-28 修定日期：2012-06-06

作者简介：陈允南（1939.08—），男，汉族，广东汕头人，1964 年毕

业于华南工学院铸造专业，教授级高级工程师，主要从事铸造造

型材料的研究工作。

树脂砂性能检测技术（4）

陈允南

（上海市机械制造工艺研究所 铸造分所，上海 200072）

编者按：铸造老前辈、清华大学于震宗老师以 86 岁高龄，一边与病魔搏战，一边完成了《实用湿型砂检测技术》和《湿型

砂原材料测定方法》两本书稿，在我刊 2010 年 1~6 期和 2011 年 1～4 期以连载方式已飨读者。笔者受于老师临终嘱咐，

仿于老师思路，参照标准又不拘泥于标准，为铸造企业型砂实验员写出了一本《实用树脂砂检测技术》的书稿。本刊将其

分成“树脂砂性能检测技术”和“树脂砂主要原材料检测技术”两部分，从 2012 年第 1 期起连续刊登。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003－8345（2012）04－0077－04

DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2012.04.0013

Properties Test Technique Used for Resin Sand（4）

CHEN Yun-nan

（Foundry Branch, Shanghai Institute Byilding Technology, Shanghai 200072, China）

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

第36页

77

现代铸铁 2012 / 4

将步骤①混好的混合料装入砂斗，以三乙胺为催

化剂固化混合料。

③强度测定：测定试块脱模后 15 s 内的瞬

时强度；其余试块按要求放入高干玻璃干燥器

（放入新的或经烘干的变色硅胶、温度控制在

20±2 ℃的玻璃干燥器）或高湿玻璃干燥器（放入

水、温度控制在 20±2 ℃的玻璃干燥器）中，经 24

h 后测定高干强度和高湿强度。

测定强度时，将试样放在液压强度试验机夹

具中，逐渐加载，直至试样断裂，其强度从压力表

中读出。当抗压强度高于试验机正常测量范围

时，应在高压附件上测定。

（4）结果表示

测定 5 块试样的强度值，然后去掉最大值和

最小值，将剩下 3 块数值取其平均值作为试样强

度值。3 个数值中任何一个数值与平均值的相对

偏差应不超过 15%。

4.2 气硬冷芯盒树脂砂的发气量测定

冷芯盒树脂砂的发气量测定方法与覆膜砂

发气量测定方法相同 （见本刊 2012 年第 1 期第

85 页文 1.10 小节），只是发气量测定仪应该只升

温至 850±5 ℃。

4.3 气硬冷芯盒树脂砂的性能特点

几种常用的气硬冷芯盒树脂砂的性能特点

及使用注意事项如下。

4.3.1 三乙胺法气硬冷芯盒树脂砂

三乙胺法冷芯盒树脂砂（又称 Asland 法）是

原砂与液态的组分 （酚醛树脂）和组分 I II（聚异

氰酸酯）有机树脂粘结剂混合后射入芯盒，然后

吹入气雾硬化剂（常用三乙胺 TEA），砂芯（型）即

在常温下快速硬化，通过吹入干燥、清洁的压缩

空气，冲洗净化砂芯（型）中的残余硬化剂后即可

取出砂芯（型），并且可立即用来浇铸合金液。

三乙胺法冷芯盒树脂砂现已成为国内应用

最广泛的制芯方法之一。需要注意的是：

（1）三乙胺法冷芯盒树脂砂的质量对水分特

别敏感，任何来源的水分都是不利因素，故要求

来自原砂、气硬树脂、固化气体、工装等方面的水

分应尽量少，特别是在冬季。

（2）三乙胺法冷芯盒树脂砂的典型配方是：

树脂的两组分质量比一般为 1：1（或 55：45）；但

铸钢件常用 6：4，以降低含氮量。树脂加入量主

要取决于原砂的质量，一般为硅砂质量的 1.5%

左右，铝合金可为 1.0%。

（3）三乙胺法冷芯盒树脂砂可用间歇式或连

续式混砂机进行混砂，混砂机及定量装置等要充

分干燥，定量要准确；加砂后先加组分 I 混匀，再

加组分 II 混匀便可。切记，混砂时间不宜过长，

因为混砂时间长会使砂温升高，加速树脂中的溶

剂挥发，使型（芯）砂的可使用时间缩短、流动性

降低、强度下降；另外，混好的砂要尽快用完。

4.3.2 酚醛-酯法气硬冷芯盒树脂砂

此法也称气硬冷芯盒法的 β-set，它用含固

量 50%～60%的水溶性碱性甲阶酚醛树脂与原砂

（如硅砂）混匀，然后吹入甲酸甲酯硬化剂气雾使

砂芯硬化。其主要优点是：该树脂和硬化剂都不

含有害元素硫、氮等（也有极少量含氮的），含碳

也不多，因而可有效地防止铸件由这类元素引起

的增硫、增碳、球化衰退及氮气孔缺陷，尤其适合

合金钢、碳钢、球铁铸件的铸造生产，而且对环境

污染少、对人体危害小。

甲酸甲酯在空气中允许的最大浓度为 100

ml/m3

。在此法中，甲酸甲酯不是催化剂，而是一

种活泼的反应物；它与树脂生成不稳定的化合

物，并很快分解为聚合树脂、金属盐和少量的醇，

所生成的聚合树脂起硬化作用；这表明大部分甲

酸甲酯已在砂芯硬化过程中被消耗掉，残余的酯

蒸气可用少量净洗空气去除，并可直接排放到室

外。在铸造用酚醛-酯法气硬树脂砂中几乎察觉

不到甲酸甲酯气味，因而改善了作业环境。

4.3.3 CO2 法气硬冷芯盒树脂砂

铸造用 CO2 法气硬冷芯盒树脂砂包括酚醛

CO2 法树脂砂和聚丙烯酸钠 CO2 法树脂砂等。

（1）酚醛 CO2 法气硬冷芯盒树脂砂

酚醛 CO2 法树脂是将合成的液态酚醛树脂

用 KOH 处理成碱性溶液，再溶入硼酸盐、锡酸盐

或铝酸盐。用这种树脂配制成的树脂砂吹 CO2

时，能够硬化的可能机制是因为吹 CO2 增加了树

脂溶液中 H+

浓度，H+

首先与酚醛负离子结合，形

成酚醛分子，酚醛分子再以硼酸负离子为连接桥

而交联硬化；或无机盐使酚醛分子络合而胶凝。

该法典型的树脂加入量为硅砂质量的 2.0%

～3.5%，理想的砂温为 15～30 ℃；所用硅砂要求具

有低酸耗值，铬铁矿砂和锆砂也可使用，但橄榄

检 Test and Measurement Technique

测

技

术

78

第37页

2012 / 4 现代铸铁

石砂不适用；混好的砂应盖严，因空气中的 CO2

也会使混好的砂表层硬化。

铸造用酚醛 CO2 法树脂砂至今尚无国家或

行业标准，现以苏州兴业的产品说明书及其它资

料说明其性能特点如下。

铸造用酚醛 CO2 法树脂砂系由碱性酚醛气

硬树脂和 CO2 固化剂两个组分所组成。因而：

①该粘结剂系统（树脂和固化剂）不含铸造

有害元素氮、硫、磷等，可有效地防止铸件由这类

元素引起的气孔缺陷，以及由硫、磷引起的球铁

球化不良的缺陷，尤其适合合金钢、碳钢、球铁铸

件的铸造生产。

②该粘结剂系统有良好的热塑性，可减少钢

铸件和球铁铸件的热裂纹、脉纹、冲砂、气孔缺

陷，并可进一步提高铸件尺寸精度。

③该粘结剂系统在作业过程中几乎不产生

有害及刺激性气体，作业环境大为改善。

④本产品可用射芯机实现自动化生产，也可

手工造型或制芯，或面砂、背砂与水玻璃 CO2 砂

配合运用。

⑤砂型强度适宜，出盒 2 h 后可合箱浇注，

生产效率高。

⑥如用射芯机生产，应配备必需的 CO2 吹气

装置和合格的工艺装备，选用合格的原砂（再生

砂）、CO2 气体、涂料等；并应按铸件工艺要求选

择合适的树脂加入量和工艺控制参数。

（2）聚丙烯酸钠 CO2 法气硬冷芯盒树脂砂

据笔者所知，聚丙烯酸钠 CO2 法树脂砂在国内应

用不多。此法所用树脂为聚丙烯酸钠水溶液，无

毒、无任何气味，也不含苯酚、甲醛、糠醇等；促硬

剂为灰白色粉状物，主要组分是 Ca(OH)2；为使促

硬剂具有更好的性能，通常大都采用有机物改

性，储存期可达一年。采用的原砂最好是经过洗

涤、干燥、偏圆形的硅砂，橄榄石砂也可用。混好

的砂不宜敞露储存。

根据砂芯的复杂程度和硅砂质量的不同，此

法树脂加入量为硅砂质量的 2.5%～3.8%，促硬剂

加入量为树脂质量的 25%～42%。促硬剂加入量

增加，砂芯的初始强度和终强度均随之提高；达

40%后，强度值增加不多。顾忌到粉状促硬剂过

多会降低树脂砂的流动性、增加树脂砂中的碱性

物质和降低硅砂的耐火度，故不宜多加。

4.3.4 SO2 法气硬冷芯盒树脂砂

（1）呋喃或酚醛/SO2 法气硬冷芯盒树脂砂

此法是基于酸自硬呋喃或酚醛树脂硬化的

原理而开发出来的。它不用酸自硬法的液体磺酸

固化剂，而是依靠 SO2 气体与芯砂中活化剂释放

出来的新生态氧及芯砂中的水反应，就地生成硫

酸，催化呋喃或酚醛树脂迅速发生交联反应，导

致芯砂瞬时硬化。

此法的主要优点是：热强度高；铸件表面粗

糙度值低，尺寸精度高；出砂性优良，即使铝、镁

合金也容易出砂；发气量低，浇注时烟雾小，有利

于减少铸件气孔；强度增长快，起模 1 h 内强度

可达终强度的 85%～95%；混好的芯砂可使用时

间长，少到 6 h，多达 20 h 以上；生产效率高；节

省能源。

但 SO2 法的缺点也很明显，主要是：SO2 遇水

成酸，腐蚀性强，虽然所有工程材料都可制作芯

盒，但要涂防护层；SO2 有强烈的刺激性臭味，因

此整个系统必须严加密封，不得泄漏；过氧化物

易燃，要妥善保管；树脂易引起芯盒表面结垢，较

难清理，给流水线生产带来麻烦（国外一般靠喷

玻璃丸及用稀醋酸清洗来去除积垢）。

（2）环氧树脂/SO2 法气硬冷芯盒树脂砂

环氧树脂/SO2 法气硬冷芯盒树脂砂的树脂

含有两种组分的物质，其第一组分为加入有机过

氧化物的改性环氧树脂，第二组分为含丙烯酸或

乙烯酯改性剂的环氧树脂。典型的树脂加入总量

是硅砂质量的 0.8%～1.5%，取决于砂的质量类型

及所浇铸的合金种类。

树脂第一组分与第二组分质量比为 6：4 或

65：35。混砂时将两组分同时加入砂中，混制成树

脂砂。粘结剂的硬化靠吹 SO2 时产生的硫酸促使

产生离子聚合反应，生成无解离产物的体型结

构，故此法几乎不会在芯盒上形成积垢。这也说

明此法的硬化反应机制不同于呋喃或酚醛、脲烷

树脂砂的硬化反应——交联反应。

环氧树脂/SO2 法所使用的 SO2 浓度为 100%

的气体，不宜稀释。因环氧树脂/SO2 法制成的砂

芯靠吹入 SO2 气体生成的硫酸诱发使环氧基产

生离子聚合，生成没有水产生的体型结构树脂而

硬化。

（3）游离基硬化/SO2 法气硬冷芯盒树脂砂

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

第38页

79

2012 / 1 现代铸铁

树脂砂性能检测技术（1）

陈允南

（上海市机械制造工艺研究所 铸造分所，上海 200072）

编者按：铸造老前辈、清华大学于震宗老师以 86 岁高龄，一边与病魔搏战，一边完成了《实用湿型砂检测技术》和

《湿型砂原材料测定方法》两本书稿，在我刊 2010 年 1~6 期和 2011 年 1~4 期以连载方式已飨读者。笔者受于老师临终

嘱咐，仿于老师思路，依据标准又不拘泥于标准，为铸造企业型砂实验员写出了一本《实用树脂砂检测技术》的书稿。本

刊将其分成“树脂砂性能检测技术”和“树脂砂主要原材料检测技术”两部分，从 2012 年第 1 期起连续刊登。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003-8345（2012）01-0085-04

DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2012.01.016

Properties Test Technique Used for Resin Sand（1）

CHEN Yun-nan

（Foundry Branch, Shanghai Institute Building Technology, Shanghai 200072, China）

树脂砂性能检测一般分为生产型检测和标准

型检测两大类型。生产型检测是为企业正常生产

所进行的检测，项目较实用，若有较大变化，可会

同铸件废品率变化情况来分析引起的原因。笔者

所要阐述的，正是树脂砂性能的生产型检测方法。

铸造行业广泛采用的呋喃、酚醛树脂砂的硬

化反应受温度（室温、砂温、模温等）、水分挥发有

关条件（接触面积、周围湿度、风力等）的影响很

大。型砂试验人员和工艺人员必须掌握有关基本

理论及知识，在出现问题时，要冷静排查包括原

材料、配方、装置、试验方法和步骤等方面的情

况，以找出问题的真正所在。

在进行树脂砂取样时，需要注意的是：

（1）应当由试验员亲自取样，不可由混砂工

或其他人代取、代送，以保证试验结果严谨可靠。

（2）应注意取样的均匀性和代表性，避免从

砂堆表层收集的混合料，也不可取团块状的和混

有异物的型（芯）砂。

（3）除覆膜砂外，若从生产线连续式混砂机

取样，应去除头砂、尾砂（因其树脂含量太少或太

多）；若从间歇式混砂机取样，应从树脂砂中间取

样；最好在现场制样、起模。

（4）从取样处将型（芯）砂拿回试验室的容器

应当是手提有盖的小型塑料桶，桶上有明显编号

以免混乱。不可用旧报纸将砂样托回试验室。以

免纸张吸水和在空气中水分蒸发而改变性能。也

最好不用有盖的塑料盒或搪瓷盒，因为可能需要

登爬楼梯上下取样，不太安全。不可用金属容器

盛放型（芯）砂和旧砂，因为热砂的水分会凝结在

容器上。

（5）应考虑到树脂砂一般有“可使用时间”的

概念。从取样处拿回试验室型（芯）砂，只能作性

能相对比较用，应记录取样、走路等到制样的时

间，并在报告上写明。

（6）型砂的取样频次依各铸造企业的实际情

况而定。

（7）如果铸造企业面积较大，有多条造型线

和砂处理系统分布在车间中，或者有两个以上铸

造车间共用型砂试验室，可以配备专用电动车辆

供试验员取砂样使用。

1 铸造用覆膜砂的性能检测

JB/T 8385-2008《铸造用覆膜砂》中，按常温

抗弯强度（MPa）将覆膜砂分级为：≥10（代号 10，

下同此推）、≥8、≥7、≥6、≥5、≥4、≥3；按灼烧

减量将覆膜砂分级（质量分数%）为：≤1.5（代号

15，下同此推）、≤2.0、≤2.5、≤3.0、≤3.5、≤4.0、

≤4.5，其灼烧温度为 1 000±5 ℃，在高温箱式电

收稿日期：2011-05-28 修定日期：2012-01-07

作者简介:陈允南（1939.08-），男，汉族，广东汕头人，1964 年毕

业于华南工学院铸造专业，教授级高级工程师，主要从事铸造

造型材料的研究工作。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

85

第53页

现代铸铁 2012 / 1

阻炉中焙烧 30 min。

同一标准要求铸造用覆膜砂必测性能指标

有：常温抗弯强度、热态抗弯强度、灼烧减量、平

均细度和熔点；选测性能指标有：常温抗拉强度、

热态抗拉强度、发气量、流动性和硬化率等。

按 JB/T 8385-2008 原文，笔者将覆膜砂取样及

性能测试方法整理如下。

1.1 取样

1.1.1 取样批次

按吨位划分，每连续生产 10 t 为一批次。

1.1.2 取样方法

对每一批次中的覆膜砂进行取样时，可从包

装完好的同一批次覆膜砂中选取平均样 品，袋

装覆膜砂的平均样品由同一批次的百分之一中

选取，但最少不得小于三袋，其质量不得小于 5

kg。

检验所需的样品用“四分法”或分样器从总

样品中选取。如果对某一部分的覆膜砂质量发生

疑问，应对它单独取样检验。

1.2 常温抗弯强度的测定

1.2.1 检测装置

（1）SWY 液压强度试验机；

（2）ZS-6 型制样装置及配套支撑装置（两支

点间距为 60 mm）。

1.2.2 试样的制备和保存

铸造用覆膜砂的常温抗弯强度试样尺寸为：

22.36 mm×11.18 mm×70 mm。

先将试样模具及上、下加热板加热至 232±5

℃，然后移开上加热板，迅速将覆膜砂由砂斗倒

入模腔中；刮板刀口垂直于模具（与模具长度方

向平行），从试样的中间分两次向两边刮去模具

上多余的砂子；然后压上上加热板，开始计时，保

温 2 min，取出试样，放于干燥处，自然冷却到室

温并在 1 h 内进行测量。

1.2.3 测定方法

将抗弯试样放置到试验机的支点上，应使试

样的光面落在两个支承的刃口上，加载的单刃口

则落在试样刮平的平面上，逐渐加载，直至试样

断裂。

1.2.4 结果表述

试样常温抗弯强度值的测定按 GB/T 2684

的规定执行，其抗弯强度值为压力表中抗拉刻度

值的 16 倍。

补充说明：

（1）JB/T 8385-2008 中还介绍了铸造用覆膜

砂常温抗弯强度的另一种检测方法，但其试样尺

寸、成形方法和测量方法等均不相同，有可能会

造成两种方法的检测值不同。

（2）对另一种方法，试样尺寸为：22.36 mm ×

22.36 mm × 170 mm。试样制备方法为：先将试样

左、右模具加热至 232±5 ℃，待温度稳定后，用射

芯压力为 0.5±0.05 MPa 气压保压 5 s，将试样射

制成形；然后开始计时，固化 120±5 s 后，取出试

样，放于干燥处自然冷却到室温；在 30～60 min

之间进行测量。测量方法为：将抗弯试样放置到

强度试验机的两支点刃口上 （支点距离为 150

mm），加载的单刃口则垂直于试样的中部进行均

匀加载，直到试样折裂。然后可从测试仪直接读

出强度值。

1.3 热态抗弯强度的测定

热态抗弯强度试样的制备及测定方法与常

温抗弯强度的一样。不过，取出试样后，要立即放

在试验机上，逐渐加载，直至试样断裂。要求取出

试样后 10 s 内测完，其抗弯强度值为压力表中

抗拉刻度值的 16 倍。

1.4 灼烧减量的测定

1.4.1 检测装置

检测灼烧减量的装置主要有：高温箱式电阻

炉；天平（感量 0.001 g）；瓷舟。

1.4.2 测定方法

首先将经 1 000±5 ℃、焙烧 30 min 至恒重的

瓷舟置于干燥器中冷却到室温备用，并同时称量

瓷舟质量；在已焙烧的瓷舟中称放 2 g（准确到

0.001 g）待测的覆膜砂试样，称量此时瓷舟质量

（连同放入的覆膜砂）；然后一起放入已经加热到

1 000±5 ℃的高温箱式电阻炉中灼烧 30 min；取

出瓷放置到干燥器中，冷却到室温后再次称量瓷

舟质量（连同一起灼烧的覆膜砂）。

1.4.3 结果表述

灼烧减量 D ( %) 按下式计算：

D＝ W1 －W2

W1 －W2

×100

式中：

W0——空瓷舟焙烧至恒重的质量，单位为 g；

检 Test and Measurement Technique

测

技

术

86

第54页

2012 / 1 现代铸铁

筛号

细度因素

6

3

12

5

20

10

30

20

40

30

50

40

70

50

100

70

140

100

200

140

270

200

底盘

300

表 2 不同筛号所对应的细度因数

Tab.2 Grain fineness factors corresponding to different

sieve number

表 1 覆膜砂混制配方

Tab.1 Mixture ratio of resin-coated sand

材料名称

标准砂

壳型（芯）酚醛树脂

乌洛托品水溶液（1：1）（工业一级品）

硬脂酸钙（化学纯）

加入量

1 000.0 g

30.0 g

乌洛托品为树脂量的 12％

硬脂酸钙为树脂量的 6％

W1——瓷舟盛放试样后的质量，单位为 g；

W2——瓷舟盛放试样焙烧后的质量，单位为 g。

1.5 熔点的测定

铸造用覆膜砂熔点的测定按 JB/T 8834 -

2001《铸造用壳型（芯）酚醛树脂》中的规定执行。

1.5.1 检测仪器与覆膜砂配方

用来混制覆膜砂的仪器有 TKHZ-SHY、实验

用行星转子覆膜砂混砂机或其他同类型混砂机，

用来检测覆膜砂熔点的仪器有 TKR-SHY4 覆膜

砂熔点试验仪或其他同类型实验仪。检测用覆膜

砂配方见表 1。

1.5.2 试样制备方法（覆膜工艺）

首先将 1 000 g 标准砂加入到混砂机中，开

动搅拌并开始加热；待砂温加热到 130~150℃

时，关闭加热器电源，将树脂加入混砂机，混砂

150 s；待砂温降到 105 ℃再加入乌洛托品水溶

液，混砂 20 s，再加入硬脂酸钙，开通冷却水冷

却；待砂温降到 70 ℃以下时停机，卸料并过筛孔

尺寸为 0.6 mm 的铸造用试验筛。

1.5.3 测定方法

接通 TKR-SHY4 覆膜砂熔点试验仪电源，

使试验仪工作体表面上的温度沿长度方向形成

60～180 ℃递增的温度梯度；通过漏斗在金属板

上均匀地撒布一层宽约 20 mm 的覆膜砂，加热

60 s 后，开动空气吹扫器，使其均匀地在砂层顶

部移动，将未结壳的浮砂吹走。覆膜砂在温度梯

度板上以结壳最低端的温度即为覆膜砂的熔点。

1.6 平均细度的计算

铸造用覆膜砂平均细度按 GB/T 2684-2009

《铸造用砂及混合料试验方法》中的规定进行计算。

1.6.1 原理

首先计算出筛分后各筛上停留的砂粒质量

占砂样总量的百分数，再乘以不同筛号所对应的

细度因数（见表 2），然后将各乘积相加，用乘积

总和除以各筛号停留砂粒质量百分数的总和，并

将所得数值根据数值修约规则取整，其结果即为

平均细度。

m＝ Σp·n xn

Σpn

（1）

式中：

m——平均细度；

pn——任一筛上停留砂粒质量占总量的百

分数；

xn——细度因数；

n——筛号。

1.6.2 计算示例

平均细度的计算示例见表 3。由表 3 可见，

该覆膜砂的平均细度 m=4 663.4÷98.88=47。

1.7 常温抗拉强度的测定

1.7.1 装置

检测常温搞拉强度的主要装置有：SWY 液

压强度试验机和 ZS-6 型制样装置。

1.7.2 试样的制备和保存

铸造用覆膜砂常温抗拉强度用“8”字型标准

表 3 平均细度的计算示例

Tab.3 Calculation example of average grain fineness

number

6

12

20

30

40

50

70

100

140

200

270

底盘

总和

/g

无

0.06

1.79

4.99

7.09

12.85

15.57

3.97

1.85

0.79

0.09

0.39

49.44

（%）

0.00

0.12

3.58

9.98

14.18

25.70

31.14

7.94

3.70

1.58

0.18

0.78

98.88

3

5

10

20

30

40

50

70

100

140

200

300

0

0.6

35.8

199.6

425.4

1 028.0

1 557.0

555.8

370.0

221.2

36.0

234.0

4 663.4

筛号 细度因素 乘积 各筛上的停留量

砂质量：50.0 g，泥分质量：0.56 g，砂粒质量：49.44 g

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

87

第55页

现代铸铁 2012 / 1

R12

图 1 覆膜砂“8”字形标准试样

Tab.1 “8”shape standard specimen of resin-coated sand

R48.25

R22.1

11.18

66

41

12

36

试样厚度的一半即 11.18 mm，其形状尺寸见图

1，其制备方法参照常温抗弯强度试样。

1.7.3 测定方法及结果表述

覆膜砂常温抗拉强度值的测定按 GB/T

2684-2009《铸造用砂及混合料试验方法》的规

定，将抗拉夹具置于型砂强度试验仪器上，然后

将抗拉试样放入夹具中，逐渐加载，直至试样断

裂，仪器测定值乘以 2 即是所测定试样的常温抗

拉强度。

1.8 热态抗拉强度的测定

热态抗拉强度的检测与热态抗弯强度一样，

取出试样后，立即在试验机上拉断。要求取出试

样后 10 s 内测完，测定值乘以 2 即是所测定试

样的热态抗拉强度。

1.9 流动性的测定

1.9.1 装置

主要装置为 φ6 mm 的标准流杯。

1.9.2 测定方法

用手将标准流杯底孔塞住，然后将覆膜砂添

满，刮平后，移开手指并同时以秒表开始计时，至

砂流完为止。

1.9.3 结果表述

秒表计时的这段时间为该砂的流动性测定

值，单位为 s。

1.10 发气量的测定

1.10.1 装置

检测覆膜砂发气量的主要装置有：SFL 型记

录式发气量测定仪；天平（感量 0.001 g）；瓷舟。

1.10.2 试样的制备和保存

用覆膜砂常温抗拉强度试样断口处磨下来的

砂子作测定发气量的试样，并保存在干燥器中。

1.10.3 测定方法

将发气量测定仪升温至 1 000±5 ℃，称取 1±

0.01 g 试 样 ，均 匀 置 于 瓷 舟中（瓷 舟 预 先 经

1 000±5 ℃灼烧 30 min 后置于干燥器中冷却至

室温待用）；然后将瓷舟迅速送入石英管红热部

位，并封闭管口；记录仪开始记录试样的发气量，

在 30 min 内读取测定仪记录的最大数据作为试

样的发气量值。

1.11 硬化率的测定

1.11.1 装置

检测覆膜砂硬化率用的主要装置是 SWY 液

压强度试验机或 SWY 万能数显强度试验机。

1.11.2 测定方法

标准中规定按制作常温抗弯强度试样的方

法制备两组试样，但第二组试样保温 1 min。按常

温抗弯强度补充说明中的方法，分别测试其常温

抗弯强度 Rw1、Rw2。然而，如果这样，其两组试样

的尺寸应为：22.36 mm×11.18 mm×70 mm，ZS-6

型试样装置及配套支撑装置的两支点间距为 60

mm，尚可放置测试；而补充说明中的试样是用射

芯机制备的，尺寸为：22.36 mm×22.36 mm×170

mm，装置两支点间距为 150 mm，显然无法放置

测试了。故实验人员应根据实际情况执行。

1.11.3 结果表述

覆膜砂的硬化率 Y（%）按下式计算：

Y=（Rw1/Rw2

）×100

式中：

Rw1——第一组试样的常温抗弯强度，单位

为 MPa；

Rw2——第二组试样的常温抗弯强度，单位

为 MPa。

提示：

铸造用壳型（芯）酚醛树脂的外观、软化点、

聚合速度、游离酚、流动性、覆膜砂熔点、覆膜砂

常温抗拉强度等指标的检测方法可参见 JB/T

8834-2001《铸造用壳型（芯）酚醛树脂》。

参 考 文 献

[1] GB/T 2684-2009《铸造用砂及混合料试验方法》.

（编辑：袁亚娟，E－mail：xdzt-yyj@126.com）

检 Test and Measurement Technique

测

技

术

88

第56页

2012 / 2 现代铸铁

树脂砂性能检测技术（2）

陈允南

（上海市机械制造工艺研究所 铸造分所，上海 200072）

编者按：铸造老前辈、清华大学于震宗老师以 86 岁高龄，一边与病魔搏战，一边完成了《实用湿型砂检测技术》和

《湿型砂原材料测定方法》两本书稿，在我刊 2010 年 1~6 期和 2011 年 1~4 期以连载方式已飨读者。作者受于老师临终

嘱咐，仿于老师思路，依据标准又不拘泥于标准，为铸造企业型砂实验员写出了一本《实用树脂砂检测技术》的书稿。本

刊将其分成“树脂砂性能检测技术”和“树脂砂主要原材料检测技术”两部分，从 2012 年第 1 期起连续刊登。

中图分类号：TG221+

.1 文献标识码：C 文章编号：1003－8345（2012）02－0055－04

DOI：10.3969/j.issn.1003-8345.2012.02.010

Properties Test Technique Used for Resin Sand（2）

CHEN Yun-nan

（Foundry Branch, Shanghai Institute Building Technology, Shanghai 200072, China）

2 铸造用热（温）芯盒树脂砂的性能

检测

铸造用热（温）芯盒树脂是以甲醛、尿素、糠

醇及苯酚等为主要化工原材料，经缩聚而成的热

固性合成树脂，应用于铸造热（温）芯盒制芯工

艺，作为热（温）芯盒砂芯粘结剂。

热（温）芯盒树脂砂制芯方法是在铸造用原

砂中加入适量的液态热（温）树脂和相关固化剂，

混匀后用射芯机把芯砂射入加热到一定温度的

芯盒中，贴近芯盒表面的芯砂在芯盒的热作用与

固化剂的催化作用下，树脂由线型结构交联成体

型结构而硬化。这一过程很快，并且砂芯从芯盒

取出后，中心部分的芯砂在余热和硬化反应放出

的热量作用下仍可继续进行硬化反应。

温芯盒树脂砂制芯方法在国内很少见，与热

芯盒法相比，其主要优点有：提高砂芯质量，砂芯

表面光洁并有较高强度，不会发生热芯盒树脂砂

制芯较常出现的砂芯细薄处过烧而厚大处仍硬

化不足的问题；降低资源消耗，可延长工装的使

用寿命及改善工作环境。但由于树脂、固化剂还

未标准化，还要与热芯盒法一样制作较昂贵的加

热装置，不适合单件小批量生产。

虽然目前我国对温芯盒树脂砂制芯降低资

源消耗方面的研究和应用的重视程度尚嫌不足，

但温芯盒树脂砂制芯能将加热装置的温度降低，

而生产率仍能基本保持的关键技术不可被忽视。

JB/T 3828-1999《铸造用热芯盒树脂》（此标

准已列入 2011 年修订计划）中检测的型（芯）砂

性能包括黏度、游离甲醛、pH 值、含氮量、常温和

热态抗拉强度，笔者在此仅介绍常温和热态抗拉

强度的检测方法。

2.1 取样方法[1]

每釜树脂为一批号，为便于检测，目前不少

企业已将各釜生产的树脂放入大几倍的搅拌罐

中搅匀，作为一批；每批取一个样品；取样工具用

直径为 15～25 mm 的玻璃管，其长度应大于料桶

高的三分之二；取样时应先搅匀被取树脂，每批

取样量不少于 500 g。

2.2 检测仪器[1]

a）热芯盒试样射芯机：Z861 型；

b）热芯盒“8”字试样模具：按 GB/T 2684 规

定，即试样最小断面尺寸为 22.36 mm ×22.36

mm；

c）实验室混砂机：SHN 型容量 3～5 kg 或

收稿日期：2011-05-28 修定日期：2012-03-09

作者简介：陈允南（1939.08-），男，汉族，广东汕头人，1964 年毕

业于华南工学院铸造专业，教授级高级工程师，主要从事铸造造

型材料的研究工作。

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

55

第57页

现代铸铁 2012 /2

NRJ-411A 型水泥胶砂搅拌机；

d）天平或台秤：秤量 5 kg；

e）盘架天平：秤量 500 g，感量 0.1 g；

f）型砂万能强度试验机。

2.3 混砂及制样

2.3.1 树脂砂配比

a）ZBS50/100 标准砂 100.0%（原标准 JB/T

9224-1999 已改为 GB/T 25138-2010《检定铸造

粘结剂用标准砂》）；

b）热芯盒树脂 2.5%（占砂重）；

c）固化剂 20.0%（占树脂重）。

要注意的是，树脂含氮量在 6.5%以上时，应

选用氯化铵：尿素：水＝1：3：3 的固化剂；树脂含

氮量在 6.5% 以下时，应选用对甲苯磺酸：水＝1：

1 的固化剂。

提示：

热芯盒法树脂砂的生产配方 （如原砂的质

量、规格、树脂、固化剂等）与标准不同，但测试方

法应参照标准，作为其有关指标要求的相对比

较。

树脂加入量主要取决于所用原砂的质量及

对砂芯强度的要求，发达国家的树脂加入量为硅

砂质量的 1.5%～2%；而在我国，树脂加入量大都

偏高。固化剂为树脂加入量的 25% 左右（即硅砂

质量的 0.375%～0.5%），笔者认为，固化剂的最少

量要能在原砂表层覆盖一层均匀薄膜。其他树脂

砂工艺也如此。

在实际应用中，铸造用原砂包括常用的硅

砂、特种砂（如铬铁矿砂、锆砂等）。要注意特种砂

与硅砂的容重差别和砂粒度大小，并通过试验选

择合适配方。热芯盒法砂温一般为 200～250 ℃，

温芯盒法一般为 150～175 ℃；砂芯最大截面厚度

为 50～70 mm，如果砂芯截面太厚，可进行分块设

计，然后粘合成中空的砂芯，这样不仅有利于砂

芯硬化，为快速生产尺寸精度高的中、小砂芯提

供了有效的途径，而且又可节省树脂和原砂。

砂芯分块设计特别适合汽车、内燃机、农机

铸件的大量生产，但为了节能、砂芯尺寸精度更

高、劳动条件好，此法有可能被冷硬吹气法所取

代。

2.3.2 混砂工艺

加砂及固化剂 加树脂 卸

料搅匀并用带盖塑料桶盖严，保存备用。

提示：

混砂的要义是将各物料混匀，先依次混粉

料，再混液体料；各种同类材料应先混量少的，再

混量大的，目的是使各物料均匀覆盖在砂粒表面

上。为尽量减少偏析，粉状材料要尽量细化。

由于热芯盒法树脂砂的树脂、固化剂大都为

液体，混砂时较易均匀，一般各类混砂机都可用，

但建议不用碾轮式混砂机，因其混砂转速较慢，

混砂时间偏长。要注意碾压、搓揉产生的摩擦热

可能使砂温升高，使碾轮、碾盘和内、外刮板较难

清理。

若要加入氧化铁粉等类粉状附加物，应先将

其加入砂中混匀，再加固化剂混匀，然后加树脂

等液体混匀后即卸砂，否则易造成固化剂分布不

匀，影响树脂砂的性能。若所用固化剂为苯磺酸、

对甲苯磺酸等活性强的酸溶液，为确保混好的树

脂砂能在其可使用时间内用完，在管理上应尽量

缩短树脂砂从卸砂到射砂的储存期，最好是随混

随用。

2.3.3 制样工艺

射芯参数为：热芯盒模温 210±5 ℃，射芯压

力 0.5～0.7 MPa，硬化时间 20～40 s。

将树脂砂装入射筒中，加满，刮去筒面及射

孔面的余砂。待升温到规定温度，温度指示灯（红

灯）亮时，速将射筒装到射芯机上射砂；至规定的

硬化时间时，立即取下射砂筒及试样，清理好芯

盒后合上芯盒备用。

Z861 射芯机每盒两块试样，取规定位置的

一块测其热抗拉强度，另一块测其常温抗拉强

度。每个树脂样品按此程序分三次制三块试样测

定热态或常温抗拉强度。

2.4 热态抗拉强度的测定步骤[1]

热态抗拉强度是试样刚从射芯机热芯盒中

取出后所能承受的最大拉伸应力值。

到达规定的硬化时间时，打开芯盒，马上取

出试样，置于预先调整好的型砂万能强度试验机

的抗拉夹具内，立即拉断。记下测试结果和当时

的室温及相对湿度，并按 2.6 计算热态抗拉强度

值，三次试样的算术平均值即为该树脂的热态抗

拉强度值。

从取出试样到试样拉断这段时间不应超过

检 Test and Measurement Technique

测

技

术

56

第58页

2012 / 2 现代铸铁

图 2 铝合金烘干板

Fig.2 Drying plate made of aluminum alloy

10 s。

2.5 常温抗拉强度的测定步骤[1]

从热芯盒中取出试样，置于干燥器中冷却至

室温，再将试样放入型砂万能强度试验机的抗拉

夹具内，进行抗拉强度的测定。记下仪器读数，并

按照 2.6 计算其常温抗拉强度值，其三块试样的

算术平均值即为该树脂砂的常温抗拉强度值，并

记下当时的室温及相对湿度。

2.6 测试结果的计算[1]

对于试样断面为 22.36 mm×22.36 mm 的试

样，其强度值计算如下：

SWG 型仪器抗剪强度刻度尺读数×5＝抗拉

强度值，SWY 型仪器则直接读出强度值。

2.7 允许误差[1]

三个试样的测试强度值的算术平均值即为

被测树脂砂样的强度值。三个强度值中的任一值

相对于平均值的偏差超过平均值的 10% 者须重

新进行试验测定。

补充说明:

JB/T 3828-1999《铸造用热芯盒树脂》中还

介绍了黏度、游离甲醛、pH 值（酸度计法）和含氮

量的测定方法，其附录 B 中介绍了精密试纸测定

pH 值的方法和手工制样烘箱硬化的试样强度测

定方法。

笔者认为，铸造用热芯盒树脂的 pH 值与其

存放期有一定关系，而目前市场流转都非常快，

已基本没人将铸造用热芯盒树脂买来存放过长

时间，所以该项目已失去了检测的意义，而且据

传，JB/T 7526-2008《铸造用自硬呋喃树脂》标准

中已取消此项目，故在此不作介绍。

另外，笔者不能理解为什么标准中要指定

“8”字型试块最小断面尺寸为 22.36 mm×22.36

mm；还有标准中指定的混砂机 NRJ-41 型水泥

胶砂搅拌机，经查证应为 NRJ-411A，故笔者已

在相应处更正。

手工制样烘箱硬化的试样强度测定方法如

下[1]：

（1）仪器

a）电热恒温干燥箱：功率 3 200 W，容积 55

cm×55 cm×45 cm, 最高温度 250 ℃或 300 ℃，附

水银触点温度计，精度±5%；

b）手工制样盒：“8”字型试块最小断面尺寸

为 22.36 mm×22.36 mm；

c）标准烘干板：铝合金板尺寸 330 mm×86

mm×8 mm，见图 2；

d）SAC 型锤击式制样机；

e）实验室混砂机：SHN 型容 量 3～5 kg 或

NRJ-411A 型水泥胶砂搅拌机；

f）天平或台秤：秤量 5 kg；

g）盘架天平：秤量 500 g，感量 0.1 g；

h）型砂万能强度试验机。

（2）树脂砂工艺试样配比同 2.3.1

（3）混砂工艺同 2.3.2

（4）制样工艺及强度测定步骤

将树脂砂约 100 g 放入“8”字型试样盒中，

放上压块，在锤击式制样机上冲击 3 次，取出样

盒，取下压块和框架，刮平并去除多余芯砂，将试

样置于烘干板上，取下芯盒。

每块烘干板上放 6 块试样，然后将此烘干板

置于已预热至 210±5 ℃的烘干箱内，使试样与箱

内温度计触头接近；烘干板应放置在规定的位

置，每次只烘 1 板；烘干 5 min，立即取出烘干板

和试样，取下 6 块试样，将其中预先规定位置的

那块试样迅速放入预先调整好的型砂强度试验

机的抗拉夹具内，将其拉断，记下仪器抗剪强度

刻度尺读数，该测定值作为树脂砂的热抗拉强度

值。要注意的是，从取出试样到该试样拉断不应

超过 10 s。

其余 5 块试样写上烘 5 min 记号，放入干燥

器中冷却至室温后拉样，记下仪器读数，并按 2.6

计算其抗拉强度值，其算术平均值即为该树脂砂

烘干 5 min 的常温抗拉强度值。并记下当时的室

温及相对湿度。

（5）允许误差

5 个试样的测试强度值，去掉最大值与最小

值，余下 3 个试样强度值的算术平均值即为被测

2×φ6

217×φ3

15 30×10

330 13

86 6×10

检

测

技

术

Test and Measurement Technique

57

第59页