冶金铸造用造型砂：类型、成分与关键特性
造型砂定义
造型砂是造型主要原料，由岩石风化破碎形成颗粒，含岩石大部分元素，因产地差异性大。天然分布于河床、湖底。按成因分类。
主要化学成分
- 二氧化硅 (SiO₂) —— 86%~90%
- 氧化铝 (Al₂O₃) —— 4%~8%
- 氧化铁 (Fe₂O₃) —— 2%~5%
- 微量 Ti、Mn、Ca 氧化物及碱性化合物
造型砂分类
按来源分
- 天然砂（生砂）：含水粘土结合，保湿性好、适用水分范围宽、易修补。
- 合成砂：无粘土砂 + 结合剂（水+膨润土）+ 添加剂配制，性能可控。钢铸件湿态合成砂配比：新砂 25%、旧砂 70%、膨润土 1.5%、糊精 0.25%、水分 3~3.5%。干态合成砂：新砂 15%、旧砂 84%、膨润土 0.5%、水分 0.5%。
- 特种砂：锆砂、橄榄砂等，价高，仅用于特殊要求。
按用途分
- 湿型砂：含水 6~8%、粘土 18~30%，细软多孔，适中小件，省烘干成本。加煤粉防缺陷。
- 干型砂：湿型砂烘干（150~300℃）除湿，强度高、耐冲刷，适大型钢铸件。大件混入牛粪、马粪增强透气。
- 泥砂：粘土~50%+砂+水调成稀泥，在软砖骨架上筑模，含耐火粘土，粘结力强，水分 18~20%，慢干，用于化工锅、筒类大型规则件。
- 面砂：直接接触模样与金属液，高强高耐火，新砂+粘土无旧砂，加石墨/铅粉防烧结，厚 20~30 mm，占总砂 10~15%。
- 背砂：旧砂循环使用，颗粒圆钝、粘土烧结，结合弱，填充面砂后。
- 表砂/机造砂：机器造型用，强度、透气、耐火优于背砂。
- 分型砂：无粘土干燥锐角砂，防箱粘连、砂粘模样。烧结砂芯砂亦可。
- 芯砂：硅砂+芯油（亚麻籽油、松香、矿物油），大芯可用沥青/面粉+水。
- CO₂ 砂：水玻璃包覆砂粒，通 CO₂ 硬化，强度高。
- 壳型砂：酚醛/脲醛树脂包覆，热模芯射芯成薄壳，无需背砂，浇注热使树脂断键崩解脱模。
- 涂料/模具涂层：细陶瓷颗粒浆料，涂覆型面防烧结、改善表面光洁度。
三大主要成分详解
硅石（石英砂）
主体成分，SiO₂ 80~90%，高软化温度、热稳定性好，赋予耐火、化学稳定、透气性。按粒度（细/中/粗）与形状（圆/亚圆/棱角/复合）分级。细砂精密件但透气差；中砂台板/轻地面；粗砂大件利排气。圆粒透气好强度低；棱角粒强度高透气差；复合粒不宜。
粘土（结合剂）
长石风化产物，湿态赋予塑性结合，干后增强。天然砂含粘土 6~10%。粘土含细粉（无结合力）与细粘土（提供结合）。过量致干裂。
水分与杂质
氧化铁、镁、钠、钾、钙氧化物及水。优质砂杂质<2%。湿型水分 3~5%；干型造型时多加水利于干燥后强度。常加煤粉：增透气、吸热防烧结、析 CO₂ 保护膜隔离金属与砂。
关键性能指标
压缩强度、透气率（单位压差气体流量）、变形率、流动性（捣实时绕模流动能力）、耐火度。水分含量对各性能有显著非线性影响（见图表）。
工业技术