铸造型砂完全指南：类型、性能与砂型铸造核心作用

什么是型砂？

型砂（铸造砂）经湿润压实、油涂或加热后能成型保形，用于砂型铸造制备型腔。型砂是造型主原料，提供其他材料难以具备的关键特性。型砂为岩石经自然力（冻融、风蚀、雨淋、热胀冷缩、水流）风化破碎的颗粒，含岩石大部分元素，故不同产地差异大。天然分布于河床、湖底。按成因分类。

型砂主要成分：二氧化硅（SiO₂）86~90%、氧化铝（Al₂O₃）4~8%、氧化铁（Fe₂O₃）2~5%及微量Ti、Mn、Ca氧化物及碱性化合物。

天然砂/湿型砂

又称湿型砂，取自天然资源，仅以水为粘结剂。优势：持水性久、适用含水率范围宽、易修补整型。湿型砂=砂+膨润土+煤粉+水，主体为均匀硅砂。粘土配比平衡造型性、表面光洁度、熔融金属排气。海煤（<5%）在熔融金属表面部分燃烧产生有机蒸气排气。砂型铸造因材料简单成最早/最廉价铸造法。其他法（如金属型）表面质量高但成本高。湿型砂装于“砂箱”（无底盖箱），上下箱分别称“上箱/下箱”。非所有湿型砂呈绿色，“绿”指湿态使用（似生木）。替代法：烘干型砂后浇注，得更刚性型腔适配重型铸件。

合成砂

人工配制：低粘土砂+粘结剂（水+膨润土）+其他材料。性能可控性优于天然砂。
钢铸件湿型合成砂配比：新砂25%、旧砂70%、膨润土1.5%、糊精0.25%、水分3~3.5%。
钢铸件干型合成砂配比：净新砂15%、旧砂84%、膨润土0.5%、水分0.5%。
另有锆砂、橄榄砂等特种砂，价高仅用于必要场合。

按用途分类的型砂

背衬砂、芯砂、干砂、面砂、湿型砂、粘土砂、离型砂、系统砂。

1. 背衬砂/落地砂

支撑面砂、填满整个砂箱。因反复使用混入煤粉/烧结呈黑色，称黑砂。

2. 芯砂

制砂芯用，称油砂。高纯石英砂+芯油（亚麻籽油、树脂、轻质矿物油等粘结剂）。大型砂芯为经济可用沥青/面粉+水。

3. 干砂

造型/制芯后烘干的湿型砂。高强度/刚性/热稳定性，用于大型铸件，型称干砂型。

4. 面砂

型腔工作面，紧贴模样，直接接触熔融金属。高强度/耐火度。新砂+粘土配制，不含旧砂。加碳素防止金属烧结。铸铁湿型砂面砂配比：25%专用新砂+5%海煤。常以6~15倍细砂稀释。面砂层厚20~30mm，占总砂量10~15%。

5. 湿型砂

即刻调制的石英砂+18~30%粘土+6~8%水分。粘土水提供粘结。质地细/软/轻/多孔。手捏成型保持形状/印痕。无需背衬砂，称湿型砂型。易得、低成本，黑/有色金属铸件常用。

6. 粘土砂

砂+粘土+水调成薄塑性糊状。粘土含量高达30~50%、水分18%。不用模样，用刮板成型。专用大型灰铁铸件。

7. 离型砂

无粘结剂/水分，防湿型砂粘模样，使上下箱分型面不粘连。洁净无粘土石英砂，同离型粉作用。

8. 系统砂

机械造型生产线用，填满整砂箱。机械砂处理系统中不使用面砂，旧砂经清理/加水/添加剂再生激活。全型由系统砂构成，其强度/透气性/耐火度须高于背衬砂。

型砂关键性能

粘结性、内聚性、坍塌性、流动性、干强度、湿强度、透气性、耐火度。

1. 粘结性

型砂粘附异物能力（如粘砂箱内壁）。

2. 内聚性

砂粒相互吸引结合能力，增强湿/干/热强度。

3. 坍塌性

金属凝固后型砂须坍塌，允许金属自由收缩，防裂纹/裂缝。芯砂尤需此性能。

4. 干强度

浇注时邻近热金属砂层水分蒸发，干砂层须有足够强度保形，防熔融金属流动冲蚀型壁、防液体金属静压扩大型腔。

5. 流动性/塑性

砂受压密实流动均匀分布夯实压力。细砂/低湿强度/适宜水分粘土利于流动。

6. 湿强度

混水后湿型砂须有强度/韧性允许造型/搬运。需砂粒粘结性（粘箱壁）与内聚性（粘结成型），保证起模不碎、浇注不冲蚀。受粒度/粘土种量/水分影响。

7. 透气性

即孔隙率，允许浇注/凝固时气体/水分逸出，防铸件缺陷。受粒度/粒形/水分粘土/夯实度影响。可通排气针增透气。

8. 耐火度

耐高温不崩解/熔融，保证铸件致密。关键特性，仅能有限提升。耐火度差→烧结粘砂→表面不光。取决于SiO₂含量、粒度/形状。SiO₂含量高、粒度粗/体积组成粗糙→耐火度高。以烧结点而非熔点衡量。

9. 其他要求

不粘铸件、不与金属化学反应、廉价易得、可重复使用、热膨胀系数低。